淺談槽式光熱電站鏡場集熱器效率提升探索

淺談槽式光熱電站鏡場集熱器效率提升探索摘要：新能源發(fā)電領(lǐng)域光熱發(fā)電項目是未來重點發(fā)展的方向，光熱發(fā)電形式包括：槽式、塔式、線性菲涅爾式、碟式、帆式等。目前而言槽式光熱發(fā)電方式是全球光熱發(fā)電領(lǐng)域發(fā)展最成熟可靠的一種，一般而言不論槽式還是其他形式的光熱發(fā)電模式，最核心的都在鏡場集熱器的集熱效率上，以槽式光熱發(fā)電廠為列太陽島集熱器主要包括：拋物鏡面、液壓站、集熱管、傾角儀、HTF集熱器溫度元件、就地控制系統(tǒng)裝置等，通過優(yōu)化相關(guān)參數(shù)及優(yōu)化相關(guān)設(shè)計，可以有效提升鏡場集熱器效率，最終達到整個電站發(fā)電量有效提高的目標。本文主要針對如何有效提升槽式光熱電站鏡場集熱器效率展開深入的分析，旨在有效解決集熱器效率低下問題，確保整個太陽島熱效率達到最優(yōu)。關(guān)鍵詞：集熱器；槽式；效率；優(yōu)化導言伴隨著近年來新能源發(fā)電行業(yè)的快速發(fā)展，太陽能光熱發(fā)電技術(shù)被越來越重視，特別是近兩年新能源新上馬項目如果不配備一定比列的光熱、儲能項目，國家不允許批復新項目。因此，太陽光熱項目是未來發(fā)展的主力，由于槽式光熱發(fā)電項目是目前世界最成熟的發(fā)電項目，所以，槽式光熱項目是未來新能源光熱領(lǐng)域發(fā)展的重點方向，一般光熱發(fā)電核心項目最主要的是鏡場集熱器效率的高低，只有效提升鏡場效率才能提高整個機組設(shè)備發(fā)電出力。1槽式光熱電站組成部分1.1槽式光熱發(fā)電生產(chǎn)系統(tǒng)主要由太陽島、傳儲熱島、常規(guī)島等三島組成，采用導熱油做為傳熱介質(zhì)、熔融鹽做為儲熱介質(zhì)。主要發(fā)電工作原理為借助槽式拋物面反射鏡將太陽光反射并聚焦到真空集熱管上，加熱集熱管中的導熱油。一部分導熱油通過油水換熱器將熱能傳給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，使蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生10.3Mpa的高壓蒸汽供汽輪機發(fā)電。另一部分導熱油通過油鹽換熱器將熱能以升高熔鹽溫度的方式儲存下來，在夜晚期間油鹽換熱器再將熱能傳遞回導熱油，由導熱油再次通過油水換熱器將熱能傳給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，使蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生高壓蒸汽，以維持汽輪機持續(xù)供電輸出。拋物面槽式太陽能光熱發(fā)電項目以50MW為列，太陽島由190個槽式回路組成，SCA集熱器全場分布共計為760個。拋物面反射鏡將太陽光反射到位于鏡面焦線處的集熱管上，聚焦太陽輻射轉(zhuǎn)化為熱能被導熱流體吸收。目的：提高鏡場集熱器（SCA）吸熱效率。（圖中文字：solarcollectorshield:太陽能集熱板，hottank：熱罐，storage：儲藏，coldtank：冷罐，reheater：再熱器，superheater:過熱器，vaporizer：蒸發(fā)器，economizer:預熱器，turbine：汽機，grid：電網(wǎng)，generator：發(fā)電機，coolingtower:冷卻塔）圖一、槽式光熱電站生產(chǎn)工藝流程圖2槽式光熱電站鏡場效率低下的原因

2.1天氣因素影響由于光熱電站選址一般在光照時間長地域偏遠地區(qū)，如果電站所在地區(qū)天氣惡劣，特別是風沙天氣較多容易造成集熱器鏡面揚塵落入，如果不及時有效清理將會導致集熱器吸熱效率低下，最終影響機組發(fā)電機出力。

2.2電氣元件故障影響鏡場集熱器控制柜內(nèi)R2繼電器R2繼電器所帶負載是電磁閥，電磁閥屬于感性負載，在觸頭斷開瞬間回路中會產(chǎn)生反向的感性電動勢，感應電動勢產(chǎn)生的感應電流在觸頭放電拉弧，燒損繼電器觸頭。R2繼電器控制的是集熱器驅(qū)動裝置蓄能器出口電磁閥，集熱器在東西方向與目標角度每偏差0.05度R2繼電器都會動作一下，每分鐘動作數(shù)十次左右，動作非常頻繁。長時間頻繁動作最終造成輔助觸點出現(xiàn)觸頭氧化、輔助觸點引線出現(xiàn)焊點脫焊情況，最終影響集熱器正常運行。2.3油站漏油造成拒動影響集熱器油站電磁閥由于安裝期間及長期頻繁動作，造成液壓驅(qū)動裝置的電磁閥閥桿處緊固螺絲有松動現(xiàn)象，導致內(nèi)部O型圈貼合不嚴，在液壓裝置頻繁加壓、泄壓過程中造成O型圈被刺破，進而導致油箱液壓油出現(xiàn)泄漏，油箱油位低集熱器拒動情況發(fā)生。2.4監(jiān)視畫面不合理由于太陽島區(qū)域設(shè)備比較分散加之監(jiān)視測點近5000個，運行人員由于監(jiān)視畫面比較多，所以很難及時有效的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場集熱器故障情況，一旦長時間不能發(fā)現(xiàn)集熱器拒動，將會影響集熱器正常聚焦。2.5測溫元件故障影響因素集熱器在貯存位時，溫度變送器接線盒信號電纜格蘭頭處由于安裝施工不當，存在格蘭頭松動脫落、防護不嚴現(xiàn)象，造成雨水倒灌導致HTF溫度變送器出現(xiàn)接地短路等故障。2.6施工質(zhì)量問題在工程安裝期間鏡場集熱器支架未按施工方案實施，由于安裝期間集熱器水平角度與DCS盤面設(shè)定角度稍有偏差，導致集熱器無法正常聚焦，一旦大面積出現(xiàn)無法正常聚焦現(xiàn)象，將嚴重影響集熱器熱效率，最終導致機組發(fā)電出力減少。2.7鏡場流量不平衡因素影響由于鏡場集熱器每個回路閥門受閥門開度大小影響，導致每個集熱器溫度高低不同，進而會影響整個鏡場集熱效率。3有效解決鏡場集熱器效率低下的措施3.1加裝集熱管清洗清洗管路為了有效保持鏡場集熱器鏡面潔凈度，必須采用專用鏡場清洗車定期進行鏡面的清洗作業(yè)，目前國內(nèi)暫時沒有專業(yè)的用于進行槽式光熱電站集熱器的清洗車，一般都購置國外西班牙進口清洗車，這種清洗車一般分為高壓噴水清洗車方式和毛刷清洗方式兩種，前者鏡面輻射清洗效率只能達到98%。但是，這種清洗車在由于只設(shè)計了兩路用于清洗集熱管的噴水管路，所以在進行集熱管作業(yè)過程中內(nèi)側(cè)的集熱管無法達到有效清洗的目的。所以，可以根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)計加裝一路針對清洗集熱管內(nèi)側(cè)的噴頭，可有效解集熱管清洗過程中存在盲區(qū)的問題，同時，可有效提升集熱管內(nèi)導熱油的油溫，最終達到提升鏡場集熱效率的目的。3.2繼電器回路改造為了避免繼電器輔助觸點長期動作造成觸點氧化燒壞問題，可在R2控制回路中反向增加續(xù)流二極管，以并聯(lián)的方式接到蓄能器出口電磁閥的兩端與其形成回路，使其產(chǎn)生的高電動勢在回路以續(xù)電流方式消耗，從而起到保護繼電器觸點不被氧化的燒壞的情況。3.3檢查電磁閥O型圈針對集熱器油站電磁閥漏油導致集熱器經(jīng)常性拒動現(xiàn)象，組織專人對全鏡場所有集熱器油站電磁閥進行排查處理，對于破損的O型圈進行更換處理，電磁閥閥桿處緊固螺絲松動的全部用套筒扳手緊固處理。3.4優(yōu)化鏡場畫面為方便運行人員監(jiān)盤需要及檢修人員分析集熱器健康狀況情況，在DCS畫面添加相關(guān)重要參數(shù)顯示畫面，包括集熱器拒動、HTF溫度、集熱器角度、回路出口溫度、集熱器拒動等監(jiān)視畫面，從而方便運維人員及時有效的監(jiān)視相關(guān)參數(shù)運行情況。3.5加強溫度元件防護針對集熱器HTF溫度接線盒信號電纜格蘭頭松動情況，組織專人對全鏡場760個集熱器逐一進行排查緊固處理，對于溫度變送器接線盒內(nèi)積水進行處理、變送器進行修舊利廢處理。3.6集熱器角度修正針對集熱器支架未按施工方案實施，集熱器在正常聚焦時存在角度偏，導致部分集熱無法有效聚焦問題，安排專人利用晴天將集熱器角度設(shè)定值90°，就地用水平測量儀測量就地集熱器角度與DCS設(shè)定角度是否一直，對于存在偏差的集熱器在DCS邏輯內(nèi)做偏置定值修正，以確保就地實際角度與DCS設(shè)定角度一定，從而達到集熱器可以正常聚焦的目的。3.7鏡場流量調(diào)平針對每個集熱器回路溫度不同的情況，一方面安排專人調(diào)節(jié)每個集熱器回路進口閥門開度大小，確保集熱器流量達到一個相對平衡，另一方面通過優(yōu)化集熱器PLC控制保護邏輯，使得達到集熱器超溫后及時散焦避免集熱管內(nèi)導熱油超溫、低溫后及時聚焦升溫的效果。4成果分析4.1通過在鏡場清洗車清洗裝置上加裝第一路噴水管路，可以及時有效的提升集熱管表面的潔凈度，鏡場集熱器整體升溫效果比較明顯，通過最經(jīng)濟的方案達到清洗集熱管盲區(qū)的目的，對于有效提升集熱器集熱效率方面意義重大，后期值得在槽式光熱電站清洗車設(shè)計制造方面推廣應用。4.2優(yōu)化集熱器監(jiān)視畫面，極大的方便和減輕了運行人的勞動強度，對于及時準確發(fā)現(xiàn)鏡場缺陷和鏡場運行工況變化提供了科學有效的依據(jù)。同時，也為檢修人員分析集熱器相關(guān)參數(shù)變化及故障判斷提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。4.3集熱器角度修正工作，一方面可以有效解決低溫回路的存在；同時，可以提高整個鏡場流量，對于槽式光熱集熱器效率提升，有很重大的經(jīng)濟價值，而且，為后期槽式光熱發(fā)電項目提供了可借鑒的寶貴經(jīng)驗。4.4通過對集熱器油站電磁閥漏油，通過對全鏡場集熱器油站電磁閥漏油情況故障排查，能徹底解決由于電磁閥緊固螺絲松動，造成電磁閥O型圈破損的現(xiàn)象。從而有效減少集熱器拒動現(xiàn)象，為鏡場集熱器效率提升奠定了一定基礎(chǔ)。4.5通過對全鏡場集熱器HTF溫度接線盒防護情況排查，徹底解決下雨天因溫度接線盒信號電纜接頭松動，造成溫度接線盒進水損壞溫度變送器的現(xiàn)象。可以有效減少集熱器拒動現(xiàn)象，如果在雨季集熱器在貯存位時接線盒由于密封不嚴導致集熱器接線盒進水，將會造成溫度變送器出現(xiàn)接地短路接線端子生銹等現(xiàn)象，從而造成集熱器大面積拒動，那將造成影響損失比較大。4.6在繼電器回路內(nèi)增加續(xù)流二極管后，可以有效減少繼電器輔助觸點觸頭氧化情況。同時，通過技改繼電器回路可以為公司節(jié)約生產(chǎn)運維成本約10萬元（包括備品備件采購4萬元（760個繼電器）、人工勞動成本（安裝）6萬元，挽回的直接經(jīng)濟損失在每年10萬元左右。如果按照正常發(fā)電機組來評估分析，全鏡場由于R2繼電器損壞引起的集熱器拒動每天按2個回路無法正常集熱來算，電量損失約0.2萬KWh/天（1元/KWh），每年增加直接收入70萬元。4.7通過調(diào)節(jié)優(yōu)化鏡場每個集熱器回路調(diào)門及控制程序后，一方面可以有效提升鏡場整體流量大小，加快集熱集熱效率；同時，可以有效減少由于溫度高低不同，造成集熱管內(nèi)導熱油裂解、變質(zhì)的風險。5結(jié)束語通過對槽式光熱電站鏡場集熱器效率提升相關(guān)問題的探索研究，一方面有效的解決和提升了槽式光熱電站鏡場集熱效率低下的問題；同時，也有效的避免了集熱器因為拒動造成集熱器內(nèi)導熱油裂解、甚至集熱管爆裂的安全風險。總之，通過對槽式光熱