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淺析燃氣鍋爐未來低碳綠色發展路徑————“燃氣+”光熱熔鹽儲能供熱融合創新應用技術

近期隨著俄烏戰亂對全球能源供給的重大影響，加上國內能耗能源“雙控”目標任務的加速落實。加快構建清潔低碳、安全高效的能源體系，促進能源高質量發展和經濟社會發展全面綠色轉型，為科學有序推動如期實現碳達峰、碳中和目標和建設現代化經濟體系提供保障。作為“煤改氣”發展到今天，我國已經成為全球最大的液化天然氣進口第一大國，燃氣調峰電站的加速替代燃煤電站的增長，勢必給燃氣用戶帶來能源上漲和保供安全風險，供暖季的工業企業錯峰減產從試點逐漸變為了常態化。再加上能耗雙控和雙碳減排的問題管控，是需要所有燃氣用戶，特別是工業燃氣鍋爐用戶需要盡早預警，盡快轉型探索安全穩定能源結構的策略和方案。

從(cong)國(guo)內能(neng)源(yuan)發展(zhan)調整趨勢來(lai)看(kan)，“煤改(gai)氣”會慢(man)慢(man)減少變為“煤改(gai)電(dian)(dian)”增多(duo)的(de)(de)發展(zhan)，電(dian)(dian)代(dai)(dai)(dai)煤、電(dian)(dian)代(dai)(dai)(dai)氣、電(dian)(dian)代(dai)(dai)(dai)油的(de)(de)能(neng)源(yuan)替代(dai)(dai)(dai)路徑(jing)發展(zhan)，同時伴(ban)隨著可(ke)再生能(neng)源(yuan)的(de)(de)替代(dai)(dai)(dai)燃(ran)氣也在轟(hong)轟(hong)烈(lie)烈(lie)的(de)(de)試行，從(cong)單一(yi)燃(ran)氣鍋爐的(de)(de)形式逐步向燃(ran)氣耦合可(ke)再生能(neng)源(yuan)、綠色電(dian)(dian)力等清(qing)(qing)潔低(di)碳(tan)的(de)(de)路徑(jing)轉型發展(zhan)。基于(yu)燃(ran)氣鍋爐產(chan)生蒸汽和供熱為主的(de)(de)應(ying)(ying)用現(xian)實，我(wo)們重點討論可(ke)再生能(neng)源(yuan)中最(zui)直接利用的(de)(de)太陽能(neng)光熱技術來(lai)分析。隨著光熱發電(dian)(dian)技術在國(guo)內的(de)(de)示(shi)范到(dao)規模(mo)應(ying)(ying)用，越來(lai)越多(duo)的(de)(de)聚光集(ji)熱技術型式在可(ke)再生能(neng)源(yuan)清(qing)(qing)潔熱能(neng)替代(dai)(dai)(dai)行動中嶄(zhan)露頭角。

首先，從“燃氣(qi)+”可(ke)再生能源太陽能聚(ju)光集熱替代部分天然氣(qi)，以白天為主替代時段，我們(men)從國(guo)際(ji)上面最成熟的(de)槽(cao)式技(ji)(ji)術(shu)入手，創(chuang)新(xin)研究跨界耦(ou)合(he)燃氣(qi)蒸汽供熱鍋爐的(de)互(hu)補(bu)利用(yong)，作(zuo)為燃氣(qi)鍋爐耦(ou)合(he)的(de)創(chuang)新(xin)高(gao)效聚(ju)光集熱技(ji)(ji)術(shu)，需要在(zai)光熱發電的(de)基礎上面，進行跨界再創(chuang)新(xin)應用(yong)。

槽式(shi)太陽能(neng)聚光集熱技術(shu)系(xi)統（網絡圖片）

槽式光(guang)熱(re)(re)集(ji)(ji)熱(re)(re)技術(shu)耦(ou)合(he)“燃(ran)氣+”用(yong)于工(gong)業蒸汽領域(yu)，在(zai)設計階段應該擯棄傳統光(guang)熱(re)(re)發(fa)電用(yong)槽式集(ji)(ji)熱(re)(re)的(de)相對(dui)高(gao)成(cheng)(cheng)本的(de)設計思(si)想，在(zai)優(you)化中我們利用(yong)更匹配應用(yong)溫(wen)(wen)度(du)區間采(cai)取降(jiang)(jiang)低(di)集(ji)(ji)熱(re)(re)溫(wen)(wen)度(du)（從集(ji)(ji)熱(re)(re)場出口(kou)(kou)溫(wen)(wen)度(du)393℃向(xiang)下降(jiang)(jiang)低(di)到(dao)235℃左(zuo)右）、從繁(fan)到(dao)簡（采(cai)用(yong)4片(pian)反(fan)射鏡(jing)組(zu)成(cheng)(cheng)的(de)拋物線降(jiang)(jiang)低(di)到(dao)2片(pian)組(zu)成(cheng)(cheng)）、從大到(dao)小（開口(kou)(kou)寬度(du)從5770mm降(jiang)(jiang)低(di)到(dao)3000mm，焦距從1710mm降(jiang)(jiang)低(di)到(dao)950mm）、從長到(dao)短（集(ji)(ji)熱(re)(re)器(qi)組(zu)合(he)從150m減少(shao)到(dao)50m）的(de)思(si)路，通(tong)過對(dui)大量工(gong)業蒸汽客(ke)戶(hu)的(de)調(diao)研，集(ji)(ji)熱(re)(re)場的(de)出口(kou)(kou)溫(wen)(wen)度(du)比光(guang)熱(re)(re)發(fa)電領域(yu)至少(shao)降(jiang)(jiang)低(di)了(le)150℃以(yi)上(shang)，這使得材料、導(dao)熱(re)(re)介(jie)質、全系(xi)統的(de)配置成(cheng)(cheng)本大幅下降(jiang)(jiang)，溫(wen)(wen)度(du)和壓力降(jiang)(jiang)低(di)也降(jiang)(jiang)低(di)了(le)集(ji)(ji)熱(re)(re)系(xi)統的(de)安全風險，反(fan)射鏡(jing)采(cai)用(yong)兩(liang)片(pian)的(de)設計極大的(de)降(jiang)(jiang)低(di)了(le)施工(gong)安裝成(cheng)(cheng)本。

總結(jie)現有(you)光熱(re)(re)發電用(yong)槽式集(ji)(ji)熱(re)(re)技術(shu)設(she)(she)計(ji)模式特點，針對工業蒸汽(qi)領域(yu)可以(yi)(yi)利用(yong)當前市場中常(chang)規(gui)(gui)的(de)(de)(de)(de)中高(gao)(gao)(gao)溫槽式集(ji)(ji)熱(re)(re)技術(shu)，通(tong)過(guo)提高(gao)(gao)(gao)適應(ying)性(xing)的(de)(de)(de)(de)設(she)(she)計(ji)思維，采用(yong)開口3000mm的(de)(de)(de)(de)集(ji)(ji)熱(re)(re)器(qi)比(bi)常(chang)規(gui)(gui)產品(pin)提高(gao)(gao)(gao)14%的(de)(de)(de)(de)寬(kuan)度(du)(du)比(bi)例，實現了(le)(le)兩片反射鏡產品(pin)設(she)(she)計(ji)，接(jie)(jie)近合理(li)極限寬(kuan)度(du)(du)，同時焦(jiao)距設(she)(she)計(ji)也(ye)(ye)在(zai)(zai)此基(ji)礎上(shang)提高(gao)(gao)(gao)了(le)(le)10%，相(xiang)應(ying)的(de)(de)(de)(de)采光面積也(ye)(ye)提高(gao)(gao)(gao)了(le)(le)14%；采用(yong)設(she)(she)計(ji)長度(du)(du)3000mm的(de)(de)(de)(de)集(ji)(ji)熱(re)(re)管(guan)比(bi)常(chang)規(gui)(gui)產品(pin)提高(gao)(gao)(gao)33%的(de)(de)(de)(de)長度(du)(du)比(bi)例，實現了(le)(le)原來(lai)三支改為兩支集(ji)(ji)熱(re)(re)管(guan)產品(pin)的(de)(de)(de)(de)設(she)(she)計(ji)匹配，降(jiang)低(di)成(cheng)本減少施(shi)工焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)口30%左右；為了(le)(le)在(zai)(zai)金(jin)屬結(jie)構成(cheng)本降(jiang)低(di)做了(le)(le)更加適應(ying)性(xing)優(you)化設(she)(she)計(ji)，滿足(zu)可靠性(xing)能和降(jiang)低(di)成(cheng)本的(de)(de)(de)(de)雙(shuang)向要求(qiu)。通(tong)過(guo)合理(li)降(jiang)級(ji)加上(shang)優(you)化升(sheng)級(ji)雙(shuang)重(zhong)系統設(she)(she)計(ji)后，導熱(re)(re)介質在(zai)(zai)最(zui)高(gao)(gao)(gao)溫度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)設(she)(she)計(ji)上(shang)控制在(zai)(zai)了(le)(le)315℃以(yi)(yi)下(xia)，導熱(re)(re)油(you)的(de)(de)(de)(de)冷凝點從14℃下(xia)降(jiang)到-18℃，以(yi)(yi)此降(jiang)低(di)導熱(re)(re)、傳熱(re)(re)系統的(de)(de)(de)(de)防(fang)凝成(cheng)本。未來(lai)低(di)熔(rong)點熔(rong)鹽直接(jie)(jie)導熱(re)(re)打(da)下(xia)堅實的(de)(de)(de)(de)基(ji)礎，采用(yong)單一(yi)介質集(ji)(ji)熱(re)(re)、導熱(re)(re)、傳熱(re)(re)、儲熱(re)(re)實現系統更高(gao)(gao)(gao)效(xiao)率(lv)做好充足(zu)的(de)(de)(de)(de)準(zhun)備和基(ji)礎驗證。

槽式(shi)有機朗(lang)肯發電加供熱的多能互(hu)補參考工藝(yi)技術

在槽式(shi)集熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)設(she)(she)計(ji)(ji)方(fang)面，主要(yao)(yao)從(cong)以下幾個(ge)方(fang)面進行(xing)了優化(hua)(hua)：1、集熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高度與(yu)建筑物(wu)匹(pi)配(pei)設(she)(she)計(ji)(ji)；2、槽式(shi)拋(pao)物(wu)線短焦距技(ji)術(shu)，解(jie)決陽光(guang)二次(ci)污染問題；3、土(tu)地空間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)利用(yong)，單軸(zhou)跟蹤技(ji)術(shu)能夠提高光(guang)學接收效率(lv)（相(xiang)比非跟蹤技(ji)術(shu)），設(she)(she)計(ji)(ji)更輕便標準模塊化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)拋(pao)物(wu)面型結構方(fang)式(shi)；4、集熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)采(cai)用(yong)導熱(re)(re)(re)(re)油作為吸熱(re)(re)(re)(re)、傳熱(re)(re)(re)(re)、換(huan)熱(re)(re)(re)(re)介質，能夠降低(di)系(xi)(xi)統(tong)(tong)壓(ya)力(li)，提高系(xi)(xi)統(tong)(tong)安全穩定(ding)性，同(tong)時配(pei)置導熱(re)(re)(re)(re)油緩(huan)沖罐；5、未(wei)來(lai)直接低(di)熔點(dian)熔鹽導熱(re)(re)(re)(re)儲熱(re)(re)(re)(re)技(ji)術(shu)會逐步替(ti)代，滿(man)足(zu)熔鹽儲能供熱(re)(re)(re)(re)一體(ti)化(hua)(hua)融合創新應用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)需要(yao)(yao)。經過蒸汽(qi)發生器(qi)內的(de)(de)(de)(de)(de)(de)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)器(qi)加(jia)熱(re)(re)(re)(re)水(shui)，從(cong)而給客戶(hu)提供穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)蒸汽(qi)，避免云(yun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)遮擋(dang)給系(xi)(xi)統(tong)(tong)帶來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不穩定(ding)影響；6、設(she)(she)計(ji)(ji)合理的(de)(de)(de)(de)(de)(de)（熔鹽）儲能方(fang)案，為用(yong)戶(hu)提供更長時間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)太陽能蒸汽(qi)利用(yong)小時數，目前針(zhen)對儲能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)術(shu)在可(ke)考慮配(pei)置低(di)成本固(gu)體(ti)儲熱(re)(re)(re)(re)、導熱(re)(re)(re)(re)油、低(di)熔點(dian)鹽、相(xiang)變材料等(deng)多種(zhong)模式(shi)，為不同(tong)用(yong)戶(hu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)需要(yao)(yao)設(she)(she)計(ji)(ji)最佳的(de)(de)(de)(de)(de)(de)儲熱(re)(re)(re)(re)方(fang)案，以滿(man)足(zu)用(yong)戶(hu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)蒸汽(qi)穩定(ding)需要(yao)(yao)。

其次從“燃氣+”熔鹽儲(chu)能(neng)供(gong)熱替(ti)(ti)(ti)代(dai)部(bu)分天然氣，著力提(ti)升電(dian)能(neng)替(ti)(ti)(ti)代(dai)用戶(hu)靈活互(hu)動和(he)新(xin)(xin)能(neng)源消(xiao)納(na)能(neng)力，之所以(yi)現階段考慮(lv)(lv)采用熔鹽儲(chu)能(neng)方(fang)式替(ti)(ti)(ti)代(dai)部(bu)分天然氣消(xiao)耗，主要(yao)考慮(lv)(lv)是(shi)(shi)(shi)能(neng)源結(jie)構的(de)快速變(bian)化，也是(shi)(shi)(shi)作為(wei)(wei)電(dian)能(neng)替(ti)(ti)(ti)代(dai)耦(ou)合利(li)用的(de)互(hu)補模式，減少低碳排放的(de)有效途徑，充分利(li)用新(xin)(xin)能(neng)源高速增長(chang)的(de)未來趨勢，以(yi)消(xiao)納(na)新(xin)(xin)能(neng)源為(wei)(wei)主體的(de)熔鹽儲(chu)能(neng)技(ji)術，從現階段的(de)4小(xiao)時、6小(xiao)時逐步慢慢走向替(ti)(ti)(ti)代(dai)更多(duo)時長(chang)，不僅僅是(shi)(shi)(shi)從經濟性上面考慮(lv)(lv)，也是(shi)(shi)(shi)隨(sui)著能(neng)源結(jie)構低碳綠色發展的(de)腳步逐步匹配發展。

熔(rong)鹽(yan)儲(chu)能供熱(re)(re)技術主要(yao)由熔(rong)鹽(yan)材料、熔(rong)鹽(yan)儲(chu)罐、熔(rong)鹽(yan)泵、電(dian)加熱(re)(re)器、換熱(re)(re)器、除(chu)氧器、控(kong)制系統(tong)和各種水泵以及(ji)管道閥門等組成。熔(rong)鹽(yan)儲(chu)能系統(tong)采用冷熱(re)(re)熔(rong)鹽(yan)雙(shuang)罐設計，根據不同(tong)的運行模式，通過改變熔(rong)融鹽(yan)的流向，來(lai)決定系統(tong)是儲(chu)熱(re)(re)還是放熱(re)(re)。

熔鹽儲能供熱和發電系統(tong)（網(wang)絡圖(tu)片）

如何(he)針對(dui)“燃(ran)氣+”熔(rong)鹽(yan)儲能(neng)供熱技術(shu)融(rong)合(he)利(li)用(yong)，采(cai)用(yong)熔(rong)鹽(yan)儲熱技術(shu)應用(yong)更(geng)多的(de)(de)工(gong)業蒸汽電能(neng)替代，作(zuo)為(wei)用(yong)戶側可控負(fu)荷的(de)(de)使用(yong)和推廣(guang)，一邊解決(jue)天然氣價(jia)格持續上漲和低碳(tan)減排壓力，更(geng)助(zhu)力新能(neng)源配置儲能(neng)的(de)(de)比例要(yao)求和消納(na)新增新能(neng)源難題，這個(ge)是“燃(ran)氣+”熔(rong)鹽(yan)新型儲能(neng)技術(shu)為(wei)工(gong)業低碳(tan)發展的(de)(de)現實價(jia)值；基(ji)于它(ta)是作(zuo)為(wei)目前(qian)在(zai)光熱發電領域被證實的(de)(de)最成熟技術(shu)路徑。

融合(he)(he)統籌能源(yuan)(yuan)綠色低碳轉型和(he)能源(yuan)(yuan)供應安全保(bao)(bao)障，提高(gao)適應“燃氣+”可(ke)再生能源(yuan)(yuan)、電(dian)能替代(dai)(dai)、新(xin)型儲(chu)(chu)(chu)能創新(xin)發展(zhan)以及(ji)應對能源(yuan)(yuan)供應保(bao)(bao)障能力，優化能源(yuan)(yuan)多(duo)元化儲(chu)(chu)(chu)備設施布局(ju)，完善煤(mei)電(dian)油(you)氣供應保(bao)(bao)障協調(diao)同綜合(he)(he)能源(yuan)(yuan)利(li)(li)用機制。加快形成燃煤(mei)油(you)氣儲(chu)(chu)(chu)備、可(ke)再生能源(yuan)(yuan)替代(dai)(dai)儲(chu)(chu)(chu)備和(he)電(dian)能綠色替代(dai)(dai)與熔鹽(yan)儲(chu)(chu)(chu)能有機結合(he)(he)、互為補充，產能儲(chu)(chu)(chu)備和(he)其他儲(chu)(chu)(chu)備方(fang)式(shi)相結合(he)(he)的新(xin)型綜合(he)(he)能源(yuan)(yuan)利(li)(li)用體系(xi)。

注：本文由山西常晟新能源科技王工（13810518839）供稿，歡迎行業朋友聯系交流。