太陽能預(yù)熱系統(tǒng)在火力發(fā)電中利用

摘要  據(jù)有關(guān)部門發(fā)布，自2010年以來我國一次能源消費量為32.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，同比增長6%，已成為全球第一能源消費大國。而火力發(fā)電作為常規(guī)能源電站在我國電力占比77.7%以上，是我國的第一大發(fā)電系統(tǒng)，其能源消耗為年均13.2億噸標(biāo)煤。然而，火力發(fā)電受高耗能、污染大及交通條件制約，很難在電力需求與保護環(huán)境之間作出平衡，尤其高耗能與污染問題導(dǎo)致其難以前行。在這種嚴(yán)酷的背景下，筆者本著節(jié)能減排的目的，提出了太陽能預(yù)熱系統(tǒng)在火力發(fā)電中的利用，并根據(jù)我國實際情況計算和分析出其為社會帶來的經(jīng)濟和社會效益，為我國的環(huán)保事業(yè)貢獻一份力量。 　　0 緒論 　　太陽能作為清潔、高效的可再生能源正受到越來越多的關(guān)注，成為能源領(lǐng)域的熱點。其能源直接來自太陽能，具有源源不斷、零污染零排放、投資成本低等優(yōu)點。近年來太陽能高溫綜合利用領(lǐng)域的聚焦式太陽能光熱系統(tǒng)技術(shù)越來越成熟，廣泛應(yīng)用于電力、機械、冶金、化工、紡織、造紙、食品，以及工業(yè)和民用采暖方面。其產(chǎn)生的高溫水可達90℃～100℃，是傳統(tǒng)太陽能的數(shù)倍。因此聚焦式太陽能預(yù)熱系統(tǒng)產(chǎn)生的熱能可為火力發(fā)電提供大量清潔免費的能源，從而減少燃煤消耗及污染，達到節(jié)能減排的目的。 　　1 太陽能預(yù)熱系統(tǒng)組成及原理 　　1.1系統(tǒng)組成 　　本系統(tǒng)由聚焦式反射鏡、集熱管、熱交換裝置、儲熱裝置、智能控制器、循環(huán)管路等組成。 　　1.1.1聚焦式太陽能集熱器 　　聚焦式太陽能集熱器采用真空玻璃管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管采用金屬管，管內(nèi)走加熱介質(zhì)，金屬管外涂有選擇性吸收涂層，在外面為玻璃管，玻璃管與金屬管間抽真空以抑制對流和傳導(dǎo)熱損失。如圖1所示。   圖1 聚焦式太陽能集熱器結(jié)構(gòu) 　　1.1.2熱交換裝置 　　板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過半片進行熱量交換。板式換熱器是液—液、液—汽進行熱交換的理想設(shè)備。它具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、安裝清洗方便、應(yīng)用廣泛、使用壽命長等特點。在相同壓力損失情況下，其傳熱系數(shù)比管式換熱器高3～5倍，占地面積為管式換熱器的1/3，熱回收率可高達90%以上。如圖2所示。 圖2 板式換熱器 　　1.1.3儲熱裝置 　　蓄熱裝置由三部分構(gòu)成：蓄熱材料、封裝材料、換熱器。封裝材料把蓄熱材料和換熱器分隔開，蓄熱材料被封裝在蓄熱單元的中間，換熱器被埋在封裝材料中間。如圖3所示。 圖3儲熱裝置 　　1.2運行原理 　　太陽能預(yù)熱系統(tǒng)是為鍋爐系統(tǒng)提供熱水或熱能的裝置。在火力發(fā)電系統(tǒng)中，鍋爐溫度很高，省煤器的氣溫在100℃～200℃之間，供熱回水氣溫在60℃～90℃之間。使用此系統(tǒng)時，系統(tǒng)對鍋爐進行初步預(yù)熱。自來水進入水處理器后，直接進入太陽能系統(tǒng)加熱，然后送入省煤器預(yù)熱，來提高鍋爐用水的初始溫度，從而達到節(jié)約能源的目的。如圖4所示。 圖4太陽能預(yù)熱系統(tǒng)運行原理 　　2太陽能預(yù)熱系統(tǒng)的效益分析 　　2.1經(jīng)濟效益分析 　　太陽能是一種得天獨厚、取之不盡用之不竭的可再生能源，利用太陽光的熱量儲存或轉(zhuǎn)化，代替我們生產(chǎn)生活中對資源的日常消耗，屬于清潔環(huán)保型的新興產(chǎn)業(yè)。對于用戶不僅代表一次投入可以享受十幾年回報，更可取得可觀的經(jīng)濟和社會效益。以邢臺地區(qū)為例，根據(jù)氣象資料顯示邢臺地區(qū)年平均日照時間長達2472.3h，日照百分率為62％，太陽輻射總量為5416.53MJ/(㎡•a)。以一臺350WM發(fā)電機組計算，鍋爐蒸發(fā)量為1100t/h，耗水量為1100×1.2=1320t（1.2為工藝流程損耗）。利用太陽能將1320t的冷凝水和補充水從常溫情況下加熱到95℃再送到蒸汽鍋爐是實現(xiàn)節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。 　　機組每天所需熱量折合標(biāo)煤的計算 　　標(biāo)煤燃值為：26.3MJ/kg，7901880MJ÷26.3MJ/kg=300452kg≈300.5t 　　太陽能每天所提供熱量折合標(biāo)煤的計算 　　標(biāo)煤燃值為：26.3MJ/kg，2442866MJ÷26.3MJ/kg=92885kg≈93t 　　一年可節(jié)約資金的計算 　　93t×800元/t（能源費用）×365d=27156000元≈2.7億元 　　2.2社會效益分析 　　就350MW發(fā)電機組而言，太陽能預(yù)熱系統(tǒng)每年可節(jié)省耗煤量： 　　93t/d×365d=33945t，一個壽命期（15a）內(nèi)可節(jié)省燃煤509175t。由此可減少1267846t二氧化碳、38188t二氧化硫、19349t氮氧化合物的排放，太陽能在火力發(fā)電上的利用將對我國保護環(huán)境和節(jié)約煤炭資源產(chǎn)生積極效果。 　　3 結(jié)論 　　我國火力發(fā)電廠的節(jié)能任務(wù)意義重大，目前大機組節(jié)能潛力逐漸減小，太陽能熱發(fā)電技術(shù)投資高。所以太陽能預(yù)熱燃煤一體化發(fā)電系統(tǒng)就將成為一個很好的發(fā)展方向。（河北三環(huán)太陽能有限公司　趙至禮 王自強）