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熔盐易腐蚀且高温易分解如何应对?上海煜志给出新方案

2016-12-15 11:08| 发布者: crystal| 查看: 1686| 评论: 0|来自: 上海煜志

      随着首批太阳能光热示范项目的落地,我国光热行业将进入快速发展新阶段。国家能源局公布的首批20个光热示范工程项目中,有12个将采用高温硝酸盐传热储能技术。

  在上世纪80年代硝酸盐已在光热发电中有过应用的先例,90年代至今美国、西班牙等国则已有多个硝酸盐示范的光热电站投入运行。但我国熔盐传热储能技术在光热发电领域的应用起步较晚,硝酸盐高温传热的应用经验大多来自于传统化工行业,迄今为止,也只有少数单位与企业采用硝酸盐传热储能技术建设的光热电站成功实现了并网发电,且大多都是示范性项目,但这些项目对我国太阳能熔盐传热储能技术的经验积累具有重要意义。

  尽管国际上已有商业化光热发电行业专用的硝酸盐出售,但其制备、融化和装载技术皆有专利保护。相应的硝酸盐质量标准,硝酸盐长期运行的高温稳定性,以及其对传热储能回路材料的腐蚀性等未见报道。同时国际光热发电行业所用的硝酸盐销售价格,也比国内化工企业简单混配产品高出20%以上。为规范太阳能用硝酸盐的质量,国内太阳能光热发电行业也正在积极筹划出台相关标准,但走向成熟和实用仍有一段路要走。以光热电站中较为成熟的商用SolarSalt硝酸熔盐为例,其稳定性和腐蚀性等问题仍有待探索和工程考验。尤其在塔式集热系统中,这类熔盐的腐蚀性对集热器、换热器等核心部件提出了严格的要求。虽然可以通过新颖的传热储能系统设计,降低对集热器、换热器等核心部件的设计要求,但这也必然要以牺牲发电成本或效率为代价,最终问题的解决还必须回到熔盐的稳定性和腐蚀性等化学与材料问题上来。

  作为一家致力于提供熔盐传热储能相关化学与化工技术的专业服务商,上海煜志新能源事业部(简称上海煜志)的专家团队从事熔盐化学与化工技术有近10余年的历史,对氟化盐、氯化盐、碳酸盐和硝酸盐等各类熔盐在高温传热储能系统中存在的化学与材料等问题有深刻的认识和独到的见解,结合传热储能的热工回路设计和运行,掌握了一系列解决上述问题的思路和工程实施方案。以光热电站中广受关注的材料腐蚀问题为例,行业内很多人认为,只要降低熔盐中的氯离子含量就能解决熔盐的腐蚀问题。而通过采用模拟不锈钢熔盐高温回路动态腐蚀试验之后,上海煜志的专家通过金属材料腐蚀测定,熔盐成分定性定量分析,搞清楚了氯离子与其他杂质对合金材料腐蚀的协同效应。氯离子本身并不具有腐蚀性,而是当熔盐中存在其他杂质时,由于协同效应,氯离子才会表现出较强的腐蚀性。因此,只是简单的除氯不但带来熔盐成本的急剧上升,而且也不能从根本上解决熔盐的腐蚀问题。

  另一个问题是熔盐的稳定性,从热力学的角度理解,理想状态下硝酸钠和硝酸钾在600℃下是稳定的,之所以发生分解的原因是杂质起到了一定的催化效应。对于现阶段的光热发电行业商用硝酸盐来说,高温下的分解和挥发也是其应用过程中的一个难题。研究表明熔盐中的杂质含量会显著影响熔盐的分解,可见稳定性问题的最终解决也将回到熔盐本身。

  如果仅仅是从硝酸盐的纯度入手,通过降低杂质含量,的确可以解决其在太阳能热发电系统中的腐蚀性与稳定性问题。虽然技术上是可行的,但势必导致硝酸盐价格极大上升,增加电站成本。因此,如何在充分考虑成本的前提下,在一定纯度硝酸盐的基础上,充分理解高温硝酸盐的腐蚀机制与分解挥发过程,结合其它如添加稳定剂等控制手段,进而实现硝酸盐腐蚀性与稳定性的有效控制,才是市场可接受的解决方案。

   另据上海煜志方面介绍,传统熔盐传热行业的经验表明,简单的熔盐熔融装载方式,会在系统启动初期对关键设备如泵、阀门和检测探头造成很大的损伤。以往熔盐使用厂商都将这种损坏归咎于设备厂家,实际上主要原因来自于熔盐熔融方式不当。

  针对上述问题上海煜志研发了一种新型熔盐熔融、改性和装载工艺,能有效提高熔盐的质量。新颖的熔盐化学与化工技术不但能提高熔盐稳定性,也能显著降低其腐蚀性,同时熔盐熔化转运速率也能达到令人惊奇的效果。

  按照上海煜志公司的方案,熔盐需经过干燥、熔融、改性,再经过严格的质量监控,最后才进入光热发电系统中的熔盐储罐。经过一整套的工艺处理,熔盐的质量得到大幅提升。尤其是微量稳定剂和缓蚀剂的加入,使得熔盐在570℃下长期运行的质量损失降低了60%以上,腐蚀速率显著降低。同时熔盐熔化中引入了高温气液流熔化技术,化盐速率可达70吨每小时,极大地缩短了光热系统的化盐时间。通过一系列的处理流程,在保证熔盐价格优势的前提下,保证熔盐符合太阳能热发电系统的应用需求,为光热电站的按时投运提供保障。  

  这套技术工艺融合了上海煜志多年来的高温装备制造技术和专家团队的熔盐化学化工技术,提供的不仅仅是化盐加料服务,通过化盐过程中的特殊工艺同时提高熔盐的稳定性,并降低其腐蚀性,进而提高盐的品质才是初衷。据上海煜志方面介绍,目前该技术已经研发成熟,未来有望在光热发电行业实现大规模应用。

注:本文由CSPPLAZA会员单位上海煜志新能源供稿,文章观点不代表本网立场。

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