槽式太阳能辅助燃煤机组集热场侧运行调节仿真分析

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1、槽式太阳能辅助燃煤机组集热场侧运行调节仿真分析摘要本文针对槽式太阳能辅助燃煤机组发电系统（简称互补发电系统），在STAR-90仿真平台上搭建太阳能集热场动态模型，通过分析系统在太阳直射辐射（DNI）阶跃变化的动态响应，获得集热场运行的时间常数，优化集热场的调节方案。仿真结果表明，当DNI阶跃变化时，集热场的调节受到传热流体流速、物性的影响。该分析可为互补发电系统的分析和研究提供理论参考指导。关键词互补发电系统；太阳直射辐射；时间常数；运行调节符号说明：：集热微元内导热油的能量（kJ）；：t时刻随导热油进入集热微元的能量（kJ）；：t时刻随导热油流出集热微

2、元的能量（kJ）；：t时刻单位长度集热管和导热油之间的对流换热量（kJ）。：集热微元的蓄热量（kJ）；：t时刻单位长度吸热管吸收的太阳能（kJ）；：t时刻单位长度吸热管与玻璃罩管之间的换热量（kJ）；：太阳直射辐射强度（DNI）；（W/m2）：t时刻周围大气与单位长度玻璃罩管之间的换热量（kJ）；：太阳入射角（°）；：集热管外表面积（m2）；：集热器内壁面积（m2）；：集热管外径（m）；：玻璃罩管内径（m）；：集热器的光学效率；：玻尔兹曼常数（）：集热管外表面发射率；：玻璃罩管内表面发射率；：集热管外表温度（℃）；：玻璃罩管表面温度（℃）；：玻璃罩管外径

3、的表面积（m2）；：环境温度（℃）；：玻璃罩管外表面和大气的对流换热系数（）；：导热油与集热器内壁之间的对流换热系数（）；：换热流体温度（℃）；：导热油进出口平均热容J/（kg℃）；：流经换热器的导热油总质量（kg）；：油水换热器中导热油温度（℃）；：导热入口温度（℃）；：导热油出口温度（℃）；：导热油与金属壁之间的对流换热系数（）：金属平均温度（℃）；：导热油与金属壁的换热面积（m2）；：换热金属管壁质量（kg）；：换热金属比热容J/（kg℃）；：锅炉给水的热容J/（kg℃）；：流经换热器中给水的质量（kg）；：换热器出口给水温度（℃）；：换热器入口给

4、水温度（℃）；：给水与金属壁之间的对流换热系数W/(m2℃）；：给水与金属的换热面积（m2）；G油:集热场导热油流量；Gmax：集热场所允许最大导热油流量；Gmin：集热场所允许最小导热油流量；Twater,out：换热器出口水温（℃）；Tloop,out：集热场单LOOP出口油温（℃）；Tboiler：进入炉侧的给水温度（℃）；Tset：给水温度高限警戒值（℃）；Tmax：集热场所允许油温高限值（℃）；Tmin：集热场加热给水油温低限值（℃）。1引言在几种主要的太阳能热发电形式中，槽式太阳能热发电被认为是一种当前应用最广的太阳能热发电技术[1]。由于太

5、阳辐射的不稳定性，系统工作温度低等很多因素，制约着单纯的槽式太阳能热发电发展。多能源综合互补利用系统是近年来能源系统的发展方向之一[2].目前在实际工程应用中，利用槽式太阳能集热器收集太阳能热量并用于燃煤机组做功工质的部分吸热是一种可行方式。近年来，已有学者对槽式太阳能与燃煤互补发电系统进行了深入研究[3-6]。文献[3]对槽式太阳能辅助燃煤发电系统的性能进行了分析，论述了太阳能辅助燃煤发电机组的运行工况变化和集热面积对于太阳能辅助燃煤发电系统的年性能的影响。文献[4]研究了在气象条件、工质参数变化等扰动下的动态及静态特性。文献[5]通过理论分析的方法对

6、用太阳能集热系统产生蒸汽取代部分厂用汽而来对机组热经济性的影响进行了分析讨论。文献[6]提出了太阳能与燃煤机组混合热发电系统中最优的集成方式。目前现有文献对互补系统特性分析较多，鲜有对其系统中太阳能部分调节的仿真研究，本文通过太阳能扰动的变化，在仿真平台上搭建了集热场运行模型，将集热面积调节与集热温度调节进行分析，为实际运行提供参考。2系统的描述本文选取某330MW燃煤机组与太阳集热场进行耦合。在该互补发电系统中，通过油水换热器，用太阳能集热场获得的太阳能取代高加抽汽，加热给水，被替代的抽汽继续在汽轮机中做功，实现太阳能辅助燃煤发电。系统如图1所示，槽式

7、太阳能集热场获得的太阳能热通过油水换热器加热给水，依次取代#2、#1高加回热加热器中的抽汽。由于太阳能场热量的引入，在主蒸汽流量不变的情况下，不影响锅炉的吸热量，但会增大汽轮机通流部分的流量，从而提高汽轮机组的发电量。图1太阳能辅助燃煤发电系统示意图3集热场侧的建模3.1集热场模型根据槽式集热器结构及光热转换、传递过程的特点，建立基于多热容变物性的槽式集热器的动态模型。能量转换过程如图2所示。图2槽式太阳集热器能量传递示意图导热油流经集热器时，不断的吸收太阳能热使其被加热升温，其中集热管内导热油的蓄热量为：集热管吸收太阳能后，一部分热量用于加热导热油和玻

8、璃罩管，另一部分热量用于其本身的蓄热，t时刻集热管的蓄热可由下式进行计算[7]：