大家好，感謝CSPPLAZA提供這樣一個好的交流機會，也感謝在座的各位能犧牲寶貴的時間來參與分享。我來自杭州鍋爐集團，我演講的題目是《光熱發電關鍵熱力設備研發實踐經驗分享》。主要分成三部分，第一部分是企業的簡要介紹，第二部分是光熱發電研發歷程介紹，第三部分研發經驗分享。

　　杭鍋集團成立于1955年，到現在為止已經有60多年的歷史了，并先后經過了多次改制：2001年第一次改，2002年加入西子聯合集團，2007年第三次改革變成股份公司，2011年在深圳證交所上市。希望大家有機會多關注杭鍋的股票。2013年，公司總部搬遷到大農港路。除了大農港路的總部之外，公司還有兩個生產基地，一個是勾莊，一個是崇賢，崇賢基地緊靠運河碼頭，公司生產的大型設備，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河運到需要的地方。

　　杭鍋是國家認定的企業技術中心。到目前為止已經生產各類余熱鍋爐1300余臺。提供的不僅僅是熱力產品，還包括EPC等各種商業模式，來拓展公司的產業鏈和市場。目前為止，在太陽能熱光熱發電方向已經申請專利10余項，其中發明專利9項。企業資質，1985年取得三類壓力容器設計許可證和A1級壓力容器制造許可證；89年取得A級鍋爐制造許可證；94年取得ASMES和U鋼印授權證書；97年取得德國TüV頒發的ISO9001質量體系合格證書；06年取得特種設備安裝、改造、維修許可證；07年取得萬泰認證頒發的職業健康安全和環境管理體系證書；并且07年還取得了工程設計乙級證書，因此杭鍋可以做總包方面的業務；2008年6月取得ASMEU2鋼印的認證。

　　簡單介紹一下杭鍋的主要產品，杭鍋的主要產品包括聯合循環余熱鍋爐，這是杭鍋傳統的產品，也有比較高的市場占有率。煤粉鍋爐，杭鍋主要是做蒸發量一千噸以下的煤粉爐。雙壓干熄焦余熱鍋爐，用到鋼鐵企業的余熱回收，還有包括汽化爐的內件、循環流化床鍋爐、煤氣鍋爐等。除了這些鍋爐產品之外還有高低壓加熱器、冷凝器、除氧器等這些換熱設備。

　　從2010年前后開始進軍光熱發電這個行業。簡單介紹一下光熱的研發歷程。光熱的研發可以追溯到08年，從08年到10年杭鍋開始關注這種熱發電技術，并且涉及到各種技術路線，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及未來的發展前景，所以后來公司選擇了以塔式為主的發展路線，因為塔式具有一些優勢，做各種路線的人都有，我們只是覺得塔式有一些優勢，當然我們不是否定槽式或者是碟式的系統。

　　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、杭鍋集團還有杭汽集團合資成立，目標就是攻關太陽能塔式熱發電的關鍵技術以及推進這個技術的產業化。2011-2012年，在杭州實驗基地進行水工質的試驗與研發。2012-2014年，進行熔鹽工質研究和開發，都是在杭州浙大紫金港做的試驗。2013年7月，水工質系統在德令哈運行。2016年8月，熔鹽工質的塔式電站在德令哈運行。從2016年開始做50MW、100MW系統的設計方案。

　　這就是在杭州做的熔鹽工質的試驗系統，這個塔上面有兩個吸熱器，下面一個是水工質吸熱器，上面是熔鹽工質吸熱器。杭州的熔鹽試驗系統，離產業化還比較遠，面積、熱功率都沒有產業化的規模那么大，但它是一個非常好的試驗裝置，而且這個試驗裝置包括吸熱器、冷鹽罐、熱鹽罐、SGS系統，還有熔鹽的配套件，這些都是齊備的，熔鹽經過長時間的上塔考驗都沒有問題。關于熔鹽的這些技術，應該說主要是在杭州的試驗基地進行了驗證。

　　2013年7月，這是德令哈一期雙塔水工質系統，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。很多人認為第一期是水工質沒有儲熱，實際上它也是有儲熱的，是用蒸汽做儲熱介質，儲熱容量大約是半個小時，半個小時可以增加吸熱器很強的適應性，就比如說有云來的時候它就可以很好地保持這個汽輪機處于一個相對穩定的運營狀態。2016年8月，熔鹽工質并網發電，這是帶2個小時儲熱的。杭鍋的供貨范圍包括熔鹽吸熱器，SGS系統還有熔鹽相關的配套件。

　　下面介紹關鍵熱力設備研發經驗的分享。第一部分系統方案設計，因為我們主要是介紹關鍵熱力設備的，熱力系統實際上是很復雜的，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，還包括進口儲罐和出口儲罐，這么多復雜的管道和設備在這么有限的空間內怎么把它做好做優？做到可靠性最高？是要花很多功夫來做的。因為這不是本次報告的主題，我就不在這里展開了。關鍵熱力設備，它應該是起到承上啟下的作用。關鍵熱力設備主要包括熔鹽吸熱器、SGS系統和熔鹽儲罐系統。

　　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，我覺得我們設計的熔鹽吸熱器才具有比較好的性能、比較高的可靠性及預期的壽命。要適應非常高的熱流密度，塔式吸熱器峰值熱流密度能達到1.2MW/平方，這個數值已經遠遠高于常規的煤粉爐，這對吸熱器的設計就提出了一個比較嚴峻的挑戰。還有一個是吸熱器面臨頻繁的啟停以及用戶希望升負荷率比較快，這樣的話就可以延長發電時間，這也是一種挑戰。還有一個非常重要的點，就是云量變化的時候對吸熱器適應性的要求，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荷，瞬間衰減這個零，這個時候對吸熱器的熱沖擊非常大。如果這個問題解決不好，那么吸熱器就很容易疲勞，預期壽命就難以達到。除此之外，還對吸熱器的預熱時間和疏放鹽的時間是有要求的，預熱時間的要求是我們很容易理解，因為希望它快速啟動。疏放鹽的要求也很關鍵，如果疏放鹽時間比較長，就增加了熔鹽吸熱器凍堵管的風險。熔鹽吸熱器的疏鹽管道都要經過非常仔細的計算，經過實驗的驗證，然后才能得出比較好的設計參數。上述的這些運營條件，就要求熔鹽吸熱器具有比較強的在冷熱交變作用下對抗疲勞性能的要求。

　　還有是凍堵鹽管風險，怎么樣在設計的時候盡量避免這個問題。要解決上述問題，第一個就是吸熱器的選材問題，我們可能更多關注的是材料的抗高溫性能。抗高溫性能，我想很多材料都能滿足，但僅僅是抗高溫性能，對熔鹽吸熱器來說是不夠的，我們還必須關注它的抗腐蝕性能，更要關注它抗疲勞蠕變的性能，因為吸熱器不是一個穩定的工況，還要關注材料的加工焊接性能。如果加工焊接性能不好的話，也可能會在加工過程當中產生一些隱形的缺陷，這些缺陷有可能會暴露在以后的運營當中。

　　第二個就是要對吸熱器進行一個優化設計，這應該是吸熱器一個最關鍵的部分。吸熱器的設計包括了尺寸的優化，我在這里想想講一種觀點，就是說吸熱器的設計應該和鏡場的設計統一起來。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，會想到減少吸熱器的面積，減小面積的話就會減小對環境的散熱量，但這是否對太陽島的效率就是有利的呢？那是不一定的。因為我們減少吸熱器面積的時候，吸熱器對鏡場截斷效率也在下降，它的綜合效率不一定最優。我們在做這個效率設計的時候需要把鏡場和吸熱器聯合起來進行設計。前段時間我們參加了國內的50MW、100MW的塔式光熱發電項目，有很多業主對吸熱器的效率強調了非常多，要求非常高。我認為應該要全面考慮，應該要求太陽島的效率是更合適的。第二個是流速、管徑和阻力的優化問題，這兩者也是矛盾的問題，我們站在換熱增強的角度來說，可能希望流速大，這樣的話換熱能力會強，流速低和流速高的話，換熱能力差距是非常大的。對太陽能吸熱器這種特殊的換熱器來說，管內的換熱系數是一個非常關鍵的因素。但我們是不是選擇流速越大越好？也不是，流速足夠大的時候，這樣子的話吸熱器的阻力就會有問題，吸熱器的承壓就會增加，就會帶來額外的成本，尤其是運行成本也會增加。

　　除此之外，還需要對吸熱器表面熱力分布進行優化。吸熱器非常特殊，往往是北進南出的結構。在靠近北邊的吸熱器模塊溫度通常非常低，熔鹽進口溫度大概是290度左右，而靠近南側的話估計是565度左右，這對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，往往就會導致超溫的問題，往往會導致變負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。對吸熱器在風速變化條件下，還有環境溫度這些因素的影響，對吸熱器整個效率的影響，這些都要深入的研究。因為太陽能發電是一種比較特殊的發電方式，它不可能一直都是在這種額定負荷的工況下工作，或許設計點的工況下工作時間并不是那么多，那么偏離這個設計點，它的效率是怎么樣的呢？有風的條件下是怎么樣的呢？這些都必須經過深入的研究才可以。

　　結構方面。杭鍋太陽能吸熱器是采用模塊化的設計，因為模塊化的設計，大部分工作放在了制造廠來進行，這樣的話就可以大大減少在現場的安裝工作量，縮短現場安裝工期。尤其對首批示范項目來說，工期是非常緊張的。只有進行模塊化的設計，才可能比較快地把吸熱器調整到適宜運行的狀態。吸熱器采用的是柔性結構的設計，因為吸熱器在冷熱態會承受比較大的溫度變化，因此結構應該采用柔性設計。對吸熱器的支架和導向都要有特殊的考慮。如果考慮不好的話，應力集中的話，應力超過了吸熱器局部承受范圍的話就有可能會影響吸熱器的安全運行。考慮合理變形與應力下吸熱器抗變負荷熱沖擊的能力。吸熱器設計的標準參考ASME/API高溫疲勞蠕變相關標準來進行。除此之外，管屏隨著吸熱器的容量越來越大，管屏的寬度會越來越寬，我們怎么能保證同一個管屏里面中間的管速和邊上管速的流量均勻？這些方面也要經過比較深入的研究。我們和高校做這種不同結構應力和疲勞性能的相關測試，都要做比較深入的研究。

　　吸熱器的涂層是一個非常關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。我們在工廠里面做過比較多的試驗，來確保吸熱器處于一個比較好的性能狀態。吸熱器就簡單介紹到這里，下面簡單介紹一下熔鹽換熱器SGS系統，大家都比較清楚這個。包括過熱器、再熱器，蒸發器以及預熱器。

　　設計SGS系統需要解決哪些問題？我們認為主要需要解決這些問題：第一，SGS系統里面工質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的高壓設計是不一樣的，這就需要對大溫差設計有一定的特殊要求，這是第一個。第二個，換熱器也需要響應頻繁啟停的要求，當然現在隨著儲熱容量設計得越來越大，我們可以考慮讓SGS系統連續運行。但是換熱系統還是要經歷頻繁的啟停過程。從長遠來看，光熱之所以優于別的可再生能源，一個很重要的因素就是儲熱能力和調和能力，如果期望光熱電站一直穩定的運行，我認為電網可能是不太現實的。除此之外，還要對SGS系統在大流量、低溫壓下面的換熱特性進行針對性設計，尤其是油水換熱系統，它的換熱非常小，我們什么樣的結構才能做到換熱器設計的最優呢？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。在上述因素基礎上，我們還要考慮吸熱器的制造成本和運行成本的優化，運行成本也是電站收益的重要部分，只有控制好運行成本，電站才能有比較好的收益。

　　杭鍋的換熱產品包括油水換熱器、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里面，也可以用到導熱油槽式里面。換熱器結構形式的選擇，前面所說的這些因素，比如說大溫差的特性，那么它對換熱器的結構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，換熱器的流程，殼側和管側工質的選擇，還有疏鹽結構這些。

　　儲罐需要解決的問題就是運行溫度和冷態溫度存在著比較大的溫差，應力怎么解決。第二個是儲罐底座的散熱特性和基礎支撐的問題，底座的散熱對儲罐來說是一個非常大的考驗。如果散熱比較大，集熱系統收集到的熱量有不少通過儲罐散掉了，那是非常不經濟的。有一些儲罐每天的溫降很大，這種方式是肯定不行。我們很大程度上認為就是底座保溫這一塊一定要做好。罐體的保溫和罐頂的保溫是相對容易的，但是罐底和罐體的支撐結構怎么好得結合起來？這是值得大家深入研究的問題。儲罐的預熱方案和伴熱設計也很重要，今天有很多專家介紹了預熱方案，預熱方案如果不均勻的話，會對罐壁，罐頂造成傷害。伴熱也是這樣，如果伴熱做得不好，可能會帶來局部的溫差和應力問題。以前都認為罐子的技術含量有可能沒有像吸熱器難度這么大，但是現在從國外的運營經驗表明儲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。

　　儲罐的罐頂，罐底設計，我剛才已經強調過了，保溫設計、性能，儲罐的預熱、伴熱設計還有熔鹽的均流與混合設計。

　　除了上面的這些主要熱力設備之外，還應該重視熔鹽管道的設計。換熱平臺上面SGS系統上也有很復雜的管道，這些管道要通過專門的軟件進行三維的模擬，盡量避免應力集中，盡量避免死區。配套件，熔鹽換熱系統很多專業性介紹就不再多說了。這是管道做的設計軟件，就不再詳細介紹了。這是50MW、100MW吸熱器的設計。

　　我想特別強調的是我剛才說的幾點。一個是吸熱器的設計需要和鏡場的設計聯合起來進行。結構和材料也是一個必須要認真考慮的問題。第二個，吸熱器應該采用模塊化設計。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，到底哪個方案最優，哪個方案成本最優？這些可能還需要很多專家來研究。這是SGS系統的布置、儲罐的布置、儲罐的模擬。

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