首航高科光熱電站吸熱器為何可榮列能源領(lǐng)域首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備？
發(fā)布時(shí)間：2023-01-13
5月13日，國(guó)家能源局對(duì)外發(fā)布《國(guó)家能源局公告2022年第2號(hào)》，決定將“300MW級(jí)變速抽水蓄能機(jī)組成套設(shè)備”等75個(gè)技術(shù)裝備（項(xiàng)目）列為2021年度能源領(lǐng)域首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備項(xiàng)目，首航高科100MW熔鹽塔式光熱電站吸熱器”榮列其中。
作為光熱電站的關(guān)鍵設(shè)備之一，吸熱器就如同光熱電站的“心臟”。在整個(gè)塔式光熱電站的運(yùn)行中承擔(dān)著吸收太陽(yáng)能的至關(guān)重要的作用。它的運(yùn)行可靠性及性能優(yōu)劣，以及與聚光系統(tǒng)和儲(chǔ)熱系統(tǒng)的耦合都直接影響整個(gè)電站的安全與經(jīng)濟(jì)性。
基于吸熱器在塔式光熱電站中的工作特性，其技術(shù)具有以下特點(diǎn)：
1）入射負(fù)荷大，局部熱負(fù)荷高，且熱負(fù)荷分布不均勻。
2）表面溫度變化敏感。
3）直接接受太陽(yáng)輻射位置表面溫度高，且溫度梯度變化大，熱應(yīng)力敏感。
4）聚光倍數(shù)高，設(shè)備表面溫度高。
5）每天至少一次啟停，熱疲勞影響嚴(yán)重。
6）吸熱器安裝高度較高，對(duì)下降管道有較大沖擊，容易產(chǎn)生振動(dòng)。
而也因?yàn)橐陨咸攸c(diǎn)決定了吸熱器技術(shù)的難點(diǎn)較大，技術(shù)含量高。經(jīng)過(guò)多年的探索和實(shí)踐，首航高科掌握了全套吸熱器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、調(diào)試技術(shù)，建立了完整的技術(shù)體系，形成了100MW級(jí)電站用吸熱器核心工藝設(shè)計(jì)包。
研發(fā)設(shè)計(jì)方面：
吸熱器表面的聚光傳熱過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的光熱聚集、轉(zhuǎn)換及耦合傳熱過(guò)程。吸熱器為外置式，其對(duì)流熱損失對(duì)吸熱器的熱效率影響較大。所以如何解決吸熱器表面瞬時(shí)熱流分布，如何解決吸熱器吸收多少熱量，都是決定設(shè)計(jì)的基本輸入條件，也是難點(diǎn)問(wèn)題。
根據(jù)吸熱屏表面的熱流密度分布，首航研發(fā)團(tuán)隊(duì)采用數(shù)值模擬的方法獲得吸熱管溫度分布及熱應(yīng)力狀況，從而保證吸熱器在材料許可的溫度和應(yīng)力范圍下運(yùn)行。同時(shí)為保證吸熱器流動(dòng)特性達(dá)到最優(yōu)效果，采用經(jīng)驗(yàn)公式并結(jié)合流體動(dòng)力學(xué)CFD分析對(duì)吸熱系統(tǒng)的壓降進(jìn)行計(jì)算，不斷優(yōu)化吸熱器結(jié)構(gòu)。
生產(chǎn)制造方面
1. 由于吸熱器吸熱裝置工況的要求，吸熱裝置所用材料需要具備耐高溫、耐高溫疲勞等特性，開(kāi)發(fā)了新型高溫合金SHBG-2。
由于吸熱系統(tǒng)面臨頻繁的啟停及負(fù)荷速率變化的要求，云量等方面的變化也要求吸熱器有較高的適應(yīng)性和抗疲勞的性能。目前吸熱器材料的開(kāi)發(fā)對(duì)國(guó)內(nèi)的企業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)技術(shù)壁壘，而首航致力于可替代材料的開(kāi)發(fā)研究，推進(jìn)吸熱器制造中核心材料的國(guó)產(chǎn)化。首航與寶鋼合作開(kāi)發(fā)了國(guó)產(chǎn)鎳基合金材料SHBG-2，經(jīng)過(guò)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的不懈努力，攻克了SHBG-2難變形等工藝難關(guān)，目前已在首航建設(shè)的兩個(gè)光熱電站中成功使用。
2. 制造工藝創(chuàng)新，吸熱器聯(lián)箱采用自主開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)工藝，聯(lián)箱抗疲勞性能優(yōu)越。
吸熱器的制造工藝中的難點(diǎn)在于聯(lián)箱接管生產(chǎn)工藝及薄壁金屬管的焊接，吸熱器運(yùn)行工況的特性決定了聯(lián)箱接管具有較大的疲勞應(yīng)力水平。首航經(jīng)過(guò)不斷的探索和試驗(yàn)，突破了聯(lián)箱接管的生產(chǎn)新工藝，得到抗疲勞性能優(yōu)良的吸熱器聯(lián)箱。吸熱屏焊接生產(chǎn)線也采用全自動(dòng)焊接，焊接過(guò)程中嚴(yán)格控制焊接電流，保證焊接質(zhì)量。吸熱屏無(wú)損檢測(cè)包括100%無(wú)損檢測(cè)，100%滲透檢測(cè)，水壓測(cè)試等工序，保證產(chǎn)品無(wú)缺陷，整個(gè)吸熱器的設(shè)計(jì)和制造完全實(shí)現(xiàn)了自主。
3.結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，吸熱器及其附屬設(shè)備、管道支撐結(jié)構(gòu)采用了合理的布置方式，滿足支撐要求的條件下，節(jié)省重量。
由于技術(shù)創(chuàng)新，采用了合理的布置方式，敦煌100MW熔鹽塔式光熱電站示范項(xiàng)目中吸熱塔212米轉(zhuǎn)換層平臺(tái)以上的設(shè)備和鋼結(jié)構(gòu)的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他項(xiàng)目2000多噸的載荷。
首航高科光熱電站吸熱器研制過(guò)程中突破了較多的技術(shù)難關(guān)，實(shí)現(xiàn)了重大技術(shù)突破，且擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。敦煌100MW熔鹽塔式光熱電站示范項(xiàng)目是我國(guó)首批光熱示范項(xiàng)目中首個(gè)并網(wǎng)投運(yùn)的項(xiàng)目，是目前世界上僅有在運(yùn)行的兩座100MW級(jí)熔鹽塔式光熱電站之一。該電站順利運(yùn)行已有三年，證明了其吸熱器的良好性能。完整的吸熱器運(yùn)行控制策略，保證了吸熱器在各工況尤其是突發(fā)狀況下的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
2025-01-12
