简议电厂热力系统太阳能的原理及应用

太阳能是一种清洁能源, 但我国对太阳能的利用还很有限, 有效利用太阳能进行发电则是电力行业节能减排的一条重要途径。太阳能发电有两种方式:太阳能光伏发电和太阳能热发电。太阳能热发电就是将太阳的辐射能转化为蒸汽的热能, 蒸汽通过汽轮机做功产生机械能, 最后由发电机将机械能转换为电能。国外20世纪80年代已经有太阳能电站开始运行, 其规模都较小, 效率偏低。因此, 本文讨论太阳能热发电用于燃煤火电厂时对机组热经济性产生的影响。

1 热力系统太阳能应用模型

太阳能热发电是利用太阳集热器将收集的太阳能加热水或其它工质, 使之产生蒸汽, 让其在汽轮机中膨胀做功。如果将太阳能加热的水蒸汽直接通向凝汽式汽轮机组的低压加热器, 以代替低压抽汽使原来的抽汽返回汽轮机做功, 这和利用太阳能产生的工质在汽轮机中做功效果是一致的。因此, 在火电厂中建设太阳集热器, 将其产生的蒸汽供低压加热器利用, 这样电厂的烟囱、厂房房顶等设施可作为集热器的场地。

2 对机组热经济性的影响

电厂热力系统, 将高温集热器和低温集热器产生的蒸汽分别供给第5级和第7级加热器来代替这两级的低压抽汽, 假设其参数和原抽汽一致。保持各级加热器给水焓升不变, 主蒸汽和辅助汽水系统的流量不变, 对N600—16.7/537/537机组、N300—16.7/5 3 7/5 3 7机组、N 2 0 0—1 3.7/5 3 5/5 3 5机组采用太阳能后机组热经济指标的变化分别进行了计算, 结果如表1所示。

从太阳能在600 MW、300 MW和200MW机组热力系统低压加热器中利用的情况可以看出, 相对额定工况下利用太阳能后, 理想情况下可降低机组热耗率约200k J/ (k W·h) , 降低汽耗率约7 0 g/ (k W·h) , 降低发电标准煤耗约7g/ (k W·h) 。如果提高高温集热器的蒸汽参数, 使第5级加热器的给水焓升提高2O k J/k g, 则可降低发电标准煤耗率8g/ (k W·h) 以上。同时对于煤耗较高的小容量机组, 降耗优势明显。假设未利用太阳能机组发电标准煤耗是bs, 机组功率为N, 利用太阳能后, 机组功率为N+△N, 利用太阳能热多发的电△N的煤耗可以认为是零, 因此发电标准煤耗降低△bs。

表1中的计算结果均未考虑太阳能集热器的效率, 因此热经济指标的变化可认为是电厂的收益, 即发电煤耗、汽耗率的降低。利用降低煤耗的收益扣除太阳能集热器的初投资、运行费用, 可得出回收年限以及电厂的总收益。

3 太阳能集热系统

太阳能集热系统可以分为集中型和分散型两类。集中型的特征是在宽广的场地中心有高大的竖塔, 塔顶上安装吸热器, 以竖塔为中心, 在其周围布置许多平面镜, 太阳光被这些平面镜所反射, 被吸收器吸收后以良好的效率转变成热能。为达到最佳效果, 反射镜应跟踪太阳。这种系统占地面积大, 由于反射镜需要跟踪机构, 系统较为复杂。但是在电厂中可以利用烟囱作为竖塔, 为太阳能集热系统提供很便利的条件。分散型集热系统是由许多分散布置的槽形抛物面镜聚光集热器串并联组成的, 这种系统聚光能力要比塔式的低, 集热器所能达到的介质工作温度不超过400℃, 其容量可大可小。该系统的聚光集热器可以同步跟踪, 但是其输热管路复杂, 输热损失和阻力损失较大。电厂采用此类系统可以充分利用厂房房顶和周围荒废土地, 减少占地面积。

表1热经济指标计算结果

4 讨论

应用电厂热力系统矩阵分析法, 计算了3个不同容量的火电机组采用太阳能后热经济指标的变化, 显然对600 Mw机组和300Mw机组来讲, 利用太阳能加热蒸汽替代第5和第7级抽汽, 所需的太阳能集热板面积要大于200 Mw机组, 所需的初投资、占地面积、运行费用也高, 而我国有很多200Mw机组面临淘汰, 因此不妨利用太阳能热发电来提高200Mw火电机组的发电效率, 并达到节能减排的目的。

我国太阳能资源比较丰富, 具有利用太阳能有利条件的地区约占全国总面积的2/3以上。尤其是宁夏、甘肃、内蒙等地区全年日照时数长, 太阳辐射年总量大, 而且有广阔的戈壁滩等可利用的土地资源, 这些地区完全可以因地制宜, 采用适当的方法和装置在火电厂中有效利用太阳能进行热发电。

5 结语

(1) 本文提出了利用太阳能产生的蒸汽代替火电厂热力系统中的低压抽汽来提高机组热经济性的方案, 该方案同建设太阳能电站相比, 不需要增加汽轮机、发电机、换热器、凝汽器等设备, 具有减少投资节约土地的优势。

(2) 在600 Mw、300 Mw、200 Mw机组额定工况下, 利用太阳能 (理想情况下) 可降低机组热耗率约200 k J/ (k W·h) , 降低汽耗率约70 g/ (k W·h) , 降低发电标准煤耗约7 g/ (kw·h) , 节能效果显著。

摘要：分析了利用太阳能产生的蒸汽代替火电厂热力系统中的某低级压抽汽来提高机组热经济性的方案, 并分别计算了600MW、300MW、200MW机组热经济指标的变化, 计算表明:额定工况下利用太阳能后机组发电标准煤耗率均可降低7g/ (KW.H) 以上, 汽耗率降低一上, 节能效果显著;对热效率低的机组, 一般利用太阳能降低发电标准煤耗的潜力更大。

关键词：热能动力工程,太阳能,应用模式,热经济性,热力系统