太陽(yáng)能儲(chǔ)能鍋爐技術(shù)探討

太陽(yáng)能由于其可得性高、清潔性好，在節(jié)能減排的政策號(hào)召下我國(guó)對(duì)太陽(yáng)能應(yīng)用取得了良好的發(fā)展，尤其是在太陽(yáng)能熱利用方面，慢慢在向產(chǎn)業(yè)化靠攏。隨著對(duì)太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域的拓展，我國(guó)不僅在太陽(yáng)能中低溫方面取得了很好的發(fā)展，太陽(yáng)能中高溫?zé)崂眉夹g(shù)也越來(lái)越為人們所重視。

1 太陽(yáng)能儲(chǔ)能鍋爐工作原理

該鍋爐的工作原理見(jiàn)圖1，利用Al-Si合金作為相變儲(chǔ)能材料，該鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊，主要分為4部分：

1.封裝Al-Si合金儲(chǔ)能材料的空腔接收器；

2.高溫?zé)峁?，其主要把?chǔ)存在Al-Si合金中的能量傳遞給鍋筒中的水；

3.鍋筒，3.5MPa的水在鍋筒中被熱管傳遞Al-Si合金的熱量加熱，產(chǎn)生的飽和水蒸氣；

4.過(guò)熱管。過(guò)熱管和Al-Si合金換熱，飽和水蒸氣變成415℃、3.5MPa的過(guò)熱水蒸氣。

由于采用的多碟式聚光器的有效面積只有12.56m2,聚光比C=625,有效峰值功率在8kW左右，因此該Al-Si合金儲(chǔ)能鍋爐的有效功率比較小，大概有3~4kW。采用Al-Si合金作為相變儲(chǔ)能材料，主要考慮Al-Si合金相變儲(chǔ)能材料有儲(chǔ)能密度大、儲(chǔ)熱溫度高、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱系數(shù)好、相變時(shí)過(guò)冷度小、相偏析小、性價(jià)比良好等特點(diǎn)。高溫相變儲(chǔ)能材料Al-Si合金溶融潛熱大（512J•g-1）,固相導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)到180W/(m•K)，是比較好的導(dǎo)熱體，是融鹽的百倍以上，能把容器底部的熱量迅速傳遞上來(lái)。而且Al-Si合金的相變過(guò)程能使得容器在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)比較低和穩(wěn)定，起到比較好的冷卻作用，防止容器在高能密度下熔穿。

2 太陽(yáng)能儲(chǔ)能鍋爐的系統(tǒng)圖

該鍋爐的工作原理見(jiàn)圖2，儲(chǔ)能鍋爐的能量流是通過(guò)儲(chǔ)熱體的吸收腔把太陽(yáng)能聚光器聚光的800~1000℃的高熱流密度的太陽(yáng)能吸收，儲(chǔ)能于Al-Si合金之中。

冷水由柱塞泵泵入鍋筒，被熱管傳遞Al-Si合金的熱量加熱，產(chǎn)生3.5MPa壓力的的飽和水蒸氣，進(jìn)入集氣管；再經(jīng)過(guò)過(guò)熱管和Al-Si合金換熱，飽和水蒸氣變成415℃、3.5MPa的過(guò)熱水蒸氣。

3 鍋筒在空中多碟式聚光器支

撐臂上轉(zhuǎn)動(dòng)的水位變化圖(見(jiàn)圖3)隨著多碟式聚光器的俯仰變化，鍋筒在空中向上轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍是0°到90°角（見(jiàn)圖4）?？梢钥闯鯟部分不管水位D部分怎變化都是不會(huì)被水淹沒(méi)的。因此出氣口A的位置定在C部分的中間位置，同時(shí)集氣管B的最底點(diǎn)要比鍋筒的最高點(diǎn)要高。這樣就可以防止水堵住出氣口。

4 多碟式聚光器

圖5所示意的多碟聚光器的具體參數(shù)為：采光口直徑5m,當(dāng)量采光面積19.6m2，焦距為3.25m，其幾何聚光比625，邊緣角為42.1°，高0.48m。實(shí)際焦斑直徑d為0.2m。鏡子數(shù)16，鏡直徑1m，鏡子總面積12.56m2，能承受200kg的質(zhì)量。其高太陽(yáng)能熱流密度大概在400kW/m2~600kW/m2之間。由于該多碟式的聚光比為625，當(dāng)太陽(yáng)直射輻照度640W/m2~960W/m2時(shí)，就能產(chǎn)生400kW/m2~600kW/m2的高太陽(yáng)能熱流密度。在廣州夏天最高的太陽(yáng)輻照度可達(dá)1100W/m2。因此基于該多碟式的產(chǎn)生的高太陽(yáng)能

熱流密度最高可以達(dá)687.5kW/m2。多碟式聚光器的外形見(jiàn)圖5。

5 試驗(yàn)結(jié)果

從圖6可以看出，太陽(yáng)能鍋爐的蒸汽壓力在12:11~12:14之間達(dá)到3.5MPa，過(guò)熱蒸汽溫度達(dá)到445℃。

圖7是試驗(yàn)時(shí)太陽(yáng)能鍋爐噴出高壓高溫蒸汽的照片。

6 結(jié)論

通過(guò)搭建的太陽(yáng)能儲(chǔ)能鍋爐實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，試驗(yàn)結(jié)果比較理想。但是由于該太陽(yáng)能儲(chǔ)能鍋爐的功率太小，還不能應(yīng)用到實(shí)際的太陽(yáng)能熱發(fā)電或工農(nóng)業(yè)應(yīng)用中去。另外該太陽(yáng)能儲(chǔ)能鍋爐成本比較高，離它的實(shí)際應(yīng)用還有比較長(zhǎng)的路要走。