太阳能热发电技术是通过大规模阵列镜将太阳光汇聚到一点，反射至集热器上以加热集热器内部的熔盐或导热油，实现光能到热能的转换，并储存热能；利用吸热介质的热能通过高效换热系统产生高温高压过热蒸汽并推动汽轮机发电。目前能源环境问题在世界范围内受到越来越多的关注，太阳能热发电技术的应用对人类经济社会可持续发展具有重要的意义[1]。

按照太阳能采集方式的不同，太阳能热发电可分为4种技术路线：槽式、塔式、线性菲涅尔式和碟式。其中槽式技术比较成熟，商业化运行最广泛，塔式技术发展潜力最大，是未来太阳能热发电技术的流行趋势[2]。

在目前商业化运行的电站中，换热系统是必不可少的通用装置，它利用高温熔盐与水换热产生高温高压的过热蒸汽，主要包括过热器、再热器、蒸发器和预热器。笔者主要讨论过热器的结构选型和方案设计。

1 熔盐-水蒸气过热器简介

熔盐过热器利用高温熔盐(约560～580℃)将由蒸发器来的饱和蒸汽加热成为高温高压或亚临界机组参数的过热蒸汽，再将它送入汽轮机发电。其中熔盐侧的进口温度约565℃，出口温度约456℃，蒸气侧进口温度约330℃，出口温度约540℃，因此过热器管壳程介质必须采用逆流设计，且熔盐侧进出口温差109℃，蒸汽侧进出口温差210℃，对于这种大温差工况，换热器管束的自由膨胀和尽可能降低壳体的温差应力是过热器设计中必须关注的问题[3]。

2 熔盐-水蒸气过热器结构设计

换热器种类繁多，其中管壳式换热器是使用最广泛的一种结构形式，能适应高温高压、大温差工况，清洗维护方便、运行可靠，上述特点正是熔盐换热器设计中需要考虑的，因此太阳能热发电技术中的换热系统均采用管壳式结构，这一点在美国和西班牙已经投运的几个电站中也得到了验证。

笔者提出熔盐-水蒸气过热器的3种结构设计方案：两台串联的U形管式、单台发夹式和单台绕管式。鉴于水蒸气压力较高，因此所有换热器中高温熔盐均走壳侧，水蒸气走管程，壳体和换热管材料均选用347H。

叶猛等搭建了高温熔盐传热实验台，实测了熔盐与导热油的对流传热系数[4]。刘斌等进一步测量了熔盐在圆管内的湍流对流换热系数，结论都表明现有的通用对流换热关联式适用于熔盐，因此无需对熔盐的传热系数进行校正[5]。

2.1 两台串联U形管过热器

若采用单台U形管过热器，由于管壳侧温差大，管板处的热应力随之增大，影响管板和换热管的使用寿命，Struthers Wells Corporation(SW公司)曾设计过单台U形管过热器[3]，但由于温差变化大，要求高压蒸汽布置在换热器的壳侧，增加了壳体壁厚和设备成本，因此不建议使用单台U形管结构。

为降低设备的温差应力，采用两台U形管过热器串联设计，水蒸气温度的变化分为两步，形成一个稳定的温度梯度(每台升温105℃)，这种温度梯度可以允许将高压蒸汽布置在换热器的管侧，从而减少了壳体壁厚、节约了成本。

利用HTRI软件对第1台过热器进行工艺计算，水蒸气入口温度329.65℃，压力12.4MPa，出口温度435.00℃，污垢热阻0.000 35m2·K/W[6]；熔盐入口温度565.00℃，压力0.27MPa，出口温度432.35℃，污垢热阻0.000 50m2·K/W[7]。第2台过热器水蒸气入口温度435℃，出口温度545℃，熔盐入口温度565℃，计算结果见表1。

 

表1 两台串联U形管过热器工艺计算结果

  

工艺及结构参数第1台第2台换热器型式BFUBFU热负荷/MW19.43412.396传热系数/W·m-2·K-1613.37459.82有效换热面积/m2324.987981.749设计裕量/%24.3620.57壳内径/mm9001200管长度/mm650010000管数量/根414814

根据HTRI软件计算结果，两台串联过热器分别为壳径900mm、直管长6 500mm和壳径1 200mm、直管长10 000mm的U形管换热器，管板按照SW6软件中换热器管板的计算模型进行强度校核。

采用两台串联U形管过热器，可降低设备的温差应力，工艺计算和管板处的热分析比较复杂，管束装配难度大，但较其他结构形式的则要简单。第1台过热器质量约20t，第2台约30t，总重约50t，成本相对较高，但在设计、制造、运行各方面经验都较丰富。

发夹式换热器在光热发电行业中应用比较广泛，国外某些电站已使用此种结构形式，其工艺计算不复杂，结构分析和热分析也都比较容易，但缺乏设计制造经验，尤其是管束的装配和U形弯管的制作。单台发夹式过热器的重量约为47t，较两台串联U形管过热器的成本低，是目前光热发电项目中过热器和再热器的首选结构。

2.2 单台发夹式过热器

各种管壳式换热器中，发夹式结构特别适合这种高温差、高压力工况，它综合了U形管式换热器和其他管壳式(如浮头式、填料函式)换热器的优点：高换热性能和紧凑性结构；适用于管壳侧的工艺介质温度交叉工况；无需膨胀节即可适用于高温差工况；管程壳程均适用于高压力工况。从经济性方面考虑，蒸汽走承压能力更强的管程能有效降低设备金属重量。

HTRI中Hairpin Exchanger(Xhpe)即是发夹式换热器的计算模块，与U形管换热器计算方法相同，根据软件需求，输入相关的工艺条件、壳体结构、管侧结构、间隙设置和冷热流体的物性，即可进行工艺计算，但HTRI计算发夹式换热器时没有振动分析的数据，计算结果如下：

由此来看，在古希腊，音乐与哲学都属于一个系列，也就是都关注于理念的世界。两者都以实现美的理念为主旨，而美是理念中最显现的，是宇宙的表现，是与神的关联。这样，只是凭借音乐是不够的，而哲学包罗万象，把音乐也纳入自身之中，哲学由此成为最成功的形式。尽管，现代音乐作品已经与古希腊音乐概念相距甚远，但我们在回顾希腊文明对音乐的认识，理解希腊时期音乐与缪斯相等同的基本思想，注意音乐表现了宇宙统一的秩序、美的秩序这个基本特征的时候，就让我们现代人在如何理解音乐自身的意义和音乐作品的特点、以及音乐与哲学的关系等方面，必定会有所体悟。

换热器型式 发夹式

热负荷 32.011MW

传热系数 490.78W/(m2·K)

Ymin：终端上参数Y设计为可配变量，按照路灯行业感知要求，统一上电后30minAPP可监测上线，建议按照Mod10分组后，Y设置为3min。

有效换热面积 1 021.3m2

有效换热面积 817.23m2

适度增加灌水量有利于增加棉株的茎粗(图1 b)，不同处理棉花各生育期茎粗表现为M3W4>M3W3>M3W1>M3W2，且处理M3W4的茎粗显著高于其他处理，就棉花抗倒伏来讲，适度增加灌水量对生产上是有利的。此外，从图中可看出茎粗增长在7月16日前趋于稳定，在6月26日至7月6日期间增长最快，增加此阶段灌溉量能够显著提高棉花的抗倒伏能力。

壳内径 900mm

相同水灰比的试件，经过冻融0次时的b值最小，经过冻融50次时的b值最高。因此，说明试件经过冻融后强度会降低，但强度对应变率的敏感性会增加，这与熊良宵等[8]获得的结论相同。

10月22日，徐云天壮胆到网吧和吴丽藻网聊。吴丽藻再次要视频，他仍找借口。吴丽藻说：“就一分钟，你总抽得出时间吧？”徐云天沉默，一会儿她给他留言：“莫非你和徐河真认识？看来我只好把你拉黑。”接着，她的QQ头像从徐云天的好友栏消失了。

管数量 886根

换热管总长度 19 661mm

根据HTRI的计算结果，发夹式过热器的壳体内径900mm，换热管总长19 661mm，管板强度计算按照常规换热器管板的计算模型进行校核，设备如图1所示。

我校药学专业的人才培养目标是立足于湖北省及中部地区，培养具有良好职业道德、人文素养和创新精神，掌握药学服务、药品管理、医药营销、药品调剂、药品生产与检验等专业必备知识，具备较强团队协作能力、执行力和自学能力，能够从事药学相关行业第一线工作的技术技能型人才。

通过上文的分析，对于大数据的到来对工程造价的意义有了一个充分的认识。明白了一个事物对于另一个事物的意义，下一步就是通过什么样的途径将二者结合起来，达到1+1＞2的最佳效果。对此可以从以下两个大的方面着手：

目前抑制电压暂降的方法主要是在电力系统与用户设备之间的接口处加装补偿装置，通过注入有功功率和无功功率来对系统的有功功率和无功进行补偿。常见的补偿装置有：动态电压恢复器(dynamic voltage restorer，DVR)、不间断电源(uninterrapted power suppy，UPS)、固态切换开关(solid state transfer switch，SSTS)、磁谐振变压器等。

  

图1 单台发夹式过热器设备简图

2.3 单台绕管式过热器

缠绕管式热交换器是在设备的中心筒体上将换热管以一定的螺旋角缠绕而成的，相邻两层换热管反向缠绕，并通过垫条使同层换热管、相邻层换热管分别保持一定的管间距、层间距从而形成一种新型间壁式热交换器。这种类型的换热器结构紧凑，单位容积具有较大的传热面积，换热管的热膨胀可自行补偿，换热效率高。

(1) 在恒荷载或活荷载作用下，钢箱梁长度增加均有利于减小主V结构与主梁交界处截面所受弯矩。在恒载作用下，钢箱梁长度由56 m增加至96 m时主跨跨中截面受力显著减小，但进一步增加钢箱梁长度，主跨跨中截面受力基本不再减小甚至会出现增大的趋势。在活荷载作用下，钢箱梁长度由56 m增长至96 m时，主跨跨中截面弯矩变化率约3%，但超过96 m以后则弯矩变化率约5%。

鉴于上述优点，笔者提出将绕管式换热器应用至光热发电技术中，尤其比较适合过热器和再热器的高温差工况。利用西安交通大学和兰石研究院共同开发的绕管式换热器专有软件进行工艺计算，结果如下：

换热器型式 绕管式

热负荷 32.644MW

传热系数 766.65W/(m2·K)

选择高抗、耐密、耐肥、早熟油菜品种。播种时间为10月25日前。亩用种量0.4～0.6公斤/亩，根据播种时间先后逐渐增加播种用量。亩施基肥40公斤复合肥(含量15-15-15)、0.5公斤硼肥(10%含量)，4～5叶期亩施尿素3公斤，腊肥(春节前追施)亩施尿素2.5公斤，氯化钾2公斤。薹肥：亩施尿素2公斤，氯化钾2公斤，初花和盛花期结合一促四防喷施磷酸二氢钾和硼肥。

设计裕量 21.72%

利用反应谱分析方法对一座具有高桥墩的非对称矮塔斜拉桥——津保桥的裸塔和全桥模型桥塔的抗震性能进行了研究。得出两种模型在地震作用下的响应规律。

设计裕量 21.00%

壳内径 1 233mm

换热管总长度 30 906mm

管数量 443根

根据以上计算结果，绕管式换热器壳径取1 300mm，换热管长度33 000mm，管子数量为443根，层间距为2mm，层数为15层，设备简图如图2所示。

绕管式换热器的工艺计算相对来说比较复杂，管板和封头处的热分析也不简单，管束制造难度大，但单台绕管式过热器的质量最小，约为30t，设备成本较低。目前国内具有绕管式换热器设计制造能力的公司较少。合肥通用机械研究院设计制造的绕管式换热器已有一台应用于化工实际生产，换热效率满足要求。虽然目前光热发电技术中还没有绕管式换热器的应用，但因其诸多优点，应用前景还是非常广阔的。

  

图2 绕管式换热器设备简图

3 对比分析

表2汇总了不同结构形式过热器(水蒸气均走管程，熔盐走壳程)的特点，为光热发电技术中换热系统的设计提供了依据和基础。

 

表2 不同形式过热器对比

  

项目两台串联U形管式单台发夹式单台绕管式工艺计算较复杂较容易较容易设备设计管板处的热分析较复杂结构分析和热分析较简单管板和封头处的热分析较复杂设备规格壳径ϕ900mm,直管长6500mm;壳径ϕ1200mm,直管长10000mm壳径ϕ900mm,直管长10000mm壳径ϕ1300mm,换热管长33000mm制造难度管束装配难度较大,但较发夹式简单缺乏经验,制造较复杂(尤其是管束的装配和U形弯管的制作)管束制造较难设备重量两台总重约(20+30)t约47t约30t可靠性在设计、制造、运行各方面经验都较丰富运行经验较少,长期运行还需测试设计运行经验少

项目组拟采用ANSYS Workbench对这3种结构形式的过热器进行流固热耦合的分析工作，流场计算采用ANSYS Fluent，热分析采用SteadyState Thermal，结构分析采用Static Structural。设备的三维结构模型在Solidworks软件中进行创建，采用ANSYS Meshing进行网格划分，随后进行流体、热和结构分析，从这个层面对比3种结构形式的速度场、温度场和应力分布，从而更直观地分析不同结构形式过热器的应力分布和适用情况，为太阳能热发电技术的成熟应用提供理论依据。

4 结束语

国内首批20个示范项目中，部分项目在换热系统的招标文件中明确写明过热器采用发夹式结构，国外某些光热电站中亦是如此，因此发夹式结构是目前光热项目中过热器的首选形式，是商业化运行最多的一种方案。而绕管式换热器因其独特的结构形式和换热系数大、传热面积小及设备质量轻等优点，较适用于过热器和再热器，随着绕管式结构设计的不断发展和完善，其应用前景非常广阔。未来在光热发电技术不断成熟、换热器技术不断发展的前提下，管壳式换热器并不是熔盐-水换热系统的唯一选择，如螺旋盘管式换热器、印刷电路热交换器等新型换热器的应用也会越来越广泛。

参 考 文 献

[1] 田军，余志勇，周楷，等.塔式太阳能电站熔盐换热器设计发展概述[J].能源研究与管理，2014，(3)：13～16.

[2] 陈娟.太阳能槽式热发电蓄热系统中油盐换热器的设计[J].化工管理，2014，(10)：56～58.

[3] Bechtel Corporation.Investigation of Thermal Storage and Steam Generator Issues [R].San Francisco：SAND93-7084 Unlimited，1993.

[4] 叶猛，刘斌，吴玉庭，等.熔融盐(LiNO3)强制对流换热实验[J].工程热物理学报，2008，29(9)：1585～1587.

[5] 刘斌，吴玉庭，马重芳，等.圆管内熔融盐强迫对流换热的实验研究[J].工程热物理学报，2010，31(10)：1739～1742.

[6] 钱颂文.换热器设计手册[M].北京：化学工业出版社，2006：103～105.

[7] Zavoico A B.Solar Power Tower Design Basis Document [R].San Francisco：SAND2001-2100 Unlimited，2001.