槽式太阳能直接产生蒸汽热发电系统火用分析

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1、万方数据槽式太阳能直接产生蒸汽热发电系统火用分析李四海，张红，战栋栋，庄骏南京工业大学能源学院，江苏南京210009J—⋯o⋯_xoH嘲HoK-，岬帅●—⋯—⋯⋯‘⋯o⋯口一。内-o．。．(。o“_。一々-。+x～一o—o一{[摘要]结合热力学第一定律与热力学第二定律，对槽式太阳能直接产生蒸汽热发电系统进行传热和火舟分析。以INDITEP项目为例，对该系统进行热平衡计算与火甩平衡计算，得到各部件与整个系统的热效率与煳效率，并得出集热器的丈甩效率低于其热效率，水／水蒸气的朗肯循环火甩效率高于其热效率的结论。[关键词]槽式太阳能；蒸汽热；发电系统；集热器；热平衡；火用

2、分析；传热分析；热效率5142—3364(2008)11—0039—05热力学第一定律从能量“量”的属性出发阐述了能量转换所必须遵循的规律，以热效率来评价热力系统性能。热力学第二定律从能量“质”的属性出发阐述了能量转换的客观规律，指出热力系统能量传递与过程转换的方向性和不可逆性，以热力系统各点做功能力n矗]——烟与系统火甩效率来评价热力系统性能与热力循环的完善程度。火甩是系统向周围环境变化并达到与环境状态(温度和压力)相同时能够做的最大可用功叫。本文对槽式太阳能直接产生蒸汽热发电系统进行传热和火甩分析，并计算系统热效率与火用效率，由此对该系统热力学性能进行评价。1

3、槽式太阳能直接产生蒸汽热发电系统根据传热工质的种类，槽式太阳能热发电装置分为双工质回路系统与直接产生蒸汽(DSG)单工质回路系统(图1)。槽式太阳能(DSG)单工质回路系统主要包括抛物面集热器、透平发电、冷凝器与凝汽器(给水箱)、储热5个子系统‘4。。系统运行时，水从凝汽器流出，经水泵升压后，流经抛物面集热器受热，产生过热蒸汽，过热蒸汽流经透平做功后被冷凝器冷凝成水，最后回到凝汽器，完成整个循环。该系统水／水蒸气循环是典型的朗肯循环。基金项目：国家863资助项目(2006AA052419)作者简介：李四海(1982一)，男，江西进贤人，硕士研究生，研读方向为高效传

4、热传质设备。E—mail：sh8163(勇163．com图1DSG单工质回路系统蛋董j电器；：‘'X一"o蓉。_{i一1■导枣懑八器．溪口基础研究一万方数据2系统热力分析2．1热平衡分析2．1．1抛物面集热器子系统热平衡太阳光照射在槽式抛物面上，反射至接收器，流过接收器管内的水吸收并带走热量，实现能量传递。在槽式太阳能电站中，通常将6到10个集热器单元串联成1个集热器使用。抛物面集热器单元上的太阳辐射能为A·J，其中A为抛物面的反射面积；J为太阳辐射强度。在整个系统抛物面集热器上的太阳辐射能为：Qi—W·L·J·N(1)式中：Ⅳ是抛物面的张口宽度；L为抛物面的长度

5、；N为集热器的数量。整个系统接收器采集到的太阳辐射能为：Qr=lD·r·口·7·W·L·J·N(2)式中：p为聚光器表面的反射率；口和r分别为接收器的吸收率与透过率；y为采集因子，表示由聚光器反射聚焦的太阳辐射能被接收器实际采集的部分嘲。抛物面集热器的光学效率为：聃=Q,／Qj(3)联立式(1)、式(2)和式(3)可得：臻一』D·f·口·y(4)流过集热器的水／水蒸气吸收的热量为：Q。=m·(^。。，一hi。)(5)式中：m为流过抛物面集热器子系统的水／水蒸气的质量流量；Jll；。为水流入抛物面集热器子系统的比焓值；h。。。为水蒸气流出抛物面集热器子系统的比焓值。

6、抛物面集热器的平均热效率为：碾一Q。／Q,(6)联立式(1)、式(5)和式(6)可得：聃一等等彳等c7，聃一面_式雨“’2．1．2透平发电及冷凝器子系统热平衡给水泵做功为w。，水蒸气在透平内做功为Ⅳ。，则一个循环内水／水蒸气所做的净功为：W。=W。一W。(8)若给水泵进口水比焓值为h。，则：W。一／'n·(，1．m—h，)(9)透平出口蒸汽温度为Tt，比焓值为h。，则水蒸气在透平内做功为w，：W。一优·(^。。一h。)(10)水／水蒸气朗肯循环平均热效率为：仉一w,。／Q。(11)联立式(5)、式(8)、式(9)、式(10)和式(11)得；吼=k毛掣㈣，整个系统光

7、电转换的平均热效率为：叩一Wn眈／QI(13)联立式(1)、式(8)、式(9)、式(10)和式(13)得：7=竺坠鲁告吾掣⋯，2．2火用平衡分析2．2．1抛物面集热器子系统火用平衡文献r-67、[73指出，在温度为T。的环境中向外辐射能量，其辐射烟流计算如下：e=兰·(3T4+T04—4ToT3)(15)式中：f为真空中光速；a为辐射普适常量。若太阳离地球距离为D，太阳直径为尺，在不考虑大气层影响的理想状况下，太阳辐射至接收器表面的火用流计算为：气t一各·a_．c(3T：+T2—4tT?)(16)式中：T4为太阳表面平均温度；t为接收器表面的平均温度。理想状况下，

8、太阳辐射至