光熱電站中儲(chǔ)熱介質(zhì)的密封難點(diǎn)和解決方案

儲(chǔ)能介質(zhì)的介質(zhì)特性

　　傳統(tǒng)的儲(chǔ)熱介質(zhì)是水以及蒸汽。水在超過其沸點(diǎn)的情況下用作熱載體，則要求設(shè)備和系統(tǒng)承受壓力，如200℃的飽和蒸汽的壓力約為16公斤，更高溫度對(duì)照的飽和蒸汽其壓力更高，而過熱蒸汽其滲透性更加強(qiáng)。導(dǎo)熱油(國標(biāo)GB 23971-2009的正式名稱為有機(jī)熱載體，俗稱“導(dǎo)熱油)。在150~350℃的工業(yè)生產(chǎn)中，導(dǎo)熱油由于其高沸點(diǎn)而成為了水蒸氣的替代品，可以大量減少設(shè)備投資。

　　熔鹽通常是指硝酸鈉(NaNO3)和硝酸鉀(KNO3)的硝酸鹽混合物。高溫熔鹽可達(dá)到560 °C甚至更高的運(yùn)行溫度，具有良好的導(dǎo)熱和流動(dòng)特性，具有較高的比熱容和密度，在工業(yè)界一直是作為高溫傳熱介質(zhì)和儲(chǔ)存熱量的介質(zhì)。

　　目前大部分光熱電站使用熔鹽吸熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)——通過使用鏡片將大面積的日光聚焦在一起并將光能通過熔鹽介質(zhì)儲(chǔ)把不穩(wěn)定的太陽能儲(chǔ)存轉(zhuǎn)換成熱能來發(fā)電。目前的光熱電站都是集吸熱、儲(chǔ)熱及蒸汽發(fā)生于一體的系統(tǒng)，在陽光充足的時(shí)候熔鹽獲得熱量溫度升高，儲(chǔ)存在高溫熔鹽罐中;當(dāng)陽光不足的時(shí)候，高溫熔鹽罐中的熔鹽提供能量，使電站持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)電，熔鹽溫度變低，流入低溫熔鹽罐中。

　　光熱電站的工藝路線

　　光熱電站的典型工藝路線一般由三個(gè)島組成：太陽島(用來聚光收集熱量)、傳儲(chǔ)熱島(用來熱量傳輸和儲(chǔ)存)和常規(guī)島(也叫發(fā)電島，用來發(fā)電)。每個(gè)島又有很多種裝備和管道、閥門組成，作為光熱電站的核心部分，太陽島再按技術(shù)路線分為槽式、塔式、菲涅爾式和碟式等。傳儲(chǔ)熱島主要涉及換熱器、熔鹽泵、熔鹽閥、流量計(jì)、電加熱、電伴熱等裝備以及熔鹽、導(dǎo)熱油等傳儲(chǔ)熱工質(zhì)，常規(guī)島部分與傳統(tǒng)化石電站相似，涉及到的相關(guān)裝備也相對(duì)更加成熟，主要分為主機(jī)設(shè)備和輔機(jī)設(shè)備兩部分，關(guān)鍵裝備汽輪機(jī)、蒸汽發(fā)生器和發(fā)電機(jī)。

　　密封特點(diǎn)和解決方案

　　常溫的流體設(shè)備或者管道法蘭連接有多種密封解決方案可選擇，但熔鹽的溫度和易滲透特性將限制這些密封材料的使用效果。石墨材料是傳統(tǒng)高溫密封應(yīng)用的主導(dǎo)者，在低溫時(shí)高純度的石墨(碳含量98%以上)有很好耐化學(xué)腐蝕性，但在高溫氧化環(huán)境下(超過450℃), 石墨很容易產(chǎn)生質(zhì)量損失，在熔融鹽這類強(qiáng)氧化劑環(huán)境下，300℃以上石墨墊片材料內(nèi)部就會(huì)被氧化出孔隙，法蘭連接很難保持密封所需的扭矩，從而導(dǎo)致泄漏量增加進(jìn)而密封失效?？蛻艨稍趯?shí)驗(yàn)室模擬工況進(jìn)行測試，也可以選擇第三方的測試機(jī)構(gòu)對(duì)密封制造商的材料進(jìn)行熱失重測試來了解密封材料的優(yōu)劣。

　　光熱發(fā)電的儲(chǔ)熱介質(zhì)挑戰(zhàn)著傳統(tǒng)密封產(chǎn)品的溫度和化學(xué)極限。蒸汽、導(dǎo)熱油和熔融鹽在高溫的狀態(tài)都極易滲透，對(duì)密封材料來說其滲透性都是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。一直以來Garlock將高溫工況應(yīng)用作為開發(fā)目標(biāo)，本世紀(jì)開發(fā)了THERMa-Pur高溫密封材料，可以組成切割墊片、金屬纏繞墊、金屬齒形墊、金屬波紋墊以及模壓填料組件等多種形式，可適用于密封熔融鹽工藝管道、換熱器和閥門的需要。