CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：“固體顆粒儲(chǔ)放熱技術(shù)方案靈活，熱源的選擇性多，放熱方式靈活，可換熱參數(shù)范圍廣泛；由于擁有很大的工作溫度區(qū)間，該技術(shù)既可用于發(fā)電也可用于生產(chǎn)工業(yè)蒸汽；同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)模塊化配置，并通過(guò)就地取材等措施實(shí)現(xiàn)低成本儲(chǔ)熱。”

6月22-23日，由中國(guó)清潔供熱平臺(tái)主辦的2021年第三屆中國(guó)儲(chǔ)熱大會(huì)在常州召開(kāi)，東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)東方鍋爐）技術(shù)中心儲(chǔ)熱高工李有霞作了題為“固體顆粒儲(chǔ)放熱技術(shù)”的主題演講。

為何要研究固體顆粒儲(chǔ)熱技術(shù)？

固體顆粒儲(chǔ)熱其實(shí)是一種顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)，原理和熔鹽儲(chǔ)熱一樣，利用能量來(lái)源加熱低溫顆粒升溫，將能量轉(zhuǎn)換為高溫顆粒顯熱儲(chǔ)存；當(dāng)需要釋放能量時(shí)，將存儲(chǔ)的高溫顆粒與用熱介質(zhì)進(jìn)行換熱，從而釋放所儲(chǔ)存的能量。

圖：工作原理

據(jù)李有霞介紹，東方鍋爐最初開(kāi)始研究該技術(shù)是源于光熱發(fā)電，希望通過(guò)固體顆粒儲(chǔ)熱技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高光熱發(fā)電系統(tǒng)工質(zhì)溫度，進(jìn)而提升電廠效率。

該技術(shù)主要有以下幾方面優(yōu)勢(shì)：與常規(guī)的導(dǎo)熱油、熔鹽、水蒸氣和空氣等介質(zhì)相比（詳見(jiàn)下表），固體顆粒使用溫度上限可以達(dá)到1000℃左右，運(yùn)行溫度高且無(wú)溫度下限，不存在凝固風(fēng)險(xiǎn)；固體顆粒耐熱性能好，儲(chǔ)能密度大；材料價(jià)格便宜，無(wú)毒無(wú)害，循環(huán)性好，可常壓運(yùn)行，儲(chǔ)熱成本低。

表：太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中各種工作介質(zhì)對(duì)比

有哪些技術(shù)痛點(diǎn)？東鍋選擇如何應(yīng)對(duì)？

相對(duì)于其它流體介質(zhì)而言固體顆粒存在傳熱和流動(dòng)性能不佳，輸送也相對(duì)困難的技術(shù)問(wèn)題。

李有霞表示，東方鍋爐致力于固體顆粒儲(chǔ)放熱技術(shù)開(kāi)發(fā)，旨在將其推廣至高溫光熱發(fā)電領(lǐng)域及中高溫用熱領(lǐng)域。為此，結(jié)合上述技術(shù)難點(diǎn)，東方鍋爐針對(duì)性開(kāi)發(fā)出固體顆粒儲(chǔ)熱和放熱換熱器、高低溫儲(chǔ)罐以及固體顆粒輸送設(shè)備等核心裝備。

首先，東方鍋爐開(kāi)發(fā)出一種多級(jí)流化床顆粒換熱器，可以很好解決固體顆粒傳熱困難的問(wèn)題。該換熱器內(nèi)設(shè)置多個(gè)倉(cāng)室，每一個(gè)倉(cāng)室之內(nèi)布置換熱管，換熱管內(nèi)是工質(zhì)，儲(chǔ)熱時(shí)候是熱源工質(zhì)，放熱時(shí)為用熱工質(zhì)，管外顆粒在流化風(fēng)作用下呈流態(tài)化和管內(nèi)工質(zhì)進(jìn)行換熱。

據(jù)李有霞介紹，上述設(shè)計(jì)可大大提升換熱系數(shù)，使固體顆粒和工質(zhì)換熱呈逆流換熱。多級(jí)受熱面匹配設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)熱、蒸發(fā)和過(guò)熱等多種參數(shù)的輸出。同時(shí)，從床層設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō)，東方鍋爐綜合流化床設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，降低了流化床床層，進(jìn)而降低流化風(fēng)壓頭，并對(duì)流化風(fēng)系統(tǒng)也進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減小熱損失。

東方鍋爐在流化床鍋爐物料流化換熱方面具有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與運(yùn)行業(yè)績(jī)，為多級(jí)流化床固體顆粒換熱器的設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

目前，東方鍋爐已成功為科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃2018YFB1501003“超臨界CO2高效換熱研究”項(xiàng)目設(shè)計(jì)并供貨了固體顆粒與sCO2換熱器（詳見(jiàn)下圖）。

其次是顆粒輸送問(wèn)題。東方鍋爐依托集團(tuán)公司大型科研項(xiàng)目建成了粉體特性測(cè)試基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行固體顆粒氣力輸送技術(shù)開(kāi)發(fā)。該平臺(tái)具備粉體輸送技術(shù)輸出、發(fā)料罐等關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)，與工程（技術(shù)）服務(wù)能力。已具有漠沙及其他類(lèi)物料多項(xiàng)輸送業(yè)績(jī)。

該平臺(tái)的輸送能力為10t/d～220t/d，達(dá)到了工業(yè)化應(yīng)用的輸送等級(jí)；輸送壓力可達(dá)0.3～5.3Mpa；設(shè)計(jì)固氣比為5～30 kg（固）/kg(氣)；輸送氣源可選氮?dú)?、二氧化碳、空氣等；可以輸送煤粉、漠沙、石油焦、生物質(zhì)等粉體與顆粒物料。目前，東方鍋爐已依托該平臺(tái)的基礎(chǔ)研究工作設(shè)計(jì)出可靠的氣體輸送系統(tǒng)。

最后是固體顆粒材質(zhì)選擇方面。李有霞介紹稱(chēng)，針對(duì)工作溫度500℃以下的中低溫領(lǐng)域，東方鍋爐篩選合適粒徑的漠沙作為儲(chǔ)熱介質(zhì)，成本低廉；針對(duì)與火電靈活性改造耦合的應(yīng)用場(chǎng)景，東方鍋爐則測(cè)試了循環(huán)灰的性能，可以直接用循環(huán)灰作為儲(chǔ)熱顆粒；在超臨界二氧化碳系統(tǒng)方面，選擇了一種可耐高溫、且表面經(jīng)過(guò)特殊處理的顆粒材料。

適用于哪些應(yīng)用場(chǎng)景？

1、火電靈活性改造——利用固體顆粒儲(chǔ)熱技術(shù)可中高溫運(yùn)行的特點(diǎn)將熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行熱電解耦。

應(yīng)用原理：可采用“純儲(chǔ)熱+邊儲(chǔ)邊放+純放熱”等靈活的運(yùn)行模式在機(jī)組高負(fù)荷時(shí)間段富裕的蒸汽用于加熱固體顆粒儲(chǔ)存蒸汽熱，在機(jī)組低負(fù)荷供熱不足時(shí)對(duì)外供汽供熱，實(shí)現(xiàn)熱電解耦。

李有霞表示，當(dāng)前可再生能源大比例增加，好多機(jī)組都面臨深度調(diào)峰的需求，結(jié)合固體顆粒儲(chǔ)熱技術(shù)可以運(yùn)用不同的汽源，把進(jìn)汽輪機(jī)做功的蒸汽量減下來(lái)用于儲(chǔ)熱，實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰，而且，相比電加熱技術(shù)，這樣操作可以直接將熱能儲(chǔ)存起來(lái)并按需對(duì)外供熱，省去了熱—電—熱的效率損失。

2、配套光熱發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)可再生能源基地；利用棄風(fēng)棄光電能，助力可再生能源消納。

圖：配套光熱發(fā)電建設(shè)可再生能源基地（左）/結(jié)合棄風(fēng)棄光助力消納（右）

李有霞表示，與超臨界二氧化碳光熱發(fā)電系統(tǒng)配套也是固體顆粒儲(chǔ)熱技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用方向。在可再生能源在整個(gè)能源體系快速增加的當(dāng)下，我們需要構(gòu)建可再生能源基地，最好是自己帶有儲(chǔ)熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自我調(diào)峰，而不是靠傳統(tǒng)的煤電調(diào)峰，這時(shí)“高溫光熱發(fā)電系統(tǒng)+固體顆粒儲(chǔ)熱技術(shù)”便有了用武之地。

同時(shí)，也可以將固體顆粒儲(chǔ)熱技術(shù)與風(fēng)力/光伏可再生能源發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，利用棄風(fēng)棄光電力加熱固體顆粒，實(shí)現(xiàn)在用能高峰時(shí)間段利用固體顆粒所儲(chǔ)存的熱能加熱水工質(zhì)產(chǎn)生高溫蒸汽外供或發(fā)電，最終達(dá)到助力可再生能源消納的目的。

3、高溫余熱利用領(lǐng)域?？梢詫掍撈髽I(yè)的一些爐渣、轉(zhuǎn)爐煙氣等高溫余熱源通過(guò)固體顆粒儲(chǔ)熱技術(shù)進(jìn)行能量回收儲(chǔ)存，并根據(jù)需要對(duì)外提供高溫蒸汽、供熱或發(fā)電，以改善余熱發(fā)電或者供汽的經(jīng)濟(jì)性。