前言：本站為你精心整理了太陽能光熱發電換熱系統技術淺析范文，希望能為你的創作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

摘要:太陽能光熱發電可有效利用中國國際領先的火電汽輪機技術，通過不同型式的集熱系統，將太陽能轉化為熱能。光熱發電除集熱系統外，還包括儲熱系統、換熱系統、汽輪發電裝置，鑒于當前國內外研究太陽能光熱發電集熱系統的技術文獻及報告較多，本文將從太陽能光熱發電系統換熱系統角度出發，分析描述換熱系統的構成、布置、啟運方式、系統測試等方面內容，同時解讀國內首個光熱發電站用換熱系統國家標準項目的有關內容。

關鍵詞:光熱發電;換熱系統;蒸汽發生器

0引言

太陽能光熱發電可有效利用中國國際領先的火電汽輪機技術，通過不同型式的集熱系統，將太陽能轉化為熱能。光熱發電除集熱系統外，還包括儲熱系統、換熱系統、汽輪發電裝置，鑒于當前國內外研究太陽能光熱發電集熱系統的技術文獻及報告較多，本文將從太陽能光熱發電系統換熱系統角度出發，分析描述換熱系統的構成、布置、啟運方式、系統測試等方面內容，同時解讀國內首個光熱發電站用換熱系統國家標準項目的有關內容。

1光熱發電技術綜述

光熱發電是將太陽能轉化為熱能，通過熱功轉換過程發電的技術。光熱發電可有效利用中國國際領先的火電汽輪機技術，降低煤電去產能政策對常規產業的沖擊。其主要特點是發電功率相對平穩可控、運行方式靈活、可進行熱電并供。同時，光熱發電具有非常好的環境效益［1］。由于太陽能分布具有間歇性、稀疏性等特點，聚光型光熱發電成為對太陽能進行高效利用的有效途徑之一。近年來，太陽能光熱發電技術的應用與發展備受矚目，根據聚光集熱方式的不同，太陽能光熱發電集熱系統技術路線主要有4種類型:槽式集熱系統、塔式集熱系統、碟式集熱系統以及線性菲涅爾式集熱系統［2］。

2光熱發電產業發展概況

目前，我國首批光熱發電示范項目共計20個，合計裝機1349MW。從技術路線上看，9座塔式、7座槽式、4座菲涅爾式;地理位置上看，9座位于甘肅省敦煌/玉門等地，4座位于青海德令哈/共和/格爾木，4座位于河北張家口/張北，2座位于內蒙古烏拉特，1座位于新疆哈密;從進度上看，已完成并網項目為7項。我國是世界上光熱發電裝備產業鏈發展基礎較為完善的國家，隨著光熱電站項目的推進，我國在光熱發電系統集成、優化、運維以及智能化發展等方面，也走在世界的前列。據預測，2020～2030年，我國將處于光熱發電商業規模的發展階段，光熱發電向大容量、高參數、長時間儲熱、低成本方向發展，電站規模將平均每年增長500～1000MW［3］。

3光熱發電換熱系統概述

換熱系統主要由蒸汽發生系統和油鹽換熱系統構成。其中，蒸汽發生系統是驅動蒸汽動力系統運行的動力，是太陽能熱發電系統的重要組成部分，該系統的可靠性直接影響到整個光熱發電站能否正常運行。蒸汽發生系統如圖1所示，將高溫鹽罐內的熔鹽分別通入過熱器和再熱器進行換熱混合排出，再依次流經蒸汽發生器及預熱器與給水發生換熱，再將熱量傳給水后流入低溫鹽罐。

3.1換熱系統的匹配要求

蒸汽發生系統的額定蒸發量應與汽輪機額定工況相匹配，最大連續蒸發量應與汽輪機閥門全開工況相匹配，同時應考慮系統的變工況特性。油鹽換熱系統的額定工況宜與汽輪機額定工況相匹配。換熱系統設計工況下的系統熱效率應不低于98%。蒸汽發生系統主蒸汽溫度應滿足汽輪機額定工況的要求(見表1)。

3.2蒸汽發生系統的設備要求

為了保證整個蒸汽發生系統的各項職能，該系統包括了預熱器、蒸發器、汽包、過熱器、再熱器等換熱設備。1)預熱器:傳熱介質預先加熱給水以提高給水溫度的裝置;2)蒸發器:傳熱介質與水換熱產生高壓飽和蒸汽的裝置;3)過熱器:傳熱介質加熱飽和和蒸汽產生過熱蒸汽的裝置;4)再熱器:傳熱介質加熱汽輪機高壓缸排汽產生高溫再熱蒸汽的裝置。蒸汽發生系統設備的介質宜按照表2進行選取。

4光熱發電換熱系統運行

目前，國內蒸汽循環主要有自然循環(見圖2)和強制循環(見圖3)兩大類，兩者都有比較成熟的工程運行經驗。太陽能熱發電換熱系統啟停次數可按以下執行，具體次數應根據電站運行特點綜合確定:1)冷態啟動(停機超過72小時)10次/年，(調試期24次/年);2)溫態啟動(停機在10至72小時之間)250次/年，(調試期320次/年);3)熱態啟動(停機時間在1至10小時之間)300次/年，(調試期400次/年);4)極熱態啟動(機組停機1小時以內)50次/年(調試期100次/年);5)負荷階躍＞10%銘牌功率/min，15750次/25年。太陽能光熱發電蒸發器在啟動時，無論是強制循環，還是自然循環都是依靠外部循環泵驅動水在預熱器、電加熱器、蒸發器與汽包之間循環，通過電加熱器加熱給水。如圖2和圖3所示，區別在于強制循環方式的循環水首先進入汽包，再通過強制循環泵進入蒸發器;自然循環方式因取消了強制循環泵，只能依靠外部循環泵進行循環，需要將循環水接入蒸發器，再由汽包抽出，從而實現蒸發器和汽包的預熱。

4.1蒸汽發生系統啟動曲線

根據調查某工程中熔鹽光熱發電的相關要求，及熔鹽蒸汽發生系統的溫升特性，考慮蒸汽發生系統的相關啟動要求，統計蒸汽發生系統的啟動曲線如圖4所示。1)冷態啟動:蒸汽發生系統啟動時間約374min，至機組滿負荷約434min。2)溫態啟動:蒸汽發生系統啟動時間約14min，至機組滿負荷約74min。3)熱態啟動:蒸汽發生系統啟動時間約21min，至機組滿負荷約67min。4)極熱態啟動:蒸汽發生系統啟動時間約14min，至機組滿負荷約30min。

4.2蒸汽發生系統溫升影響

溫升降溫速率的大小對容器熱應力影響較大，尤其對厚壁容器的影響更為明顯。溫升降溫速率越大，在容器壁厚方向產生的溫度梯度越大，熱應力越大。通常對于內壓容器內壁溫度高于外壁的情況，在升溫過程中，熱應力與壓力產生的機械應力方向相反，從而降低了容器在壁厚方向的應力;在降溫過程中，熱應力與壓力產生的機械應力方向一致，從而提高了容器在壁厚方向的應力。所以此種情況下，降溫過程為更惡劣工況，熱應力對結構的安定性影響最大。

5光熱發電換熱系統標準解讀

根據國家重點研發計劃課題《太陽能高溫熱發電站關鍵技術標準研究》(課題編號:2017YFF0208301)，由機械工業北京電工技術經濟研究所牽頭開展太陽能熱發電站換熱系統技術要求和太陽能熱發電站換熱系統檢測規范研究，自2017年中旬至2020年底，采用調研走訪、會議研討相結合的方式，以電站鍋爐相關國家標準有關內容為基礎，以光熱發電工程示范項目為依托，以填補國內相關領域標準空白為目標，以引導我國光熱電站建設為需求，對油鹽換熱系統，導熱油蒸汽發生系統，熔融鹽蒸汽發生系結構進行分析梳理，確定了光熱電站換熱系統的技術要求和檢測原則，制定了兩項光熱發電換熱系統國家標準項目。

5.1國內光熱發電換熱系統情況選取

根據實際工程項目走訪與調研，選取部分蒸汽發生系統產品情況，如表3所示。

5.2標準主要研究內容

(1)技術難題:總體要求、設備選型、控制安全等主要研究內容:換熱系統總體構成、設備配置、運行計劃及控制、各部分之間的匹配關系以及相關的安全和性能要求，確定工質驅動系統、防凝系統、凈化系統以及膨脹系統等輔助系統技術要求;對換熱系統的管道以及閥門等附件進行優化配置。系統構成及參數:包括蒸汽發生系統和油鹽換熱系統，以及設備基本參數。正常使用環境條件:包括環境溫度、濕度、風速。技術要求:包括一般要求、蒸汽發生系統(汽水側、熔融鹽側、導熱油測)、熔鹽換熱系統、熱交換器、安全泄放裝置、閥門及儀表控制、泵、管道、防凝要求。檢測內容:包括額定蒸發量;熱效率;汽水系統流量、進出口溫度、壓降;導熱油和熔融鹽系統流量、進出口溫度、壓降;蒸汽品質。(2)太陽能熱發電站換熱系統檢測規范解決技術難題:檢測需求、安裝要求、采樣評價等。主要研究內容:檢測系統配置、檢測對象和參數選取、安全和性能參數的計算方法等內容。試驗項目:包括額定蒸發量;熱效率;汽水系統流量、進出口溫度、壓降;導熱油和熔融鹽系統流量、進出口溫度、壓降;蒸汽品質。測量內容及儀表:確定汽水側、導熱油測、熔融鹽側、蒸汽品質等方面的具體測量內容。測量方法:包括流量、溫度、壓力和壓差等測量方法。系統性能檢測試驗:包括額定蒸發量、最大連續蒸發量、汽水系統壓降、熔融鹽系統壓降、導熱油系統壓降、蒸汽品質、熱效率。上述兩項國家標準規定了太陽能熱發電站換熱系統技術要求和檢測規范，對于提高太陽能熱發電站的換熱效率起著至關重要的作用，且涉及整個電站的安全性和經濟性，規范和指導了太陽能熱利用工程建設與生產，能夠有效引領太陽能光熱產業規模化發展。

6結束語

當前，隨著我國“碳達峰·碳中和”總體戰略目標的提出，以能源生產清潔化、能源消費電氣化為方向，全面實施“兩個替代”，著力優化能源結構、提高能源效率、嚴控化石能源總量，構建清潔主導、電為中心的現代能源體系成為途徑與方向。光熱發電技術對比以風電、太陽能光伏發電等新能源發電技術，因具備較強的主動支撐電力系統及可控可調等電源端優勢，通過“光熱+光伏”、“光熱+熱電聯產”、“光熱+余熱利用”等應用場景開拓，進一步發揮光熱發電在“源網荷儲”、“多能互補”等能源綜合利用的助力和支撐作用。

作者:果巖 單位:機械工業北京電工技術經濟研究所