槽式太阳能直接产生蒸汽系统(DSG)集热管传热特性研究

以DSG(direct steam generation)集热器的集热管为研究对象,利用数值模拟研究集热管内工质3种流态下周向温度分布及太阳辐射强度、工质流速、环境风速、环境温度、金属管材质等对金属管周向温度的影响。研究表明:集热金属管材质对周向温度分布影响较大,将铁材改为铜材时,过热蒸汽段最高温度从346.0℃降为338.0℃,最大温差从26℃降至约10℃;太阳辐射强度对壁面温度的影响较大,随着辐射强度的提高,壁温升高;工质流速对金属集热管壁面温度有一定的影响,当流速由0.8 kg/s提高至1.2 kg/s时,金属管周向最大温差由11℃下降至8℃,光斑处的最高壁温由321.5℃下降至318.7℃;环境风速和温度对周向温度分布的影响不大。

直接蒸汽发电槽式太阳能集热器蒸汽温度自抗扰控制

直接蒸汽发电(DSG)槽式太阳能集热器蒸汽温度具有大滞后、非线性、动态特性随工况变化明显及无法精确建模等特点,常规的PID控制方案难以取得满意的控制效果。本文基于自抗扰控制思想,通过引入虚拟控制量,对DSG槽式太阳能集热器蒸汽温度去除纯滞后环节的剩余对象设计自抗扰控制器,获得与其相应的虚拟控制量。然后利用跟踪微分器由虚拟控制量推测得到实际控制量,从而控制减温水流量调节蒸汽温度。实验仿真结果表明,本文提出的自抗扰控制方案能够在不同蒸汽压力工况下,克服DSG槽式太阳能集热器蒸汽温度对象动态特性变化和大滞后,对蒸汽温度指令信号阶跃实现快速准确跟踪,全程无超调,调节品质明显优于传统PID控制方案。

DSG槽式太阳能集热器非线性分布参数模型及动态特性

直接蒸汽发电(direct steam generation,DSG)槽式太阳能热发电系统的集热器长度一般很长,且具有明显的分布参数特征。因此,建立DSG槽式太阳能集热器的非线性分布参数模型,以DSG集热器入口工质温度、质量流量和出口压力为边界条件,采用迎风格式的有限差分法对模型进行离散求解。仿真研究了DSG集热器主要参数在太阳辐射强度、给水温度和给水流量变化等扰动工况下的响应特性,结果与文献实验结果基本一致,验证了模型的正确性。结果表明:太阳辐射强度降低时,出口工质温度下降得很快;给水流量或给水温度小幅下降时,出口工质温度和流量都会滞后响应且变化显著;DSG集热器出口工质流量在某些情况下会发生脉动,实际应用中应避免脉动状态的发生或降低其影响。

蒸汽直接冷却槽式太阳集热器的传热流动性能研究

首先在对DSG集热器中水的流型分析的基础上,进行了水在不同状态下对流换热系数计算模型的研究;利用传热热阻原理,分析了DSG集热器热损失的计算方法;考虑到流体流动方向上的温度变化,建立了稳态热传导模型。之后,对集热器的两种不同连接方式(一次通过式和再循环式)的压降进行了分析。最后,分析了太阳能辐射变化时,两种连接方式下集热器场一些主要参数的变化情况,为DSG集热器场的设计及运行提供指导。

DSG槽式太阳能集热器传热与水动力耦合稳态模型

利用直接蒸汽发电(DSG)集热器传热特性与水动力特性耦合建立了HHC稳态模型,并利用所建模型对DSG集热器的稳态特性进行了仿真分析,得到了在太阳直射辐射强度(DNI)、工质质量流量、入口工质温度和入口工质压力变化时,DSG集热器出口参数的一系列重要变化规律.并与文献的实验数据以及其他文献所建模型计算结果进行了对比.结果表明:为保证DSG集热器正常运行时其出口工质处于干蒸汽区且出口温度在合理范围内,DNI需要大于一定阈值,并留有一定阈度,工质质量流量需设定在一定范围内,且可选范围较小,而入口工质温度、压力在较大范围内都能满足要求;通过实验数据与模型计算结果的对比,验证了所建模型的正确性和精确性.

DSG太阳能槽式集热器的热性能研究

采用数值计算的方法分别对稳态条件下直接产生蒸汽(DSG)太阳能槽式集热管中单相水区、饱和相区和干蒸汽相区的吸收管温度沿周向的分布进行了研究,在此基础上建立了集热器热损模型,并分析了流体温度、质量流量及工作压力对集热管中不同相区热损的影响.结果表明:影响集热器热损的关键因素是流体温度,随着流体与环境温差的增大,集热管中各相区的热损增加;流体的质量流量和工作压力对集热器热损的影响不大.

太阳能直接蒸汽产生技术应用

槽式复合抛物面聚光集热器收集太阳辐射热能并直接加热内部真空管中流动的水，水温升高后变成过热蒸汽。工质温度达120～200℃，可以满足蒸、煮、炖等主食品加工工序，中高温蒸汽还可以广泛应用于食品的烘干、蒸发、消毒、浓缩、真空冻干等诸多加工领域中。

基于腔体吸收器的太阳能槽式产生蒸汽系统特性研究

设计一种V型腔体式吸收器并将其应用在槽式太阳能集热器上用来产生中高温蒸汽。针对不同天气情况,对该系统产生蒸汽的效率进行实验研究和理论分析。结果表明晴朗天气条件下其系统效率为45.54%,平均瞬时效率为51.20%;多云天气条件下系统效率为32.25%,平均瞬时效率为48.97%。太阳能吸收器的热损失极大程度上决定着槽式蒸汽系统的热性能。分析V型腔体吸收器的热损,建立热损理论模型,理论计算结果与实验结果比较吻合,吸收器的主要热损来自辐射和对流热损。研究结果表明在0.15 MPa范围内V型腔体吸收器具有低热损和高效率。

DSG型抛物面槽式太阳能热电站热力系统实时动态仿真模型研究

采用模块化建模方法研究了无蓄热装置再循环方式直接产生蒸汽型抛物面槽式太阳能热动力发电站(solar thermal power plant using direct steam generation in parabolic trough collectors filed,DSG-PTCs-STTP)热力系统动态仿真模型。依照守恒定律和热力学、传热学、流体力学等基本关系式,在一定简化条件下,研究了抛物面槽式聚光集热系统的聚光器、预热段、蒸发段、过热段及汽水缓冲分离器的数学模型,结合其他已有的仿真模型(如流体网络、汽轮机、凝汽器、除氧器、水泵、发电励磁等过程及设备模型等),建立了完整的DSG-PTCs-STTP热力系统实时动态仿真模型。仿真试验表明所开发的仿真模型能够正确反映研究对象热力系统动态特性和全工况运行过程,模型运算稳定可靠。可用于DSG-PTCs-STTP机组实时仿真系统的开发,还可为机组运行特性研究和控制系统验证提供良好的非线性对象模型。

槽式太阳能集热技术用于稠油开采的实验研究

基于太阳能热发电系统中的集热技术,提出将太阳能集热技术用于稠油开采系统的方法,解决常规稠油开采技术中存在的能耗大问题。建立了槽式太阳能集热技术直接产生蒸汽(DSG)稠油开采集成系统,降低油田燃气锅炉的耗气量,在提高稠油开采率的同时降低开采过程中的耗能。针对我国稠油资源分布及开采技术的现状,对DSG系统的控制技术等方面进行了研究。在对槽式太阳能集热技术用于稠油开采可行性及市场分析的基础上,对槽式集热的关键技术发展提出了建议。

槽式DSG型热发电技术综述

研究了光热发电技术中商业化程度最高的槽式太阳能发电技术,针对制约该技术发展的问题,从系统构成、运行模式、技术特点、发展历程、面临问题等方面介绍了具有大幅度降低发电成本潜力的槽式DSG(直接蒸汽发生系统)型热发电技术,并针对我国的实际情况给出了合理化建议。论述表明:发展大容量储热系统或者与常规电厂联合循环发电是该技术实现大规模商业化应用的发展方向。

基于动态仿真模型的ISCCS热力特性研究

设计了6套不同容量和流程的直接产生蒸汽型槽式聚光集热系统(direct steam generation in parabolic trough collectors,DSG-PTC);提出以DSG-PTC为辅助热源的整体太阳能联合循环发电系统(integrated solar combined cycle system,ISCCS)的6种集成方案;基于已取得的研究成果,研究ISCCS系统实时动态仿真模型。利用模型从系统层面分析了ISCCS系统的运行特性,反映了2个能源系统间工质流和能量流的匹配规律;揭示控制系统在ISCCS中的适用性并提出了控制策略的改进建议;研究ISCCS系统动态响应特性,提出ISCCS系统改进措施;从热力学的角度计算分析不同集成方式的ISCCS系统热经济性,给出了最佳集成方案。

基于动态仿真模型的SAPG系统热力特性研究

提出了以直接产生蒸汽型槽式聚光集热系统(Direct Steam Generation in Parabolic Trough Collectors,DSG-PTC)为辅助热源的太阳能热辅助燃煤机组一体化发电系统(Solar Thermal Aided Power Generation,SAPG)的6种集成方案;利用动态仿真模型从系统的层面研究了SAPG系统的运行特性,反映了两种能源系统间热力参数的匹配规律,验证了相关文献[2,7-9]所列举的SAPG系统各种集成方案的可行性;仿真试验分析了太阳进出云层过程SAPG系统动态响应特性;从热力学的角度计算分析了不同集成方式的SAPG系统热经济性,给出了最佳集成方案。