槽式太陽能熱發電電站油鹽換熱器控制研究

滕飛++鐘福春++崔賢基++孫志強

摘 要：槽式太陽能熱發電電站儲熱系統中的油鹽換熱器是儲熱系統中最為關鍵的部件，在槽式鏡場收集到的熱量在滿足汽輪機工作后，通過油鹽換熱器將多余的熱量傳遞給儲熱罐的熔鹽，將熱量儲存在熱鹽罐。同時在槽式鏡場為汽輪機提供的負荷不能滿足其運行要求時，再通過油鹽交換器，將儲存在熱罐內的熱量釋放出來。油鹽換熱器的控制性能好壞直接影響整個儲熱系統的性能，該文對油鹽換熱器儲熱工況和放熱工況控制進行研究，提升油鹽換熱器整體性能。

關鍵詞：槽式熱發電 儲熱系統 油鹽換熱器 控制器

中圖分類號：TK514 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（b）-0082-02

1 儲熱工況運行控制回路

槽式太陽能熱發電電站儲熱工況時，操作者必須保證通過油鹽換熱器加熱的熔鹽溫度不能低于350 ℃。為了避免上述情況出現，必須對進入油鹽換熱器的冷鹽流量進行控制。

熔鹽溫度的控制有兩種控制器。

（1）流量控制器：熔鹽流量的設計點是根據油鹽換熱器接收的導熱油的流量和溫度計算出來的。計算使用油鹽換熱器中的焓值平衡（加熱介質是導熱油，被加熱介質是熔鹽）。

通過焓值平衡計算得到質量流量控制要求的數據：F導熱油（kg/s）：導熱油進口流量；F冷鹽（kg/s）：計算的熔鹽流量設置點；T1（°C）：鹽油換熱器中導熱油進口溫度；T2（°C）：鹽油換熱器中導熱油出口溫度；T3（°C）：熔鹽進口溫度；T4（°C）：溫度設置點（386 °C）；Cp導熱油（J/kg·°C）=3.302·THTF+1363.28，這里導熱油溫度是兩個測量儀器所測得結果的平均值。Cp熔鹽（J/kg·°C）=0.165·T+1 450.12，此處冷鹽的溫度是測量儀器所測得結果和設置點的平均值。

儲熱過程中輸入流量控制器的變量是冷鹽的流量，由兩個流量計測得：一個位于油鹽換熱器進口處，另一個位于其出口處。

流量控制回路檢查熔鹽的流量是否滿足系統要求，體積流量和質量流量之間的轉換公式如下。

Ρ熔鹽（kg/m3）=-0.639 8·T（℃）+2090.1

Ρ導熱油（kg/m3）=-0.90797·T（℃）+0.000 78116·T2 （℃）-2.367×10-6·T3（℃）+1083.25

（2）反饋溫度控制器。該控制回路的功能是根據與冷鹽設置點的溫度差異來修正之前計算得到的流量，見圖1。

控制回路通過范圍控制油鹽換熱器出口閥門和冷鹽泵。

2 放熱工況運行控制回路

控制回路的功能是控制油鹽換熱器的導熱油溫度，將輸送到蒸汽發生器中的導熱油控制在一定溫度。為了保證溫度滿足要求，熱熔鹽的流量按照導熱油流量和預期焓值的函數進行調節。操作人員根據導熱油的預期焓值調節熔鹽流量，過程與儲熱工況類似。

有兩路控制回路控制熱熔鹽的流量。

（1）流量控制器：按照進口導熱油流量和溫度計算熱熔鹽流量的設定點。計算依據油鹽換熱器中的焓值平衡（加熱介質為熔鹽，被加熱介質為導熱油）。

通過焓值平衡計算得到質量流量控制要求的數據：F導熱油（kg/s）：導熱油流量；F熱鹽（kg/s）：計算得到的熱熔鹽流量；T1（℃）：379 ℃；T2（℃）：導熱油進口溫度；T4（℃）：熱器熱熔鹽進口管道溫度；T3（℃）：換熱器熱熔鹽出口管道溫度；Cp導熱油（J/kg·℃）=3.302·T+1363.28，導熱油的溫度認為是油鹽換熱器導熱油進出口測量結果的平均值；Cp熔鹽（J/kg·℃）=0.165·T+1450.12，熱熔鹽的溫度認為是油鹽換熱器熔鹽進出口測量結果的平均值。

輸入到流量控制器的過程變量為兩個流量計分別測得的熔鹽流量。其中一個流量計位于換熱器進口，另一個位于出口。

連同測得的體積流量，質量流量也必須可用。如果一個流量計出現故障，操作人員也可以不使用這個流量計，利用質量流量繼續進行控制。流量控制回路檢查熔鹽的流量是否滿足系統要求，體積流量和質量流量之間的轉換公式如下。

Ρ熔鹽（kg/m3）=-0.6398·T（?C）+2090.1

Ρ導熱油（kg/m3）=-0.90797·T（?C）+ 0.00078116·T2（?C）-2.367×10-6·T3（?C）+1083.25

（2）溫度反饋控制器。該控制回路的功能是根據導熱油設置點溫度（379 ?C）和實際溫度之間的溫差修正前面計算得到的流量。

控制回路通過范圍控制油鹽換熱器出口閥門和熱鹽泵。

3 結語

槽式太陽能熱發電電站儲熱系統油鹽換熱器控制性能直接影響整個儲熱系統的性能。該文通過對油鹽換熱器的兩種運行模式進行分析研究，并分別設計出流量控制器和反饋控制器，能夠有效地對油鹽換熱器進行控制，保證整個儲熱系統安全穩定運行，且性能優異。

參考文獻

[1] 宋記鋒，丁樹娟.太陽能熱發電站[M].北京：機械工業出版社，2013.

[2] 楊敏林，楊曉西，林汝謀，等.太陽能熱發電技術與系統[J].熱能動力工程，2008，23（3）：221-228.