北京羲和开发出高灵活性移动床陶瓷微球储热系统,即将开展中试
发布者:lzx | 来源:CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 1333查看 | 2020-05-06 18:25:05    

CSPPLAZA光热发电网报道:以陶瓷粒子为传储热介质是光热发电技术创新的一大热点,长期以来,以德国宇航中心(DLR)、法国国家科学研究中心(CNRS)为代表的科研机构对该技术进行了持续研发。


来自中国的北京羲和圣光新能源科技有限公司(简称“北京羲和”)近年来也将目光聚焦在此领域,该公司早在2013年便首次提出采用以直径0.4~0.6毫米、三氧化二铝与二氧化硅为主要成分的陶瓷微球作储热剂的新一代太阳能热发电技术,并自筹资金进行了集热器的研发,中国和美国分别在2016年1月和2018年7月批准上述技术的发明专利授权。


此外,北京羲和经过研究发现,除了光热发电领域,利用陶瓷微球储热也是电网削峰填谷、平稳高效运行的一个低成本、高效率的思路,有着非常大的市场运用空间。


2018年,在公司进行陶瓷微球作储热剂的新一代太阳能热发电技术产业链延伸开发时,认为陶瓷微球作为储热剂可用于储热锅炉采暖,光伏发电和风力发电改善发电质量和大幅减少弃风弃光的资源浪费,扩大新能源发电的消纳。


经过进一步研究探索,目前北京羲和已成功开发出一项固体储热新技术——移动床陶瓷微球储热系统,该系统采用直径0.4~0.6毫米的陶瓷微球进行储热,具备灵活性大、效率高、设备维护简便的优势,同时单个设备的储热能力巨大,可达到上百兆瓦。同时,储热用陶瓷微球有着卓越的性能表现,在高温环境下能够维持良好的强度、耐磨性和抗热震性能等。


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表、储热陶瓷微球性能要求


据悉,该系统由高位陶瓷微球罐、陶瓷微球流量调节阀、陶瓷微球电加热器、高温陶瓷微球储罐、高温陶瓷微球流量调节阀组、陶瓷微球-水换热器、低温陶瓷微球流量调节阀组、循环水泵、低温陶瓷微球储存罐、低温陶瓷微球切断阀、陶瓷微球筛分器以及斗式提升机各部分组成。


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图:电加热陶瓷微球储热系统


在高位陶瓷微球罐内的陶瓷微球经陶瓷微球流量调节阀进入陶瓷微球电加热器加热,经过2-3秒加热至800℃的陶瓷微球进入高温陶瓷微球储罐储存。通过高温陶瓷微球流量调节阀组,陶瓷微球进入陶瓷微球-水换热器,从而将来自循环水泵的水加热到需要的温度送给用户。


与水换热后温度降低至约100℃的陶瓷微球通过低温陶瓷微球流量调节阀组进入低温陶瓷微球储罐。低温陶瓷微球通过低温陶瓷微球切断阀,经过陶瓷微球筛分器去除极少量因磨损破碎的陶瓷微球粉末后进入斗式提升机,再将低温陶瓷微球提升至高位陶瓷微球罐。陶瓷微球粉末装桶回收。


据北京羲和方面介绍,该系统具备以下几点技术优势:


1)陶瓷微球作为支撑剂已广泛的由于石油开采的压裂技术,国内年产能力达百万吨以上,处于产能过剩状态,其中的高密度陶瓷微球可供应0.3-1.0毫米不同直径的产品,价格低、货源广。


2)陶瓷微球在1200℃时能保持良好的流动性,具有良好的强度、耐磨和抗热震性能,使用寿命长。


3)陶瓷微球的热容与温度有关,在600℃以上是为1.2千焦/千克·度,在600℃以下为1.15千焦/千克·度,按我方技术其储热温度差为800℃-100℃=700℃,陶瓷微球的堆积比重为2,单位体积的储热能力是水的7-8倍。


4)陶瓷微球实现了移动床储热,储热和放热是在不同的设备内进行,与固定床储热相比其灵活性大、效率高、设备维护简便,陶瓷微球储热量能够容易达到采暖的全天需求。


5)陶瓷微球易于储存,对储存设备的形状和大小没有特殊要求,储热设备的造价下降30-50%,单个设备的储热能力巨大,可达到上百兆瓦,而且储热能力越大效率越高、造价越低。


为使系统达到理想的工作性能,北京羲和很早就开始了加热器小型热试与关键零部件的试制。


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图:电加热器的小型冷试和热试装置


2013年初至2015年8月,公司自筹资金进行了陶瓷微球作储热剂电加热器的小型冷试和热试,获得较理想的结果,取得在1秒的极短时间内将直径0.4毫米的陶瓷微球加热到700℃的测试结果。


2016年初至2018年底,北京羲和研制加热器的关键部件陶瓷螺旋套的成型模具和制造工艺并完成内径220毫米高400毫米的陶瓷螺旋套的试制,为制造内径为800-1000毫米的商用螺旋套创造了有利的条件,解决了制造工艺和模具设计与制造的难题。


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图:试制成功的内径220毫米高400毫米的陶瓷螺旋套


2019年9月公司采用新制成的螺旋套重建陶瓷微球电加热器小型热试装置,将陶瓷微球在电加热器内停留时间由1秒延长到3秒,将陶瓷微球的加热后温度由700℃提高到850-900℃,进一步提高了储热能力。


目前,该公司正计划对该系统进行中试,也欢迎对该技术感兴趣的业界企业洽谈合作。

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