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蒸汽發生器：掌控光熱電站能量轉換的“關鍵先生”

發布者：walt | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 11148查看 | 2018-04-27 12:00:00

——光熱示范項目供應鏈關鍵產品設備系列報道之蒸汽發生器篇

　　CSPPLAZA光熱發電網報道：與傳統化石燃料電站相似，一般光熱電站后端也需要通過蒸汽發生器裝備將熱源與水換熱生成水蒸氣以推動汽輪機發電。但是，雖然同為蒸汽發生器，由于換熱介質以及運行條件的差異，光熱電站對蒸汽發生器的要求與傳統化石燃料電站具有一定差異。

　　光熱電站中的蒸汽發生系統（SGS）一般由預熱器、蒸發器、過熱器、再熱器、汽包等主設備和相應的汽水、熔鹽連接管道，以及配套的泵、閥門、儀表等組成。常規電站中的蒸汽發生系統通常包括：布置在鍋爐煙道的省煤器、爐膛的水冷壁與汽包系統、通常布置在爐膛出口處的蒸汽過熱系統。

　　圖：光熱電站蒸汽發生器流程示意圖

　　在光熱電站中，蒸汽發生器的作用主要是將導熱介質傳輸來的熱量與給水進行換熱，產生汽機所要求品質的過熱蒸汽。

　　那么，光熱發電所用蒸汽發生器的加工和制造難點有哪些？目前有哪些供應商？他們的光熱發電市場業績如何？業主或EPC在采購蒸汽發生器時應該考慮哪些因素？光熱發電蒸汽發生器未來成本下降空間如何？帶著上述問題，CSPPLAZA記者采訪了光熱行業內幾家知名的蒸汽發生器設備廠商。

　　光熱電站VS常規電站前者對SGS系統要求更高

　　據東方鍋爐股份有限公司（簡稱“東方鍋爐”）技術中心部長季敏東介紹，蒸汽發生器的水、汽側系統與常規火電站相似，如水循環計算，汽包、定連排的設置等。與常規電站的蒸汽發生設備相比，光熱電站的蒸汽發生器不同之處在于蒸汽發生器主要設備為管殼式換熱器，其設計、制適、檢驗需遵守壓力容器行業相關規范標準，對設備的可靠性要求高。

山東北辰機電設備股份有限公司（簡稱“山東北辰”）負責人趙宏偉和哈爾濱鍋爐廠有限責任公司（簡稱“哈爾濱鍋爐”）新能源產業工程公司副總經理兼新能源技術處處長張明寶則一致指出，光熱電站和常規電站中的蒸汽發生器的作用都是將給水加熱產生過熱蒸汽來推動汽輪機發電。兩者的區別在于熱源的不同，光熱電站蒸汽發生器的熱源是經太陽能加熱的熔鹽或導熱油，而常規電站鍋爐的熱源是燃煤的火焰及高溫煙氣。

　　杭州鍋爐集團股份有限公司（簡稱“杭州鍋爐”）相關負責人則表示，光熱電站的蒸汽發生系統與常規電站的高壓加熱器、低壓加熱器有類似之處，但并不完全相同，主要區別有：

　　*熱介質不同。光熱電站SGS系統的熱介質為熔鹽（或導熱油），常規電站加熱器的熱介質為汽輪機抽汽。由于熔鹽介質的凝固點高，并有一定腐蝕性，因此對SGS系統的設計提出了特殊要求。

　　*大溫差特性。光熱電站SGS系統中的預熱器、過熱器、再熱器等設備的進出口參數通常存在較大溫差，因此對SGS系統的換熱設備提出了特殊要求。

　　*內外壓差高。光熱電站SGS系統熔鹽側的壓力較低，而水和蒸汽側的壓力很高，內外壓差高的特性對SGS系統換熱器的設計提出了特殊要求。

　　*頻繁、快速啟停。為適應電網調度需求，光熱電站SGS系統通常要滿足頻繁啟停的要求；同時為了延長發電時間、更充分利用光熱資源，對SGS系統的啟停速度也有很高要求。

　　總體而言，上述差異決定了光熱電站SGS系統在材料選擇、結構型式、安全設計、運行維護等方面均與傳統的高壓換熱器存在著顯著差異，并對蒸汽發生器的設計、加工、制造和檢驗都提出了較高的要求。

光熱蒸汽發生器加工制造過程中應注意哪些問題？

　　據杭州鍋爐負責人介紹，在原材料的檢驗、焊接工藝確定、焊接質量的無損檢測、制造完成后的耐壓試驗等均需要參照換熱器的相關標準嚴格執行。對于光熱電站SGS系統來說，熔鹽過熱器、再熱器產品通常采用發夾式的換熱型式，這種U殼U管式的換熱器在常規電站中使用較少，因此更需要注重對這類產品的質量控制。

　　季敏東則表示，為提高蒸汽發生器各主設備的傳熱效率，廠商一般都會對設備采用特殊的結構處理（如發卡式換熱器尾部彎頭等），并提出特殊的加工制造技術要求以確保產品質量。

　　據了解，為生產出符合光熱發電市場需要的蒸汽發生器產品，多年來設備廠商們針對光熱電站及蒸汽發生器的運行特點及參數，按相關標準進行產品設計，多次進行方案優化設計與改進，針對換熱器材料、熱交換流程、換熱器型式、管板與支撐結構、疏鹽與放氣系統等方面均進行了詳細論證，并將相關設計體現在產品中，確保其SGS系統可以滿足頻繁、快速啟停要求，滿足25年以上的設計壽命，在此基礎上取得了相應的成績。

　　表：部分廠商的光熱蒸汽發生器業績

　　合理設計安裝電伴熱系統確保SGS系統質量

　　事實上，除了注重蒸汽發生器設備的加工制造，在蒸汽發生器的安裝與調試過程中也應做好相應的工作，才能使設備與產品有效地發揮作用，助力光熱電站安全高效運行。

對此，張明寶和趙宏偉表達了類似的觀點，他們認為蒸汽發生器在安裝時需要保障設備和管道內的熔鹽能夠排凈，同時需要考慮管道的熱膨脹。調試過程中，需要保證設備鹽側和熔鹽管道的預熱溫度高于熔鹽凝固點，并嚴格控制進入蒸汽發生器的水溫，注意啟動過程的啟動時間與溫升的變化影響等，避免發生熔鹽凝固問題。

杭州鍋爐負責人認為，光熱電站的SGS系統應根據不同的熔鹽設備及管路的散熱特性、形狀尺寸等因素進行針對性的電伴熱設計，并執行常規換熱器的相關標準；疏鹽與放氣點位置按照設計要求應分別設置在熔鹽管路及設備的最低與最高處，確保熔鹽系統與設備可以滿足氣體放空、熔鹽排凈的要求。

　　在安裝時應做到加熱的均勻性、電伴熱元件的可更換性及便于實現分組控制等特殊要求；

　　在調試階段，熔鹽及換熱設備升溫時需要嚴格按照SGS系統的溫升限制曲線要求，避免過快的溫升速率導致換熱設備的應力損傷等；同時，應確保疏鹽、放氣管路、熔鹽閥門等處于熱態，以滿足緊急條件下的疏鹽要求，防止熔鹽凍堵現象的發生。

　　季敏東則特別強調了SGS系統運行的安全性問題，他認為蒸汽發生系統的安裝首先要保證安裝質量，尤其要重視熔鹽側易泄露點的處理；其次電伴熱帶的安裝對于熔鹽系統非常重要，要確保電伴熱安裝的合理有效。調試過程中特別要注意系統運行的安全性，提高蒸發系統運行的經濟性，正確判斷壓力、溫度、流量等變化，采取相應的調整措施。

　　如何才能采購到合格的蒸汽發生器產品？

　　談到業主及EPC應如何采購蒸汽發生器產品，受訪廠商也紛紛給出了各自建議。

　　張明寶提出，在招標時，希望業主和EPC明確蒸發器參數、招標范圍、招標要求，并盡量給定合理的供貨周期。

　　趙宏偉則建議，在設備材料選擇方面，在滿足設計要求的條件下應優先考慮國產材料。

　　杭州鍋爐方面認為，光熱電站SGS系統的設計、制造具有較高的技術難度，因此業主對供貨方的資質和能力應有一定的要求。

　　在SGS系統采購時，除了關注價格因素外，還要考慮系統的運行成本、啟停速度、壽命周期等因素。同時，鑒于SGS系統采購周期較長（供貨周期一般為從合同簽訂后的6~10個月內），業主方需做好項目進度的統籌安排。

　　季敏東指出，希望業主和EPC方對蒸汽發生器整套系統（包括設備和系統）進行統一采購，并由供貨商對整個系統從設計、供貨、安裝、調試及運行各個階段進行全方位把控，不斷優化和完善整套系統，提高系統的可靠性、安全性和經濟性。

　　短期內成本下降空間不大需多途徑節約

　　談到成本問題，廠商們普遍認為，從整體上看，蒸汽發生器在短期內的成本下降空間有限，在未來可以通過設計優化、設備升級、規模化等手段節約成本。

　　但為了更好滿足市場需要，各家廠商也均在積極進行優化和完善，力圖通過相應的措施促進成本下降。

　　張明寶向記者表示，由于原材料價格上漲等因素，蒸汽發生器本體的價格可降幅度不大。但是，隨著行業的成熟，蒸汽發生器設備工藝參數會逐漸趨于統一，產品的制造成本會有一定幅度的下降，同時與蒸汽發生器相配的附件（如閥門、儀表）價格會逐漸降低。

　　目前，哈爾濱鍋爐正在進行材料及制造工藝優化，并計劃推進和完善產品的系列化、標準化進程，以期進一步降低產品的制造成本。

　　季敏東告訴記者，為降低SGS系統的成本，東方鍋爐主要采取以下措施：

　　1）在原材料及配套件采購等方面規模化打捆招標，降低設備成本；

　　2）通過前期項目的執行，可降低后續項目的制造成本，如工藝評定、工裝等費用；

　　3）系統方面：a.在系統性能設計上，針對不同項目根據其固有條件選擇不同的系統循環方式，設計針對性的設計系統，有效降低成本；b.在系統布置上，結合電站的儲熱、鏡場等環節，采用合理優化的布置方式，節省布置空間和構架以降低成本；c.針對系統中儀表、閥門及電伴熱等附件進行系統優化，推進配套件國產化。

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