太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)方案

崔艷艷

摘 要：如今太陽能光熱發(fā)電技術(shù)得到廣泛應用，針對槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)進行分析，討論了蒸汽發(fā)生器的設(shè)計形式。以某50MW光熱發(fā)電項目為依托，比較了釜式蒸汽發(fā)生器與汽包式蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)方案，并從設(shè)計、結(jié)構(gòu)、性能、造價等方面作比較分析，為槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：光熱發(fā)電；釜式蒸汽發(fā)生器；汽包式蒸汽發(fā)生器

0 引言

槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)包括槽式拋物面集熱鏡場模塊、儲熱模塊、導熱介質(zhì)（HTF）系統(tǒng)和汽輪機動力島模塊。其中HTF系統(tǒng)包括燃氣鍋爐、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和主油泵等。蒸汽發(fā)生系統(tǒng)包括太陽能預熱器，太陽能蒸汽發(fā)生器，太陽能過熱器以及太陽能再熱器。系統(tǒng)的作用是將導熱介質(zhì)傳輸來的熱量與給水進行換熱，產(chǎn)生汽機所要求品質(zhì)的過熱蒸汽。

1 蒸汽發(fā)生器

蒸汽發(fā)生器的功能是將來自預熱器的近乎達到臨界溫度的水轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽。設(shè)計為形式有臥式釜式蒸汽發(fā)生器和分離汽包式蒸汽發(fā)生器。

1.1 釜式蒸汽發(fā)生器

釜式蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。釜式蒸汽發(fā)生器是由變徑的殼體與管束組成，釜式蒸汽發(fā)生器的管束沉浸于管箱液體中，液體與管束進行熱交換后氣液混合物向上流動，進入蒸汽發(fā)生器的上部蒸發(fā)空間。結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點在于殼體上部設(shè)置一個蒸發(fā)空間，蒸發(fā)空間的大小由產(chǎn)氣量和所需要的蒸汽品質(zhì)所決定。蒸汽發(fā)生器選用90°布管，這是由于蒸發(fā)器存在汽水分離空間，為了使蒸汽從下往上流通方便，需要更順暢的管束排列。

蒸發(fā)器由于存在汽水分離空間，所需要的殼體直徑很大，若整個換熱器做成統(tǒng)一直徑的筒體，那么管板厚度與直徑都增大，造成材料的浪費及工藝的復雜，所以從經(jīng)濟與制造的角度考慮，采用管箱與殼體中間增加偏心錐段的方式設(shè)計蒸發(fā)器的外形結(jié)構(gòu)。

為了更好地達到蒸汽品質(zhì)要求，需在釜式蒸汽發(fā)生器出口設(shè)置汽水分離器進行二次分離，分離出來的干蒸汽進入過熱器，分離的水回到蒸發(fā)器內(nèi)。

1.2 汽包式蒸汽發(fā)生器

汽包是蒸汽發(fā)生器最重要的設(shè)備，是加熱、汽化、過熱三過程的連接樞紐，汽包與蒸汽發(fā)生器之間由上升管和下降管連接，形成汽包自身的水循環(huán)。蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的汽水混合物由上升管進入汽包，通過汽包內(nèi)的汽水分離器，蒸汽繼續(xù)向上流出，汽包冷水在重力作用下經(jīng)下降管補充至蒸汽發(fā)生器中。

汽包的內(nèi)部裝置主要包括汽水分離裝置、蒸汽清洗裝置、排污、加藥、事故放水等裝置。汽包式蒸汽發(fā)生器能保證下邊的換熱器中管子始終是沉浸在水中的，不會有露管的現(xiàn)象發(fā)生。工作過程中要嚴格控制汽包中的液位，通過給水量和蒸汽流量信號以及液位信號共同控制。

汽包式蒸汽發(fā)生器的循環(huán)回路是由換熱器、汽包、上升管和下降管4個主要部件構(gòu)成的汽水循環(huán)回路。循環(huán)回路的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括上升管和下降管的數(shù)量和直徑，以及汽包的安裝高度等一系列幾何尺寸的選取和確定。

2 釜式與汽包式蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的方案對比

以某50MW槽式光熱發(fā)電項目為依托，雙列布置設(shè)計蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其中蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案對比如下：

從表1的數(shù)據(jù)中分析：

（1）設(shè)計方面：釜式本體設(shè)計時考慮蒸發(fā)空間、斜錐殼，稍顯復雜，但汽水分離器設(shè)計簡單；外置汽包式本體設(shè)計常規(guī)化，但汽包內(nèi)汽水分離裝置設(shè)計復雜。且系統(tǒng)管路設(shè)計比釜式復雜?？傮w來說，汽包式的設(shè)計要繁于釜式。

（2）結(jié)構(gòu)方面：同等功率50MW，釜式蒸汽發(fā)生器殼體大φ2200，但汽水分離裝置小φ1100；而汽包式蒸汽發(fā)生器筒體小φ1600，外置汽包體積龐大φ1600。從高度上講，實際占用空間外置汽包式要相對大一些。

（3）性能方面：釜式蒸汽發(fā)生器本體具備一次汽水分離條件，二次簡單分離后即可達到蒸汽品質(zhì)要求；外置汽包式所有的汽水分離都在汽包中進行，蒸汽品質(zhì)亦可得到很好地控制。因此性能方面差距不大。

（4）工程造價方面：同等功率，釜式殼體材料需求多，加工復雜，然而簡單的汽水分離裝置會拉低整體的造價；外置汽包式雖然筒體小，節(jié)省用料，但獨立的汽包裝置體積相對較大，拉高了整體造價。因此此消彼長，二者的造價差距并不是太多。

3 結(jié)論

針對50MW光熱項目，從設(shè)計與結(jié)構(gòu)角度分析，汽包式蒸汽發(fā)生器略顯復雜，從性能及造價對比分析，兩種方案差別不大。

總體來說，大功率光熱項目，釜式蒸汽發(fā)生器由于龐大的殼體不建議采用；小功率時，汽包外置式汽包結(jié)構(gòu)設(shè)計復雜，浪費材料，不建議采用。不過最終蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)方案確定需結(jié)合系統(tǒng)、工藝等綜合考慮。

參考文獻

[1]朱娜.太陽能光熱電站發(fā)電子系統(tǒng)熱力設(shè)備設(shè)計計算[D].華中科技大學，2011.

[2]潮坤.微型太陽光熱蒸汽發(fā)電系統(tǒng)研究[D].電子科技大學，2015.

（作者單位：哈爾濱汽輪機廠輔機工程有限公司）