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太陽能中溫導熱油系統在化工領域的應用

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發表于 2018-1-8 10:44:51 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
太陽能中溫導熱油系統在化工領域的應用

前言

       工業領域用熱溫度要求主要集中在80至250攝氏度之間。而目前全玻璃真空管集熱器空曬溫度可以達到280℃以上,理論上可提供250℃熱源。根據目前應用實踐和理論分析認為:全玻璃太陽能集熱器在提供150℃左右熱源時,綜合熱效率接近50%。提供更高溫度熱源時,熱效率降低,投資成本高企,不符合應用實踐。

       其中,食品行業生產沖洗環節、以及多種窯爐烘干、紡織品漂洗等行業用熱溫度在150℃以內,市場應用前景廣泛。
本文主要介紹太陽能中溫導熱油系統在硅PU生產中的應用。在同類產品生產活動中,該系統具有可觀的經濟效益和市場推廣價值。
硅PU是塑膠跑道常用原材料。生產硅PU的主要原材料是聚醚多元醇和滑石粉。多種原料通過在反應釜中加熱、反應、降溫沉淀后制成硅PU。除了硅PU以外,同一個塑膠跑道原材料生產廠家可能同時具備生產防水底漆、面漆、塑膠顆粒等多種產品,在實際應用中,太陽能導熱油系統常常同時作為多種產品的熱源。

北方塑膠跑道原材料生產多集中在四月至十一月之間,主要因為塑膠跑道施工對環境溫度要求比較嚴格。非生產階段正是北方采暖季,太陽能導熱油系統經過換熱后可作為辦公室和職工宿舍采暖、洗浴熱源使用。


1.項目背景

用熱單位日生產硅PU6噸,用熱溫度不低于140℃。中溫導熱油通過反應釜對材料加熱,需加熱上述材料至120℃。用熱時間約5小時。
其他產品用熱特點:塑膠顆粒的用熱溫度在150℃左右;防水底漆、面漆等產品的用熱溫度在80℃左右,加熱至材料溫度60℃。硅PU和防水底漆、面漆為粘稠液態,通過多種材料在反應釜中加熱制備而成。
設計采用串流遞進增溫系統對生產線熱源供應部分進行改造,要求提供150℃穩定熱源,應用于上述產品生產。

2.系統組成和運行原理

該項目采用串流遞進增溫半封閉系統。58-1800型全玻璃真空集熱管為集熱元件,導熱油作為循環換熱介質,鵝卵石儲能,其他管件包括GB/T8163無縫鋼管,材質20#,鑄鋼閘閥,高溫油泵,石墨/聚四氟乙烯墊片,油氣分離器,膨脹罐(高位槽),
系統配置58-1800型全玻璃真空管集熱器1800支,非定尺不銹鋼波紋管5800米,WT-320型導熱油10T,鵝卵石30噸,臥式油罐30m3一個,膨脹槽0.5m3。

2.1串流遞進增溫式太陽能集熱器

該類型集熱器采用多支連續彎轉的U型金屬串流管插入全玻璃太陽能真空集熱管,載熱工質在外部動力作用下,在U型管內定向流動,單位質量的載熱工質流過每一支真空管后都有一定的熱收益。按照一定流量連續的串流多支真空管后溫度逐漸升高到一個較大值,從而達到末端用熱的要求。

2.2太陽能集熱器技術參數


名稱參數
內 容  指 標
備注
集熱器形式
全玻璃真空集熱管內置U型串流管換熱器;二次換熱承壓運行;模塊式串并聯組裝成大型太陽能集熱陣列。
耐空曬全玻璃真空管規格性能
材質為3.3高硼硅玻璃、單管重量2.3Kg,吸收層吸收率大于96%,散射率小于4%,空曬溫度不低于400°C,平均熱損失小于0.75W/m2.°C,真空度低于5.0X10 -4Pa
真空管規格
47X1600
58X1800
單模塊管數
50支、100支
載熱工質
水、防凍液、導熱油
換熱方式
動力循環,串流二次換熱,漸進增溫
工作流量
單模塊100Kg/h—180kg /   h
可控
工作輸出溫度
60°C — 150°C
可控
最高工作壓力
0.6MPa
常時工作壓力
0.4Mpa
工程方式
模塊串并聯集成
可控溫度差
50°C
運行功耗
單模塊10W—30W
單位面積載荷
25公斤/平方米
適合工業范圍
60-130°C
設計壽命
15年
適配泵
揚程25—80米
適配管路管件
D25—D50
特點
炸管不漏水、無陣列“殘存”熱量、全循環換熱集熱效率高、無沉積老水、水質清潔、防凍性能好,復合衛生標準。

2.3 系統運行原理如圖




系統采用定溫循環。當集熱器溫度達到設定溫度上限后,集熱循環啟動。當集熱器溫度低于設定溫度下限時,集熱循環停止。

附加控制方式

(1)時間控制。太陽能集熱系統在設定時間內啟動,其他時間不啟動;
(2)變頻控制。定溫循環溫控區間采用變頻循環控制;
(3)流量控制。當進出油量超過設定值,集熱循環停止工作,報警提示啟動;
(4)溫度控制。當郵箱溫度達到設定值,集熱循環停止工作;
(5)液位控制。當高位槽液位低于設定值,報警提示啟動;
(6)輔熱控制。輔熱采用變頻控制。在設定溫度區間自動變頻輔助加熱;
(7)手動控制。
(8)其他控制。


其中,定溫循環控制溫度設定是變化的。隨輻照量周期變化做適當調整以適應太陽能系統,使系統集熱效率最大化。一般溫度設定以下午四時集熱器溫度為參考依據。

時間控制設定值一般為日出開始,循環結束時間一般為下午五點至下午六點。參考數據包括集熱器溫度、油箱溫度以及周期輻照量。避免低溫階段頻繁啟動。
系統不采用溫差循環的考量主要是當集熱器溫度和油箱溫度差值低于溫差設定值,油箱儲熱循環過程會停止運行。



3.應用情況分析


3.1系統供熱溫度曲線




3.2實際應用情況說明

硅PU生產環節中,加熱時間段為早上9點前后至下午兩點。
用熱設備啟動時,設備存留的部分低溫導熱油進入儲熱油罐,導熱油罐溫度驟降20℃左右,約一個小時后,系統供熱溫度趨于平穩,供油溫度維持在130~140℃之間。至下午兩點前后,反應釜內容物溫度可達到110℃左右。啟動輔助熱源,可滿足生產要求。
下午兩點至六點,太陽能循環供熱以及油箱儲熱部分,可滿足10T防水底漆或面漆生產需求。
三角形分割線

4.總結

上述為輔助加熱設備停用時,單純采用太陽能導熱油系統的運行情況分析。從運行效果來看,供熱溫度略低于用熱要求。實際應用時,輔助熱源啟動,系統供熱溫度可維持在設定溫度。
按照單純生產硅PU計算。全年用熱250天,日用電費用約為460~530元,全年用電費用約105800~121440元。太陽能集熱器部分投資約20萬元,儲熱設備10萬,輔助加熱設備投資約2萬。
不考慮儲能部分投資(單純用于上述材料生產能力,不需要儲能),太陽能系統兩年可收回全部投資。附帶儲能及輔助加熱部分,投資回收期約三年時間,經濟效益明顯。
實際使用過程中,因為除生產硅PU以外,剩余熱量可用于其他材料生產;非生產季正值北方冬季采暖季,太陽能系統可用于辦公區及生活區供暖。實際投資成本回收期更短。
參考資料:
《串流管漸進增溫太陽能恒溫溶膠供熱系統設計》劉永久


附:太陽能工業導熱油項目圖片







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發表于 2020-1-15 16:53:31 | 只看該作者
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