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旋转接头+金属软管 或为槽式光热电站动态连接最佳方案

2017-9-20 19:37| 发布者: courtney| 查看: 302| 评论: 0|原作者: 本网记者Courtney|来自: CSPPLAZA光热发电网

  CSPPLAZA光热发电网报道:据CSPPLAZA研究中心此前统计,到2016年底全球已投运的光热电站总装机量已超过5GW,其中约80%采用了槽式技术路线。在中国首批正在推进的光热示范项目中,槽式光热电站多采用导热油传热,熔盐储热的双回路系统技术,该技术路线也是目前商业化验证程度最高的光热发电技术。

  在槽式镜场布置中,通常以回路为基本单位。以装机50MW的中广核德令哈槽式光热电站为例,该项目共由190个回路并联组成。一个回路通常由4个太阳能集热器(Solar Collector Assemblies,简称SCA)串联(相邻集热器的集热管通过动态连接组件进行联通)构成,每个SCA则包括反射镜、支架、真空集热管和跟踪器等组成部分。集热器运行时,整体需要跟踪太阳以收集更多能量,作为其中一部分的集热管也要随集热器整体移动,而与其连接的传热介质输送管道(又称传热介质母管)则是固定的,两者之间发生了相对位置动态变化,因此集热管和输送管道的结合处也需要用动态连接组件进行连接。

  图:槽式集热器

  光热电站对动态连接组件性能要求极高

  如上,在槽式光热电站中,需要使用动态连接组件的主要有两部分:相邻SCA之间,以及固定管路之间(如回路出入口处的集热管与传热介质母管之间),复杂的构成意味着槽式镜场对连接组件的消耗量较大,这些连接组件需要满足较好地吸收拉伸与旋转位移能力的要求。

  同时,光热电站特殊的使用工况则对连接组件进一步提出了特殊要求。与其它领域相比,槽式光热电站动态连接方案对所用的组件要求更为严苛。一般领域的连接组件基本要求是密闭性强,而由于光热电站设计寿命通常在25年以上,传热介质运行温度常在400℃左右(若选熔盐做传热介质则更高)并可能带有一定的腐蚀性,系统中压强一般在2.5MPa左右(若选熔盐做传热介质则低一些),故除了密闭性、灵活性之外,还对连接组件提出了耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、能适应一定液压的要求。

  对此,威茨曼金属制品(江阴)有限公司销售总监郭现强表示,光热电站连接组件使用工况苛刻,高温和腐蚀性工况(介质中有腐蚀性元素,如硫、氯等)两者结合会造成严重的晶间腐蚀,这是也某些组件必须用316Ti材料的原因。还有由于焦耳加热的原因,软管等部件必须要符合电阻和导电率要求等等。

  金属软管与旋转接头各有优劣势

  据CSPPLAZA记者了解,目前能满足以上条件、被槽式光热电站普遍采用的动态连接组件一般为金属软管与旋转接头。

  图:金属软管

       图:旋转接头
  
  金属软管与旋转接头都具有优越的密封性能,能保证系统动态变化下的密封。两者之间的区别在于,金属软管主要吸收轴向位移(拉伸),无法大面积吸收角向位移;旋转接头则与之相反,无法吸收轴向位移,但能吸收集热管由于追日位移产生的大面积的角向旋转。

  而在槽式光热电站中,不同的传热介质也导致金属软管与旋转接头运行工况的差异。由于高温熔盐运行温度可达565℃,远高于导热油,容易和旋转接头密封填料产生化学反应,大大降低了密封持久性,故能适用于熔盐槽式系统的旋转接头选择并不多。相较之下,金属软管能较好地适应高温工况。但由于目前绝大部分槽式系统都采用导热油作为传热介质,金属软管与旋转接头在这方面的差异暂时不明显。

  “旋转接头+金属软管”组合或为槽式聚光器动态连接最佳方案

  经过CSPPLAZA记者向相关供应商多方了解,业内普遍认为目前最优的动态连接组件方案是“旋转接头+金属软管”的组合使用。

  江苏昊峰管道设备有限公司总工程师蒋新锋认为,金属软管必须和一只旋转接头配合使用,才能发挥其良好的功能,这种方法只有一个泄露点,结构相对简单,由于构成所用弯头少,介质流阻也相对较小。而若单一使用旋转接头,必须三个旋转接头组合使用,这也就意味着会有三个泄露点,弯头用量多,结构组装精度要求高,一旦误差偏大就无法实现其使用功能,流阻也相对较大。

  意大利阿基米德公司代表也表达了类似观点,认为金属软管虽然补偿了管线的伸缩,但如果同时以之补偿集热器的转动,其使用寿命就会大打折扣。而由于旋转接头只是一个能让管路相对一个固定点做旋转运动的装置,故而使用旋转接头时,必须要同时配合一条专用的金属软管,来补偿活动部件(集热器上的集热管)的拉伸。针对槽式聚光回路,更细化的方案应该是金属软管作为相邻集热器之间的互联,而把旋转接头系统应用在回路的过桥处、入口和出口处。此外,意大利阿基米德代表还表示,所谓“旋转接头系统”其实指的是旋转接头与金属软管的组合,旋转接头系统比单一的金属软管更昂贵,也更复杂,但工作范围也更广泛。

  综上,由于金属软管无法吸收大面积角向位移,而旋转接头无法吸收轴向位移,单独使用两者之一会导致组件寿命消耗过大、安装精度要求过高,目前看来,虽然旋转接头与金属软管配合使用的方案成本略高于单一方案,但多数设计仍会采纳该方案来实现槽式光热电站镜场的良好动态连接。

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