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太阳能中温导热油系统化工领域应用分析
时间:2018-10-24 来源:网络
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太阳能中温导热油系统在化工领域的应用

前言

  工业领域用热温度要求主要集中在80至250摄氏度之间。而目前全玻璃真空管集热器空晒温度可以达到280℃以上,理论上可提供250℃热源。根据目前应用实践和理论分析认为:全玻璃太阳能集热器在提供150℃左右热源时,综合热效率接近50%。提供更高温度热源时,热效率降低,投资成本高企,不符合应用实践。

  其中,食品行业生产冲洗环节、以及多种窑炉烘干、纺织品漂洗等行业用热温度在150℃以内,市场应用前景广泛。

  本文主要介绍太阳能中温导热油系统在硅PU生产中的应用。在同类产品生产活动中,该系统具有可观的经济效益和市场推广价值。

  硅PU是塑胶跑道常用原材料。生产硅PU的主要原材料是聚醚多元醇和滑石粉。多种原料通过在反应釜中加热、反应、降温沉淀后制成硅PU。除了硅PU以外,同一个塑胶跑道原材料生产厂家可能同时具备生产防水底漆、面漆、塑胶颗粒等多种产品,在实际应用中,太阳能导热油系统常常同时作为多种产品的热源。

  北方塑胶跑道原材料生产多集中在四月至十一月之间,主要因为塑胶跑道施工对环境温度要求比较严格。非生产阶段正是北方采暖季,太阳能导热油系统经过换热后可作为办公室和职工宿舍采暖、洗浴热源使用。


1.项目背景

  用热单位日生产硅PU6吨,用热温度不低于140℃。中温导热油通过反应釜对材料加热,需加热上述材料至120℃。用热时间约5小时。

  其他产品用热特点:塑胶颗粒的用热温度在150℃左右;防水底漆、面漆等产品的用热温度在80℃左右,加热至材料温度60℃。硅PU和防水底漆、面漆为粘稠液态,通过多种材料在反应釜中加热制备而成。
设计采用串流递进增温系统对生产线热源供应部分进行改造,要求提供150℃稳定热源,应用于上述产品生产。

2.系统组成和运行原理

  该项目采用串流递进增温半封闭系统。58-1800型全玻璃真空集热管为集热元件,导热油作为循环换热介质,鹅卵石储能,其他管件包括GB/T8163无缝钢管,材质20#,铸钢闸阀,高温油泵,石墨/聚四氟乙烯垫片,油气分离器,膨胀罐(高位槽),系统配置58-1800型全玻璃真空管集热器1800支,非定尺不锈钢波纹管5800米,WT-320型导热油10T,鹅卵石30吨,卧式油罐30m3一个,膨胀槽0.5m3。

2.1串流递进增温式太阳能集热器

  该类型集热器采用多支连续弯转的U型金属串流管插入全玻璃太阳能真空集热管,载热工质在外部动力作用下,在U型管内定向流动,单位质量的载热工质流过每一支真空管后都有一定的热收益。按照一定流量连续的串流多支真空管后温度逐渐升高到一个较大值,从而达到末端用热的要求。

2.2太阳能集热器技术参数

 
名称参数
内 容  指 标
备注
集热器形式
全玻璃真空集热管内置U型串流管换热器;二次换热承压运行;模块式串并联组装成大型太阳能集热阵列。
 
耐空晒全玻璃真空管规格性能
材质为3.3高硼硅玻璃、单管重量2.3Kg,吸收层吸收率大于96%,散射率小于4%,空晒温度不低于400°C,平均热损失小于0.75W/m2.°C,真空度低于5.0X10 -4Pa
真空管规格
47X1600
58X1800
单模块管数
50支、100支
 
载热工质
水、防冻液、导热油
 
换热方式
动力循环,串流二次换热,渐进增温
 
工作流量
单模块100Kg/h—180kg /   h
可控
工作输出温度
60°C — 150°C
可控
最高工作压力
0.6MPa
 
常时工作压力
0.4Mpa
 
工程方式
模块串并联集成
 
可控温度差
50°C
 
运行功耗
单模块10W—30W
 
单位面积载荷
25公斤/平方米
 
适合工业范围
60-130°C
 
设计寿命
15年
 
适配泵
扬程25—80米
 
适配管路管件
D25—D50
 
特点
炸管不漏水、无阵列“残存”热量、全循环换热集热效率高、无沉积老水、水质清洁、防冻性能好,复合卫生标准。

2.3 系统运行原理如图

 


  系统采用定温循环。当集热器温度达到设定温度上限后,集热循环启动。当集热器温度低于设定温度下限时,集热循环停止。

附加控制方式

(1)时间控制。太阳能集热系统在设定时间内启动,其他时间不启动;
(2)变频控制。定温循环温控区间采用变频循环控制;
(3)流量控制。当进出油量超过设定值,集热循环停止工作,报警提示启动;
(4)温度控制。当邮箱温度达到设定值,集热循环停止工作;
(5)液位控制。当高位槽液位低于设定值,报警提示启动;
(6)辅热控制。辅热采用变频控制。在设定温度区间自动变频辅助加热;
(7)手动控制。
(8)其他控制。


  其中,定温循环控制温度设定是变化的。随辐照量周期变化做适当调整以适应太阳能系统,使系统集热效率最大化。一般温度设定以下午四时集热器温度为参考依据。

时间控制设定值一般为日出开始,循环结束时间一般为下午五点至下午六点。参考数据包括集热器温度、油箱温度以及周期辐照量。避免低温阶段频繁启动。

  系统不采用温差循环的考量主要是当集热器温度和油箱温度差值低于温差设定值,油箱储热循环过程会停止运行。


 

3.应用情况分析


3.1系统供热温度曲线


 


3.2实际应用情况说明

  硅PU生产环节中,加热时间段为早上9点前后至下午两点。

  用热设备启动时,设备存留的部分低温导热油进入储热油罐,导热油罐温度骤降20℃左右,约一个小时后,系统供热温度趋于平稳,供油温度维持在130~140℃之间。至下午两点前后,反应釜内容物温度可达到110℃左右。启动辅助热源,可满足生产要求。

  下午两点至六点,太阳能循环供热以及油箱储热部分,可满足10T防水底漆或面漆生产需求。
三角形分割线

4.总结

  上述为辅助加热设备停用时,单纯采用太阳能导热油系统的运行情况分析。从运行效果来看,供热温度略低于用热要求。实际应用时,辅助热源启动,系统供热温度可维持在设定温度。

  按照单纯生产硅PU计算。全年用热250天,日用电费用约为460~530元,全年用电费用约105800~121440元。太阳能集热器部分投资约20万元,储热设备10万,辅助加热设备投资约2万。

  不考虑储能部分投资(单纯用于上述材料生产能力,不需要储能),太阳能系统两年可收回全部投资。附带储能及辅助加热部分,投资回收期约三年时间,经济效益明显。

  实际使用过程中,因为除生产硅PU以外,剩余热量可用于其他材料生产;非生产季正值北方冬季采暖季,太阳能系统可用于办公区及生活区供暖。实际投资成本回收期更短。

参考资料:
《串流管渐进增温太阳能恒温溶胶供热系统设计》刘永久


附:太阳能工业导热油项目图片



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