槽式太阳能聚光集热器光热特性研究 熊亚选.doc

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：113534 槽式太阳能聚光集热器光热特性研究 熊亚选，吴玉庭，刘斌，杜春旭，马重芳 （北京工业大学 传热强化与过程节能教育部重点实验室暨传热与能源利用北京市重点实验室，北京 100124） 电话 Email: xiongyx@bjut.edu.cn 摘 要 对自行设计搭建的呈东西轴布置的槽式太阳能聚光集热器实验系统进行热性能实验研究。1985年LUZ在美国加利福尼亚州的沙漠中建成第一座商业化太阳能热发电站SEGS-I槽式太阳能热发电站以来[1]，到目前全世界已建成16座总装机容量620MW的太阳能商业化太阳能热发电站，39座1975MW的商业化槽式太阳能热发电站正在建设之中，另外有总装机容量7592MW的槽式太阳能热发电站也在规划中。槽式太阳能热发电站的成功运行和大规模建设使得槽式太阳能热发电技术在经济上和技术上的可靠性得到有力验证[1][2][3]，标志着槽式太阳能热发电技术已达到成熟阶段。槽式太阳能热发电系统每天一般能够满功率工作10～12小[1]-[5]。电站的全年发电效率可达13.6％23％[6]。但作为热发电系统能量来源的槽式太阳能聚光集热系统40%以上，因此提高槽式太阳能聚光集热系统的性能是提高槽式太阳能热发电站的发电效率、降低发电成本的关键所在。 目前槽式太阳能热发电站只有发出的电能被利用，大量的余热通过散热器被排放到环境中。我国太阳辐射充足的西藏、新疆等西部地区人口分布稀疏、电力输送成本高。由于地理位置的原因，这些地区需要电能需求，每年的供暖期长。在973项目“2010CB227103）的资助下，为10KW分布式太阳能热-电联供系统设计并制造了大型槽式太阳能聚光集热器，掌握了槽式太阳能聚光集热器的设计和加工工艺，设计、制造了新型抛物面聚光镜，为我国槽式太阳能热发电技术的推广应用提供了必要的技术储备。基于建成的槽式太阳能聚光集热器，我们对其 基金项目：北京市自然科学基金重点项目（3081002），973项目（2010CB227103）性能开展了全面研究， 1.1 试验原理 槽式太阳能聚光集热器光-热性能的评估需要稳定的传热流体质量流量、集热管进口温度、稳定的太阳直射辐射强度。本实验采用布置在集热器进口上游的全自动温控加热器和全自动温控散热器来控制和稳定试验系统中的集热器进口处的传热流体温度，采用变频泵和流量控制阀来控制流过集热器的质量流量，并为实验系统内的传热流体提供循环动力。为了防止传热流体在管道内降温凝固及过热焦化聚结，在集热器上游设置了流体杂质过滤器，为管路增设了预热系统，防止管路堵塞。系统管路内的传热流体从常温被加热到300℃以上，流体的体积膨胀量较大，为系统设置了膨胀罐以吸收传热流体体积膨胀。将本系统中使用的传热流体大气压下沸点为257.1℃，超过这个沸点温度后将汽化。为防止这种情况的发生，在膨胀罐的顶部设置了氮气充灌口，通过外部高压氮气将系统内传热流体的压力稳定在工作温度相应的饱和蒸汽压力之上约0.2MPa，同时还能将传热流体与空气隔离以防止传热流体被氧化、甚至爆炸。此外，在试验系统的最高点即集热器的最高点设置了排气阀，既能排空系统管路及集热器中的空气，还能避免对系统中流量和温度的测量产生影响2所示。 图 1槽式太阳能聚光集热系统110℃。然后，打开传热流体罐进出口管道之间的阀门和传热流体泵，使主传热流体不流经传热流体罐。调整传热流体泵电源的输入频率及相关电动调节阀，将通过聚光集热器的传热流体质量流量稳定到3000kg/h左右。开启加热器和散热器电源，通过设置加热器和散热器将集热器进口传热流体温度稳定在试验需要的温度，使传热流体在系统内连续循环加热，直到集热管进口温度在30分钟内的波动不超过±0.1℃后可认为温度达到稳定状态，便可以开始采集集热器进出口传热流体温度、质量流量、太阳直射辐射强度、风速、环境温度等参数。.2 试验方法 为完成实验参数的测量，实验过程中需要对系统压力、传热流体温度和质量流量进行控制。只有上述三个参数都达到稳定后，同时在稳定的太阳直射辐射强度下开始采集的实验数据才是正确、可靠的。试验中使用的相关仪器仪表特性参数如表2所示。 表2 主要实验仪器特性参数 名称 特征值 备注 流量传感器 型号 DMF-1-5 量程 (0.5-5)t/h 工作温度: -50-350℃ 误差 ±0.2% 温度传感器 型号 CRZ-1632-100-Ni A级 工作温度 -40-450