蒸汽发生器:掌控光热电站能量转换的“关键先生”
来源:CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 1247查看 | 2018-04-27 12:00:00    
       ——光热示范项目供应链关键产品设备系列报道之蒸汽发生器篇

  CSPPLAZA光热发电网报道:与传统化石燃料电站相似,一般光热电站后端也需要通过蒸汽发生器装备将热源与水换热生成水蒸气以推动汽轮机发电。但是,虽然同为蒸汽发生器,由于换热介质以及运行条件的差异,光热电站对蒸汽发生器的要求与传统化石燃料电站具有一定差异。

  光热电站中的蒸汽发生系统(SGS)一般由预热器、蒸发器、过热器、再热器、汽包等主设备和相应的汽水、熔盐连接管道,以及配套的泵、阀门、仪表等组成。常规电站中的蒸汽发生系统通常包括:布置在锅炉烟道的省煤器、炉膛的水冷壁与汽包系统、通常布置在炉膛出口处的蒸汽过热系统。

  图:光热电站蒸汽发生器流程示意图

  在光热电站中,蒸汽发生器的作用主要是将导热介质传输来的热量与给水进行换热,产生汽机所要求品质的过热蒸汽。

  那么,光热发电所用蒸汽发生器的加工和制造难点有哪些?目前有哪些供应商?他们的光热发电市场业绩如何?业主或EPC在采购蒸汽发生器时应该考虑哪些因素?光热发电蒸汽发生器未来成本下降空间如何?带着上述问题,CSPPLAZA记者采访了光热行业内几家知名的蒸汽发生器设备厂商。

  光热电站VS常规电站  前者对SGS系统要求更高

  据东方锅炉股份有限公司(简称“东方锅炉”)技术中心部长季敏东介绍,蒸汽发生器的水、汽侧系统与常规火电站相似,如水循环计算,汽包、定连排的设置等。与常规电站的蒸汽发生设备相比,光热电站的蒸汽发生器不同之处在于蒸汽发生器主要设备为管壳式换热器,其设计、制适、检验需遵守压力容器行业相关规范标准,对设备的可靠性要求高。

       山东北辰机电设备股份有限公司(简称“山东北辰”)负责人赵宏伟和哈尔滨锅炉厂有限责任公司(简称“哈尔滨锅炉”)新能源产业工程公司副总经理兼新能源技术处处长张明宝则一致指出,光热电站和常规电站中的蒸汽发生器的作用都是将给水加热产生过热蒸汽来推动汽轮机发电。两者的区别在于热源的不同,光热电站蒸汽发生器的热源是经太阳能加热的熔盐或导热油,而常规电站锅炉的热源是燃煤的火焰及高温烟气。

  杭州锅炉集团股份有限公司(简称“杭州锅炉”)相关负责人则表示,光热电站的蒸汽发生系统与常规电站的高压加热器、低压加热器有类似之处,但并不完全相同,主要区别有:

  *热介质不同。光热电站SGS系统的热介质为熔盐(或导热油),常规电站加热器的热介质为汽轮机抽汽。由于熔盐介质的凝固点高,并有一定腐蚀性,因此对SGS系统的设计提出了特殊要求。

  *大温差特性。光热电站SGS系统中的预热器、过热器、再热器等设备的进出口参数通常存在较大温差,因此对SGS系统的换热设备提出了特殊要求。

  *内外压差高。光热电站SGS系统熔盐侧的压力较低,而水和蒸汽侧的压力很高,内外压差高的特性对SGS系统换热器的设计提出了特殊要求。

  *频繁、快速启停。为适应电网调度需求,光热电站SGS系统通常要满足频繁启停的要求;同时为了延长发电时间、更充分利用光热资源,对SGS系统的启停速度也有很高要求。

  总体而言,上述差异决定了光热电站SGS系统在材料选择、结构型式、安全设计、运行维护等方面均与传统的高压换热器存在着显著差异,并对蒸汽发生器的设计、加工、制造和检验都提出了较高的要求。

       光热蒸汽发生器加工制造过程中应注意哪些问题?

  据杭州锅炉负责人介绍,在原材料的检验、焊接工艺确定、焊接质量的无损检测、制造完成后的耐压试验等均需要参照换热器的相关标准严格执行。对于光热电站SGS系统来说,熔盐过热器、再热器产品通常采用发夹式的换热型式,这种U壳U管式的换热器在常规电站中使用较少,因此更需要注重对这类产品的质量控制。

  季敏东则表示,为提高蒸汽发生器各主设备的传热效率,厂商一般都会对设备采用特殊的结构处理(如发卡式换热器尾部弯头等),并提出特殊的加工制造技术要求以确保产品质量。

  据了解,为生产出符合光热发电市场需要的蒸汽发生器产品,多年来设备厂商们针对光热电站及蒸汽发生器的运行特点及参数,按相关标准进行产品设计,多次进行方案优化设计与改进,针对换热器材料、热交换流程、换热器型式、管板与支撑结构、疏盐与放气系统等方面均进行了详细论证,并将相关设计体现在产品中,确保其SGS系统可以满足频繁、快速启停要求,满足25年以上的设计寿命,在此基础上取得了相应的成绩。

  表:部分厂商的光热蒸汽发生器业绩

  合理设计安装电伴热系统  确保SGS系统质量

  事实上,除了注重蒸汽发生器设备的加工制造,在蒸汽发生器的安装与调试过程中也应做好相应的工作,才能使设备与产品有效地发挥作用,助力光热电站安全高效运行。

       对此,张明宝和赵宏伟表达了类似的观点,他们认为蒸汽发生器在安装时需要保障设备和管道内的熔盐能够排净,同时需要考虑管道的热膨胀。调试过程中,需要保证设备盐侧和熔盐管道的预热温度高于熔盐凝固点,并严格控制进入蒸汽发生器的水温,注意启动过程的启动时间与温升的变化影响等,避免发生熔盐凝固问题。

       杭州锅炉负责人认为,光热电站的SGS系统应根据不同的熔盐设备及管路的散热特性、形状尺寸等因素进行针对性的电伴热设计,并执行常规换热器的相关标准;疏盐与放气点位置按照设计要求应分别设置在熔盐管路及设备的最低与最高处,确保熔盐系统与设备可以满足气体放空、熔盐排净的要求。

  在安装时应做到加热的均匀性、电伴热元件的可更换性及便于实现分组控制等特殊要求;

  在调试阶段,熔盐及换热设备升温时需要严格按照SGS系统的温升限制曲线要求,避免过快的温升速率导致换热设备的应力损伤等;同时,应确保疏盐、放气管路、熔盐阀门等处于热态,以满足紧急条件下的疏盐要求,防止熔盐冻堵现象的发生。

  季敏东则特别强调了SGS系统运行的安全性问题,他认为蒸汽发生系统的安装首先要保证安装质量,尤其要重视熔盐侧易泄露点的处理;其次电伴热带的安装对于熔盐系统非常重要,要确保电伴热安装的合理有效。调试过程中特别要注意系统运行的安全性,提高蒸发系统运行的经济性,正确判断压力、温度、流量等变化,采取相应的调整措施。

  如何才能采购到合格的蒸汽发生器产品?

  谈到业主及EPC应如何采购蒸汽发生器产品,受访厂商也纷纷给出了各自建议。

  张明宝提出,在招标时,希望业主和EPC明确蒸发器参数、招标范围、招标要求,并尽量给定合理的供货周期。

  赵宏伟则建议,在设备材料选择方面,在满足设计要求的条件下应优先考虑国产材料。

  杭州锅炉方面认为,光热电站SGS系统的设计、制造具有较高的技术难度,因此业主对供货方的资质和能力应有一定的要求。

  在SGS系统采购时,除了关注价格因素外,还要考虑系统的运行成本、启停速度、寿命周期等因素。同时,鉴于SGS系统采购周期较长(供货周期一般为从合同签订后的6~10个月内),业主方需做好项目进度的统筹安排。

  季敏东指出,希望业主和EPC方对蒸汽发生器整套系统(包括设备和系统)进行统一采购,并由供货商对整个系统从设计、供货、安装、调试及运行各个阶段进行全方位把控,不断优化和完善整套系统,提高系统的可靠性、安全性和经济性。

  短期内成本下降空间不大
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