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甘肃敦煌塔式50MW太阳能热发电系统设计

汇报人：刘慧2019/10/31甘肃敦煌塔式50MW汇报人：刘慧2019/10/1知行合一、经世致用CentralSouthUniversity01绪论02太阳能热发电系统设计03热力系统设计04蒸发器设计05总结Contents.目录知行合一、经世致用CentralSouthUnivers自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina01绪论知行合一、经世致用CentralSouthUniversity自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity背景

随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。21世纪内太阳能将成为全球主要能源之一，是最原始的能源，地球上几乎所有其他能源都直接或间接来自太阳能。经过多年的开发，太阳能发电也得到了长足的发展。自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo4自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity太阳能光热发电概述

通过水或其他工质和装置将太阳辐射能转换为电能的发电方式,称为太阳能热发电。先将太阳能转化为热能，再通过汽轮机做功将热能转化成电能是太阳能热间接发电的一种技术，按聚光类型分为槽式系统、塔式系统、碟式系统、菲涅尔系统。自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo5自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

设计条件

（1）地理条件敦煌市地处甘肃省西北部，东西分别与瓜州县、肃北蒙古族自治县和阿克塞哈萨克族自治县相接。敦煌位于甘肃、青海、新疆三省（区）的交汇点，介于东经92°13′—95°30′，北纬39°40′—41°40′之间，总面积3.12万平方千米，其中绿洲面积1400平方千米，仅占总面积的4.5%。平均海拔561米。（2）气象条件敦煌市属典型的暖温带干旱性气候，气候干燥，降雨量少，蒸发量大，昼夜温差大，日照时间长。四季分明，春季温暖多风，夏季酷暑炎热，秋季凉爽，冬季寒冷。常取设计点为：春分日或夏至日的上午10点或者中午，也可以取秋分日或冬至日中午，通过SAM软件得到甘肃敦煌的具体的气象数据：全年日照时数为3246.7小时，平均直射辐射量为7.67KWh/m2/day，散射辐射量为1.25KWh/m2/day。年平均降水量42.2毫米，蒸发量2505毫米，年平均气温17.0℃，平均风速为2.3m/s。自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo6自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina02太阳能热发电系统总体设计自强不息厚德载物知行合一、经世致用CentralSouthUniversity自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

总体系统：镜场+吸收塔+换热系统+储热系统+汽轮机换热系统包括预热器、蒸发器、过热器和再热器。储热系统包括冷盐储罐和热盐储罐汽轮机包括一级再热+一个高加+一个除氧器+一个低加塔式50MW太阳能发电系统，因为塔式聚光工作温度较高，故选用熔融太阳盐作为吸热和传热工质及储热工质。自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo8自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity主要步骤（1）查找厂址气象资料及太阳辐射资源报告；

（2）确定聚光方式、面积，确定接收器、汽轮机参数；（3）确定吸热、传热工质；（4）确定储热容量、工艺、材料种类；（5）确定热交换器容量、形式与工艺；（6）确定辅助能量形式、燃料类型；（7）预计年发电量；自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo9自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

参数数值功率输出高达

60MW

转速

8000rpm进汽压力高达

140bar/upto2030psi

进汽温度高达

540°C/upto1004°F背压高达

25bar/363psi冷凝压力高达

0.3bar/4.4psi可控（最多4）高达

45bar/510psi不可控高达

60bar/870psi型号：西门子的SST-400汽轮机的选型自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo10自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

在给定的地理位置、气象条件、太阳辐照度、汽轮机容量和储热容量下辖，确定聚光场面积和太阳能热发电系统的年平均发电效率（聚光、吸热器、发电效率），计算年发电量。自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo11自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

设需要定热聚光场面积为91万平方米腔体式吸热器开口为35m×35m。通过SAM软件模拟，镜场共17929块，每块12.2×12.2m。镜场距离吸收塔最近的距离是71.16米，最远为901.42米。年发电量=DNI×面积×光电效率光电效率=输出效率×吸热器截断效率×吸热器效率×汽轮机效率Q=1777KWh/m2×91Wm2×0.68×0.97×0.3=3.19亿度自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo12自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

SAM模拟结果：热量分配-时间图

自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo13自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

项目名称单位数值汽轮机额定功率MW50储热时长h5（双罐）镜场面积万平方米91年发电量亿kw.h1.11满负荷运行年发电小时数h2225.7传热工质

水蒸气/太阳盐储热工质

太阳盐50MW塔式光热电站主要参数表该部分是电站的整体设计，主要包括镜场、储热子系统、热力发电子系统、蒸汽发生子系统部分参数的初步确定自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo1403热力系统设计自强不息厚德载物知行合一、经世致用CentralSouthUniversity03热力系统设计自强不息厚德载物知行合一、经世致用Cent自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

热力系统设计为由一个高压加热器、一个再热器、一个除氧器及一个低压加热器组成。简化条件：仅考虑抽气管道的压力损失以及主汽门和中联门的压力损失。简化热力系统。自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo16自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

汽轮机的参数自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo17自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

项目

单位H1H2H3汽侧抽汽压力p’jMPa3.9120.8840.093抽汽管道压损△p%355抽汽比焓hjkJ/kg3130.553271.132775.34加热器侧压力pjMPa3.7940.83980.08835汽侧压力下饱和温度ts℃248.98174.692.628­­­水侧水侧压力pwMPa20.130.8841.724加热器上端差δt℃-1.702.8加热器下端差δt1℃5.505.5机组各级回热抽汽参数表自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo18自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

抽气系数计算

再热抽气回热排汽H1抽汽H2抽汽H3抽汽抽汽系数0.85190.14810.09910.0220.7308自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo19自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

汽轮机做功自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo20自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

流量的计算自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo21自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

全厂效率=管道效率×集热场效率×汽轮机绝对电效率ηcp=ηb·ηp·ηe=0.9655×0.925×0.4008=0.3579全厂性热经济指标的计算自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo22自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

项目

单位H1H2H3汽侧抽汽压力p’jMPa3.9120.8840.093抽汽管道压损△p%355抽汽比焓hjkJ/kg3130.553271.132775.34加热器侧压力pjMPa3.7940.83980.08835汽侧压力下饱和温度ts℃248.98174.692.628­­­水侧水侧压力pwMPa20.130.8841.724加热器上端差δt℃-1.702.8出水温度tw,j℃250.68174.695.428出水比焓hw,jkJ/kg1089.83739.4358401.1116进水温度t’w,j℃174.695.42878进水比焓h’w,jkJ/kg749.9421400.4717327.9427加热器下端差δt1℃5.505.5疏水温度td.j℃180.195.42883.5疏水比焓hd,jkJ/kg765.0856400.438349.7167热力系统设计的小结自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo2304蒸发器的设计自强不息厚德载物知行合一、经世致用CentralSouthUniversity04蒸发器的设计自强不息厚德载物知行合一、经世致用Cent自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

求出换热器的热流量 适当的选择并计算平均温差 计算冷、热流体与管壁的对流换热系数 压降校核

计算传热系数，校核传热面积设计步骤自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo25自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

进口温度/℃出口温度/℃预热器tpi=252.4tpo=325.9蒸发器tei=325.9teo=328过热器tsi=328tso=532根据前一章所计算内容，汽轮机所需蒸汽流量=174352kg/h。高压加热器水出口温度及预热器进口温度tpi=252.4℃，过热蒸汽参数：12.24MPa，532℃，即过热器出口tso=532℃，整个预热蒸发及再热过程视为等压，12.24MPa得压力下，水的蒸发温度为328℃。自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo26自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

根据中控德令哈50MW项目熔盐入口盐温565℃，出口盐温290℃根据能量守恒，由水的各段温度换热进而求解得到融盐各段温度，如下表蒸汽发生器高温熔盐进出口温差为122.8K，质量流量303.90kg/s，热容1521.9018J/kg.k，得换热量为56.80MW。

预热器蒸发器过热器+再热器

进口出口进口出口进口出口熔盐T/℃331.2290454331.2565454水汽t/℃252.4325.9325.9328328532自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo27自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

适当的选择并计算平均温差温度修正系数蒸汽发生器中流向为逆流，固定管板式换热器，管程走高温熔盐，壳程走水及蒸汽自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo28自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

根据经验估计传热系数，根据SolarII，拟选取蒸汽发生器的传热系数：计算传热面积，A估=1245平方米

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自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo29自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity计算冷、热流体与管壁的对流换热系数

自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo30自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity

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参数管程壳程流率/(kg/h)1094032174352进/出口温度/℃454/331.2325.9/328物性参数密度/(kg/m3)1819.42363.05定压比热容/(kJ/kg∙K)1521.907.65粘度系数/kg/m/s0.002354.875x10-5导热系数/（W/m/K）0.520370.2925设备结构参数形式固定管板式壳程数1壳体内径/mm20台数1管径/mm∅25×2.5壳体内径/m1.5管长/mm9000管子排列正三角形排列管数目/根1753折流板数/个14传热面积/m21338.5折流板间距/mm600管程数1材质碳钢自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo31自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity压降校核

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自强不息厚德载物TsinghuaUniversityo32自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity校核传热面积

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