【摘要】：隨著我國的能源危機(jī)的日益嚴(yán)重,利用太陽能中高溫?zé)崂眉夹g(shù)來提供工業(yè)中所需要的中高溫?zé)崮苁潜厝悔厔荨１疚姆治隽酥蓖ㄊ秸婵占療峁艿膫鳠徇^程,建立了集熱管的一維穩(wěn)態(tài)傳熱數(shù)學(xué)模型,將模擬值與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了對比,分析了存在差異的主要原因。同時,為了提高直通式真空集熱管的集熱效率、降低金屬吸熱管的周向溫度梯度、延長真空集熱管的使用壽命,提出了兩種強(qiáng)化換熱手段,設(shè)計了相應(yīng)的兩種新型真空集熱管,并在自主搭建的槽式太陽能集熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置上,對傳統(tǒng)真空集熱管以及兩種新型真空集熱管的熱性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)研究主要分析了不同工況下真空集熱管的集熱效率和金屬吸熱管周向溫度梯度的變化趨勢,并以此為基礎(chǔ)對比分析了兩種強(qiáng)化換熱手段的換熱效果。為滿足實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用,本文設(shè)計了一種槽式太陽能中高溫蒸汽發(fā)生系統(tǒng),同時以Sunlab、SargentLundy兩種算法下的太陽能熱發(fā)電成本為依據(jù),提出了蒸汽能源平均成本(SLEC)的基本概念和計算公式,并分析了年輻射量和系統(tǒng)使用壽命對蒸汽能源平均成本的影響。在已驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上,模擬實(shí)驗(yàn)工況,發(fā)現(xiàn)模擬值與實(shí)驗(yàn)值存在一定的差異,這種差異產(chǎn)生的主要原因?yàn)?首先數(shù)值模擬是假設(shè)吸熱管外壁面受熱均勻,并在某一理想工況下進(jìn)行的,而實(shí)際實(shí)驗(yàn)中吸熱管的外壁面受熱并非均勻,并且實(shí)驗(yàn)條件受外部環(huán)境的變動而變動;同時實(shí)驗(yàn)臺在制作和搭建過程中存在一定的系統(tǒng)誤差,使得實(shí)際實(shí)驗(yàn)值小于模擬值;最后本文真空集熱管制作方法也可能是實(shí)驗(yàn)與模擬值相差較大的原因之一。各個實(shí)驗(yàn)工況下,加有高通量換熱涂層和繞花絲的真空集熱管的集熱效率明顯高于傳統(tǒng)真空集熱管,略高于只加有高通量換熱涂層的真空集熱管。在液相區(qū),與傳統(tǒng)真空集熱管相比,加有高通量換熱涂層和繞花絲的真空集熱管的集熱效率提高了約26.2%,周向溫度梯度最大降低了約6.4℃;而相比之下,只加有高通量換熱涂層的真空集熱管的集熱效率提高了約18%,周向溫度梯度最大降低了約3.6℃。在氣液兩相區(qū),與傳統(tǒng)真空集熱管相比,加有高通量換熱涂層和繞花絲的真空集熱管的集熱效率提高了約34%,周向溫度梯度最大降低了約9.8℃;與傳統(tǒng)真空集熱管相比,只加有高通量換熱涂層的真空集熱管的集熱效率提高了約22.7%,周向溫度梯度最大降低了約4.8℃。在氣相區(qū),與傳統(tǒng)真空集熱管相比,加有高通量換熱涂層和繞花絲的真空集熱管的集熱效率提高了約22%,周向溫度梯度最大降低了約22.5℃;與傳統(tǒng)真空集熱管相比,只加有高通量換熱涂層的真空集熱管的集熱效率提高了約21.65%,周向溫度梯度最大降低了約 8.3℃。在1000MW的供熱規(guī)模下,槽式太陽能中高溫蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的投資成本有望降低至631.30$/kW,節(jié)煤量最大可以達(dá)到36.4kg/s。隨著年輻射時間的增大,SLEC明顯降低。隨著系統(tǒng)的使用壽命的增大,SLEC隨之快速降低。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TK513.1
【圖文】：

獲取較高溫度的熱能加熱集熱管內(nèi)的傳熱工質(zhì)直至產(chǎn)生飽和水或蒸汽，主要利用的逡逑是太陽直射輻射能，因此擁有較為豐富的太陽直射輻射是系統(tǒng)地址選擇的關(guān)鍵性條件。逡逑我國地域遼闊，豐富的太陽能資源是我國大力發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)的重要資源保證。圖１－１逡逑為中國太陽能直射輻射能資源分布圖［５］。逡逑ｘｔ邐？？＊邐＜ｂｐ！邐？？－ｒ邐ｕｐｓ逡逑一氣邐：邐一１邋．二：ａｌ逡逑ＩＩ逡逑：＿焉．‘一逡逑邐邋邋邋ｔｔｃ．邋邋邋邋—邋邋ａｒｔ．邐ａｒ＾—邋邋邋邋■－．．ａｘ——＿．．．……—…—邋—％邋邋邋邋ｙｉ－Ｓｇ．逡逑圖１－１中國的太陽能直射輻射資源分布逡逑從圖中可以看出，我國的太陽能直射輻射資源豐富但是分布極不均勻，地域差異較逡逑大�？傮w來說，我國西北部的直射資源較為豐富。西藏、新疆、內(nèi)蒙古、甘肅和青海等逡逑地的直射輻射資源豐富是選擇建設(shè)直接蒸汽式發(fā)生系統(tǒng)的首選地區(qū)。逡逑１．１．３工農(nóng)業(yè)中局溫?zé)崂眯枨蟋F(xiàn)狀逡逑在我國，中高溫蒸汽廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，具體應(yīng)用情況見表１－１。工業(yè)上所逡逑需的中高溫能耗占到總能耗的８０％，而民用低溫能耗只占到２０％。目前這部分能量主要逡逑是由工業(yè)鍋爐消耗化石燃料所提供。目前，我國工業(yè)鍋爐保有量約為５０萬臺，總?cè)萘垮义铣^２ｘ］0６ｔ／ｈ，尚有４０萬余臺總?cè)萘啃∮冢欤簦璧男⌒湾仩t供應(yīng)不到總?cè)萘浚担サ恼羝湾义蠠崴郏叮�。２０１３年中國Ｃ０２、Ｓ０２、ＮＯｘ和煙塵排放量均居世界第一，其中燃煤鍋爐排出逡逑的Ｃ０２、Ｓ０２、ＮＯｘ和煙塵分別占各總排放量的５０％、３８％、４３％和１７％ｍ。太陽能中逡逑高溫?zé)崂貌粌H可以提供工業(yè)所需的熱能

平面上的太陽能總輻射能。計算地表任意點(diǎn)、任意時刻的太陽輻射能需要確定一些基本逡逑參數(shù)，包括太陽赤緯角、時角、方位角、大氣質(zhì)量和大氣透明度等。這些基本參數(shù)的示逡逑意圖見下圖２－１：逡逑、ｙ＇邋＼邐水平面的法線方Qg逡逑＂Ｘ．ｍ邋／Ｃ邐P拘泵嫻姆ㄏ叻較蟈�？辶x希懾澹

本文編號：2772527