[发明专利]一种光热电站外置式吸热器的设计方法

说明书

本发明涉及一种光热电站外置式吸热器的设计方法，属于光热电站设计技术领域。包括以下步骤，1）、吸热器熔盐流量计算及吸热管内熔盐流量计算；2）、金属管壁与熔盐换热系数的计算方法；3）、能流密度图的分析；4）、建立吸热器及吸热管的热物理模型；5）、建立完整热力学模型，建立热平衡公式；6）、分析并建立数学模型，7）、求得吸热管壁温和吸热管内膜温的数值，并进行应力危险点分析，指导吸热器设备运行。本发明是一种光热电站外置式吸热器的设计方法，能够代替传统的吸热器设计方法，可靠、精确，极大优化吸热器设计热效率，保证设备安全长周期运行，为减少设备造价提高整个电站性能提供了保障。

技术领域

本发明涉及一种光热电站外置式吸热器的设计方法，属于光热电站设计技术领域。

背景技术

外置式熔盐吸热器是塔式熔盐光热电站中最重要的组成部分，吸热器设备的投资在整个塔式光热电站中的占比很高，所以如何设计吸热器以提高吸热器热效率并保证长期安全可靠运行，从而提高全厂光热转化效率，对于提高整个电站的整体性能最为重要。吸热器由多根金属吸热管并排组成，熔盐介质在吸热管中流动从而吸收镜场反射来的太阳光能，设备运行温度高管道热应力大。传统的外置式熔盐吸热器设计方法采用估算吸热器表面允许最大能量分布，然后沿吸热管进行单一轴向计算的方法得出吸热器效率；传统设计方法认为吸热管同一截面温度一致，未考虑运行时沿管道周向方向的温度变化，从而传统方法计算得出辐射损失、对流损失和热效率与实际数值差别很大。并且传统方法只考虑管道轴向方向温度变化引起的热应力，忽略了管道周向温度梯度产生的热应力，从而使得应力计算结果不全面，有可能造成设计方法原因引起的设备安全运行风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种光热电站外置式吸热器的设计方法，来可靠、精确地优化吸热器设计热效率，保证设备安全长周期运行。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种光热电站外置式吸热器的设计方法，包括以下步骤，

1)、吸热器熔盐流量计算及吸热管内熔盐流量计算，具体的是根据电站出力和熔盐进出口参数确定通过吸热器的总熔盐量；

2)、金属管壁与熔盐换热系数的计算方法，具体的是根据管内熔盐介质的流态分析确定吸热器内熔盐整体换热系数；

3)、能流密度图的分析，对镜场反射后入射到吸热器表面的能量进行能流密度图模块划分及分析，获得每个模块的输入能量；

4)、建立吸热器及吸热管的热物理模型，对吸热器进行模块化分解并根据实际物理形态建立热物理模型，综合考虑管道轴向、径向和管道周向三个方向的传热形态；

5)、建立完整热力学模型，建立热力学计算模型，建立热平衡公式，通过热力学计算模型分析获得热损失计算方法和吸热量计算方法；

6)、分析并建立数学模型，对数学模型分析，采用迭代的和并行计算的方式最终获得符合实际工况的精确解，并获得优化的吸热器热效率数值；

7)、求得吸热管壁温和吸热管内膜温的数值，并进行应力危险点分析，指导吸热器设备运行。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤1中熔盐总流量计算公式为M＝Pth,rated/Cp(T_out–T_in)。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤2中吸热器熔盐换热系数计算公式为

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤4的吸热器及吸热管的热物理模型建立过程如下，

(1)、模块出口熔盐温度计算公式如下，

式中qt为换热管吸收的热量；