太陽(yáng)能工業(yè)加熱系統(tǒng)介紹

工業(yè)領(lǐng)域消耗的能源在整個(gè)社會(huì)消耗的能源中占有很大的比重，在工業(yè)化國(guó)家甚至已達(dá)到30％左右，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中能源消耗的第一大戶。然而。目前國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)利用的太陽(yáng)能都主要集中在提供生活熱水、建筑物采暖等，在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用還只局限在很小的范圍。 　　太陽(yáng)能工業(yè)加熱系統(tǒng)的特點(diǎn) 　　太陽(yáng)能之所以為工業(yè)領(lǐng)域至今應(yīng)用不多，究其根本原因在于太陽(yáng)能工業(yè)加熱系統(tǒng)具有自身的特點(diǎn)。與太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)等相比，可以歸納為以下幾個(gè)方面： 　　①許多工藝過(guò)程要求系統(tǒng)比較高的加熱溫度。在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，除了一般清洗工藝及生產(chǎn)廠極采曖只需比較低的加熱溫度之外，許多工藝過(guò)程都需要80℃以上，有些工藝過(guò)程甚至需要100～250℃，這就要求太陽(yáng)能系統(tǒng)必須采用中溫太陽(yáng)能集熱器。 　　②要求太陽(yáng)能系統(tǒng)有可靠的運(yùn)行。在所有工業(yè)生產(chǎn)的企業(yè)，都必須確保生產(chǎn)過(guò)程可靠、連續(xù)，有的還必須確保全天候運(yùn)行，這就要求太陽(yáng)能系統(tǒng)不僅有可靠運(yùn)行的太陽(yáng)能集熱器，還應(yīng)與常規(guī)能源加熱設(shè)備配套，并有可靠的控制系統(tǒng)。 　?、垡筇?yáng)能系統(tǒng)與生產(chǎn)工業(yè)過(guò)程集成，不同的生產(chǎn)工藝過(guò)程有不同的加熱需求，包括不同的時(shí)段、不同的溫度、不同的功舉等等，這就要求太陽(yáng)能系統(tǒng)必須與生產(chǎn)工藝過(guò)程集成，滿足生產(chǎn)的實(shí)際需求。 　　④要求太陽(yáng)能系統(tǒng)有合理的投資回收期，凡是工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，總是把經(jīng)濟(jì)效益放在第—位。所以所有投資的太陽(yáng)能系統(tǒng)都應(yīng)有適當(dāng)?shù)某杀炯昂侠淼幕厥掌?，這就要求太陽(yáng)能系統(tǒng)必須綜合考慮技本經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 　　太陽(yáng)能工業(yè)加熱的潛在應(yīng)用領(lǐng)域 　　國(guó)際能源署下屬太陽(yáng)能機(jī)構(gòu)（IEA/SHC）發(fā)表的2005年度報(bào)告，公布了世界各國(guó)已建成的85個(gè)太陽(yáng)能工業(yè)加熱系統(tǒng)的調(diào)查結(jié)果?，F(xiàn)將這些調(diào)查結(jié)果連同已收集到我國(guó)以建成的幾個(gè)實(shí)例起，涉及有關(guān)太陽(yáng)能用熱的潛在工業(yè)領(lǐng)域及工藝過(guò)程，如下表所示。 太陽(yáng)能用熱的潛在工業(yè)領(lǐng)域及工藝過(guò)程 　　從上表可知，太陽(yáng)能用熱的潛在工業(yè)領(lǐng)域及工藝過(guò)程，不僅包括食品飲料工業(yè)、紡織印染工業(yè)、石油化學(xué)工業(yè)、交通運(yùn)輸行業(yè)中有些工藝過(guò)程等，還包括所有工業(yè)領(lǐng)域的廠房采曖和鍋爐水預(yù)熱等。 　　上表還表明，除了淸洗、干燥和熱處理等一些工藝過(guò)程以外，廠房采暖和鍋爐水預(yù)熱等也都只需要80℃以下的溫度，采用普通的低溫太陽(yáng)能集熱器基本上可滿足需求；但是，這些工業(yè)領(lǐng)域的許多工藝過(guò)程，諸如消毐、煮沸、殺毒、漂白、印染，蒸餾、各種化學(xué)過(guò)程及瀝青熔化等都需要80℃以上的溫度，有的甚至需要100～250℃的溫度范圍。 　　此外，IEA/SHC“太陽(yáng)能工業(yè)用熱”任務(wù)組在調(diào)查了85個(gè)以及建成的太陽(yáng)能工業(yè)加熱系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還分析研究了這些太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)與相關(guān)工藝過(guò)程的集成情況，將太陽(yáng)能工業(yè)加熱系統(tǒng)歸納分成23種類(lèi)型，傳熱介質(zhì)分別采用空氣、甘油水溶液、加壓水和水蒸氣等，從而可為今后設(shè)計(jì)同類(lèi)系統(tǒng)提供借鑒。 　　中溫太陽(yáng)能集熱器的開(kāi)發(fā)和利用 　　從已調(diào)查的太陽(yáng)能工業(yè)加熱領(lǐng)域來(lái)看，許多工藝過(guò)程都需要80℃以上,有些工藝過(guò)程甚至需要100～250℃。這洋的溫度范圍是低溫太陽(yáng)能集熱器（如普通的平板集熱器和真空管集熱器）所不能達(dá)到的，只有利用中溫太陽(yáng)能集熱器才能達(dá)到。從目前研究開(kāi)發(fā)的狀況來(lái)看，中溫太陽(yáng)能集熱器主要可以通過(guò)以下三方面來(lái)實(shí)現(xiàn)：改進(jìn)的平板集熱器、聚焦的平板集熱器和小型拋物槽式真空管集熱器。 　　(1)改進(jìn)的平板集熱器 　　提高平板集熱器性能的主要途徑包括：選用低鐵平板玻璃，提高透明蓋板的太陽(yáng)透射比；在透明蓋板上應(yīng)用減反射涂進(jìn)一步提高其太陽(yáng)透射比；采用雙層透明蓋板，盡可能抑制透明蓋板與吸熱板之間的對(duì)流和輻射換熱損失。 　　如果對(duì)一臺(tái)平板集熱器同時(shí)采用上述三項(xiàng)措施，則可以使改進(jìn)后的平板集熱器在不損失太多光學(xué)效率的前提下，大蝠度降低熱損失，從而顯著提高運(yùn)行溫度。 　　國(guó)外以及研制成功幾種改進(jìn)的平板集熱器，采用了具有減反射涂層的雙層透明蓋板，運(yùn)行溫度范圍為80～150℃，悶曬溫度可達(dá)235℃。經(jīng)檢測(cè)，這種平板集熱器瞬時(shí)效率曲線（以采光面積為計(jì)算依據(jù)）的截距為0.80，斜率為2.4～2.5W/（m2·K），已接近于真空管集熱器1～2W/（m2·K）的斜率水平。 　　(2）聚焦的平板集熱器 　　另一種提高集熱器運(yùn)行溫度的方法是，在平板集熱器的基礎(chǔ)上，使太陽(yáng)輻射聚焦存吸熱板上，從而相對(duì)地減少了吸熱板的散熱面積，也就降低了集熱器的熱損失。 　　國(guó)外已研制成功幾種聚焦的平板集熱器，一般采用帶有V形翅的吸熱板及聚光比為1.5～1.7的CPC,如下圖所示。 具有V形翅吸熱板和CPC聚焦的平板集熱器 　　上圖中，V形翅吸熱板之間有一定的距離，可兩面吸收太陽(yáng)輻射，CPC置于集熱器殼體內(nèi)V形翅吸熱板的下面。這種聚焦平板集熱器不需要踉蹤裝置，運(yùn)行溫度范圍為80-120℃，悶曬溫度對(duì)達(dá)220℃左右。經(jīng)檢測(cè)，聚焦平板集熱器瞬時(shí)效率曲線（以采光面積為計(jì)算依據(jù)》的截距為0.71，斜率為2.7～3.0W/（m2·K）。 　　為了進(jìn)一步降低集熱器的對(duì)流和輻射換熱損失，有的聚焦平板集熱器還在透明蓋板與吸熱板之間增加一層聚四氟乙烯（Teflon）薄膜，如上圖(ｂ)所示，或透明隔熱材料(TIM)，如上圖（ｃ）所示，其瞬時(shí)效率曲線的斜率可降為1.8～2.1W/（m2·K）。 　　〔3〕小型拋物槽式真空管集熱器 　　由真空集熱管和小型拋物槽式反射鏡組成的集熱器，可以將運(yùn)行溫度提高到250℃，是中溫太陽(yáng)能集熱器中最具有發(fā)展前景的一種。 　　國(guó)外已研制出多種小型拋物槽式真空管集熱器。這些集熱器尺寸不問(wèn)，形式各異，但都帶有跟蹤裝置。按真空管的安裝位置，分為東西向安裝和南北向安裝兩類(lèi)；按拋物槽式反射鏡的跟蹤方向，可分為高度角跟蹤和方位角跟蹤兩類(lèi)，這些小型拋物槽式真空管集熱器的運(yùn)行溫度般為100～200℃，有的還可達(dá)釗250℃以上，但大多數(shù)目前都尚未形成產(chǎn)品。