光熱發(fā)電熔鹽集熱儲熱系統(tǒng)特殊位置熔鹽調(diào)節(jié)閥

塔式熔鹽太陽能光熱發(fā)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?shù)募療崞鳎患訜岬?65℃，然后借重力回到熱熔鹽儲熱罐中，再由熱鹽泵抽出經(jīng)過蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)而產(chǎn)生高溫高壓蒸汽來驅(qū)動汽輪機發(fā)電系統(tǒng)發(fā)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(tǒng)重新運行時，通過熔鹽管道上環(huán)繞電阻絲先對整個管道進行預(yù)熱，達到預(yù)定溫度后才充入熔鹽。

冷熔鹽在上塔管路中，設(shè)置熔鹽調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(cè)的壓力要保持在設(shè)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(fā)生生產(chǎn)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(shè)置熔鹽調(diào)節(jié)閥來控制進熱罐熔鹽的壓力。這時調(diào)節(jié)閥閥前壓力不會低于5MPa,熱熔鹽進罐必須控制在0.3MPa以內(nèi)。罐體是由鋼板焊接起來的，熔鹽流體的沖擊力及調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)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(guī)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(fā)電熔鹽系統(tǒng)的特殊性，這些位置熔鹽調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥中產(chǎn)生的汽蝕空化沖刷現(xiàn)象是肯定存在的，融熔狀態(tài)的熔鹽在閥內(nèi)部進入節(jié)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(xiàn)汽化，形成大量微小的汽泡，當融熔狀態(tài)的熔鹽流過節(jié)流口壓力回升時，這些汽泡又發(fā)生破裂回到液態(tài)，對閥體和閥芯等部件產(chǎn)生沖擊并帶來噪聲、振動等危害。

以下是幾種熔鹽調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)：

單座式                串級式             多層套筒式               創(chuàng)新迷宮式

?  單座調(diào)節(jié)閥閥體內(nèi)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(jié)構(gòu)把原本的一個整體的節(jié)流區(qū)域以多個分開的節(jié)流區(qū)域互相串聯(lián)，從而使較大的壓差轉(zhuǎn)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(xiàn)象不再出現(xiàn)。其特點在于：啟閉過程中能夠減輕持續(xù)壓差，每一級節(jié)流口的動作均滯后于上一級節(jié)流口，可以使在啟閉過程時作用于閥口的持續(xù)高壓逐級減輕，分擔了第一級節(jié)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥一般降壓級數(shù)有限，多為3～4級，不能應(yīng)用于壓差過高的場合。

多層套筒式調(diào)節(jié)閥典型結(jié)構(gòu)特征是閥芯部分節(jié)流件由數(shù)層加工有小孔的套筒構(gòu)成，每層套筒之間都留有一定的間隙，使流體流經(jīng)套筒時得以緩沖，從而將流體速度控制在一定范圍內(nèi)。其特點在于：多級套筒式調(diào)節(jié)閥降壓級數(shù)可以設(shè)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(jié)構(gòu)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(zhì)時，流體由最外側(cè)套筒流向最內(nèi)側(cè)，液體介質(zhì)在套筒中逐級降壓以減輕空化汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，并且流體最終從內(nèi)側(cè)套筒上的小孔中噴射至中心閥腔區(qū)域，使汽泡在套筒中心部位破裂，不直接對閥門金屬表面產(chǎn)生傷害；抗噪聲、振動性能良好，用于氣體介質(zhì)時由套筒內(nèi)側(cè)向外流動，靠外側(cè)套筒的孔徑和間隙與內(nèi)側(cè)相比均有所擴大，使氣體介質(zhì)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(chuàng)新迷宮式結(jié)構(gòu)其核心節(jié)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(jīng)迷宮流道中經(jīng)過多次碰撞轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)閥降壓級數(shù)可以設(shè)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(shù)就是迷宮式調(diào)節(jié)閥的降壓級數(shù)，一般可達十幾到二十幾級，所以迷宮式多級降壓結(jié)構(gòu)是常見多級降壓調(diào)節(jié)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(xiàn)象的發(fā)生；過使用不同形式的迷宮盤片進行組合，迷宮式調(diào)節(jié)閥可以達到不同的流量特性調(diào)節(jié)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(zhì)進行改進，迷宮流道不易發(fā)生堵塞。

從以上幾種調(diào)節(jié)閥進行比較，可以看出單座式調(diào)節(jié)閥與串級式多級降壓不適應(yīng)光熱發(fā)電特殊位置的基本要求。多層套筒式調(diào)節(jié)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(xiàn)小范圍的汽蝕和較嚴重的沖刷現(xiàn)象。創(chuàng)新迷宮式調(diào)節(jié)閥基本上不會出現(xiàn)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(chǎn)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(nèi)。

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(shè)置的熔鹽調(diào)節(jié)閥應(yīng)選擇創(chuàng)新迷宮式結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)閥在各個位置的不同所產(chǎn)生的作用也是不同的，設(shè)計單位在選型的時候應(yīng)該根據(jù)該閥在所在的位置所起的作用進行選型，調(diào)節(jié)閥廠家設(shè)計時除了考慮設(shè)計單位提出的參數(shù)外，還應(yīng)該著重考慮熔鹽的最大飽和蒸氣壓，才能生產(chǎn)出合格的熔鹽調(diào)節(jié)閥。