塔式太阳能电站熔盐换热器的设计特点

塔式太阳能电站熔盐换热器的设计特点

唐娟

（浙江中控太阳能技术有限公司浙江省杭州市310000）

摘要：塔式太阳能的利用储热原理进行发电，为人们提供电力服务，其发电过程中一个重要的设备既熔盐换热器，作为塔式太阳能进行发电的重要系统，熔盐换热器因为太阳能储存热量技术，发电水平的进步，形成了了各种种类不同样式的设计。本文从熔盐物性定义以及塔式太阳能发电技术定义的方面开始，详细阐述了熔盐换热器的运作流程和主要原料。并通过熔盐换热器在设计过程中存在的缺点，和解决问题进行探讨，阐述熔盐换热器设计中的新型换热器技术，以谋求塔式太阳能发电技术的新发展。

关键词：熔盐换热器；塔式太阳能电站；聚电技术

一、熔盐换热器的含义

1.熔盐换热器

熔盐的状态一般为液体，主要成分是无机盐或其混合物形成的的熔融状态下的液体成分。普通的熔盐有硝酸盐、硫酸盐、氟化盐、碳酸盐等，熔盐的主要特点是热容量大，使用温度类型广、蒸汽气压低、稳定性好，高温粘度小、热稳定性高，以及价格低廉方便得到等好处，被广泛应用，是一种受大众喜欢的传热能蓄热能的媒介。

熔盐换热器装置比较常见的是由熔盐锅炉，泵、换热器、管路和测试控制组成的换热器系统，当中熔盐换热器的工作原理是利用熔盐的耐高温性，从高温热源点存储热量后将携带的热量传导给热能需要户，这一环节是熔盐换热工作的重点之一。

2.塔式太阳能

塔式太阳能发电主要使用的就是塔式系统。塔式系统被视为集中性系统。表现在面积巨大的空旷场地上装配一定数量的大型太阳能反光镜，一般被称之为定日镜，每台反射镜都配备了一个定位跟踪系统，精确的将太阳光进行定位，并将其集中反射到一个存在于塔式尖端接受器上。接受器将太阳光进行聚光转化成为一千倍率能量，并通过此设备将太阳能转变为热能传导到工质阶段，并通过蓄热将热能输入到热动力机进行转化做工，使发电机被带动，以电能的形态最后输出。。塔式热发电系统的关键技术主要依靠反射镜系统和自动跟踪定位系统，该系统对于反射镜要求很高，因为聚焦太阳能对温度，压力以及聚光比要求很大，所以针对反射镜的需求和质量要求很高的，且要求反射镜的布局合理，使其反射的太阳光都能集中汇集到集热器中。

二、塔式太阳能运作流程

1.发展历程

塔式太阳能的发展历史要追溯到1986年，由美国能源局领衔研究，商业太阳能集热发电系统的研究主要有两个公用工程集团公司进行合作开拓，研发成果由太阳能集热发电应用研究研究技术而命名，简称为应用研究技术，在商用项目上称呼为SolaTwo。该技术主要利用低温形态下的熔盐媒介放置在塔式太阳能塔顶进行吸热，熔盐在塔顶实现吸热太阳光能，使熔盐能够进行升温，得到高温熔盐介质，并将其集中保存在在大型的耐高温储罐中，随后将熔盐吸收的太阳能通过熔盐热能转化器实现熔盐与水媒介中的换热，将熔盐热能转化成高温的过热蒸汽。该技术中运用的熔盐换热器主要有三种，主要功能是将熔盐和水介质进行热能转化一种是对水解质进行预热让其达到饱和温度的预热器，一种是达到饱和温度的水解质转化成饱和蒸汽的蒸发器以及将饱和蒸汽实现过热的过热器，一般在电能转化的过程中还会有与过热器同时运作的再热器。

2.主要原理

塔式太阳能发电主要是利用熔盐系统进行光电操作，对于多种类型的熔盐主要选择熔融硝酸盐作为工作的介质，通过对太阳能进行收集热量、存储热量和转换热量三个操作系统进行转化发电。首先将低温熔盐利用冷却熔盐泵运输至吸热塔的顶部中的熔盐吸热器，进行太阳能的吸收，利用太阳能将低温熔盐转化成可存储热量的高温熔盐并将其保存在存储罐中，随后将其进行热能转化使其能够发电。熔盐系统在我国的应用主要是在浙大紫金港实验基地进行的，这套实验系统是我国首个实现塔式太阳能利用熔盐换热器进行发电的试验系统。

三、熔盐换热器应用时注重点

1.定时进行维护和清理

换热器在运作的过程中，存在于水工质中的化学物质通常受温度、以及酸性程度值等影响易形成结晶沉淀在换热器表面，长期不进行清理则会累计变成顽固的块状物，而这些长期结晶形成的水垢会对换热器传热效果和换热器寿命造成很大的危害。故在换热器的运作过程中，在其生命周期内，定期检查水流体的清洁程度，并根据需要对清洁方案进行合理制定，定期对熔盐换热器的表面和管程进行换洗。

在清洗管程的同时也要注意到易被污染的壳程，壳程清洗难度较大，所以单独列出，相对管程来说，壳程造价昂贵并且拆卸难度大，并且壳程清洁难度大，因此，从降低机器操作和运行成本的角度来说，可以通过人工操作将易结垢的介质从管程流通，提高换热器运行效率。水介质属于容易结晶和结垢的流体，传热效果的大小通常会受到水垢多少的影响，水垢的存在还会金属材料的腐蚀速度加快所以需要对运行过程中存在的水垢进行定期检查和清理，减少对换热器的上海

2.对熔盐换热器的物性加以重视

熔盐换热器中存在的流体都会面对腐蚀性强这一问题，为了避免换热器中的被腐蚀就得使用质地高端价格昂贵的金属，这无形中就会加大操作的成本。为节约成本可以易腐蚀的液体从管程走。熔盐本身存在着强氧化性和易被高温的特性，所以一般来说熔盐属于腐蚀性强的流体。实际上在运行过程中，针对熔盐的特性选择合适的化学材料可以减少熔盐的腐蚀性，同时加上熔盐从管程走就会使得腐蚀的情况变得更弱。为了降低成本也可以使压力高的流体从管程行走，通过管程的运输可以降低换热器的重量，加大换热器的使用效率，增加换热器寿命，所以借鉴压力高的流体，也该让水介质从管程走，这样更能降低换热器和蒸发器的总体重量，降低运输成本，节约安装成本。

总结：熔盐换热器的使用是对塔式太阳能的一个创新，解决了太阳能温度较高，无法利用合适的媒介进行转化和储存的问题，使得电能的使用更加的便利和简单，解决了生产和生活中日益加大的用电需求。同时在发展过程中也存在这系列的问题，比如说熔盐转化过程不够合理，使用器材原则出现问题，设计过程中存在误差，这些都会影响到熔盐换热器的操作，从而对电能的转化造成影响。所以我们需要做的就是解决这些问题，大幅度促进塔式太阳能的供电效率，为人们的生产生活服务。

参考文献：

[1]张亮.太阳能热发电高温熔盐循环相变蓄热系统研究[D].华北电力大学（北京），2016.

[2]刘紫军.塔式太阳能电站光热子系统的建模与优化[D].浙江大学，2016.

[3]苏宏业.新能源-塔式太阳能热发电关键技术与发展趋势[A].中国自动化学会.2015年中国自动化大会摘要集[C].中国自动化学会：，2015：1.

[4]田军，余志勇，周楷，唐亚平.塔式太阳能电站熔盐换热器设计发展概述[J].能源研究与管理，2014，（03）：13-16.

[5]张雅文.太阳能电站双罐式熔盐蓄热系统的优化设计及研究[D].华中科技大学，2012.