发布时间 : 星期五 文章熔盐塔式光热发电项目报告书 - 图文更新完毕开始阅读3ac0a3d3cc7931b764ce157e
动能，并产生电能。传热工质在换热系统放热后继续进入集热场，完成一回路循环；过热蒸汽经汽轮机做功后被凝汽器冷凝成水，回到换热器内循环使用，完成二回路循环。
单回路热发电系统是在高温、高压下工作，整个系统要严格按照高温、高压标准设计，而双回路系统的工作压力较低，一般在1.5MPa，无高压危险。
鉴于单回路热发电系统与两回路热发电系统的技术风险分析，本方案选用两回路热发电系统。
⑵传热介质选择
两回路热发电系统根据集热场载热传热介质（Heat Transfer Fluid 简称HTF）的不同主要分为三种：熔盐、水/蒸汽、空气/压缩空气。
熔盐其主要成分是NaNO3和KNO3。290℃的冷熔盐从冷储热罐中抽出至位于塔顶的吸热器，被加热到565℃，然后借重力回到热熔盐储热罐中，再由热盐泵抽出经过蒸汽发生器系统而产生高温高压蒸汽来驱动汽轮机发电系统发电。
水工质塔式热发电技术给水将直接被泵到塔顶的吸热器上，在吸热器里直接被加热蒸发产生饱和蒸汽，驱动汽轮发电机系统发电；或是在塔顶添加另一个过热蒸汽吸热器，将高压蒸汽过热后再驱动汽轮发电机系统发电。
空气塔式热发电技术可以分为开路和闭路两种系统。开路系统的空气出口温度一般是600～800℃；而闭路系统的空气出口温度可超过1000℃。以空气作为传热流体有工作温度高，运行维护简单，空气取用方便等优点；与水工质塔式热发电一样，储热系统是此技术的难点；
塔式太阳能热电在今后几年将占有聚光太阳能热发电的主要市场。因为塔式技术的运行温度高，能提高整个系统的循环效率；当熔盐作为导热和储热介质，可以大大降低储热成本。 2.2.3汽轮机配置方案选定
本工程规划总容量为100MW，本期建1×10MW，拟选用10MW高温高压、纯凝空冷式汽轮发电机组。由于机组容量偏小，带再热机组的热耗与不带再热机组的热耗值减少不大，经济性提高不明显，且增加了设备制造难道及制造成本，故主机暂不考虑再热机组。
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2.3塔式太阳能发电系统技术方案
本项目选用技术相对成熟的塔式太阳能热发电技术，选用两回路热发电系统，采用熔盐作为一回路的载热传热介质和蓄热介质，高温的熔盐通过换热系统产生高品质的蒸汽推动汽轮发电机组做功发电，带15h的储热系统，使电站在辐射条件好的情况达到24小时输出电量。
塔式太阳能热发电系统主要由太阳集热系统和发电系统二部分组成。 2.3.1太阳集热系统
太阳集热系统主要包括五个子系统，即：定日镜光场、熔盐吸热器系统、储热系统、蒸汽发生系统和伴热系统。
⑴定日镜光场
本方案选取的定日镜光场规模由1750面按一定方式排列的定日镜组成的，每个定日镜通过绕双轴转动跟踪太阳。项目的设计点电功率为10MW，带15h储热系统，太阳倍数约为2.8，光场热功率为100MWh（太阳倍数是吸热器的最大功率与汽轮的热功率的比值），最大年发电小时为5250h。
光场集热面积总反射面积约175000m2，配套吸热塔高度为115m.。考虑储热及工艺发电部分，占地范围为1000m×1200m，同时利用光场外面空余场地设置定日镜组装间，兼做材料库。
定日镜采用首航光热公司自主研发的大型定日镜，光场总反射面积是175000m2。共1750面，单面反射面积为100m2，该定日镜具有反扣功能，便于镜面的清洗，当有不利气象条件时，对反射镜起保护作用。
⑵熔盐吸热器系统
熔盐在290℃的冷储热罐中被泵入吸热器，流出吸热器时的温度是565℃。当有突然的云遮工况时，投射到吸热器的热流密度会急剧下降，为确保吸热器出口温度保证在565℃，将采用改变熔盐流量的办法来控制熔盐的出口温度。安装于熔盐管路上的流量控制阀根据投射到吸热器表面的热流密度、吸热管的平均温度及吸热器出口温度等，来改变控制阀的开口度，实现对吸热器的出口温度控制。
熔盐的熔点一般在220℃左右，在太阳下山后使吸热器及管道保持高温以避免熔盐凝固需消耗大量能量。为了解决这个问题，当没有太阳时，将整个管路中的熔盐回收至熔盐罐；而系统重新运行时，需对整个管道进行预热，达到预定温度后才充
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入熔盐。预热方法是，在整个熔盐管道上环绕电阻丝。吸热器是靠定日镜系统来预热，在系统启动前，部分定日镜对准吸热器，待其温度升至260℃以上后才充入熔盐和运行系统。
①熔盐吸热器设计
本项目的吸热器位于115m高的塔的顶部，吸收太阳光场反射来的太阳辐射能，将传热流体熔盐从290℃加热至565℃后，存储在热熔盐罐中。本项目采用环形360度受光的圆柱式吸热器。吸热器的高度为9m,直径为7m，其能承受的最大峰值热流密度至少为1.5MW/m2。吸热器是由多个吸热模块组成的，熔盐从北侧分两路进入吸热器，中间交叉后进入南侧出吸热器。吸热器的最高壁温不宜超过650℃，吸热器的光热转化设计效率为88%，当有风速为6m/s时，其效率至少86%，年均效率为82%以上。经初步计算，本项目的熔盐吸热器的额定吸热功率约为80MWth。
在充注熔盐过程中，为了防止集箱（进出口容器）管温度过低而导致熔盐凝固需在集箱内设有电加热器，电加热器在光场启动和停止时使用。
②熔盐制备
将配比为60%NaNO3和40%KNO3的固态混合熔盐（粉末状、袋装），少量储存于熔盐转运间，其余堆放在库房。
在集热系统初始启动时，配置好的熔盐经皮带送至蒸汽加热熔盐炉内，如有受潮结块通过熔盐粉碎机予以破碎。用蒸汽进行加热，直至固态熔盐熔化为220℃（熔点）液态，经熔盐制备泵加压后再送至电加热熔盐炉，加热至290℃后送至冷熔盐罐，供太阳能采集系统所用。
按上述流程制备液态熔盐达到足够数量，冷熔盐罐达到一定液位后，启动太阳能集热区的循环，此时，仍由上述流程继续制备液态熔盐，当达到一定数量后，可以开始采集太阳能，将熔盐加热至较高温度（最高565℃）。
当制备的熔盐达到一定数量后，可以开始采集太阳能时，一部分高温熔盐输送至热熔盐罐，然后开启至熔盐制备槽的电动阀，把高温熔盐放至熔盐制备槽中，加入一定量固态熔盐与高温熔盐混合熔化为290℃液态熔盐，由于熔盐量增加，开启两台熔盐制备泵加压，经电加热熔盐炉旁路输送至冷熔盐罐。由此可停用蒸汽加热熔盐炉和电加热熔盐炉，而采用太阳能加热制备熔盐。随着制备的液态熔盐的逐渐增多，可逐渐增加太阳能集热区加入循环，直至所有太阳能集热区投入循环，最后再
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完成蓄热部分的熔盐的制备。
在机组正常运行期间，机组通过检测冷/热储罐的液位，经过计算分析对系统是否需要熔盐补给及其熔盐的补给量给出相应指示信号，在需要熔盐补给时，该指示信号会触发熔盐供给系统向蓄热与换热系统提供熔盐补给功能。
⑶储热系统
熔盐塔式电站的储热系统主要成分有: 熔盐、冷/热熔盐罐、 冷/热盐泵、 熔盐管道、氮气系统、电伴热及其他辅助设备（罐体基础）。
①熔盐（硝酸盐）
导热和储热介质熔盐的主要成分是60%硝酸钠（NaNO3）和40%的硝酸钾（KNO3），称为二元盐。该比例的熔盐具有很好的稳定性、密度、比热容、化学性质稳定、低气化压强和低成本等；最大的缺点是，熔盐在220℃一下将大面积的凝结，所以整个系统需对整个熔盐管道的温度实时监测并带有加热保护系统。出于安全考虑，当熔盐罐里的温度小于290℃时，就停止系统的运行，电阻丝加热系统将对罐内的熔盐加热。
二元盐最开始是以固体形式运输到项目地址，这些二元盐应保存在专门的储盐区（干燥的地方），避免与水接触。在电站试调前三个月，开始把这些固态盐融化用泵打入储热罐中。
②储盐罐
双罐储热系统有冷罐和热罐。冷罐的温度为290℃，热罐温度为565℃。由于二元盐的气化压强低，允许储热系统处于常压状态。两个罐都是由碳钢焊接而成一个圆柱形的罐体，与商业的储油罐相似。
罐的主体包括灌顶、罐壁和罐底。为了防止氧气进入罐内接触高温熔盐，罐需要进行充氮保护，因此罐内压力略大于大气压强。罐顶部有1～1.5m的余量，而且需要布置加强筋，以承受熔盐泵的重量。罐壁钢板的厚度从底部往顶部依次减小。罐体的设计腐蚀厚度为5mm，罐体材料在焊前要进行预热，焊后进行射线检查。 保温材料需包围整个罐体，其保温效果应实现熔盐每天下降温度是不超过2～4℃，使整个储热系统的效率达到98%。熔盐罐底部的地基由下往上分为以下几部分组成：混凝土层、隔热层、泡沫层和耐热（耐火）层。
二元盐凝结保护是必须的，因为一旦罐体里出现了晶体后就无法再融化，而大
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