一種太陽能高溫熱化學氣化反應器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及高溫太陽能熱化學利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種太陽能高溫熱化學氣化反應器。
【背景技術(shù)】
[0002]為應對高速的經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，能源需求量逐年增大，能源短缺以及因大量燃用化石能源所產(chǎn)生的環(huán)境污染等問題與日凸顯。為此太陽能和生物質(zhì)等可再生清潔能源將在未來扮演越來越重要的角色。
[0003]太陽能作為一種清潔的可再生能源，以輻射的形式投射至地球表面，是人類可以利用的最豐富的能源，具有一些普通能源無法比擬的優(yōu)點，如清潔、資源量巨大等。目前太陽能的利用技術(shù)主要包括太陽能光伏利用技術(shù)和太陽能光熱利用技術(shù)。其中太陽能光伏利用技術(shù)，是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N發(fā)電技術(shù)，發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽電池板組件、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機械部件，核心部件為太陽能電池。截止2014年底，中國光伏發(fā)電累計裝機容量2805萬千瓦，其中光伏電站2338萬千瓦，分布式467萬千瓦，年發(fā)電量約250億千瓦時。而太陽能光熱技術(shù)，是利用大規(guī)模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽熱能，并獲得一定溫度熱能的應用技術(shù)，常規(guī)的太陽能光熱發(fā)電技術(shù)則將通過換熱裝置生產(chǎn)蒸汽，結(jié)合傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機的工藝，最終生產(chǎn)電能。采用太陽能光熱發(fā)電技術(shù)，避免了昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，可以大大降低太陽能發(fā)電的成本，同時太陽能的利用效率也將有所提高。而且，太陽能光熱利用技術(shù)能夠借助儲熱裝置來延長太陽能利用系統(tǒng)的工作時間。
[0004]常用的太陽能集熱裝置可分為線聚焦和點聚焦兩大類，其中線聚焦太陽能集熱裝置主要包括拋物槽式和線性菲涅爾式，而點聚焦太陽能集熱裝置則主要包括塔式和碟式。因聚光裝置的結(jié)構(gòu)有所差異，不同類型集熱器的聚光比和與之對應的集熱溫度也將有所區(qū)另IJ，其中拋物槽式和線性菲涅爾式的集熱溫度一般在450°C以下，而塔式和碟式集熱裝置的集熱溫度甚至能超過1000°C。
[0005]傳統(tǒng)的太陽能熱發(fā)電技術(shù)，通過太陽能集熱裝置獲取高溫熱能，并生產(chǎn)作為做功工質(zhì)的高溫高壓蒸汽。通常拋物槽式集熱裝置以合成油作為導熱介質(zhì)，受導熱油熱穩(wěn)定性的影響，蒸汽溫度一般為370°C，而以熔鹽作為導熱介質(zhì)的塔式太陽能熱發(fā)電站的蒸汽溫度也僅為500°C左右，利用較低溫度的蒸汽難以提高太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的整體性能，而且太陽能還具有間歇性和周期性的變化特性，如何實現(xiàn)發(fā)電裝置的連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)仍然是該類發(fā)電技術(shù)的難點之一。為此，太陽能熱化學利用技術(shù)逐漸被重視，通過利用高溫太陽能驅(qū)動某些吸熱型的熱化學反應，例如利用中溫太陽能驅(qū)動甲醇重整/裂解反應，以及利用高溫太陽能驅(qū)動H2O分解制氫等。通過將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能，不僅實現(xiàn)了太陽能的能量形式轉(zhuǎn)化，有利于太陽能的長期穩(wěn)定存儲，同時將太陽能轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的化學能，也有助于實現(xiàn)能量的高效利用并拓展太陽能的利用途徑。
[0006]相對而言，高溫太陽能水分解制氫作為太陽能熱化學利用技術(shù)的長遠目標，目前仍存在效率低且技術(shù)要求苛刻等問題，為此利用太陽能驅(qū)動煤炭、石油焦和生物質(zhì)等燃料進行氣化的利用技術(shù)將作為太陽能熱化學的近中期發(fā)展目標。這種多能源相集成的利用方式具有較高的能源利用效率，同時反應所需的溫度等條件會有所降低。
[0007]煤炭和生物質(zhì)等化石燃料的氣化過程主要包括熱解和殘?zhí)繗饣@兩部分，現(xiàn)有的常規(guī)氣化方式通常將這兩組主反應置于一體，如果利用太陽能驅(qū)動固體燃料的氣化過程仍采用這種技術(shù)方式，不僅降低太陽能的有效利用率，增加集熱過程的不可逆損失，同時產(chǎn)生的合成氣中的焦油含量也會偏高。為此本實用新型將提出一種更加高效，且適用于太陽能熱化學利用技術(shù)的氣化反應裝置。
【實用新型內(nèi)容】
[0008](一 )要解決的技術(shù)問題
[0009]有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種太陽能高溫熱化學氣化反應器，以實現(xiàn)煤炭和生物質(zhì)等固體燃料的高效氣化，減少聚光和反應過程的不可逆損失，并降低氣化合成氣中的焦油含量。
[0010](二）技術(shù)方案
[0011]為達到上述目的，本實用新型提供了一種太陽能高溫熱化學氣化反應器，該太陽能高溫熱化學氣化反應器為柱形回轉(zhuǎn)式反應裝置，包括黑體空腔1、反應腔室2、光線入射孔3、導流柱4、氣態(tài)氣化劑導管5、固態(tài)原料導管6、合成氣輸出導管7、導流柱支撐結(jié)構(gòu)8、驅(qū)動軸9、支撐軸承10、閉鎖裝置11和第一至第三伺服電機（12、13、14)，其中：
[0012]所述黑體空腔1為圓柱空腔結(jié)構(gòu)，在其頂部設置有用以保證照射的太陽光順利進入腔體內(nèi)的光線入射光孔3，黑體空腔1底部安裝于驅(qū)動軸9上，驅(qū)動軸9連接有第三伺服電機14，黑體空腔1通過第三伺服電機14和驅(qū)動軸9進行轉(zhuǎn)動；
[0013]所述反應腔室2為圓柱空腔結(jié)構(gòu)，安裝于黑體空腔1內(nèi)，左右兩側(cè)分別與氣態(tài)氣化劑導管5和合成氣輸出導管7連接，氣態(tài)氣化劑導管5和合成氣輸出導管7通過支撐軸承10固接于黑體空腔1，氣態(tài)氣化劑導管5的入口側(cè)安裝有第一伺服電機12，合成氣輸出導管7出口側(cè)安裝有第二伺服電機13，第一和第二伺服電機（12、13)驅(qū)動并實現(xiàn)反應腔室2的回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)動；
[0014]所述導流柱4為圓柱空腔結(jié)構(gòu)，安裝于反應腔室2內(nèi)，通過導流柱支撐結(jié)構(gòu)8與反應腔室2固定連接并實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動；導流柱4 一端連接有固態(tài)原料導管6，固態(tài)原料導管6設置于合成氣輸出導管7內(nèi)。
[0015]上述方案中，所述導流柱4與反應腔室2同步轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)固體反應物與油氣產(chǎn)物的分層隔離；反應腔室2內(nèi)部劃分為氣化段、熱解段和預熱段，反應產(chǎn)生的高溫合成氣由導流柱4外側(cè)的通道送出，并利用送出的高溫合成氣顯熱為熱解和預熱段提供熱量，實現(xiàn)固體燃料的分級獨立轉(zhuǎn)化。
[0016]上述方案中，該太陽能高溫熱化學氣化反應器采用回轉(zhuǎn)式的反應器結(jié)構(gòu)，以改善反應腔室2內(nèi)所輸入固體燃料的傳熱傳質(zhì)和反應動力學特性，由此提高燃料的氣化反應速率。
[0017]上述方案中，所述黑體空腔1借助伺服電機14驅(qū)動實現(xiàn)小幅轉(zhuǎn)動，調(diào)整光線入射光孔3的位置，從而能與太陽能聚光裝置相互配合以高效利用不同時段和光照條件下的太陽能。
[0018]上述方案中，所述固態(tài)原料導管6中還設置有防止氣體產(chǎn)物從該通道逸出并阻礙固態(tài)原料送入的閉鎖裝置11。
[0019](三)有益效果
[0020]從上述技術(shù)方案可看出，本實用新型具有以下有益效果:
[0021]1、本實用新型提供的太陽能高溫熱化學氣化反應器，基于“溫度對口，梯級利用”的能源利用原理，充分利用設備結(jié)構(gòu)使用不同品位的太陽能，提高系統(tǒng)能的利用效率，降低系統(tǒng)的不可逆損失。
[0022]2、本實用新型提供的太陽能高溫熱化學氣化反應器，通過合理的結(jié)構(gòu)設計，在不同腔室內(nèi)分別實現(xiàn)煤炭和生物質(zhì)等固體燃料的熱解和氣化反應，以提高固體燃料的轉(zhuǎn)換效率。
[0023]3、本實用新型提供的太陽能高溫熱化學氣化反應器，主要利用高溫聚光太陽能提供氣化部分所需的熱量，而固體燃料熱解部分的反應熱則主要來自于氣化產(chǎn)物的高溫顯熱，同時也以聚光太陽能作為輔助熱源，這實現(xiàn)了熱能利用過程的合理匹配，并減少高溫聚光太陽能的設備容量，降低設備初投資。
[0024]4、本實用新型提供的太陽能高溫熱化學氣化反應器，實現(xiàn)了在單一設備內(nèi)獨立完成固體燃料的熱解和氣化反應過程，能夠簡化系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)，提供系統(tǒng)運行的安全可靠性。
[0025]5、本實用新型提供的太陽能高溫熱化學氣化反應器，獨立地完成固體燃料的熱解和氣化反應過程，即可在氣化段中充分分解在干餾段所產(chǎn)生的焦油，由此可降低合成氣中的焦油含量。
[0026]6、本實用新型提供的太陽能高溫熱化學氣化反應器，采用回轉(zhuǎn)式的反應器結(jié)構(gòu)，能改善反應腔室內(nèi)所固體燃料與氣化劑之間的的傳熱傳質(zhì)特性和動力學反應特性，由此提高燃料的氣化反應速率。
[0027]7、本實用新型提供的太陽能高溫熱化學氣化反應器，反應腔室的外壁面能均勻受熱，減少熱應力產(chǎn)生，并能夠延長反應器的使用壽命。
【附圖說明】
[0028]圖1為依據(jù)本實用新型實施例的太陽能高溫熱化學氣化反應器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]其中:1-黑體空腔、2-反應腔室、3-光線入射孔、4-導流柱、5-氣態(tài)氣化劑導管、6-固態(tài)原料導管、7-合成氣輸出導管、8-導流柱支撐結(jié)構(gòu)、9-驅(qū)動軸、10-支撐軸承、11-閉鎖裝置、12-第一伺服電機、13-第二伺服電機和14-第三伺服電機。
【具體實施方式】
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