在双碳社会背景下，太阳能工业蒸汽集热器未来的发展方向

在双碳社会背景下，太阳能工业蒸汽集热器未来的发展方向

中国太阳能工业蒸汽集热器，采用多层不锈钢集热管，将水转化为饱和蒸汽，并用于工业企业的干燥和消毒杀菌等。 在双碳目标背景下，作为能源消耗大户的工业蒸汽系统的清洁能源化是必然趋势。太阳能高温集热器为解决高温蒸汽加热难题提供了新手段和新方法。 太阳能工业蒸汽集热器，综合了光伏和太阳能供热系统形式和优缺点，并分析了现有技术存在的问题与不足，加以利用并研究开发出了太阳能工业蒸汽集热器。 针对现有技术存在的问题，提出今后可开发适用于工业系统中高温蒸发系统的集热器材料，通过提高工作温度、增加换热面积、增大管径等方式来提高集热器效率。 同时根据我国对太阳能资源的不同要求，提出了可适用于中国大陆地区和台湾地区等不同太阳能资源条件下的多种工作温度、换热面积及效率方案。

一、引言

太阳能工业蒸汽集热器是一种集热、传热、储热于一体的节能高效的工业蒸汽系统。

在工业生产中，常采用蒸馏法来制备高品质的蒸汽，这一过程中会产生大量高温蒸汽。

高温蒸汽，具有易蒸发及不稳定等特点。

传统的蒸馏法主要利用水蒸气对固体和液体物质进行蒸发，且存在效率低、生产成本高等缺点。

采用太阳能蒸馏法不仅可提高工质的利用效率，还可降低系统的投资成本并减少生产环节中的碳排放。

太阳能工业蒸汽集热器可用于高温蒸煮或干燥杀菌，如：对果蔬进行干燥、灭菌和去皮；对食品进行杀菌消毒；对食品进行烘干加工。

在双碳目标背景下，发展高效的蒸煮杀菌技术和低成本蒸煮消毒技术是具有重要意义。

二、高温蒸汽加热面临的问题

高温蒸汽加热技术在工业领域应用的前景广阔，然而，高温蒸汽加热面临着一些亟待解决的问题。

（1）高温对环境温度要求高，需要考虑太阳能辐射、热吸收、换热等因素影响；

（2）高温对水质的要求高。

三、太阳能蒸汽集热器

太阳能蒸汽集热器，是一种太阳能集热管，通过在太阳能集热器内循环集导热油产生蒸汽，以达到加热的目的。

太阳能工业蒸汽集热器采用高效真空玻璃管并配有高温导热油，以获得比传统热管更高的传热效率和更大的换热面积。

在未来，随着技术不断进步和制造成本不断降低。

太阳光伏发电成本与传统能源相比有很大优势，但其在实际应用中受诸多因素制约。

对于太阳能光热应用来说最重要是保证光热组件本身具有足够的吸热性能以及对环境中有热量传递所需要求的环境温度；

四、提高蒸汽温度的措施

对于太阳能蒸汽集热器而言，最理想的工作温度是高于实际使用环境的工作温度。

从理论上讲，太阳能蒸汽集热器工作温度越高，集热管表面换热面积越大，换热系数越高，但其增加的费用会较高。

因此目前采用传热介质来提高集热器工作温度的方式较为单一。

对于太阳能蒸汽锅炉而言，在高温环境下运行过程中，会产生较多的二次蒸汽，这些高温二次蒸汽与环境间存在热量交换。

目前常用的方法是在太阳能蒸汽锅炉中采用高温合金材料作为传热介质，通过增加导热系数使二回路流体保持在一个很小的温差内变化并将热量传递到其它部位。

因此提高太阳能蒸汽集热器工作温度对于减少蒸汽循环过程中的能量损失有很大意义。

五、应用领域范围广

太阳能工业蒸汽集热器采用高温合金材料，具有良好的热稳定性和高强度，热性能指标达到美国标准，可用于太阳能资源丰富的地区工业生产和生活用热水供应。

在中国大陆地区主要应用于水泥、钢铁等高温条件下的蒸汽加热，可满足水泥行业中高温条件下水泥烘干、蒸煮的需求；

在台湾地区，主要应用于食品加工、化工工艺加热等；

太阳能工业蒸汽集热器可以广泛应用于钢铁建材、钢铁生产加工等行业，可满足其各种热负荷条件下的蒸汽加热需求。

随着双碳目标的提出和落实执行，太阳能工业蒸汽集热器作为高效利用太阳能资源的重要途径之一得到越来越多领域的重视和研究。

在双碳目标背景下，太阳能工业蒸汽集热器未来发展方向将围绕高效节能、高密度化、小型化、模块化、智能化等方面展开。

六、展望未来发展方向

在未来，由于太阳能工业蒸汽集热器具有高效性和灵活性，可以直接使用太阳能作为热源，所以发展潜力巨大。

高温蒸发器需具备优良的机械强度；由于集热器工作在高于200℃的环境下，所以还需满足高传热、高机械强度及长寿命要求。

为满足高温蒸发系统对集热效率和占地面积的要求，还需满足对水蒸汽品质及成本、维护及管理等方面性能要求。

在双碳目标背景下，太阳能工业蒸汽集热器有可能成为解决当前能源供需矛盾和环境污染的重要手段。太阳能工业蒸汽集热器是集热技术领域非常具有发展前景的一种能源形式，同时也是未来重要能源发展方向之一。