關(guān)于塔式光熱電站吸熱器,你應(yīng)該知道這些
發(fā)布者:本網(wǎng)記者Grace | 來(lái)源:CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 1評(píng)論 | 15017查看 | 2018-01-04 18:43:00    
——光熱示范項(xiàng)目供應(yīng)鏈關(guān)鍵產(chǎn)品設(shè)備系列報(bào)道之吸熱器篇

CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報(bào)道:對(duì)塔式光熱發(fā)電技術(shù)來(lái)說(shuō),吸熱器是類似于槽式技術(shù)中的高溫真空集熱管一樣的核心裝備,其承擔(dān)著吸收太陽(yáng)熱能的重要作用。

塔式吸熱器的技術(shù)含量很高,目前全球范圍內(nèi)擁有塔式吸熱器設(shè)計(jì)制造能力的企業(yè)為數(shù)不多。那么,吸熱器在加工制造過(guò)程中有哪些技術(shù)難點(diǎn)?運(yùn)行工況較嚴(yán)苛的吸熱器管材應(yīng)如何選擇?光熱項(xiàng)目業(yè)主及EPC方在采購(gòu)吸熱器時(shí)應(yīng)該考慮哪些因素?吸熱器在運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)注意哪些問(wèn)題?吸熱器的供貨周期及成本下降空間如何?帶著上述問(wèn)題,CSPPLAZA記者采訪了幾家業(yè)內(nèi)知名的吸熱器廠商。

吸熱管選材:普遍選用625與230材料

在塔式熔鹽光熱電站中,吸熱器的太陽(yáng)能流密度大,且其要在高溫、腐蝕的工況下運(yùn)行,這對(duì)吸熱器管材的選擇提出了非常高的要求。據(jù)了解,目前眾多吸熱器廠商普遍選用鎳基合金材料如625耐蝕合金鋼或Haynes230作為吸熱管材料。

那么,這兩種材料是否均能滿足吸熱器運(yùn)行條件,兩者又有何不同呢?對(duì)此問(wèn)題,東方鍋爐股份有限公司(簡(jiǎn)稱“東方鍋爐”)相關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人表示,二者都具有非常良好的耐高溫、耐腐蝕和抗疲勞特性,均可作為吸熱管材料,且均有一定的應(yīng)用先例。

杭州鍋爐技術(shù)人員援引了ASME材料數(shù)據(jù)表中的資料表示,二者在600℃以下的平均熱膨脹系數(shù)差異細(xì)微、高溫抗疲勞性能接近。在高溫強(qiáng)度方面,當(dāng)溫度大于750℃時(shí),230的強(qiáng)度稍優(yōu),而在750℃以下,625的高溫強(qiáng)度優(yōu)于230;在耐高溫熔鹽的腐蝕方面,625材料的腐蝕速率略小于230;在焊接加工方面,230材料含鎢量高,切削焊接性能不如625。

來(lái)自北京巴布科克·威爾科克斯有限公司(簡(jiǎn)稱“北京巴威”)的代表則表示,由于625材料的使用溫度通常不超過(guò)650℃,因此其對(duì)熔鹽吸熱器表面的熱流分布要求較高,需要較好地實(shí)施光斑控制策略。

此外,CMI太陽(yáng)能公司(簡(jiǎn)稱“CMI”)方面表示,其對(duì)230材料的耐腐蝕性及應(yīng)力情況等進(jìn)行了深入研究,并通過(guò)大量的檢驗(yàn)和檢測(cè)確認(rèn)該材料是極佳的選擇。但是,該公司表示特定規(guī)格的625材料(并非所有的)應(yīng)可作為管材,但需要進(jìn)行進(jìn)一步研究,同時(shí)項(xiàng)目是否采用ASME標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)影響材料的選型。

國(guó)內(nèi)外吸熱器產(chǎn)品均在不斷優(yōu)化和創(chuàng)新

在熔鹽塔式光熱電站中,吸熱器正常工作時(shí)需要耐受600℃以上的高溫條件、2MPa左右的工作壓力,而吸熱器本身通常包含數(shù)以千計(jì)的吸熱管,數(shù)以萬(wàn)計(jì)的焊接端口,每個(gè)焊接端口的質(zhì)量都會(huì)影響到吸熱器的可靠性,因此吸熱器對(duì)加工工藝提出了非常高的要求。

杭州鍋爐集團(tuán)股份有限公司(簡(jiǎn)稱“杭州鍋爐”)技術(shù)人員告訴CSPPLAZA記者,在吸熱器加工制造過(guò)程中,各生產(chǎn)廠家普遍面臨薄壁鎳基管材的彎管、焊接、管屏的組裝和涂層的烘干等方面的技術(shù)難題,具體包括:小口徑薄壁彎管的彎制;薄壁管接頭和集箱對(duì)接;集箱、管接頭、管組制造和裝配精度的控制;薄壁管接頭與集箱的焊接變形的控制;薄壁且異種鋼管對(duì)接;熱處理變形的控制;管屏表面吸收涂層的噴涂工藝等。

由于設(shè)計(jì)和制造難度較大,準(zhǔn)入門檻較高,再加上商業(yè)化光熱項(xiàng)目目前還比較少,導(dǎo)致目前全球范圍內(nèi)擁有塔式吸熱器制造能力的企業(yè)較少,擁有商業(yè)化應(yīng)用案例的更是屈指可數(shù)。但得益于塔式光熱技術(shù)近幾年異軍突起,漸有超越槽式技術(shù)之勢(shì),同時(shí)中國(guó)光熱發(fā)電市場(chǎng)也正式啟動(dòng),為了迅速適應(yīng)和占領(lǐng)市場(chǎng),已進(jìn)入該領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外吸熱器廠商正在不斷對(duì)各自產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新。

  圖:相關(guān)吸熱器廠商及業(yè)績(jī)統(tǒng)計(jì)

據(jù)CMI方面介紹,經(jīng)過(guò)多年研究和實(shí)踐,該公司已形成了一系列獨(dú)有的定制化的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。以該公司智利ATACAMA項(xiàng)目上所制造的吸熱器為例,該吸熱器的表面由16個(gè)管屏排列組成,形成2個(gè)并聯(lián)的回路,每個(gè)回路由8個(gè)管屏組成,同時(shí)滿足熔鹽在不同管屏內(nèi)的流速和壓降的限制條件。

此外,為保障吸熱器的安全運(yùn)行,CMI對(duì)吸熱器內(nèi)部的入口罐以及空氣罐進(jìn)行特殊設(shè)計(jì),并結(jié)合該公司開(kāi)發(fā)的紅外溫度以及應(yīng)力實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng),從而避免出現(xiàn)吸熱器過(guò)熱現(xiàn)象。同時(shí),CMI吸熱器的鋼結(jié)構(gòu)以及護(hù)板采用全螺栓式的結(jié)構(gòu),在現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí),無(wú)需焊接,有助于減少現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量;在進(jìn)行設(shè)備維修工作時(shí),只要卸掉相應(yīng)位置的螺栓即可,便于對(duì)管屏進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。據(jù)悉,該公司保溫密封護(hù)板結(jié)構(gòu)、紅外溫度以及應(yīng)力實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)及吸熱器維護(hù)系統(tǒng)都已獲得專利。

  圖:采用CMI吸熱器產(chǎn)品的南非Khi Solar One塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目

中外合資企業(yè)北京巴威公司則通過(guò)引進(jìn)美國(guó)B&W公司完整的吸熱器技術(shù)授權(quán),完成了50MWe-100MWe大容量吸熱器的研發(fā),并成功參與了國(guó)內(nèi)多個(gè)項(xiàng)目投標(biāo)。北京巴威公司在執(zhí)行國(guó)際通用ASME相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的同時(shí),又針對(duì)國(guó)內(nèi)情況對(duì)于各種細(xì)節(jié)考慮都進(jìn)行了深入研究:吸熱器及剛性梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合了美方的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),考慮了管子在各個(gè)方向上的膨脹及應(yīng)力;同時(shí)管屏的剛性可以抵御各種外來(lái)荷載,保證吸熱器管屏的穩(wěn)定性。此外,整個(gè)吸熱器系統(tǒng)采用三維軟件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),有效保證了各個(gè)部件之間的接口和裝配,避免發(fā)生碰撞,并預(yù)留出足夠的檢修操作空間。

圖:北京巴威向esolar加州Sierra塔式光熱電站交付的吸熱器


國(guó)產(chǎn)供應(yīng)商方面,經(jīng)過(guò)近年來(lái)積極參與一些試驗(yàn)項(xiàng)目和首批光熱示范項(xiàng)目,東方鍋爐和杭州鍋爐、首航節(jié)能等企業(yè)也在逐步崛起,在積累了一定項(xiàng)目業(yè)績(jī)的同時(shí),也研發(fā)出了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的吸熱器制造技術(shù)并不斷進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新。

截止目前,東方鍋爐已完成了300MWt與600MWt容量等級(jí)的熔鹽吸熱器的全面自主開(kāi)發(fā)與詳細(xì)的技術(shù)設(shè)計(jì),形成了系列化的技術(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及完整的運(yùn)行控制策略。

  圖:延慶1MW塔式光熱發(fā)電試驗(yàn)項(xiàng)目選擇了東方鍋爐生產(chǎn)的吸熱器

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,東方鍋爐吸熱器采用獨(dú)立的模塊化成套管屏結(jié)構(gòu),便于廠內(nèi)設(shè)計(jì)制造、整體運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)組裝及后期的更換與維護(hù);合理的流速選取、流程設(shè)置及管屏數(shù)量,減小了吸熱器的沿程阻力損失;適當(dāng)?shù)墓芷翆挾?,保證了受熱均勻,減小了流量偏差與熱偏差;選用耐腐蝕、耐高溫及抗熱沖擊的薄壁高鎳合金管材料,可滿足吸熱器高熱流、非均勻受熱及頻繁啟停需求,同時(shí)減小散熱面積,提高效率及降低成本;獨(dú)立的限位固定管夾設(shè)置,允許管子軸向自由膨脹,限制其徑向變形出列,保證吸熱器安全運(yùn)行及減小露光損失;專用的熱套管結(jié)構(gòu),減小了集箱管接頭熱沖擊所產(chǎn)生的局部高熱應(yīng)力,延長(zhǎng)使用壽命。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。

而杭州鍋爐在塔式吸熱器產(chǎn)品的研發(fā)歷程已有8年多的時(shí)間,其已完成了水工質(zhì)吸熱器及熔鹽工質(zhì)吸熱器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與供貨,并成功實(shí)施了從數(shù)值模擬到小型試驗(yàn)(200kWt)再到10MWe級(jí)光熱示范項(xiàng)目。在上述研究的基礎(chǔ)上已經(jīng)完成了300MWt、600MWt熔鹽吸熱器的研制工作(分別對(duì)應(yīng)于50MW、100MW電功率,約10h儲(chǔ)熱時(shí)長(zhǎng)的塔式電站)。

今年4月18日,杭州鍋爐順利拿下了青海中控太陽(yáng)能德令哈50MW項(xiàng)目的熔鹽吸熱系統(tǒng)訂單,供貨范圍包括吸熱器本體、管道閥門儀表伴熱和輔機(jī)系統(tǒng)(空壓系統(tǒng)、電梯和塔吊等)。

圖:杭州鍋爐吸熱器應(yīng)用于中控太陽(yáng)能10MWe塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目


另外,首航節(jié)能在其敦煌10MW和100MW光熱發(fā)電項(xiàng)目上,則統(tǒng)一采用了其自己生產(chǎn)的吸熱器。


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圖:首航節(jié)能敦煌10MW熔鹽塔式光熱電站吸熱器正在工作中


運(yùn)行過(guò)程易出現(xiàn)問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施  


鑒于運(yùn)行溫度高、太陽(yáng)能熱源的間歇性和系統(tǒng)介質(zhì)熔鹽的腐蝕性等因素,吸熱器在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)面臨熔鹽泄漏、凍堵及超溫等問(wèn)題,如不能妥善處理,可能造成人身傷害或危及相關(guān)設(shè)備,最終影響電站的正常運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)收益。


對(duì)此,東方鍋爐方面表示,為防止熔鹽泄漏,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,在可能發(fā)生熔鹽泄漏、濺射的地方,要設(shè)置防止熔鹽濺射的裝置,或設(shè)置防火墻、防爆墻等隔離裝置。針對(duì)熔鹽凝固,可采用成熟、可靠的伴熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)及快速疏鹽系統(tǒng)設(shè)置,同時(shí)避免次日系統(tǒng)重啟時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的熱應(yīng)力。如果某處溫度過(guò)低,可使用輔助熱源。為防止熔鹽超溫,可采用多目標(biāo)點(diǎn)鏡場(chǎng)調(diào)度策略,實(shí)現(xiàn)吸熱器表面能量的低溢化與熱流均勻化,同時(shí)可聯(lián)合運(yùn)用紅外熱像儀及壁溫測(cè)點(diǎn)對(duì)受熱壁面進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè),防止管屏超溫。


在吸熱器運(yùn)行過(guò)程中,其表面的熱流變化通常會(huì)受到來(lái)云的影響,容易造成對(duì)吸熱器的熱沖擊。而為控制好吸熱器表面的熱流分布,杭州鍋爐方面認(rèn)為可以用可靠的鏡場(chǎng)算法及快速的調(diào)度方案防止吸熱器表面超溫,并定期檢查吸熱管外表面的涂層和吸熱管的變形情況。


同時(shí),杭州鍋爐方面表示,冷鹽泵故障或失去電源對(duì)吸熱器是一個(gè)潛在的威脅,如果在上述情況下沒(méi)有可靠的安全措施(目前通常采用帶壓縮氣體儲(chǔ)能的進(jìn)口罐作為事故安全措施),吸熱器會(huì)因?yàn)槭ト埯}的冷卻而導(dǎo)致超溫甚至燒毀。


北京巴威方面表示,應(yīng)對(duì)吸熱器的閥門和可能發(fā)生熔鹽泄露的部位進(jìn)行經(jīng)常性檢查,并采取正確的措施保證人員和設(shè)備安全。此外,在吸熱器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做好周全考慮,以良好的設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ),完備的啟動(dòng)與運(yùn)行策略作保證,確保吸熱器及整個(gè)光熱電站的可靠性。


供貨周期長(zhǎng)和成本高問(wèn)題如何解決?  


據(jù)吸熱器供應(yīng)商普遍反映,目前吸熱器材料供貨方的供貨周期通常在6-9個(gè)月之間,加上吸熱器的制造及運(yùn)輸通常需要3-4個(gè)月的時(shí)間,因此吸熱器整體供貨周期大約在9-12個(gè)月之間。


對(duì)此問(wèn)題,東方鍋爐方面表示,隨著光熱行業(yè)的規(guī)?;l(fā)展及關(guān)鍵材料的國(guó)產(chǎn)化推進(jìn),吸熱器供貨周期將大大縮短。杭州鍋爐方面則表示,吸熱器制造周期的瓶頸在于原材料及配套件的采購(gòu)周期。目前,塔式熔鹽光熱項(xiàng)目吸熱器通常采用進(jìn)口材料,而不同項(xiàng)目對(duì)吸熱器管材的規(guī)格要求多樣,這樣就導(dǎo)致材料采購(gòu)周期較長(zhǎng)。


而針對(duì)吸熱器整體成本目前仍較高的問(wèn)題,東方鍋爐方面表示,就國(guó)產(chǎn)吸熱器而言,其現(xiàn)階段的成本下降空間關(guān)鍵在于吸熱器原材料價(jià)格,同時(shí)也受制于國(guó)內(nèi)相關(guān)配套件產(chǎn)業(yè)鏈不完善或經(jīng)驗(yàn)欠缺等因素;從中長(zhǎng)期來(lái)看,要推動(dòng)吸熱器設(shè)備的價(jià)格進(jìn)一步下降,還需要在設(shè)備結(jié)構(gòu)定型、制造工藝提升、生產(chǎn)自動(dòng)化、材料性能進(jìn)步等多方面進(jìn)行努力。


CMI也表達(dá)了類似的觀點(diǎn),并認(rèn)為由于吸熱器技術(shù)的發(fā)展歷史較短,其成本下降是一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的話題,目前各個(gè)廠商應(yīng)從設(shè)備研發(fā)、確保產(chǎn)品質(zhì)量及積累項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)等方面著手,不斷提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。


北京巴威則補(bǔ)充道,隨著一些新的吸熱介質(zhì)如固體粒子的出現(xiàn)及超臨界CO2技術(shù)的日益完善,吸熱器的成本也會(huì)不斷降低。


如何采購(gòu)高性價(jià)比的吸熱器產(chǎn)品?  


隨著中國(guó)首批光熱示范項(xiàng)目的推進(jìn),部分項(xiàng)目的采購(gòu)工作已經(jīng)大規(guī)模展開(kāi)。而在開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)極少和可參考信息非常有限的前提下,如何采購(gòu)到高性價(jià)比的關(guān)鍵裝備無(wú)疑是業(yè)主與EPC方極為關(guān)切的重點(diǎn)問(wèn)題。


目前已有多個(gè)采用塔式技術(shù)的首批示范項(xiàng)目都已經(jīng)完成或正在進(jìn)行吸熱器設(shè)備的招標(biāo)工作,那么,對(duì)于吸熱器的采購(gòu),供應(yīng)商們會(huì)提出哪些建議呢?


東方鍋爐方面建議,業(yè)主及EPC方在進(jìn)行吸熱器設(shè)備采購(gòu)時(shí),應(yīng)選擇品牌和規(guī)模都相對(duì)較好的大型熱能動(dòng)力裝備制造企業(yè),綜合考慮廠商在產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)、制造工藝、及質(zhì)量控制等方面的水平。另外,對(duì)國(guó)內(nèi)品牌應(yīng)給予一定的信任與支持,促進(jìn)光熱產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展與完善,降低光熱發(fā)電成本,推動(dòng)光熱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。


杭州鍋爐方面也表達(dá)了類似的觀點(diǎn),其認(rèn)為業(yè)主和EPC方除了考慮價(jià)格因素,還應(yīng)考慮設(shè)備的運(yùn)行成本、維護(hù)速度及服務(wù)質(zhì)量等因素。此外,由于吸熱器的供貨周期較長(zhǎng),業(yè)主或EPC方進(jìn)應(yīng)做好統(tǒng)籌安排,以免影響項(xiàng)目的整體進(jìn)展。


目前,業(yè)主和EPC方大多將吸熱器和鏡場(chǎng)合成一個(gè)采購(gòu)包開(kāi)展招標(biāo)工作,這樣有利于設(shè)備和系統(tǒng)的內(nèi)部?jī)?yōu)化,提高整體效率和可靠性。但是,從目前已招標(biāo)項(xiàng)目的付款條件來(lái)看,制造商前期墊資負(fù)擔(dān)過(guò)重。對(duì)此,北京巴威呼吁道:“在鎳基材料非常昂貴的前提下,我們希望項(xiàng)目的付款方式更為合理,在獲得必要的資金投入的前提下確保合同的順利執(zhí)行。”


而在談及國(guó)內(nèi)外吸熱器產(chǎn)品的差異時(shí),受訪企業(yè)大都表示,光熱發(fā)電事業(yè)在國(guó)外的起步與發(fā)展較早,因此國(guó)外廠商主要在設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)方面相對(duì)較為成熟,大容量的投運(yùn)業(yè)績(jī)更容易贏得業(yè)主信賴。但就國(guó)內(nèi)項(xiàng)目而言,進(jìn)口吸熱器在設(shè)備成本、制造周期、海關(guān)運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)、備品備件等方面會(huì)存在諸多不便,國(guó)內(nèi)廠商在這一方面相對(duì)具有優(yōu)勢(shì)。

最新評(píng)論
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zjchuaran
美國(guó)巴威除設(shè)計(jì)了熔鹽塔式接收器,近期還設(shè)計(jì)了固體例子接收器,結(jié)構(gòu)與桑迪亞的很類似,希望大家在關(guān)注現(xiàn)有熔鹽塔式技術(shù)的同時(shí),最好也關(guān)注一下美國(guó)第三代光熱發(fā)電技術(shù)的進(jìn)展。估計(jì)美國(guó)會(huì)采用跨越式發(fā)展模式,今后將直接采用固體粒子塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù),特別是與超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)結(jié)合,再創(chuàng)美國(guó)第一。
2018-01-15 12:27:13
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馬上參與
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