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太陽(yáng)能中溫導(dǎo)熱油系統(tǒng)化工領(lǐng)域應(yīng)用分析
時(shí)間：2018-10-24 來(lái)源：imsia
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太陽(yáng)能中溫導(dǎo)熱油系統(tǒng)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用

前言

       工業(yè)領(lǐng)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(dá)到280℃以上，理論上可提供250℃熱源。根據(jù)目前應(yīng)用實(shí)踐和理論分析認(rèn)為：全玻璃太陽(yáng)能集熱器在提供150℃左右熱源時(shí)，綜合熱效率接近50%。提供更高溫度熱源時(shí)，熱效率降低，投資成本高企，不符合應(yīng)用實(shí)踐。

       其中，食品行業(yè)生產(chǎn)沖洗環(huán)節(jié)、以及多種窯爐烘干、紡織品漂洗等行業(yè)用熱溫度在150℃以內(nèi)，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣泛。
本文主要介紹太陽(yáng)能中溫導(dǎo)熱油系統(tǒng)在硅PU生產(chǎn)中的應(yīng)用。在同類產(chǎn)品生產(chǎn)活動(dòng)中，該系統(tǒng)具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)推廣價(jià)值。
硅PU是塑膠跑道常用原材料。生產(chǎn)硅PU的主要原材料是聚醚多元醇和滑石粉。多種原料通過(guò)在反應(yīng)釜中加熱、反應(yīng)、降溫沉淀后制成硅PU。除了硅PU以外，同一個(gè)塑膠跑道原材料生產(chǎn)廠家可能同時(shí)具備生產(chǎn)防水底漆、面漆、塑膠顆粒等多種產(chǎn)品，在實(shí)際應(yīng)用中，太陽(yáng)能導(dǎo)熱油系統(tǒng)常常同時(shí)作為多種產(chǎn)品的熱源。

北方塑膠跑道原材料生產(chǎn)多集中在四月至十一月之間，主要因?yàn)樗苣z跑道施工對(duì)環(huán)境溫度要求比較嚴(yán)格。非生產(chǎn)階段正是北方采暖季，太陽(yáng)能導(dǎo)熱油系統(tǒng)經(jīng)過(guò)換熱后可作為辦公室和職工宿舍采暖、洗浴熱源使用。


1.項(xiàng)目背景

用熱單位日生產(chǎn)硅PU6噸，用熱溫度不低于140℃。中溫導(dǎo)熱油通過(guò)反應(yīng)釜對(duì)材料加熱，需加熱上述材料至120℃。用熱時(shí)間約5小時(shí)。
其他產(chǎn)品用熱特點(diǎn)：塑膠顆粒的用熱溫度在150℃左右；防水底漆、面漆等產(chǎn)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(tài)，通過(guò)多種材料在反應(yīng)釜中加熱制備而成。
設(shè)計(jì)采用串流遞進(jìn)增溫系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)線熱源供應(yīng)部分進(jìn)行改造，要求提供150℃穩(wěn)定熱源，應(yīng)用于上述產(chǎn)品生產(chǎn)。

2.系統(tǒng)組成和運(yùn)行原理

該項(xiàng)目采用串流遞進(jìn)增溫半封閉系統(tǒng)。58-1800型全玻璃真空集熱管為集熱元件，導(dǎo)熱油作為循環(huán)換熱介質(zhì)，鵝卵石儲(chǔ)能，其他管件包括GB/T8163無(wú)縫鋼管，材質(zhì)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(tǒng)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(dǎo)熱油10T,鵝卵石30噸，臥式油罐30m3一個(gè)，膨脹槽0.5m3。

2.1串流遞進(jìn)增溫式太陽(yáng)能集熱器

該類型集熱器采用多支連續(xù)彎轉(zhuǎn)的U型金屬串流管插入全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，載熱工質(zhì)在外部動(dòng)力作用下，在U型管內(nèi)定向流動(dòng)，單位質(zhì)量的載熱工質(zhì)流過(guò)每一支真空管后都有一定的熱收益。按照一定流量連續(xù)的串流多支真空管后溫度逐漸升高到一個(gè)較大值，從而達(dá)到末端用熱的要求。

2.2太陽(yáng)能集熱器技術(shù)參數(shù)


名稱參數(shù)
內(nèi) 容  指 標(biāo)
備注
集熱器形式
全玻璃真空集熱管內(nèi)置U型串流管換熱器；二次換熱承壓運(yùn)行；模塊式串并聯(lián)組裝成大型太陽(yáng)能集熱陣列。
 
耐空曬全玻璃真空管規(guī)格性能
材質(zhì)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(guī)格
47X1600
58X1800
單模塊管數(shù)
50支、100支
 
載熱工質(zhì)
水、防凍液、導(dǎo)熱油
 
換熱方式
動(dòng)力循環(huán)，串流二次換熱，漸進(jìn)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(shí)工作壓力
0.4Mpa
 
工程方式
模塊串并聯(lián)集成
 
可控溫度差
50°C
 
運(yùn)行功耗
單模塊10W—30W
 
單位面積載荷
25公斤/平方米
 
適合工業(yè)范圍
60-130°C
 
設(shè)計(jì)壽命
15年
 
適配泵
揚(yáng)程25—80米
 
適配管路管件
D25—D50
 
特點(diǎn)
炸管不漏水、無(wú)陣列“殘存”熱量、全循環(huán)換熱集熱效率高、無(wú)沉積老水、水質(zhì)清潔、防凍性能好，復(fù)合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行原理如圖

 


系統(tǒng)采用定溫循環(huán)。當(dāng)集熱器溫度達(dá)到設(shè)定溫度上限后，集熱循環(huán)啟動(dòng)。當(dāng)集熱器溫度低于設(shè)定溫度下限時(shí)，集熱循環(huán)停止。

附加控制方式

（1）時(shí)間控制。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)，其他時(shí)間不啟動(dòng)；
（2）變頻控制。定溫循環(huán)溫控區(qū)間采用變頻循環(huán)控制；
（3）流量控制。當(dāng)進(jìn)出油量超過(guò)設(shè)定值，集熱循環(huán)停止工作，報(bào)警提示啟動(dòng)；
（4）溫度控制。當(dāng)郵箱溫度達(dá)到設(shè)定值，集熱循環(huán)停止工作；
（5）液位控制。當(dāng)高位槽液位低于設(shè)定值，報(bào)警提示啟動(dòng)；
（6）輔熱控制。輔熱采用變頻控制。在設(shè)定溫度區(qū)間自動(dòng)變頻輔助加熱；
（7）手動(dòng)控制。
（8）其他控制。


其中，定溫循環(huán)控制溫度設(shè)定是變化的。隨輻照量周期變化做適當(dāng)調(diào)整以適應(yīng)太陽(yáng)能系統(tǒng)，使系統(tǒng)集熱效率最大化。一般溫度設(shè)定以下午四時(shí)集熱器溫度為參考依據(jù)。

時(shí)間控制設(shè)定值一般為日出開(kāi)始，循環(huán)結(jié)束時(shí)間一般為下午五點(diǎn)至下午六點(diǎn)。參考數(shù)據(jù)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(dòng)。
系統(tǒng)不采用溫差循環(huán)的考量主要是當(dāng)集熱器溫度和油箱溫度差值低于溫差設(shè)定值，油箱儲(chǔ)熱循環(huán)過(guò)程會(huì)停止運(yùn)行。



3.應(yīng)用情況分析


3.1系統(tǒng)供熱溫度曲線

 


3.2實(shí)際應(yīng)用情況說(shuō)明

硅PU生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，加熱時(shí)間段為早上9點(diǎn)前后至下午兩點(diǎn)。
用熱設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，設(shè)備存留的部分低溫導(dǎo)熱油進(jìn)入儲(chǔ)熱油罐，導(dǎo)熱油罐溫度驟降20℃左右，約一個(gè)小時(shí)后，系統(tǒng)供熱溫度趨于平穩(wěn)，供油溫度維持在130~140℃之間。至下午兩點(diǎn)前后，反應(yīng)釜內(nèi)容物溫度可達(dá)到110℃左右。啟動(dòng)輔助熱源，可滿足生產(chǎn)要求。
下午兩點(diǎn)至六點(diǎn)，太陽(yáng)能循環(huán)供熱以及油箱儲(chǔ)熱部分，可滿足10T防水底漆或面漆生產(chǎn)需求。
三角形分割線

4.總結(jié)

上述為輔助加熱設(shè)備停用時(shí)，單純采用太陽(yáng)能導(dǎo)熱油系統(tǒng)的運(yùn)行情況分析。從運(yùn)行效果來(lái)看，供熱溫度略低于用熱要求。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，輔助熱源啟動(dòng)，系統(tǒng)供熱溫度可維持在設(shè)定溫度。
按照單純生產(chǎn)硅PU計(jì)算。全年用熱250天，日用電費(fèi)用約為460~530元，全年用電費(fèi)用約105800~121440元。太陽(yáng)能集熱器部分投資約20萬(wàn)元，儲(chǔ)熱設(shè)備10萬(wàn)，輔助加熱設(shè)備投資約2萬(wàn)。
不考慮儲(chǔ)能部分投資（單純用于上述材料生產(chǎn)能力，不需要儲(chǔ)能），太陽(yáng)能系統(tǒng)兩年可收回全部投資。附帶儲(chǔ)能及輔助加熱部分，投資回收期約三年時(shí)間，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
實(shí)際使用過(guò)程中，因?yàn)槌a(chǎn)硅PU以外，剩余熱量可用于其他材料生產(chǎn)；非生產(chǎn)季正值北方冬季采暖季，太陽(yáng)能系統(tǒng)可用于辦公區(qū)及生活區(qū)供暖。實(shí)際投資成本回收期更短。
參考資料：
《串流管漸進(jìn)增溫太陽(yáng)能恒溫溶膠供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)》劉永久


附：太陽(yáng)能工業(yè)導(dǎo)熱油項(xiàng)目圖片

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