光热电站中,流体工质的温度控制是重要的一个环节。这里的流体包括导热油,熔融盐和水等介质。其中熔盐是具有重要意义的储热介质。掌握的了熔盐,也就掌握了光热稳定、持久发电的特点。但事实上偏偏是如此重要的熔盐,往往成为光热电站中最难以控制的一个环节。这也是由于熔盐本身的特性所决定的。

 

一、光热电站用的是什么熔盐?


目前行业内普遍用作储热的盐是二元硝酸盐,为质量分数60%硝酸钠和40%硝酸钾的混合物。这种混合物有着多种优点,非常适于用作储热介质,但不可否认它也存在一些问题。

 

表. 二元硝酸盐的优缺点

优点

缺点

易于获得,成本相对低廉

凝固点太高 ~220℃

温差较宽,比热容大

温度上限仅 ~595℃

化学性质稳定

纯度不达标时具有腐蚀性

工作压力低,不发生相变

对电站控制要求高

 

表中可以明显看到,常用的二元硝酸盐一个很大的安全问题在于凝固点太高,低于220摄氏度熔盐会凝固,造成电站管路堵塞冻结,严重影响电站正常的运行。

 

二、光热电站温度控制解决方案:电伴热/电加热


我们都知道,电流通过导电材料会产生热量升温,一部分电能转换为热能。因此为了解决这个问题,电伴热/电加热方案被引入到光热电站中来。通过电加热器加热储罐中的熔盐,或者通过铺设加热线缆,来达到保证流体管路、阀门、储罐等温度的作用。

 

两者区别在哪呢?简单理解,电伴热耗能低,均匀放热来达到保温防冻作用,而电加热功率高很多,主要用于集中在某点或某区域的主动加热。二者在光热电站中都能够实现保温,功能类似。目前电伴热方案在光热电站中运用更加普遍。

 

事实上,电加热和电伴热方案早已在传统的油气等其他行业有所运用,技术方案十分成熟。


三、我国光热发电项目中的温控应用场景


由于国内大部分光热电站都建在西北地区,在冬季环境温度可低值零下几十摄氏度,因此针对不同流体介质的保温、伴热/加热就显得极为重要。

 

光热电站中,水工质的伴热需求温度是12℃,导热油需要维持在50℃,熔盐安全温度在260℃。因此,在这些介质流经的管道和阀门、储热罐、仪表仪器等地方需要格外注意保温和热补偿。


通常,热熔盐罐和管道的温度需要维持在600℃左右的温度,冷熔盐罐和管道需要维持在300℃左右的温度。

 

电加热/伴热需要保证储罐内熔盐温度正常。常温下,在流体进入空管之前,也需要将管道温度加热到指定温度。例如每天塔式熔盐电站熔盐首次上塔的时候。

 

新型的槽式熔盐电站比塔式熔盐电站回路管道更长,管道冻结堵塞风险更高,因此更加需要注意敷设伴热带来保证管内熔盐温度。传统槽式导热油电站中虽然油温的安全温度要低,但在电站停运等情况下仍然需要控制好管道内温度。

 

四、电伴热/电加热如何配置?


环境温度、流体介质的维持温度、最高温度,管道或设备的尺寸等因素都影响电伴热和电加热的选择和匹配。

 

实际中,根据介质温度和升温时间的需求,结合电伴热的发热功率,保温材料和厚度,导热系数,管道材料和厚度等参数,即可计算出需伴热的地方需要补偿多少热量,从而得出安装伴热带的数量和温度阈值。

 

但在设计时,伴热温度需要设置合理,既不能太低,也不能过高。过高的伴热温度会增加整个电站厂用电比例,增加不必要的成本;对于管道阀门、仪表等设备来说,尺寸和形状的参数也决定了伴热的敷设设计和温度。


五、投资和成本优化空间几何?


电伴热系统(线缆+控制系统)的投资并不高,仅占电站总投资的1~3%,但这并不说明其不重要。由于传储热流体的本身性质,一个好的电加热、伴热系统的设计和配置才能为光热电站的安全运行保驾护航。

 

但是由于电伴热系统需要消耗厂用电,因此,尽可能降低这方面的用电量也是提高电站经济性的一个要点。在设计时,伴热温度的选取、敷设线路的选择、采用更优质的保温材料都能对成本起到优化作用。

 

电加热/电伴热系统需要根据项目情况来定制,因此提前和设计院、EPC等设计施工方沟通确认,尽早确定参数和图纸,则会大大降低后期伴热系统设计和供货的风险,从而节省投资。


2018年09月17日

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来源:华阳技术部

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