摘要：太阳能光热发电是将太阳能转化为可以储存的热能，再将热能转化为电能的过程。由于光热发电具有转换效率高、电能输出稳定、调峰能力强等优点，具有广阔的发展前景。蒸汽发生器系统是光热电站发电模块的重要组成部分，由于光热电站系统复杂，检修周期短，启停频繁，因此设计合理的蒸汽发生器冷启动系统尤为重要。本文研究了蒸汽发生器的冷启动系统工艺流程、设备组成、选型计算等，具有良好的应用价值。
关键词：光热电站，蒸汽发生器，冷启动，系统设计
1、引言
太阳能光热发电是将太阳能转化为可以储存的热能，再将热能转化为电能的过程。相对于传统的化石能源燃烧发电机组，光热电站具有经济性好、环保性好、资源可再生等优点。相对于光伏发电，光热发电可以克服太阳能的失控不连续行，提供持续、可靠、稳定的电力输出，具有良好的调峰性能。
塔式光热电站通常由聚光集热系统、储热系统、蒸汽发生器系统、汽轮机系统等主要系统组成，各系统流程示意图见图1。
图1 光热电站系统示意图[1]
太阳能通过定日镜聚焦到吸热器上，冷熔盐从冷熔盐罐中通过冷盐泵送至吸热器，并在吸热器中吸收镜场入射的能量，被加热为热熔盐储存到热熔盐罐中。热熔盐罐中的热熔盐通过热盐泵送入蒸汽发生器，同时给水被给水泵送到蒸汽发生器，熔盐与给水在蒸汽发生器中充分换热，产生过热蒸汽，送至汽轮机做功发电。
2、蒸汽发生器系统
蒸汽发生器系统是光热电站发电模块的重要组成部分，蒸汽发生系统的功能是实现熔盐与水工质之间的热交换。来自热盐罐的高温熔盐分两路分别进入过热器与再热器，经换热后在出口混合，再依次进入蒸汽发生器和给水预热器，最后变为低温熔盐后返回低温储罐。而来自高压加热器的给水则依次流经给水预热器、蒸发器和过热器，从而实现熔盐与水工质的热交换，产生符合汽轮机运行要求的过热蒸汽。汽轮机高压缸排汽进入再热器，经再热器熔盐加热后进入汽轮机再热汽阀，蒸汽推动汽轮机做功发电。蒸汽发生器系统示意图见图2。
图2 蒸汽发生器系统示意图[2]
由于光热电站系统复杂，检修周期短，启停频繁，因此设计合理的蒸汽发生器冷启动系统尤为重要。为了防止冷启动时蒸汽发生器熔盐侧发生凝固，传统的启动方式通常设置单独的启动锅炉，冷启动之前通过启动锅炉系统向蒸汽发生器供应蒸汽加热给水至260℃以上，然后通入熔盐进行正常启动过程。此种方式存在以下缺点：系统复杂，造价较高，需要设置单独的高压启动锅炉；由于太阳能电站不消耗传统化石燃料，如果设置启动锅炉，需要给锅炉配套额外的化石燃料系统，且仅在冷启动时使用，利用率不高，投入与产出不匹配。
3、冷启动系统
为了解决以上问题，可采用以下蒸汽发生器冷启动系统，见图3。
图3 蒸汽发生器冷启动系统流程图
在原有蒸汽发生器系统中增加启动电加热器、外置循环泵设备。蒸汽发生器冷启动时，先把系统上满水。此时，低负荷预热器、启动电加热、省煤器、蒸发器充满水，汽包达到设定水位。开启外置循环泵，同时开启启动电加热器，关闭低负荷预热器出口隔离阀，关闭汽包出口调节阀，使系统中的水形成封闭循环回路。启动电加热器保持运行状态，外置循环泵持续运行使系统中给水温度保持均匀，并且缓慢升高。当温度超过100℃时，给水在汽包中发生汽化，使汽包压力逐渐升高，此时升温、升压过程同时进行。经过一段时间运行，最终整个系统给水达到设定温度260℃，此时对应的压力为4.7MPa，此时升温升压过程结束，关闭电加热器及外置循环泵。由于熔盐凝固点为230℃左右，熔盐进入蒸汽发生器不会发生凝固，此时通入熔盐进行正常启动过程。
4、电加热器选型计算
电加热器是冷启动系统中最重要的设备，电加热器选型是否正确直接关系到系统的安全可靠运行。电加热器的选型可使用以下公式进行计算。
V总=V1+V2+V3
其中
V总—蒸汽发生器系统中充水总体积m3
V1—汽包达到正常液位时水容积m3
V2—省煤器水容积 m3
V3—蒸汽发生器水容积 m3
Q=Cp* V总/Vl*(T2-T1)
其中
Q—加热过程所需总热量KJ
Cp—水比热容 KJ/kg/k
Vl—水比容m3/kg
T2—加热终止水温 ℃
T1—加热起始水温 ℃
P=Q/t/3600
P—电加热器功率kW
t—加热持续时间h
5、结论
（1）由于光热电站系统复杂，检修周期短，启停频繁，因此设计合理的蒸汽发生器冷启动系统尤为重要。
（2）本文研究了一种新型的蒸汽发生器冷启动系统，只需在原有蒸汽发生器系统基础上增加启动电加热器、外置循环泵设备，无需其他配套系统，系统简单，经济性好。
（3）本文研究了启动电加热器的选型计算方法，满足工程设计的需要。
（4）本系统相对于传统的设置启动锅炉的冷启动系统具有明显的优势。传统冷启动方法增加了化石燃料消耗量，且产生燃烧污染物。本系统使用电加热器加热给水，仅消耗少量电能，不消耗化石燃料，无污染物排放。节省传统化石燃料用量，环保性能好，具有良好的应用前景。
参考文献
[1]罗凯、许涛、刘海明、刘刚, 浅谈塔式太阳能光热发电站性能试验, 湖北电力, 2006.11.
[2]闫勃东, 光热电站蒸汽发生器系统设计,技术与市场, vol 24,2017.
作者简介
许红，山东电力建设第三工程有限公司,硕士,热机工程师。宋旭东，山东电力建设第三工程有限公司,博士,热机工程师。
论文作者:许红,宋旭东
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：蒸汽论文; 发生器论文; 系统论文; 光热论文; 电站论文; 冷启动论文; 汽包论文; 《电力设备》2018年第20期论文;