在雙碳社會背景下，太陽能工業蒸汽集熱器未來的發展方向

中國太陽能工業蒸汽集熱器，采用多層不銹鋼集熱管，將水轉化為飽和蒸汽，并用于工業企業的干燥和消毒殺菌等。 在雙碳目標背景下，作為能源消耗大戶的工業蒸汽系統的清潔能源化是必然趨勢。太陽能高溫集熱器為解決高溫蒸汽加熱難題提供了新手段和新方法。 太陽能工業蒸汽集熱器，綜合了光伏和太陽能供熱系統形式和優缺點，并分析了現有技術存在的問題與不足，加以利用并研究開發出了太陽能工業蒸汽集熱器。 針對現有技術存在的問題，提出今后可開發適用于工業系統中高溫蒸發系統的集熱器材料，通過提高工作溫度、增加換熱面積、增大管徑等方式來提高集熱器效率。 同時根據我國對太陽能資源的不同要求，提出了可適用于中國大陸地區和臺灣地區等不同太陽能資源條件下的多種工作溫度、換熱面積及效率方案。

一、引言

太陽能工業蒸汽集熱器是一種集熱、傳熱、儲熱于一體的節能高效的工業蒸汽系統。

在工業生產中，常采用蒸餾法來制備高品質的蒸汽，這一過程中會產生大量高溫蒸汽。

高溫蒸汽，具有易蒸發及不穩定等特點。

傳統的蒸餾法主要利用水蒸氣對固體和液體物質進行蒸發，且存在效率低、生產成本高等缺點。

采用太陽能蒸餾法不僅可提高工質的利用效率，還可降低系統的投資成本并減少生產環節中的碳排放。

太陽能工業蒸汽集熱器可用于高溫蒸煮或干燥殺菌，如：對果蔬進行干燥、滅菌和去皮；對食品進行殺菌消毒；對食品進行烘干加工。

在雙碳目標背景下，發展高效的蒸煮殺菌技術和低成本蒸煮消毒技術是具有重要意義。

二、高溫蒸汽加熱面臨的問題

高溫蒸汽加熱技術在工業領域應用的前景廣闊，然而，高溫蒸汽加熱面臨著一些亟待解決的問題。

（1）高溫對環境溫度要求高，需要考慮太陽能輻射、熱吸收、換熱等因素影響；

（2）高溫對水質的要求高。

三、太陽能蒸汽集熱器

太陽能蒸汽集熱器，是一種太陽能集熱管，通過在太陽能集熱器內循環集導熱油產生蒸汽，以達到加熱的目的。

太陽能工業蒸汽集熱器采用高效真空玻璃管并配有高溫導熱油，以獲得比傳統熱管更高的傳熱效率和更大的換熱面積。

在未來，隨著技術不斷進步和制造成本不斷降低。

太陽光伏發電成本與傳統能源相比有很大優勢，但其在實際應用中受諸多因素制約。

對于太陽能光熱應用來說最重要是保證光熱組件本身具有足夠的吸熱性能以及對環境中有熱量傳遞所需要求的環境溫度；

四、提高蒸汽溫度的措施

對于太陽能蒸汽集熱器而言，最理想的工作溫度是高于實際使用環境的工作溫度。

從理論上講，太陽能蒸汽集熱器工作溫度越高，集熱管表面換熱面積越大，換熱系數越高，但其增加的費用會較高。

因此目前采用傳熱介質來提高集熱器工作溫度的方式較為單一。

對于太陽能蒸汽鍋爐而言，在高溫環境下運行過程中，會產生較多的二次蒸汽，這些高溫二次蒸汽與環境間存在熱量交換。

目前常用的方法是在太陽能蒸汽鍋爐中采用高溫合金材料作為傳熱介質，通過增加導熱系數使二回路流體保持在一個很小的溫差內變化并將熱量傳遞到其它部位。

因此提高太陽能蒸汽集熱器工作溫度對于減少蒸汽循環過程中的能量損失有很大意義。

五、應用領域范圍廣

太陽能工業蒸汽集熱器采用高溫合金材料，具有良好的熱穩定性和高強度，熱性能指標達到美國標準，可用于太陽能資源豐富的地區工業生產和生活用熱水供應。

在中國大陸地區主要應用于水泥、鋼鐵等高溫條件下的蒸汽加熱，可滿足水泥行業中高溫條件下水泥烘干、蒸煮的需求；

在臺灣地區，主要應用于食品加工、化工工藝加熱等；

太陽能工業蒸汽集熱器可以廣泛應用于鋼鐵建材、鋼鐵生產加工等行業，可滿足其各種熱負荷條件下的蒸汽加熱需求。

隨著雙碳目標的提出和落實執行，太陽能工業蒸汽集熱器作為高效利用太陽能資源的重要途徑之一得到越來越多領域的重視和研究。

在雙碳目標背景下，太陽能工業蒸汽集熱器未來發展方向將圍繞高效節能、高密度化、小型化、模塊化、智能化等方面展開。

六、展望未來發展方向

在未來，由于太陽能工業蒸汽集熱器具有高效性和靈活性，可以直接使用太陽能作為熱源，所以發展潛力巨大。

高溫蒸發器需具備優良的機械強度；由于集熱器工作在高于200℃的環境下，所以還需滿足高傳熱、高機械強度及長壽命要求。

為滿足高溫蒸發系統對集熱效率和占地面積的要求，還需滿足對水蒸汽品質及成本、維護及管理等方面性能要求。

在雙碳目標背景下，太陽能工業蒸汽集熱器有可能成為解決當前能源供需矛盾和環境污染的重要手段。太陽能工業蒸汽集熱器是集熱技術領域非常具有發展前景的一種能源形式，同時也是未來重要能源發展方向之一。