塔式光热电站调温泵应用与探讨

全明福 王晓兵

摘 要：通过对国内塔式光热运营电站调温泵、疏盐泵设计工艺应用的对比，从塔式光热电站工艺、成本方面及后期维护成本进行分析，提出在光热电站中疏盐泵可以代替调温泵。

关键词：塔式太阳能发电技术;调温泵;疏盐泵;新能源

【中图分类号】TM615 【文献标志码】A

太阳能热发电技术是大规模开发利用太阳能的一个重要技术途径，目前国内光热电站50MW以上并投产运营的有7家，其中塔式运营的是5家。其中只有一家企业未采用调温泵，其功能由疏盐泵来代替。调温泵是储热系统关键设备之一，其作用主要是在冷态启动时逐渐提升进入蒸汽发生器的熔盐温度;在汽轮机停运时期，输送小流量的低温熔盐（约290℃）至蒸汽发生器，防止系统中局部熔盐温度继续降低，并产生辅助蒸汽。

1塔式光热发电技术概述

塔式光热发电系统主要由以下三部分组成：由若干个定日镜和位于塔顶的吸热器构成的聚光集热系统;熔盐罐（冷/热）、冷盐泵、热盐泵、调温泵和蒸汽发生器组成的储换热系统;汽轮发电机组及其辅助设备组成的发电系统，与火力发电厂的汽轮机发电原理一样，通过饱和蒸汽推动汽轮机作为原动力，带动汽轮机发电。

定日镜场实现对太阳的实时跟踪，将太阳光反射到吸热器表面。冷盐罐中的传热流体通过冷盐泵输送至位于高塔上的吸热器，吸收由定日镜反射来的热量，升温至约565℃。高温熔盐通过管道输送至热盐罐，再通过热盐泵输送至蒸汽发生器加热给水，产生约540℃的超高压过热蒸汽，推动汽轮发电机组发电。蒸汽发生系统配置再热器，匹配汽轮机以提高机组循环效率;由于光热机组大多布置缺水的西北地区，因此配置空冷式凝结器和机力式辅机冷却塔，还可节约大量水资源。

2 塔式光热发电技术发展趋势

光热发电技术是大规模开发利用太阳能的一种重要技术途径，光热发电技术通过白天蓄热发电，在光伏、风力发电低谷期，以储热发电作为重要补充，来调节电力输出平衡，有效改善风电和光伏不稳定，弥补系统运行不灵活性，提升整体电网稳定性，将对我国光热技术推广应用起到积极作用。虽然我国塔式光热发电技术已经成功应用，但在技术的改良与推广上也有很多问题。因此，研究塔式光热发电的关键技术及应用，推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要的意义。

对于目前塔式光热电站而言，优化发电系统集成，改善传热介质，采用大规模储热，提高系统规模等，是提高发电系统效率、节约成本的途径之一，也是未来的发展方向。

在随着储热技术的成熟、成本下降等原因，光热可与天然气、风电、生物质等多种能源联合发电，也将成为一种广泛应用的发电方式。

3储热系统及技术分析

3.1 储热系统作用

光热电站的储热系统是为了应对太阳能资源的不稳定、不连续以及受环境影响大的缺陷而设计的，储热系统由冷盐储存系统和热盐储存系统组成，配备储热系统的塔式光热发电更加稳定，可应对电网的日常供电。储热系统实现聚光集热系统和发电系统的解耦运行，并能在暂态天气变化时，缓冲DNI变化对汽轮机进汽流量计参数的影响;提高电网调度需求的适应能力或错峰运行能力。

储热系统用于存储熔盐，主要设备包括：冷盐罐、热盐罐、冷盐泵、热盐泵、调温泵等。其中冷盐泵、调温泵位于冷盐罐中，将低温熔盐打入吸热器，吸收太阳能温度升高后，返回热盐罐。热盐泵位于热罐中，将高温熔盐泵入蒸汽发生系统与水/蒸汽换热产生过热蒸汽。

3.2储热介质需求计算

塔式光热电站发电的储热容量通常以储热时间为多少小时来描述。如果设计的储热运行时间为t小时，机组的额定热耗为Q0（kJ/h），则系统运行t小时需要的总热量为Qth，tes=Q0t（kJ）。如果将液相比热和温度的关系在熔盐工作温度范围内近似看作线性，那么单位质量熔盐温升ΔT吸收的热量为q=CpΔT。

若储存Qth，tes的热量，需要的熔盐有效质量为：

式中：

M—所需熔盐介质质量，单位：kg

mnet—储热用熔盐净质量，单位：kg

Q0—机组的额定热耗率，单位：kJ/h

t—储热设计时间，单位：h

CP—ΔT温度范围内的平均定压比热容，单位：J/（kg·K）

ΔT—熔盐的工作温度范围，即热盐设计温度和冷盐设计温度差值，单位：℃

Qth，tes—系统运行t小时需要的总热量，单位：kJ

K—考虑管道容积储罐底部死区等的裕量系数。（在项目前期估算时K可取1.03左右，实际工程中，最终采购的熔盐量基于统计的各个设备及管道的容积计算，K值可取1）

3.3储热系统调温泵

在塔式光热电站中的熔盐泵分为冷盐泵、热盐泵及调温泵。熔盐泵一般为立式液下泵，布置在储罐上部的泵支撑平台上。其配置的基本原則为保证电站安全、经济运行。

调温泵选型时需考虑启动阶段逐渐提升进入蒸汽发生器的熔盐温度，且在汽轮机停运阶段，输送小流量的低温熔盐（约290℃）至蒸汽发生器，以防止系统中局部熔盐温度继续降低，且产生厂用辅汽。若系统中其他泵或设备可实现此功能，也可不单独设置调温泵。

4疏盐泵替代调温泵的成本优势

在光热发电企业中，按目前运营电站设计都设有调温泵，由于储热能力及储热时间，调温泵是长轴立式液下泵。

4.1从成本分析

根据运营光热企业调温泵选型来看，目前调温泵大多采用的是福斯的长轴泵，2台泵价格约36万，其备品备件的准备周期约6个月;而疏盐泵均采用的是江苏飞跃国产泵，2台泵价格约45万，其备品备件的准备周期不需要6个月。若用疏盐泵代替调温泵可直接减少一笔调温泵设备费用。

4.2从工艺系统分析

若采用调温泵，还需设计紧急疏盐罐及其附属管道，其蒸汽发生系统发生泄漏时，根据系统设计排入紧急疏盐罐，而紧急疏盐罐只有进口，没有出口，故还需用人工将紧急疏盐罐的盐清理至热盐罐中;若用疏盐泵代替调温泵，疏盐泵其本身设计在疏盐罐中，此疏盐罐相当于正常和紧急疏盐罐的综合体，疏盐泵既可以进行正常疏盐，也可进行紧急事故下的疏盐，在系统设计中疏盐罐的盐还可输送至热盐罐中，还能实现调温泵的功能。

4.3从后期运行维护分析

按目前的所设计的工艺系统来看，调温泵基本布置在冷盐泵平台上，若需调温泵有卡涩等原因需要进行拆解查找原因时，需要用160吨的汽车吊、、50吨汽车吊、20吨板车进行配合;相比疏盐泵的拆解，维护简单、成本低且方便。

5结论

塔式太阳能热发电技术是一种新型太阳能利用技术，目前相对成本较高，根据国内运营塔式光热企业的工艺及运行情况对比，疏盐泵完全可以代替调温泵。根据成本、工艺系统及后期维护进行分析，用疏盐泵代替调温泵是可行且成本较低的工艺。只有在不断摸索工艺、优化塔式发电技术，才能不断降低光热成本。

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