一种用于研究变热负荷下吸热器受热面流量和管壁温度的实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于吸热器研宄实验装置领域，具体涉及一种用于研宄变热负荷下吸热器受热面流量和管壁温度的实验装置。
【背景技术】
[0002]当前世界能源消耗结构中，石油、天然气、煤等化石能源仍然占很大比重，其消耗量更是随着社会经济的发展日益增加。而化石能源的储量有限，且在消耗过程中会对生态环境，尤其是大气环境，造成很大的污染，严重影响了地球上生物的生存和健康。鉴于化石能源的短缺以及其污染性，寻求新的清洁可再生能源，已成为人类社会发展的当务之急。
[0003]在众多可再生能源中，太阳能因其储量充足、分布广泛、清洁安全等诸多优点，受到越来越多的关注。太阳能热发电技术作为人类利用太阳能资源的重要手段，自20世纪80年代以来，塔式太阳能热发电技术得到了迅猛发展，一批塔式太阳能试验电站先后投入试运行。塔式热发电就是利用平面反射镜阵列(定日镜场)将太阳能聚焦反射至位于高塔上的光热转化装置吸热器上，将吸热器内的工作介质(比如水)加热成高温蒸汽，高温蒸汽在汽轮机中将热能转化成动能，最后带动发电机发电的技术。大量实验和运行数据证明，塔式太阳能热发电不仅在技术上可行，而且具有高效率、大容量的商业应用前景。我国塔式太阳能发电方面起步较晚，成本和技术是制约我国塔式太阳能热发电商业运作的两大瓶颈，其中关键技术的研宄是大力推广塔式太阳能热发电，降低发电成本，缓解能源匮乏，实现清洁能源推广的重要保障。
[0004]吸热器是太阳能热发电系统中太阳能转化为热能的核心部件。根据传热介质的不同，吸热器的结构、工作参数及热效率各不相同。目前，以水工质为腔式吸热器的塔式太阳能热发电站因其优良的经济性中愈来愈受到各国的高度重视，也是各国政府极力推广的聚光式太阳能热发电应用的技术选型。20世纪80年代建成的美国的Solar One和西班牙的CESA-1的试验电站，2007年初投产的由西班牙Abengoa Solar公司建造的11丽的塔式太阳能商业电站PS10，2009年西班牙Abengoa Solar公司建成并投产的20MW塔式太阳能商业电站PS20，2012年在我国北京建设的亚洲首座丽级塔式太阳能示范电站均采用了水/蒸汽式吸热器。
[0005]长期的科研实验与生产实践发现:受工作介质两相流的影响，水/蒸汽吸热器受热面本身存在并联管组各管路的流量分配和水动力特性的差异较大的问题，同时因定日镜的高聚光性使得投射到吸热器上的热负荷(太阳能光斑)呈现出中心温度高、由里及外依次衰减的高强度、分布不均匀性特征，流量分配和热流密度分布两种太阳能聚光热发点固有的特征会使得吸热器个别管路出现高温烧蚀、部分管路倒流等严重的水动力问题，严重影响吸热器的稳定性和整个电厂的安全运行。因而，掌握变热负荷下吸热器受热面流量和壁温分布特性对保证吸热器安全稳定运行有着至关重要的作用，同时，有利于实现水工质腔式吸热器向高效率、聚光太阳能热发电技术向大容量、规模化方向发展。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种用于研宄变热负荷下吸热器受热面流量和管壁温度的实验装置，该实验装置设计合理，结构简单，能够有效反映出变热负荷下吸热器受热面的流量和壁温分布。
[0007]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0008]一种用于研宄变热负荷下吸热器受热面流量和管壁温度的实验装置，包括供水单元、加热单元、换热冷却单元及实验工段；供水单元包括水箱，加热单元包括预热器，换热冷却单元包括冷却水箱、冷却器及冷却塔；水箱内的去离子水通过预热器后进入实验工段，再经预热器和冷却器返回水箱中；冷却水箱中的循环冷却水通过冷却水泵与冷却器相连，再经过冷却塔返回冷却水箱中；
[0009]在预热器与实验工段相连的进水管路上设有进口测温热电偶和进口压力传感器，在实验工段与预热器相连的出水管路上依次设有出口压力传感器、出口测温热电偶及背压阀；
[0010]所述实验工段包括若干并联固定在支架上的实验管，每个实验管的入口端均设有孔板流量计、流量调节阀及差压变送器；在每个实验管的管壁上布置有一个正极板和若干负极板，且正、负极板通过电缆与大电流变压器相连；在每个实验管的管壁上还布置若干测温热电偶，测温热电偶、差压变送器通过信号线与数据采集板相连。
[0011]水箱的出水口通过管路与预热器的第一进水口相连，预热器的第一出水口通过管路与实验管的进水管相连，实验管的出水管通过管路与预热器的第二进水口相连，预热器的第二出水口通过管路与冷却器的第一进水口相连，冷却器的第一出水口通过管路与水箱的进水口相连，冷却水箱的出水口通过管路与冷却器的第二进水口相连，冷却器的第二出水口通过管路与冷却塔的进水口相连，冷却塔的出水口通过管路与冷却水箱的进水口相连。
[0012]供水单元还包括实验泵，该实验泵设置在水箱和预热器第一进水口相连的管路上，且在该管路上设有常开阀；在实验泵通向预热器的管路上设有第一止回阀；在第一止回阀与预热器的管路上还分支出一条与水箱相连的旁路，旁路上设有旁路调节阀。
[0013]在冷却水箱出水口和冷却水泵进水口之间的管路上设有冷却水调节阀，在冷却水泵出水口与冷却器第二进水口之间的管路上设有第二止回阀。
[0014]在实验工段上还设有可调变压器，该可调变压器与实验工段形成电加热回路。
[0015]实验工段中的实验管通过U型夹固定在支架上，且在实验管与U型夹及支架间设有绝缘套。
[0016]在所述实验管的外部包覆保温玻璃棉。
[0017]所述实验管为304L管材，管径为012mmXlmm，管长为3m。
[0018]进口测温热电偶、出口测温热电偶及设置在实验管的管壁上的测温热电偶均采用K型热电偶。
[0019]该实验装置的温度不超过250°C，测试压力不超过1.2MPa，实验工段所用介质为去离子水，且水流流量为O?500L/h
[0020]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0021]本发明的用于研宄变热负荷下吸热器受热面流量和管壁温度的实验装置由供水单元、加热单元、换热冷却单元及实验工段四部分组成。水箱内去离子经过实验泵、预热器与实验段相连，实验段经过流量调节阀、孔板流量计与背压阀连接后，再经过预热器和冷却器回到水箱中，实验段进出口设有压力变送器和测温热电偶；实验段管壁布置有正负极板(通过电缆连接至大电流变压器)和若干测温热电偶，正负极板的位置能够根据实际工况进行调整，通过调节极板的位置实现一个变压器调节管组不同加热热负荷的目的；循环冷却水通冷却器后经过冷却塔回流至冷却水箱。本发明从实验角度弥补了塔式太阳能热发电系统水工质吸热器受热面的水动力特性研宄上的空白。本发明的实验装置与真实系统在技术上比较接近，通过对水工质腔式吸热器受热面介质的流量分配和壁温分布进行实验研宄，获得的吸热器受热面运行过程中压力、流量、壁温等参数的变化规律，这些参数变化规律能够为水工质吸热器的设计和运行提供实验指导。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的实验装置结构图；
[0023]图2为本发明的实验工段实验管与支架电绝缘示意图；
[0024]图3为本发明的实验系统中实验工段结构图.
[0025]其中，1.水箱；2.旁路调节阀；3.常开阀；4.实验泵；5.第一止回阀；6.预热器；
7.进口测温热电偶；8.进口压力传感器；9-13.流量调节阀；14-18.孔板流量计；19-23.差压变送器；24.可调变压器；25.出口测温热电偶；26.出口压力传感器；27.背压阀；28.冷却水箱；29.冷却水调节阀；30.冷却水泵；31.第二止回阀；32.冷却器；33.冷却塔；34-47.负极板；48-77.测温热电偶；78-82.正极板；83.实验管；84.绝缘套；85.U型夹；86.螺母;87.支架
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0027]参见图1，本发明的用于研宄变热负荷下吸热器受热面流量和管壁温度的实验装置，包括供水单元、加热单元、换热冷却单元及实验工段；供水单元包括水箱1，加热单元包括预热器6，换热冷却单元包括冷却水箱28、冷却器32及冷却塔33 ;水箱I内的去离子水通过预热器6后进入实验工段，再经预热器6和冷却器32返回水箱I中；冷却水箱28中的循环冷却水通过冷