大家好，感謝CSPPLAZA提供這樣一個(gè)好的交流機(jī)會(huì)，也感謝在座的各位能犧牲寶貴的時(shí)間來參與分享。我來自杭州鍋爐集團(tuán)，我演講的題目是《光熱發(fā)電關(guān)鍵熱力設(shè)備研發(fā)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分享》。主要分成三部分，第一部分是企業(yè)的簡(jiǎn)要介紹，第二部分是光熱發(fā)電研發(fā)歷程介紹，第三部分研發(fā)經(jīng)驗(yàn)分享。

　　杭鍋集團(tuán)成立于1955年，到現(xiàn)在為止已經(jīng)有60多年的歷史了，并先后經(jīng)過了多次改制：2001年第一次改，2002年加入西子聯(lián)合集團(tuán)，2007年第三次改革變成股份公司，2011年在深圳證交所上市。希望大家有機(jī)會(huì)多關(guān)注杭鍋的股票。2013年，公司總部搬遷到大農(nóng)港路。除了大農(nóng)港路的總部之外，公司還有兩個(gè)生產(chǎn)基地，一個(gè)是勾莊，一個(gè)是崇賢，崇賢基地緊靠運(yùn)河碼頭，公司生產(chǎn)的大型設(shè)備，包括汽包，高低壓加熱器，包括以后的一些光熱模塊可以很方便地從工廠通過運(yùn)河運(yùn)到需要的地方。

　　杭鍋是國家認(rèn)定的企業(yè)技術(shù)中心。到目前為止已經(jīng)生產(chǎn)各類余熱鍋爐1300余臺(tái)。提供的不僅僅是熱力產(chǎn)品，還包括EPC等各種商業(yè)模式，來拓展公司的產(chǎn)業(yè)鏈和市場(chǎng)。目前為止，在太陽能熱光熱發(fā)電方向已經(jīng)申請(qǐng)專利10余項(xiàng)，其中發(fā)明專利9項(xiàng)。企業(yè)資質(zhì)，1985年取得三類壓力容器設(shè)計(jì)許可證和A1級(jí)壓力容器制造許可證；89年取得A級(jí)鍋爐制造許可證；94年取得ASMES和U鋼印授權(quán)證書；97年取得德國TüV頒發(fā)的ISO9001質(zhì)量體系合格證書；06年取得特種設(shè)備安裝、改造、維修許可證；07年取得萬泰認(rèn)證頒發(fā)的職業(yè)健康安全和環(huán)境管理體系證書；并且07年還取得了工程設(shè)計(jì)乙級(jí)證書，因此杭鍋可以做總包方面的業(yè)務(wù)；2008年6月取得ASMEU2鋼印的認(rèn)證。

　　簡(jiǎn)單介紹一下杭鍋的主要產(chǎn)品，杭鍋的主要產(chǎn)品包括聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐，這是杭鍋傳統(tǒng)的產(chǎn)品，也有比較高的市場(chǎng)占有率。煤粉鍋爐，杭鍋主要是做蒸發(fā)量一千噸以下的煤粉爐。雙壓干熄焦余熱鍋爐，用到鋼鐵企業(yè)的余熱回收，還有包括汽化爐的內(nèi)件、循環(huán)流化床鍋爐、煤氣鍋爐等。除了這些鍋爐產(chǎn)品之外還有高低壓加熱器、冷凝器、除氧器等這些換熱設(shè)備。

　　從2010年前后開始進(jìn)軍光熱發(fā)電這個(gè)行業(yè)。簡(jiǎn)單介紹一下光熱的研發(fā)歷程。光熱的研發(fā)可以追溯到08年，從08年到10年杭鍋開始關(guān)注這種熱發(fā)電技術(shù)，并且涉及到各種技術(shù)路線，包括塔式、槽式還有菲涅爾式、碟式這種，比較它們之間的特點(diǎn)及未來的發(fā)展前景，所以后來公司選擇了以塔式為主的發(fā)展路線，因?yàn)樗骄哂幸恍﹥?yōu)勢(shì)，做各種路線的人都有，我們只是覺得塔式有一些優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然我們不是否定槽式或者是碟式的系統(tǒng)。

　　2011年成立中控太陽能合資公司，中控太陽能合資公司主要由浙江中控、杭鍋集團(tuán)還有杭汽集團(tuán)合資成立，目標(biāo)就是攻關(guān)太陽能塔式熱發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)以及推進(jìn)這個(gè)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。2011-2012年，在杭州實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行水工質(zhì)的試驗(yàn)與研發(fā)。2012-2014年，進(jìn)行熔鹽工質(zhì)研究和開發(fā)，都是在杭州浙大紫金港做的試驗(yàn)。2013年7月，水工質(zhì)系統(tǒng)在德令哈運(yùn)行。2016年8月，熔鹽工質(zhì)的塔式電站在德令哈運(yùn)行。從2016年開始做50MW、100MW系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

　　這就是在杭州做的熔鹽工質(zhì)的試驗(yàn)系統(tǒng)，這個(gè)塔上面有兩個(gè)吸熱器，下面一個(gè)是水工質(zhì)吸熱器，上面是熔鹽工質(zhì)吸熱器。杭州的熔鹽試驗(yàn)系統(tǒng)，離產(chǎn)業(yè)化還比較遠(yuǎn)，面積、熱功率都沒有產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模那么大，但它是一個(gè)非常好的試驗(yàn)裝置，而且這個(gè)試驗(yàn)裝置包括吸熱器、冷鹽罐、熱鹽罐、SGS系統(tǒng)，還有熔鹽的配套件，這些都是齊備的，熔鹽經(jīng)過長時(shí)間的上塔考驗(yàn)都沒有問題。關(guān)于熔鹽的這些技術(shù)，應(yīng)該說主要是在杭州的試驗(yàn)基地進(jìn)行了驗(yàn)證。

　　2013年7月，這是德令哈一期雙塔水工質(zhì)系統(tǒng)，我們和中控一起做的。其中吸熱器和蓄熱器，還有換熱器，包括鋼架塔都由杭鍋來供貨的。很多人認(rèn)為第一期是水工質(zhì)沒有儲(chǔ)熱，實(shí)際上它也是有儲(chǔ)熱的，是用蒸汽做儲(chǔ)熱介質(zhì)，儲(chǔ)熱容量大約是半個(gè)小時(shí)，半個(gè)小時(shí)可以增加吸熱器很強(qiáng)的適應(yīng)性，就比如說有云來的時(shí)候它就可以很好地保持這個(gè)汽輪機(jī)處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)營狀態(tài)。2016年8月，熔鹽工質(zhì)并網(wǎng)發(fā)電，這是帶2個(gè)小時(shí)儲(chǔ)熱的。杭鍋的供貨范圍包括熔鹽吸熱器，SGS系統(tǒng)還有熔鹽相關(guān)的配套件。

　　下面介紹關(guān)鍵熱力設(shè)備研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的分享。第一部分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，因?yàn)槲覀冎饕墙榻B關(guān)鍵熱力設(shè)備的，熱力系統(tǒng)實(shí)際上是很復(fù)雜的，塔式吸熱器上除了管屏之外，還包括管屏之間的連接管道、疏鹽管道、放氣管道、上下鹽管道，還包括進(jìn)口儲(chǔ)罐和出口儲(chǔ)罐，這么多復(fù)雜的管道和設(shè)備在這么有限的空間內(nèi)怎么把它做好做優(yōu)？做到可靠性最高？是要花很多功夫來做的。因?yàn)檫@不是本次報(bào)告的主題，我就不在這里展開了。關(guān)鍵熱力設(shè)備，它應(yīng)該是起到承上啟下的作用。關(guān)鍵熱力設(shè)備主要包括熔鹽吸熱器、SGS系統(tǒng)和熔鹽儲(chǔ)罐系統(tǒng)。

　　我們思考了一下，覺得熔鹽吸熱器需要解決這些問題，只有解決好這些問題，我覺得我們?cè)O(shè)計(jì)的熔鹽吸熱器才具有比較好的性能、比較高的可靠性及預(yù)期的壽命。要適應(yīng)非常高的熱流密度，塔式吸熱器峰值熱流密度能達(dá)到1.2MW/平方，這個(gè)數(shù)值已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)的煤粉爐，這對(duì)吸熱器的設(shè)計(jì)就提出了一個(gè)比較嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。還有一個(gè)是吸熱器面臨頻繁的啟停以及用戶希望升負(fù)荷率比較快，這樣的話就可以延長發(fā)電時(shí)間，這也是一種挑戰(zhàn)。還有一個(gè)非常重要的點(diǎn)，就是云量變化的時(shí)候?qū)ξ鼰崞鬟m應(yīng)性的要求，一定程度上來說云量的變化是更惡劣的工況，如果很厚的云飄過來遮住了吸熱器，那么吸熱器上面的熱流密度就從峰值負(fù)荷，瞬間衰減這個(gè)零，這個(gè)時(shí)候?qū)ξ鼰崞鞯臒釠_擊非常大。如果這個(gè)問題解決不好，那么吸熱器就很容易疲勞，預(yù)期壽命就難以達(dá)到。除此之外，還對(duì)吸熱器的預(yù)熱時(shí)間和疏放鹽的時(shí)間是有要求的，預(yù)熱時(shí)間的要求是我們很容易理解，因?yàn)橄Ｍ焖賳?dòng)。疏放鹽的要求也很關(guān)鍵，如果疏放鹽時(shí)間比較長，就增加了熔鹽吸熱器凍堵管的風(fēng)險(xiǎn)。熔鹽吸熱器的疏鹽管道都要經(jīng)過非常仔細(xì)的計(jì)算，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，然后才能得出比較好的設(shè)計(jì)參數(shù)。上述的這些運(yùn)營條件，就要求熔鹽吸熱器具有比較強(qiáng)的在冷熱交變作用下對(duì)抗疲勞性能的要求。

　　還有是凍堵鹽管風(fēng)險(xiǎn)，怎么樣在設(shè)計(jì)的時(shí)候盡量避免這個(gè)問題。要解決上述問題，第一個(gè)就是吸熱器的選材問題，我們可能更多關(guān)注的是材料的抗高溫性能?？垢邷匦阅?，我想很多材料都能滿足，但僅僅是抗高溫性能，對(duì)熔鹽吸熱器來說是不夠的，我們還必須關(guān)注它的抗腐蝕性能，更要關(guān)注它抗疲勞蠕變的性能，因?yàn)槲鼰崞鞑皇且粋€(gè)穩(wěn)定的工況，還要關(guān)注材料的加工焊接性能。如果加工焊接性能不好的話，也可能會(huì)在加工過程當(dāng)中產(chǎn)生一些隱形的缺陷，這些缺陷有可能會(huì)暴露在以后的運(yùn)營當(dāng)中。

　　第二個(gè)就是要對(duì)吸熱器進(jìn)行一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)，這應(yīng)該是吸熱器一個(gè)最關(guān)鍵的部分。吸熱器的設(shè)計(jì)包括了尺寸的優(yōu)化，我在這里想想講一種觀點(diǎn)，就是說吸熱器的設(shè)計(jì)應(yīng)該和鏡場(chǎng)的設(shè)計(jì)統(tǒng)一起來。我們站在吸熱器的角度而言，如果我們想提高吸熱器的效率，會(huì)想到減少吸熱器的面積，減小面積的話就會(huì)減小對(duì)環(huán)境的散熱量，但這是否對(duì)太陽島的效率就是有利的呢？那是不一定的。因?yàn)槲覀儨p少吸熱器面積的時(shí)候，吸熱器對(duì)鏡場(chǎng)截?cái)嘈室苍谙陆?，它的綜合效率不一定最優(yōu)。我們?cè)谧鲞@個(gè)效率設(shè)計(jì)的時(shí)候需要把鏡場(chǎng)和吸熱器聯(lián)合起來進(jìn)行設(shè)計(jì)。前段時(shí)間我們參加了國內(nèi)的50MW、100MW的塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目，有很多業(yè)主對(duì)吸熱器的效率強(qiáng)調(diào)了非常多，要求非常高。我認(rèn)為應(yīng)該要全面考慮，應(yīng)該要求太陽島的效率是更合適的。第二個(gè)是流速、管徑和阻力的優(yōu)化問題，這兩者也是矛盾的問題，我們站在換熱增強(qiáng)的角度來說，可能希望流速大，這樣的話換熱能力會(huì)強(qiáng)，流速低和流速高的話，換熱能力差距是非常大的。對(duì)太陽能吸熱器這種特殊的換熱器來說，管內(nèi)的換熱系數(shù)是一個(gè)非常關(guān)鍵的因素。但我們是不是選擇流速越大越好？也不是，流速足夠大的時(shí)候，這樣子的話吸熱器的阻力就會(huì)有問題，吸熱器的承壓就會(huì)增加，就會(huì)帶來額外的成本，尤其是運(yùn)行成本也會(huì)增加。

　　除此之外，還需要對(duì)吸熱器表面熱力分布進(jìn)行優(yōu)化。吸熱器非常特殊，往往是北進(jìn)南出的結(jié)構(gòu)。在靠近北邊的吸熱器模塊溫度通常非常低，熔鹽進(jìn)口溫度大概是290度左右，而靠近南側(cè)的話估計(jì)是565度左右，這對(duì)表面熱流分布就提出非常高的要求。如果我們熱流分布不合理，往往就會(huì)導(dǎo)致超溫的問題，往往會(huì)導(dǎo)致變負(fù)荷的情況下吸熱器受損的問題。所以這些問題，一定要慎重考慮。對(duì)吸熱器在風(fēng)速變化條件下，還有環(huán)境溫度這些因素的影響，對(duì)吸熱器整個(gè)效率的影響，這些都要深入的研究。因?yàn)樘柲馨l(fā)電是一種比較特殊的發(fā)電方式，它不可能一直都是在這種額定負(fù)荷的工況下工作，或許設(shè)計(jì)點(diǎn)的工況下工作時(shí)間并不是那么多，那么偏離這個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)，它的效率是怎么樣的呢？有風(fēng)的條件下是怎么樣的呢？這些都必須經(jīng)過深入的研究才可以。

　　結(jié)構(gòu)方面。杭鍋太陽能吸熱器是采用模塊化的設(shè)計(jì)，因?yàn)槟K化的設(shè)計(jì)，大部分工作放在了制造廠來進(jìn)行，這樣的話就可以大大減少在現(xiàn)場(chǎng)的安裝工作量，縮短現(xiàn)場(chǎng)安裝工期。尤其對(duì)首批示范項(xiàng)目來說，工期是非常緊張的。只有進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)，才可能比較快地把吸熱器調(diào)整到適宜運(yùn)行的狀態(tài)。吸熱器采用的是柔性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，因?yàn)槲鼰崞髟诶錈釕B(tài)會(huì)承受比較大的溫度變化，因此結(jié)構(gòu)應(yīng)該采用柔性設(shè)計(jì)。對(duì)吸熱器的支架和導(dǎo)向都要有特殊的考慮。如果考慮不好的話，應(yīng)力集中的話，應(yīng)力超過了吸熱器局部承受范圍的話就有可能會(huì)影響吸熱器的安全運(yùn)行?？紤]合理變形與應(yīng)力下吸熱器抗變負(fù)荷熱沖擊的能力。吸熱器設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)參考ASME/API高溫疲勞蠕變相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行。除此之外，管屏隨著吸熱器的容量越來越大，管屏的寬度會(huì)越來越寬，我們?cè)趺茨鼙ＷC同一個(gè)管屏里面中間的管速和邊上管速的流量均勻？這些方面也要經(jīng)過比較深入的研究。我們和高校做這種不同結(jié)構(gòu)應(yīng)力和疲勞性能的相關(guān)測(cè)試，都要做比較深入的研究。

　　吸熱器的涂層是一個(gè)非常關(guān)鍵的影響吸熱器效率的因素。涂層的工藝不光決定了吸熱器的吸收率，還可能決定涂層的壽命。我們?cè)诠S里面做過比較多的試驗(yàn)，來確保吸熱器處于一個(gè)比較好的性能狀態(tài)。吸熱器就簡(jiǎn)單介紹到這里，下面簡(jiǎn)單介紹一下熔鹽換熱器SGS系統(tǒng)，大家都比較清楚這個(gè)。包括過熱器、再熱器，蒸發(fā)器以及預(yù)熱器。

　　設(shè)計(jì)SGS系統(tǒng)需要解決哪些問題？我們認(rèn)為主要需要解決這些問題：第一，SGS系統(tǒng)里面工質(zhì)和熔鹽溫度變化范圍都是非常寬，熔鹽的變化溫度范圍往往從290-565度，接近300度的溫度變化范圍。而工質(zhì)的溫度變化范圍從240、250度到550度左右，接近300度左右的變化。這么寬幅的變化和傳統(tǒng)的高壓設(shè)計(jì)是不一樣的，這就需要對(duì)大溫差設(shè)計(jì)有一定的特殊要求，這是第一個(gè)。第二個(gè)，換熱器也需要響應(yīng)頻繁啟停的要求，當(dāng)然現(xiàn)在隨著儲(chǔ)熱容量設(shè)計(jì)得越來越大，我們可以考慮讓SGS系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。但是換熱系統(tǒng)還是要經(jīng)歷頻繁的啟停過程。從長遠(yuǎn)來看，光熱之所以優(yōu)于別的可再生能源，一個(gè)很重要的因素就是儲(chǔ)熱能力和調(diào)和能力，如果期望光熱電站一直穩(wěn)定的運(yùn)行，我認(rèn)為電網(wǎng)可能是不太現(xiàn)實(shí)的。除此之外，還要對(duì)SGS系統(tǒng)在大流量、低溫壓下面的換熱特性進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，尤其是油水換熱系統(tǒng)，它的換熱非常小，我們什么樣的結(jié)構(gòu)才能做到換熱器設(shè)計(jì)的最優(yōu)呢？這些都是很值得研究的問題。除了這些之外，還需要考慮熔鹽和導(dǎo)熱油疏放特性的問題，尤其是熔鹽，防凝措施一定要跟上。在上述因素基礎(chǔ)上，我們還要考慮吸熱器的制造成本和運(yùn)行成本的優(yōu)化，運(yùn)行成本也是電站收益的重要部分，只有控制好運(yùn)行成本，電站才能有比較好的收益。

　　杭鍋的換熱產(chǎn)品包括油水換熱器、鹽水換熱器、油鹽換熱器，這些都是可以做的，它們可以用到熔鹽塔式技術(shù)里面，也可以用到導(dǎo)熱油槽式里面。換熱器結(jié)構(gòu)形式的選擇，前面所說的這些因素，比如說大溫差的特性，那么它對(duì)換熱器的結(jié)構(gòu)形式就提出了比較高的要求。除此之外，還要選擇換熱器的材質(zhì)，換熱器的流程，殼側(cè)和管側(cè)工質(zhì)的選擇，還有疏鹽結(jié)構(gòu)這些。

　　儲(chǔ)罐需要解決的問題就是運(yùn)行溫度和冷態(tài)溫度存在著比較大的溫差，應(yīng)力怎么解決。第二個(gè)是儲(chǔ)罐底座的散熱特性和基礎(chǔ)支撐的問題，底座的散熱對(duì)儲(chǔ)罐來說是一個(gè)非常大的考驗(yàn)。如果散熱比較大，集熱系統(tǒng)收集到的熱量有不少通過儲(chǔ)罐散掉了，那是非常不經(jīng)濟(jì)的。有一些儲(chǔ)罐每天的溫降很大，這種方式是肯定不行。我們很大程度上認(rèn)為就是底座保溫這一塊一定要做好。罐體的保溫和罐頂?shù)谋厥窍鄬?duì)容易的，但是罐底和罐體的支撐結(jié)構(gòu)怎么好得結(jié)合起來？這是值得大家深入研究的問題。儲(chǔ)罐的預(yù)熱方案和伴熱設(shè)計(jì)也很重要，今天有很多專家介紹了預(yù)熱方案，預(yù)熱方案如果不均勻的話，會(huì)對(duì)罐壁，罐頂造成傷害。伴熱也是這樣，如果伴熱做得不好，可能會(huì)帶來局部的溫差和應(yīng)力問題。以前都認(rèn)為罐子的技術(shù)含量有可能沒有像吸熱器難度這么大，但是現(xiàn)在從國外的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)表明儲(chǔ)罐也有很多沒解決的問題，必須要花功夫來解決上面的這些問題。

　　儲(chǔ)罐的罐頂，罐底設(shè)計(jì)，我剛才已經(jīng)強(qiáng)調(diào)過了，保溫設(shè)計(jì)、性能，儲(chǔ)罐的預(yù)熱、伴熱設(shè)計(jì)還有熔鹽的均流與混合設(shè)計(jì)。

　　除了上面的這些主要熱力設(shè)備之外，還應(yīng)該重視熔鹽管道的設(shè)計(jì)。換熱平臺(tái)上面SGS系統(tǒng)上也有很復(fù)雜的管道，這些管道要通過專門的軟件進(jìn)行三維的模擬，盡量避免應(yīng)力集中，盡量避免死區(qū)。配套件，熔鹽換熱系統(tǒng)很多專業(yè)性介紹就不再多說了。這是管道做的設(shè)計(jì)軟件，就不再詳細(xì)介紹了。這是50MW、100MW吸熱器的設(shè)計(jì)。

　　我想特別強(qiáng)調(diào)的是我剛才說的幾點(diǎn)。一個(gè)是吸熱器的設(shè)計(jì)需要和鏡場(chǎng)的設(shè)計(jì)聯(lián)合起來進(jìn)行。結(jié)構(gòu)和材料也是一個(gè)必須要認(rèn)真考慮的問題。第二個(gè)，吸熱器應(yīng)該采用模塊化設(shè)計(jì)。我們推薦的是模塊化。今天也有同行專家介紹整體吊裝方案，到底哪個(gè)方案最優(yōu)，哪個(gè)方案成本最優(yōu)？這些可能還需要很多專家來研究。這是SGS系統(tǒng)的布置、儲(chǔ)罐的布置、儲(chǔ)罐的模擬。

　　時(shí)間很有限，我介紹得比較粗略，大家感興趣的話可以會(huì)后再認(rèn)真交流，也歡迎大家到杭鍋去參觀訪問。