來源:北京佳潔能新節能技術有限公司 | 0評論 | 12613查看 | 2017-12-05 15:40:00
塔式熔鹽太陽能光熱發電集熱儲熱換熱過程是將290℃的冷熔鹽從冷儲熱罐中抽出至位于塔頂的集熱器,被加熱到565℃,然后借重力回到熱熔鹽儲熱罐中,再由熱鹽泵抽出經過蒸汽發生器系統而產生高溫高壓蒸汽來驅動汽輪機發電系統發電。在日落時,將整個管路中的熔鹽回收至熔鹽罐;在次日系統重新運行時,通過熔鹽管道上環繞電阻絲先對整個管道進行預熱,達到預定溫度后才充入熔鹽。
冷熔鹽在上塔管路中,設置熔鹽調節閥控制熔鹽流量壓力,通過流量嚴格控制集熱器出口的熔鹽溫度。在運行過程中,每天氣象條件不是一成不變的,如云層的。這就要求該調節閥長期運行下不但要準確控制進集熱器的熔鹽流量,而且集熱器側的壓力要保持在設計允許的范圍。否則無論是流量還是壓力的誤差,都會影響到集熱器的安全運行,嚴重時發生生產事故。
50MW的機組塔高一般在180~200米,被加熱到565℃的熔鹽通過下降管回到熔鹽熱罐。熔鹽在進熱罐的管路中同樣設置熔鹽調節閥來控制進熱罐熔鹽的壓力。這時調節閥閥前壓力不會低于5MPa,熱熔鹽進罐必須控制在0.3MPa以內。罐體是由鋼板焊接起來的,熔鹽流體的沖擊力及調節閥出現的震動帶來管道的震動,或許會導致儲熱罐體焊縫裂開,引起熔鹽小規模泄漏,嚴重時威脅到整個罐體的安全,長期下去后果可想而知。
基于光熱發電熔鹽系統的特殊性,這些位置熔鹽調節閥必定是高壓差。高壓差必然導致高流速,而高流速又帶來振動、沖刷汽蝕、噪聲等嚴重問題。
熔鹽調節閥中產生的汽蝕空化沖刷現象是肯定存在的,融熔狀態的熔鹽在閥內部進入節流部位時壓力驟然下降,在通流截面面積最小處壓力降至最低,當這一壓力低于當前溫度下流體的飽和蒸汽壓時,部分液體會出現汽化,形成大量微小的汽泡,當融熔狀態的熔鹽流過節流口壓力回升時,這些汽泡又發生破裂回到液態,對閥體和閥芯等部件產生沖擊并帶來噪聲、振動等危害。
以下是幾種熔鹽調節閥的結構:
?單座調節閥閥體內有一個閥芯和一個閥座,具有泄漏量小的特點。該閥不平衡力大,其允許壓差較小,在高壓差、大口徑情況下不宜使用。
串級式多級降壓結構把原本的一個整體的節流區域以多個分開的節流區域互相串聯,從而使較大的壓差轉換為多個較小的壓差,使每一次的降壓范圍都控制在飽和蒸汽壓以上,使空化現象不再出現。其特點在于:啟閉過程中能夠減輕持續壓差,每一級節流口的動作均滯后于上一級節流口,可以使在啟閉過程時作用于閥口的持續高壓逐級減輕,分擔了第一級節流口的壓力;流阻較小,可以勝任流體清潔度不高,甚至固液兩相流的場合;串級式閥芯一般進行碳化鎢噴涂硬化處理,抗沖刷汽蝕性能良好;制造過程與其他多級降壓調節閥相比工藝較為簡單,加工方便,制造成本也較為低廉;串級式調節閥一般降壓級數有限,多為3~4級,不能應用于壓差過高的場合。
多層套筒式調節閥典型結構特征是閥芯部分節流件由數層加工有小孔的套筒構成,每層套筒之間都留有一定的間隙,使流體流經套筒時得以緩沖,從而將流體速度控制在一定范圍內。其特點在于:多級套筒式調節閥降壓級數可以設計得較大,降壓能力與串級式相比較強,能夠勝任高壓差的場合;多層套筒式結構既能滿足較高的壓降要求,同時又能在工作時保證較大的流量;抗汽蝕性能良好,用于液體介質時,流體由最外側套筒流向最內側,液體介質在套筒中逐級降壓以減輕空化汽蝕現象的發生,并且流體最終從內側套筒上的小孔中噴射至中心閥腔區域,使汽泡在套筒中心部位破裂,不直接對閥門金屬表面產生傷害;抗噪聲、振動性能良好,用于氣體介質時由套筒內側向外流動,靠外側套筒的孔徑和間隙與內側相比均有所擴大,使氣體介質在逐級降壓過程中不斷膨脹,可以有效地降低噪聲及振動帶來的危害;套筒加工過程比較復雜,成本較高。但安裝與維護簡便,易于更換。
創新迷宮式結構其核心節流部分由多個開有迷宮式溝槽的金屬盤片疊加而成。流體流經迷宮流道中經過多次碰撞轉折,消耗能量,在逐級降壓過程的同時,使流速也得到了控制。多級套筒式調節閥降壓級數可以設計得較大,降壓能力與串級式相比較強,能夠勝任高壓差的場合。其特點在于:迷宮流道的拐彎級數就是迷宮式調節閥的降壓級數,一般可達十幾到二十幾級,所以迷宮式多級降壓結構是常見多級降壓調節閥中降壓能力最強的;出色的抗汽蝕沖刷及消聲減振性能,多級拐彎迷宮式流道可以有效地控制流體流速,避免空化、噪聲及振動等不良現象的發生;過使用不同形式的迷宮盤片進行組合,迷宮式調節閥可以達到不同的流量特性調節曲線;迷宮式盤片制造精度要求很高,一般由司太立合金堆焊,有較長的使用壽命;安裝與維護比較簡便,盤片易更換;迷宮式流道針對流體介質進行改進,迷宮流道不易發生堵塞。
從以上幾種調節閥進行比較,可以看出單座式調節閥與串級式多級降壓不適應光熱發電特殊位置的基本要求。多層套筒式調節閥由于熔鹽與蒸汽的特性不同,存在著沖刷風險,使用幾個月時間后,還是會出現小范圍的汽蝕和較嚴重的沖刷現象。創新迷宮式調節閥基本上不會出現震動,再通過對流道進行改進后,加上有效的伴熱措施,不易產生堵塞,同時保證了長期運行閥后進罐的壓力保持在可靠的范圍之內。
通過以上分析,我們認為冷熔鹽上塔與熱熔鹽回到熔鹽熱罐管路中所設置的熔鹽調節閥應選擇創新迷宮式結構調節閥。調節閥在各個位置的不同所產生的作用也是不同的,設計單位在選型的時候應該根據該閥在所在的位置所起的作用進行選型,調節閥廠家設計時除了考慮設計單位提出的參數外,還應該著重考慮熔鹽的最大飽和蒸氣壓,才能生產出合格的熔鹽調節閥。
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