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1、,甘肃敦煌塔式50MW太阳能热发电系统设计,知行合一、经世致用,Central South University,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,01,绪论,知行合一、经世致用,Central South University,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,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
2、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,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,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,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South Univers
3、ity,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92139530，北纬39404140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
4、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1.25 KWh/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,Tsinghua University of China,02,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,Central South University,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,总体系统：镜场+吸收塔+换热系统+储热系统+
5、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,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,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、 （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,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,型号：西门子的SST-400,汽轮机的选型,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,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,Tsinghua
7、University of China,知行合一、经世致用,Central South University,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35m35m。通过SAM软件模拟，镜场共17929块，每块12.212.2m。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/m291Wm20.680.970.3=3.19亿度,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South Universit
8、y,SAM模拟结果为1.11亿度电，和计算值（3.19亿度电）对比SAM模拟结果：热量分配-时间图发现计算发电量过大，模拟结果分析：猜想该发电量仅是理想情况的数值，未考虑储能部分的损失、散焦时光损失（弃光）和热力循环的弃热损失（储热已满）故使用SAM模拟得结果1.11亿度电计算，满负荷运行年发电小时数：,SAM模拟结果：热量分配-时间图,= 年发电量 电站额定功率 = 111282.9 50 =2225.7,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,50MW塔式光热电站主要参数表,该部分是
9、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,03,热力系统设计,自强不息 厚德载物,知行合一、经世致用,Central South University,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,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,Tsinghua University of China,知行合一、经世致
10、用,Central South University,机组形式：中温高压、一次再热、单轴、双缸、凝气式汽轮机额定功率：Pe=50MW主蒸汽初参数：p0=12.24MPa，t0=532再热蒸汽参数：热段： =2.269MPa， =532；冷段： =2.467MPa， =307汽轮机排汽压力 =8kPa，排汽比焓： =2335.55kJ/kg汽轮机机械效率 =0.985,汽轮机的参数,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,机组各级回热抽汽参数表,自强不息 厚德载物,Tsinghua Uni
11、versity of China,知行合一、经世致用,Central South University,高压加热器H1的抽气系数 1 ： 1 = ,1 ,2 1 ,1 =0.1481其中，忽略排污、渗漏等损失，给水系数 =1，加热器换热系数 =1高压加热器H1的疏水系数 1 1 = 1 =0.148故再热抽汽量 0 =1 1 =0.851,抽气系数计算,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,汽轮机的内功=凝气做功各级抽气做功-泵功凝气做功=凝气系数（主蒸汽焓-凝汽的焓+再热的焓升）Wc
12、= c 0 + =0.8519 3432.32335.55 =934.3213/kg各级抽气做功 , = ,1 + ,2 + ,3 =124.2457/kg泵功=给水泵的焓升+凝结水泵的焓升 = ,1 + ,2 =27.0/,汽轮机做功,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,给水流量Gfw:Gfw= ,2 D0=1174352=174352kg/h凝结水泵流量Gcp:Gcp= ,3 D0=0.7528174352=131252.69kg/h凝汽量DC:DC= D0=0.86409174
13、352=150655.82kg/h第一级抽汽量D1:D1= 1 D0=0.1481174352=25821.53kg/h第二级抽汽量D2:D2= 2 D0=0.0991174352=17278.28kg/h第三级抽汽量D3:D3= 3 D0=0.022174352其中，汽轮机进汽量为D0:,流量的计算,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,全厂效率=管道效率集热场效率汽轮机绝对电效率cp=bpe=0.96550.9250.4008=0.3579,全厂性热经济指标的计算,自强不息 厚德载
14、物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,热力系统设计的小结,04,蒸发器的设计,自强不息 厚德载物,知行合一、经世致用,Central South University,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,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,Tsinghua University of C
15、hina,知行合一、经世致用,Central South University,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,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,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
16、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。,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,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,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,根据经验估计传热系数，根据
17、Solar II，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,。,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,计算冷、热流体与管壁的对流换热系数,确定管内流速确定管内传热膜系数确定管外传热膜系数 0 = 1 2.33 0.5,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,。,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用
18、,Central South University,压降校核,。,一般来说，管壳式换热器对于液体允许压力降不超过100KPa，对于气体允许压力降不超过10KPa。经上述计算，本次设计所得壳程水汽压降为955.5Pa，管程高温熔盐压降为2.478KPa，满足设计要求。,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,校核传热面积,。,总传热系数K：,K=1287.5W/m2K,所选取的换热器实际换热面积：A=1224.7A计/A=1338.5/1224.7=1.1满足设计要求。,A计=1338.5
19、m2,05,总结,自强不息 厚德载物,知行合一、经世致用,Central South University,自强不息 厚德载物,Tsinghua University of China,知行合一、经世致用,Central South University,。,本次设计是针对甘肃敦煌50MW塔式光热电站的系统设计。设计内容主要包括三个部分：电站整体设计、热力循环设计计算、换热器的设计。首先，电站设计部分，进行电场集热场面积和年发电量的计算，结合SAM软件分析，得到更符合实际的结果，年发电量为1.11亿度电，镜场面积为91万平方米，满负荷运行年发电时长为2225.7h.其次，热力循环设计利用朗肯循环确定各部分得参数，依据质量守恒定律和能量守恒定律计算得到主要的经济指标：再热换热量517.67 kJ/kg，锅炉有效热量q1=2667.88kJ/kg，管道效率p=0.9655，全厂效率cp=0.3579。最后，是蒸汽发生器的设计，设计方案中选取固定管板式换热器，使热熔盐走管程，饱和蒸汽走壳程，取管内流速u=0.303m/s ，传热管长 =9m，选用 传热管（碳钢）。经分析计算取壳程数为1，管程数为1，传热管总根数为Nt=1753，面积为1224.7平方米。,谢 谢 大 家,THANKS FOR ALL,
