槽式太阳能热发电蒸汽参数选择
辛宏
（黑龙江省节能技术服务中心，哈尔滨150001）
摘要：依据普遍采用的槽式太阳能然发电项目的工艺流程、系统配置，结合全球太阳能热余热发电研究结果，选取适宣的蒸汽参数同时降低单位kW造价. 发电技术发展超势并通过计算比较，提出太阳能光热发电不宜采用高蒸汽参数，应借基中低温
关键词：太阳能热发电：蒸汽参数；联合循环
中图分类号：TK514文献标志码：B文章编号：1009-3230（2015）09-0038-05
TroughSolar ThermalPowerSteamParameters
(Energy Conservation Service Center of Heilongjiang Province Harbin 150001 China) XIN Hong
Abstract:Trough solar thermal power projects based on monly used process syslemconfiguration bined with the global solar thermal power technology trends and calculate bym ada m sd s uq n pou pns mod nro pd heat power generation should leam from the results select the appropriate steam parameters whilereducing cost per kilowatt.
Key words: Solar thermal power generation; Steam parameters; Combined cycle
（法、意、德）、日本等国先后建设多座太阳能热发电站，内蒙、宁夏分别建设50MW槽式太阳能热发电站.甘肃正在努力开发建设不同容量的热电联产太阳能光热项目.蒸汽参数的选择差别较大，详见表1和表2.
旱0
经过40多年的发展，中国航天技术在一些重要领域已经达到世界先进水平，很多核心技术在太阳能热发电领域内，也有广泛的应用.太阳能是公认的取之不尽用之不竭的可再生的清洁能源.太阳能热发电是解决能源短缺和环境污染等难题的最有效途径之一.我国《可再生能源中长期发展规划》中，太阳能等可再生能源被列为2010年至2020年可再生能源发展重点领域.并 且规划建设较大规模的太阳能光伏电站和太阳能热发电站.至2020年，太阳能热发电总容量达到20万kW.
内蒙50MW槽式太阳能热发电系统的汽轮机参数如下：
额定功率：50MW
机组型式：一次中间再热、直接空冷、凝汽式
主蒸汽参数：218t/h；9.5MPa.a;383℃C
再热蒸汽参数：309°C，175t/h；2.07MPa；3.85
给水温度：240°℃额定转速：3000r/min额定排汽压力：12.4kPa.a
美国、西班牙、以色列、法国、国际能源署
已建成太阳能电站概况
名称 播式 槽式 美国 法国 槽式 国际能署 塔式 西班牙 塔式 欧共体 塔式 槽式 日本功率/MW D 2.5 1 0.5 0.5 0.5蒸汽器度/ 1OLS1 430 510 520 500 285蒸汽力/ber 41.5 66.9 101 105 25.3表2 LIZ公司式太阳能电站参数名称 I I A K功率/MW 14 30 30 30 0 80 80循环 247/38 300/27 无再热 327/43 327/43 327/43 371/100 371/100 再热 371/100 371/100蒸汽参数Char 471/37 510/105 510/105 510/100 510/100 371/100 510/100 371/100 371/100
其次，压力升高，汽轮机系统和锅炉系统的蒸汽管以及汽室、法兰螺栓应力就要增加，零件使用寿命减少.同时受压部件允许压力提高使系统造价提高百分之十几.
蒸汽参数中上下行分别为太阳能和天然气的蒸汽参数.
从工程热力学和燃气-蒸汽联合循环的角度，蒸汽压力和温度需互相匹配方能取得最佳效果.如果只提高主蒸汽压力使蒸汽增降有所增加，但同时压力增加使进汽比容减小，因高压级叶片较短而提失增加，压力增加也使排汽湿度增加，对末级叶片的安全性及经济性都不利.而且压力增加也使系统耗功增加.GE、西门子等公司对联合循环汽轮机进汽压力做了大量研究，依据容量面推荐压力数值.对B级燃机，汽轮机容量在12~20MW，蒸汽压力一般选取2.4~4MPa.对E级燃机，汽轮机容量在100~200MW，蒸汽压力一般选取4~7MPa.
1 计算实例
目前，比较通用的系统如图1和图2所示.是典型的纯太阳能光热热力系统和太阳能-化石燃料联合循环系统.国外已成功投人商业运行，国内仍处于试验运行阶段.
表2可知，已运行的槽式太阳能能电站都采用天然气提高过热蒸汽温度或保证再热蒸汽温度，达到提高出力和效率的目的.在太阳能与化石燃料联合循环方式中，太阳能只是降低能耗的辅助手段，所占比例较小，对设计参数的选取无足轻重.对以光热发电为主的太阳能电站，对蒸汽参数选取应给予高度重视，认真计算分析.
主蒸汽温度提高，机组出力可明显地增加，但对于太阳能光热，主蒸汽温度受限于380℃左右.由表2可知国外采取燃气再热的方式.国外的太阳能-燃气联合循环都是在已有运行机组的情况下加太阳能以减少化石燃料消耗.太阳能容量很小，对汽轮机的设计、参数选取基本无影响.
温度不变，随着压力增大，饱和温度点提高.影胀做功易于进人湿蒸汽区，不利用汽轮机的安全运行.
燕汽在不同压力下的饱和参数
表3
票汽压力 MPs 5 6 7 8 9 10 也和提度 饱和水焙 kj/kg 1 164.4 263.91 275.56 1213.9 1267.4 285.80 1317.0 294.98 303.32 1363.7 1407.7 96016饱和汽焙 kj/kg 2794 2785 2772 2758 2743 2725
增加不利.
压力高、温度低，蒸汽在汽轮机中做功时，极易进人湿蒸汽区，对汽轮机叶片伤害较大，对出力
图1太阳能热发电系统图
图2太阳能-燃气联合循环系统图
无论是燃气锅炉还是余热锅炉，维持蒸汽温 见表4.度380℃，在两个压力等级工况计算结果比较
表4低压补汽，纯太阳能热发电，带一台除氯器，一台低 压加热器，无再热
合循环的燃气轮机机型，其基本参数如下：
kW.燃料天然气； 透平温度t=1140，机组功率Ne=42100
1 蒸汽压力 MPs 5/4.9 10/9.8 3803 2 蒸汽温度 蒸汽结 /kg 3142 380 30284 补汽压力 MPa 1.5 1.55 补汽疆度 243 2906补汽处汽轮机压力 MPa 0.9807 0.98077 补汽焙 /kg 2905 30118 补汽流量 vh 9.316 14.9879 补汽处蒸汽压力 MPs 0.981 0.98110 汽轮机总进汽量 v/h 210 21011 汽轮机背压 kPa 6.5374 6.599912 汽轮机热耗率 k/kwh 11 488. 24 11 281.281 薰汽压力 XPa 5/4.9 10/9.82 两汽猫度 380 3803 蒸汽焙 V/kg 3142 30284 中间再热温度 380 3805 再热后压力级号 7 76 补汽压力 MPa 1.5 1.57 补汽疆度 243 2908补汽处汽轮机压力 MPa 0.980 7 0.980 79 补汽络 k/kg 290510 补汽流量 MPa /h 0.981 9.316 14.946 0.98111 汽轮机总进汽量 补汽处蒸汽压力 vh 210 21012 13 汽轮机背压 Pa 6.585 8 6.711214 汽轮机热耗率 k/kwh 11 014.4 10 578.4615 汽轮机汽耗率 KG/kwh 3.930 1 3.599 216 汽轮机功率 KW 53 433.47 58 345.5
排气温度4=553，排气流量G=522t/h，热耗率q=11270kj/kWh;
燃机总耗热量Q=Ne，q=474.467GJ/h；
天然气低热值Qdp=42956kj/kg（取）；
天然气耗量Gf=Q/Qdp=11045kg/h=11/h；
燃气轮机进人压气机的空气流量GO=G4-Gf=522 -11=511 t/h；
燃料空气比f=Qf/Q0=11/511=0.0215；
燃机排气比热Cp4=1.14kJ/kgk.
余热锅炉的窄点温差取15℃，窄点处燃气温度约290℃.
统配置采用双压锅炉，低压补汽，无再热，太阳能-燃气联合循环发电，带一台除氧器，一台低压加热器的计算结果见表5.
表5
蒸汽压力 XPa 5/4.9 10/9.82 蒸汽疆度 480 4803 蒸汽焙 k/kg 3386 33204 蒸汽流量 v/h 210 2105 汽轮机背压 kPa 6.390 91 6.35396 汽轮机热耗率 k/kvh 10 571.32 10 139.697 汽轮机汽耗事 kg/kwh 3.909 1 3.84338 汽轮机功率 kw 53 720.76 54 640.641 燕汽压力 MPs 5/4.9 480 10/9.82 3 蒸汽温度 蒸汽站 j/kg 3320 480 中间再热温度 480 4804 5 再热后压力级号6 汽轮机总进汽量 v/h 210 2107 汽轮机背压 kPa 6.4528 6.449 18 汽轮机热耗率 /kWh 10 193.86 汽轮机汽耗率 KC/kWh 3.4823 3.172610 汽轮机功率 kW 160E 09 66 192.23
采用补汽方式可提高机组出力，补汽参数需要考虑具有足够过热度并与主汽温度相匹配.补汽压力与主汽压力也要相匹配，压力大小对补汽流量影响较大.表中可看出，不采用再热方式，压力提高效果反而变差.采用再热方式，集热管回路增加，集热场投资增大，总之，需认真核算.
PG6581燃气轮机是最适合太阳能-燃气联
由表5可知，利用燃气轮机的余热提高过热
应充分利用中低温余热发电技术的研究成果由于能源短缺、环境污染，在节能减排的要求和燃气-蒸汽联合循环的余热锅炉研究成果、综追求提高压力，得不偿失.
蒸汽的温度，是改善系统出力的最有效办法.
工业行业的余热取得了可喜成绩，由于节能减排 的需要，近年来中低温余热发电的研究成果对蒸汽参数选取问题论述较多，尤其是闪蒸技术.水泥窑余热发电技术比较成熟，蒸汽温度压力常用选取值为：0.9、1.0、1.27、1.6、2.4MPa;310、330、350、370℃.中低温余热热源的温度在400℃左右，与槽式太阳能基本相当，所以应该充分借鉴此方面的研究成果，结合项目具体情况，设计合理、适用的太阳能光热发电系统，配置合适的汽轮机蒸汽参数.文中的主要目的是期望对主蒸汽温度最高在383℃的情况下，选取9.5MPa.a主蒸汽压力是否合适的问题给予重视.在太阳能能-燃气联合循环中，蒸汽温度的选取也应详细计算，温度和流量成反比.
参考文献
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压力参数选取还需考虑机组容量，当机组容量较低时（如两万kW左右），应考虑中低温余热发电的研究成果，选取不大于2.4MPa为宜.当机组容量较大时（如五万kW以上），为减小汽轮机体积，可选4~6MPa.
2结束语
太阳能热发电在我国刚刚起步，许多技术需借鉴国外经验，关键技术需消化、完善.文中旨在抛砖引玉，使太阳能热力系统配置、蒸汽参数选择更加合理.
