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光热电站中储能介质的介质特性、工艺路线密封特点和解决方案

发布于：2018-09-06 15:22:59

　　储能介质的介质特性

　　传统的储热介质是水以及蒸汽。水在超过其沸点的情况下用作热载体，则要求设备和系统承受压力，如200℃的饱和蒸汽的压力约为16公斤，更高温度对照的饱和蒸汽其压力更高，而过热蒸汽其渗透性更加强。导热油(国标GB 23971-2009的正式名称为有机热载体，俗称“导热油)。在150~350℃的工业生产中，导热油由于其高沸点而成为了水蒸气的替代品，可以大量减少设备投资。

　　熔盐通常是指硝酸钠(NaNO3)和硝酸钾(KNO3)的硝酸盐混合物。高温熔盐可达到560 °C甚至更高的运行温度，具有良好的导热和流动特性，具有较高的比热容和密度，在工业界一直是作为高温传热介质和储存热量的介质。

　　目前大部分光热电站使用熔盐吸热储热系统——通过使用镜片将大面积的日光聚焦在一起并将光能通过熔盐介质储把不稳定的太阳能储存转换成热能来发电。目前的光热电站都是集吸热、储热及蒸汽发生于一体的系统，在阳光充足的时候熔盐获得热量温度升高，储存在高温熔盐罐中;当阳光不足的时候，高温熔盐罐中的熔盐提供能量，使电站持续稳定的发电，熔盐温度变低，流入低温熔盐罐中。

　　光热电站的工艺路线

　　光热电站的典型工艺路线一般由三个岛组成：太阳岛(用来聚光收集热量)、传储热岛(用来热量传输和储存)和常规岛(也叫发电岛，用来发电)。每个岛又有很多种装备和管道、阀门组成，作为光热电站的核心部分，太阳岛再按技术路线分为槽式、塔式、菲涅尔式和碟式等。传储热岛主要涉及换热器、熔盐泵、熔盐阀、流量计、电加热、电伴热等装备以及熔盐、导热油等传储热工质，常规岛部分与传统化石电站相似，涉及到的相关装备也相对更加成熟，主要分为主机设备和辅机设备两部分，关键装备汽轮机、蒸汽发生器和发电机。

　　密封特点和解决方案

　　常温的流体设备或者管道法兰连接有多种密封解决方案可选择，但熔盐的温度和易渗透特性将限制这些密封材料的使用效果。石墨材料是传统高温密封应用的主导者，在低温时高纯度的石墨(碳含量98%以上)有很好耐化学腐蚀性，但在高温氧化环境下(超过450℃), 石墨很容易产生质量损失，在熔融盐这类强氧化剂环境下，300℃以上石墨垫片材料内部就会被氧化出孔隙，法兰连接很难保持密封所需的扭矩，从而导致泄漏量增加进而密封失效。客户可在实验室模拟工况进行测试，也可以选择第三方的测试机构对密封制造商的材料进行热失重测试来了解密封材料的优劣。

　　光热发电的储热介质挑战着传统密封产品的温度和化学极限。蒸汽、导热油和熔融盐在高温的状态都极易渗透，对密封材料来说其渗透性都是一个巨大的挑战。一直以来Garlock将极端高温工况应用作为开发目标，本世纪开发了THERMa-Pur高温密封材料，可以组成切割垫片、金属缠绕垫、金属齿形垫、金属波纹垫以及模压填料组件等多种形式，可适用于密封熔融盐工艺管道、换热器和阀门的需要。

　　转载于《阀门用户》2018年7月号总第49期。