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熔鹽管理閥門:聚光太陽(yáng)能發(fā)電的關(guān)鍵創(chuàng)新與挑戰(zhàn)

2024-08-28來(lái)源:

在可再生能源領(lǐng)域,聚光太陽(yáng)能發(fā)電(CSP)可謂是支柱型技術(shù),因?yàn)樗茏畲笙薅葘⑻?yáng)光能轉(zhuǎn)化為電能。對(duì)于聚光太陽(yáng)能發(fā)電站而言,決定其運(yùn)行效率和可靠性的關(guān)鍵設(shè)備之一,就是技術(shù)先進(jìn)的熔鹽管理閥門。熔鹽既是傳熱流體(HTF)又是熱能儲(chǔ)存(TES)材料。本文旨在深入探討此類閥門在設(shè)計(jì)中需要考量的因素,面臨的挑戰(zhàn)和可能的創(chuàng)新。

1. 熱能儲(chǔ)存(TES)和熔鹽的應(yīng)用

在聚光太陽(yáng)能發(fā)電站中,熱能儲(chǔ)存是最關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)。它的功能是將一天中峰值日照時(shí)間富余的熱能儲(chǔ)存起來(lái),并在無(wú)日照的時(shí)間里用于發(fā)電。這樣就可以使聚光太陽(yáng)能發(fā)電站在夜間或陰天也能發(fā)電,提高了它的可靠性和效率。

熔鹽既是傳熱流體(HTF),又是熱能儲(chǔ)存材料。它可以高效地儲(chǔ)存和傳遞熱能,因此非常適用于這樣的場(chǎng)合。此外,熔鹽還能被用作冷卻劑。某些情況下,也能用作核電站的燃料,和高溫熔鹽電池中的電解液。

2. 為何使用鹽類混合物?

簡(jiǎn)單鹽需要大量熱能才會(huì)熔化,而且比混合鹽更容易降解。為了提高鹽的熱性能,需要將硝酸鹽、碳酸鹽、氟化物和氯化物等鹽類,按照特定比例混合在一起。這樣的混合物熔點(diǎn)較低,沸點(diǎn)較高,蒸氣壓較低,而且熱穩(wěn)定性較好。

3. 槽式和塔式聚光太陽(yáng)能發(fā)電

聚光太陽(yáng)能發(fā)電站(CSP)的設(shè)計(jì)通常分為兩種類型:槽式和塔式。大多數(shù)第二代CSP都會(huì)采用硝酸鹽混合物作為工藝介質(zhì),其具體成分通常是60%硝酸鈉和40%硝酸鉀。這種混合物的熔點(diǎn)是221℃,在238℃開(kāi)始晶體化。在CSP的工藝流程中,鹽被聚光塔或拋物槽加熱(>400℃),并儲(chǔ)存在熱槽中,溫度保持在500℃左右。冷鹽(<400℃)會(huì)被預(yù)熱,使其溫度高于凝固點(diǎn),隨后被泵入塔中,進(jìn)入后續(xù)加熱工序并反復(fù)循環(huán),確保電站連續(xù)發(fā)電。

4. 優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)

CSP采用的熔鹽具有多種優(yōu)勢(shì),包括熱穩(wěn)定性高,密度高,不可燃,蒸氣壓低,因此運(yùn)行效率和安全性都較高。

然而挑戰(zhàn)也同樣存在,包括鹽的結(jié)晶現(xiàn)象會(huì)給泵和閥門等設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)也可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本上升。

由于技術(shù)局限性,CS P 比其它能源發(fā)電的成本更高一些, 熱能儲(chǔ)存(TES)效率大約是90%,但是電能轉(zhuǎn)化率僅為50%。

5. 用于CSP發(fā)電站的幾種閥門類型

CSP發(fā)電站會(huì)用到若干種類型的閥門來(lái)控制蒸汽和空氣。但是在熔鹽工況下,截止(控制)閥和三偏心蝶閥比較受青睞,因?yàn)樗鼈兊慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特殊,能有效地控制熔鹽流的流動(dòng),同時(shí)確保裝置高效運(yùn)行。以下是幾種適用于CSP發(fā)電站的閥門類型:

閘閥:大型管道中,熔鹽可以不受閥門阻礙地流動(dòng),最大限度地降低流動(dòng)阻力。

蝶閥:結(jié)構(gòu)緊湊,適合在大型管道中控制流體,尤其是在空間有限的場(chǎng)合。

截止閥:可以精確控制熔鹽流速,這對(duì)于優(yōu)化熱傳遞非常重要。

止回閥:可以防止逆流,確保熔鹽只能按照設(shè)計(jì)的方向流動(dòng)。

控制閥:配置有執(zhí)行器,可以精確控制流速、壓力和溫度。

泄壓閥(壓力安全閥):壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)自動(dòng)泄壓,防止系通超壓,保障安全。

熱膨脹閥:可以承受熔鹽的熱脹冷縮,因此能維持系統(tǒng)的整體完好性。