太阳能预热系统在火力发电中利用

摘要  据有关部门发布，自2010年以来我国一次能源消费量为32.5亿吨标准煤，同比增长6%，已成为全球第一能源消费大国。而火力发电作为常规能源电站在我国电力占比77.7%以上，是我国的第一大发电系统，其能源消耗为年均13.2亿吨标煤。然而，火力发电受高耗能、污染大及交通条件制约，很难在电力需求与保护环境之间作出平衡，尤其高耗能与污染问题导致其难以前行。在这种严酷的背景下，笔者本着节能减排的目的，提出了太阳能预热系统在火力发电中的利用，并根据我国实际情况计算和分析出其为社会带来的经济和社会效益，为我国的环保事业贡献一份力量。 　　0 绪论 　　太阳能作为清洁、高效的可再生能源正受到越来越多的关注，成为能源领域的热点。其能源直接来自太阳能，具有源源不断、零污染零排放、投资成本低等优点。近年来太阳能高温综合利用领域的聚焦式太阳能光热系统技术越来越成熟，广泛应用于电力、机械、冶金、化工、纺织、造纸、食品，以及工业和民用采暖方面。其产生的高温水可达90℃～100℃，是传统太阳能的数倍。因此聚焦式太阳能预热系统产生的热能可为火力发电提供大量清洁免费的能源，从而减少燃煤消耗及污染，达到节能减排的目的。 　　1 太阳能预热系统组成及原理 　　1.1系统组成 　　本系统由聚焦式反射镜、集热管、热交换装置、储热装置、智能控制器、循环管路等组成。 　　1.1.1聚焦式太阳能集热器 　　聚焦式太阳能集热器采用真空玻璃管结构，内管采用金属管，管内走加热介质，金属管外涂有选择性吸收涂层，在外面为玻璃管，玻璃管与金属管间抽真空以抑制对流和传导热损失。如图1所示。   图1 聚焦式太阳能集热器结构 　　1.1.2热交换装置 　　板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3～5倍，占地面积为管式换热器的1/3，热回收率可高达90%以上。如图2所示。 图2 板式换热器 　　1.1.3储热装置 　　蓄热装置由三部分构成：蓄热材料、封装材料、换热器。封装材料把蓄热材料和换热器分隔开，蓄热材料被封装在蓄热单元的中间，换热器被埋在封装材料中间。如图3所示。 图3储热装置 　　1.2运行原理 　　太阳能预热系统是为锅炉系统提供热水或热能的装置。在火力发电系统中，锅炉温度很高，省煤器的气温在100℃～200℃之间，供热回水气温在60℃～90℃之间。使用此系统时，系统对锅炉进行初步预热。自来水进入水处理器后，直接进入太阳能系统加热，然后送入省煤器预热，来提高锅炉用水的初始温度，从而达到节约能源的目的。如图4所示。 图4太阳能预热系统运行原理 　　2太阳能预热系统的效益分析 　　2.1经济效益分析 　　太阳能是一种得天独厚、取之不尽用之不竭的可再生能源，利用太阳光的热量储存或转化，代替我们生产生活中对资源的日常消耗，属于清洁环保型的新兴产业。对于用户不仅代表一次投入可以享受十几年回报，更可取得可观的经济和社会效益。以邢台地区为例，根据气象资料显示邢台地区年平均日照时间长达2472.3h，日照百分率为62％，太阳辐射总量为5416.53MJ/(㎡•a)。以一台350WM发电机组计算，锅炉蒸发量为1100t/h，耗水量为1100×1.2=1320t（1.2为工艺流程损耗）。利用太阳能将1320t的冷凝水和补充水从常温情况下加热到95℃再送到蒸汽锅炉是实现节能的重要环节。 　　机组每天所需热量折合标煤的计算 　　标煤燃值为：26.3MJ/kg，7901880MJ÷26.3MJ/kg=300452kg≈300.5t 　　太阳能每天所提供热量折合标煤的计算 　　标煤燃值为：26.3MJ/kg，2442866MJ÷26.3MJ/kg=92885kg≈93t 　　一年可节约资金的计算 　　93t×800元/t（能源费用）×365d=27156000元≈2.7亿元 　　2.2社会效益分析 　　就350MW发电机组而言，太阳能预热系统每年可节省耗煤量： 　　93t/d×365d=33945t，一个寿命期（15a）内可节省燃煤509175t。由此可减少1267846t二氧化碳、38188t二氧化硫、19349t氮氧化合物的排放，太阳能在火力发电上的利用将对我国保护环境和节约煤炭资源产生积极效果。 　　3 结论 　　我国火力发电厂的节能任务意义重大，目前大机组节能潜力逐渐减小，太阳能热发电技术投资高。所以太阳能预热燃煤一体化发电系统就将成为一个很好的发展方向。（河北三环太阳能有限公司　赵至礼 王自强）