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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知行合一、经世致用CentralSouthUniversity绪论太阳能热发电系统设计热力系统设计蒸发器设计总结Contents.目录自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina绪论知行合一、经世致用CentralSouthUniversity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TsinghuaUniversityofChina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TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversitySAM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𝑡=年发电量电站额定功率=111282.9𝑀𝑊·ℎ50𝑀𝑊=2225.7ℎ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热力系统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TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity•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：𝑝𝑟ℎ=2.269MPa，𝑡𝑟ℎ=532℃；•冷段：𝑝𝑟ℎ′=2.467MPa，𝑡𝑟ℎ′=307℃•汽轮机排汽压力𝑝𝑐=8kPa，排汽比焓：ℎ𝑐=2335.55kJ/kg•汽轮机机械效率𝜂𝑚=0.985汽轮机的参数自强不息厚德载物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TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity•高压加热器H1的抽气系数𝛼1：•𝛼1=𝛼𝑓𝑤ℎ𝑤,1−ℎ𝑤,2𝜂ℎℎ1−ℎ𝑑,1=0.1481•其中，忽略排污、渗漏等损失，给水系数𝛼𝑓𝑤=1，加热器换热系数𝜂ℎ=1•高压加热器H1的疏水系数𝛼𝑑1•𝛼𝑑1=𝛼1=0.148•故再热抽汽量•𝛼0=1−𝛼1=0.851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TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity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=𝛼cℎ0−ℎ𝑐+ℎ𝑟ℎ=0.85193432.3−2335.55=934.3213𝑘𝐽/kg•各级抽气做功∑𝑊𝑎,𝑗=𝑊𝑎,1+𝑊𝑎,2+𝑊𝑎,3=124.2457𝑘𝐽/kg•泵功=给水泵的焓升+凝结水泵的焓升𝑊𝑃𝑈=𝜏𝑝𝑢,1+𝜏𝑝𝑢,2=27.0𝑘𝐽/𝑘𝑔汽轮机做功自强不息厚德载物TsinghuaUniversityofChina知行合一、经世致用CentralSouthUniversity给水流量Gfw:Gfw=𝛼𝑐,2·D0=1×174352=174352kg/h凝结水泵流量Gcp:Gcp=𝛼𝑐,3·D0=0.7528×174352=131252.69kg/h凝汽量DC:DC=𝛼𝐶·D0=0.86409×174352=150655.82kg/h第一级抽汽量D1:D1=𝛼1·D0=0.1481×174352=25821.53kg/h第二级抽汽量D2:D2=𝛼2·D0=0.0991×174352=17278.28kg/h第三级抽汽量D3:D3=𝛼3·D0=0.022×174352其中，汽轮机进汽量为D0:流量的计算自强不息厚德载物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蒸发器的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TsinghuaUniversityofChi