劉長才，趙麗瓊，徐清

(華北電力設計院工程有限公司，北京 100120)

0 引言

太陽能集熱器是太陽能熱利用系統(tǒng)中的關鍵設備，要求集熱介質性能好、工作溫度高、熱穩(wěn)定性強、傳熱性佳、熱傳遞損失小、低蒸汽壓、低凝固點、材料相溶性和經濟性好。目前，較成熟的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)傳熱介質主要為陶氏化學公司生產的牌號為DOWTHERM A的導熱油，這一類型的導熱油為聯苯和聯苯醚低熔混合物，由26.5%的聯苯和73.5%的聯苯醚組成。工作溫度范圍為12～400℃，是最穩(wěn)定的合成有機導熱油，裂解速率最低，對管材要求低，自燃點為615℃，經濟性較好。

1 DOWTHERM A導熱油的物性數據

在過程開發(fā)和各種應用研究中，廣泛需要各種物質的物性數據，良好的物性數據在設計、研究、操作和控制中至關重要［1］，但數據的現狀卻不能令人滿意。近年來不少學者為此呼吁并總結了正反兩方面的經驗:如由于缺乏可信度高的物性數據，導致設計中自信度的降低，并使投資和操作費用增加;或由于數據的精度不高和關聯不善，引起了具有損害性的效應［2］。

在太陽能電站有關導熱油的工藝計算中，需要大量的DOWTHERM A導熱油物性數據，以確定導熱油的性質，從而保證工藝計算準確性。然而，由于導熱油多為供應商的專利產品，因此，具體的組分難以獲得。在美國的DIPPR、德國的DETHERM和日本的熱物性數據庫也不會收錄這些專用物質的物性數據［3］。本文通過廠家網站公開的DOWTHERM A導熱油產品樣本數據，用PROII軟件將其物性數據回歸成數學模型，在軟件中建立虛擬組分，將回歸的數學模型的參數導入虛擬組分中，進行導熱油的相關工藝計算。

2 導熱油物性數據的回歸

物性數據回歸一般按照數據收集→模型→參數回歸的步驟進行。

2.1 樣本物性數據的收集

進行物性數據的回歸，首先要有準確的樣本數據或試驗數據。工藝模擬的物性數據主要有飽和蒸汽壓、液體體積質量、理想氣體比焓、液體比焓、潛熱比焓、氣體導熱系數、液體導熱系數、氣體黏度、液體黏度和表面張力等。表1為DOWTHERM A的導熱油樣本數據。

2.2 數學模型的選擇

導熱油物性數據的回歸需要選擇關聯的參數，從表1可以看出，導熱油熱力學數據均是溫度的函數且是非線性的。已知現有溫度參數9組數據，使用PROII軟件進行回歸計算時，供選擇的數學模型最接近的為8參數模型，所以，采用8參數數學模型，利用樣本數據回歸所需的物性數據。

數學模型的方程為

式中:t為導熱油溫度，℃;C1～C8為參數;Prop為待回歸的物性數據。

2.3 確定參數C1～C8

通過PROII軟件回歸物性數據，將給定的樣本數據代入數學模型中，得出參數C1～C8的結果，見表2。

方差的設定

式中:S為方差;Propical為回歸計算的物性數據;Propiexpt為樣本給出的物性數據。

表1 DOWTHERM A的導熱油樣本數據

表2 DOWTHERM A的導熱油物性回歸參數

采用相應的數學模型對導熱油物性進行回歸計算，得出各參數(表2)及各參數與溫度的關系曲線圖(如圖1～圖4所示)，限于篇幅，本文僅給出飽和蒸汽壓、潛熱比焓、氣體導熱系數及液體黏度與溫度的關系曲線圖。從以上圖中可以看出，各參數與溫度的關系有的接近線性關系，有的則遠離線性關系，所以，在計算時簡單的采用線性關系進行物性及工藝計算會帶來較大的誤差?；貧w后的導熱油物性與原有的數據庫物性(即26.5%的聯苯和73.5%的聯苯醚的混合物)也有差別，因為各導熱油公司為了技術保密而不公開相關的添加劑的物性，這些都會導致工藝計算的偏差。

圖1 飽和蒸汽壓與溫度的關系曲線

3 采用回歸后熱力學參數的工藝計算

對導熱油熱力學參數的回歸進行了計算，把回歸后的參數存入PROII定義的虛擬組分數據庫中，將回歸后的參數與原有的物性數據庫進行了比較分析［4］。

用PROII軟件對太陽能電站導熱油換熱器建立圖5所示流程，導熱油換熱器依次經過熱器E3、蒸發(fā)器E2、省煤器E1，鍋爐給水依次經過省煤器、蒸發(fā)器、過熱器后產生過熱蒸汽進入汽輪機。

采用回歸后的熱力學參數對太陽能電站中的導熱油換熱器中的省煤器E1進行工藝模擬計算，并與PROII數據庫中的原熱力學參數計算的結果進行比較［5-6］。

通過PROII模擬計算結果，在導熱油熱側溫度同為318.3℃的前提下，采用回歸熱力學參數計算的導熱油質量流量為1993600 kg/h，而原熱力數據計算的導熱油質量流量為2099000 kg/h，采用回歸熱力學參數對省煤器的模擬計算可節(jié)省導熱油質量流量達105400 kg/h，占原熱力數據計算的導熱油質量流量的5.02%。在太陽能電站中，采用國外品牌的導熱油雖然毒性低，無氣味，不結垢，無沉積，但價格非常昂貴，通過回歸的導熱油物性參數后的模擬計算可提高設計精度，同時降低投資。

圖5 太陽能電站導熱油換熱器流程圖

4 結論

對導熱油樣本數據進行了回歸計算，采用合理的數學模型，推導出方差允許的模型參數，并用回歸后的熱力學數據對太陽能電站導熱油換熱器中的省煤器進行工藝計算，通過比較發(fā)現，導熱油耗量比原數據庫中的熱力學數據計算的耗量節(jié)省5.02%，該導熱油的熱力學物性參數可以比較準確地進行太陽能電站中導熱油換熱器的工藝計算，對工程的設計有參考作用，使得工程設計更加精確和完善。

［1］王凌燕，孫曉巖，李忠杰，等.基于回歸二元交互參數的芳烴抽提過程模擬［J］.化工學報，2011(12):3452-3457.

［2］廉潔，王雙成.物質偏心因子的回歸與關聯［J］.化學工程，2006(10):34-10.

［3］朱自強.國外化工數據編篡進展簡介［J］.化學工程，1997(3):25-03.

［4］黨鎖剛，高富春，漢鵬武.太陽能發(fā)電技術特性研究［J］.華電技術，2010，32(6):76-80.

［5］王志剛.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)控制方案淺析［J］.華電技術，2010，32(4):18-19.

［6］呂貝，邱河梅，張宇.太陽能光伏發(fā)電產業(yè)現狀及發(fā)展［J］.華電技術，2010，32(1):73-76.