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联储能源刘平心分享600℃高温下仪器仪表的选型经验

2017-6-29 09:40| 发布者: courtney| 查看: 1034| 评论: 0|原作者: 本网记者Courtney|来自: CSPPLAZA光热发电网

  CSPPLAZA光热发电网讯:“2012年建立联储科技的示范系统,当时我们的储热系统熔盐储热温度是580度,在全球寻找液位计和压力传感器的时候遇到很多困难,询问的时候,国内外厂商基本上回答得不是特别肯定,感觉不是特别成熟。到今天为止,在国外600℃左右的工况,无论是雷达液位计还是压力传感器,有光热业绩的供方都非常少。在招标的时候,供方的价格基本上都是处于垄断的一种状态。这种情况下,因供方比较少、成本高、市场垄断,从而对光热产业下一步的发展造成不利的影响,所以我们希望随着产业的发展,有更多的仪器仪表的企业参与研发,完善下游供应产业链,能够让整个电站在仪器仪表这一块的成本有一个大的下降。”2017年6月14~16日,在浙江杭州召开的中国国际光热电站大会暨CSPPLAZA年会2017(CPC2017)上,江苏联储能源科技有限公司技术总工刘平心在发表题为《600℃高温下仪器仪表的选型》的演讲过程中如是表示。

  塔式光热发电站高温雷达液位计使用部位在高低温熔盐储罐上。液位计安装位置的温度、熔盐特性是选型时需要考虑的关键因素。其中最关键的是熔盐凝固的问题。目前塔式光热电站熔盐罐内温度大约在565℃,在熔盐液面上方存在着气态盐雾,气态盐雾接触雷达液位计冷端后的结晶对其测量精度和使用寿命造成影响。因此,塔式光热电站运维中需要考虑减少盐雾在雷达液位计发射端结晶,尽量降低对雷达发射波的影响,提高测量精度。

  对压力传感器的选型,目前主要是选择毛细管NaK合金压力传感器。在此特别提出新的使用工况,对于800-900℃熔盐系统的运行温度,目前一般采取的方式是增加散热片,使熔盐温度在压力传感器安装位置降到400℃以内,再来安装压力传感器。对此刘平心表示,“希望生产仪器仪表的厂家,能够研发出(耐受)更高温度的压力传感器。这样的话,作为(EPC)我们配套的时候使用起来也更方便。”

  针对雷达液位计和压力传感器的供方市场现状,结合联储科技示范系统运行四年的数据,刘平心分析了仪器仪表使用工况及现状,并分享了雷达液位计、压力传感器的选型及注意点。

  

更多精彩内容,请阅读下面刊出的刘平心演讲全文(注:本文根据速记和录音资料整理,文章内容已经演讲者本人审阅。):

  各位尊敬的来宾,大家下午好!

  我下面向大家分享的是600℃(设计温度)左右下高温仪器仪表的选型,我分四块跟大家讲解一下,第一个是仪器仪表使用工况及现状,第二个是联储科技示范系统,第三个是液位计的选型及注意点,第四个是压力传感器的选型及注意点。

  第一个是仪器仪表,我说的重点是塔式565℃,同时也讲一下碟式,因为我们的一个客户推了一款新品,熔盐使用温度在800-900℃左右,我们也在仪器仪表选用过程当中遇到一些困难。希望今后仪器仪表的供方能够提供这部分的产品。

  首先谈一下供方市场的现状,主要针对高温雷达液位计和高温压力传感器。我们在2012年建立联储科技的示范系统的时候,包括找液位计和压力传感器的时候遇到很多困难。当时我们的储热系统熔盐设计储热温度是580℃,当时在全球寻找的时候遇到很多困难,国内厂商不用讲,包括询问国外厂商的时候,基本上回答得不是特别肯定,感觉不是特别成熟。到今天为止,国外在600℃左右的,无论是液位计还是压力传感器,有高温熔盐使用工况业绩的供方都非常少。像咱们在招标的时候,供方的价格基本上都是处于垄断的一种状态。

  因供方少、成本高、市场垄断,对我们产业下一步的发展也是非常不利。希望随着产业的发展,有更多的仪器仪表的企业参与研发,完善下游产业链,能够让整个电站在仪器仪表这一块的成本有一个大的下降。

  第二部分,我把我们联储科技示范系统给大家汇报一下。我们这个系统,这是当时建的三维效果图,从2012年开始,上面主要包括储热系统,这一块是我们的高低温储罐,油-盐换热器,这一块就是包括蒸发器系统,这一块是当时罐体的预热系统,这一块是化盐系统,也是我们第一代的化盐系统。

  这个系统建在常州,当时设计温度是580℃,到现在为止已经运行四年的时间。这个系统上面安装的仪器仪表,都经过长时间的检验,积累了很多数据。

  联储科技目前提供的服务和经营的范围,首先提供解决方案(储热系统这块),同时在提供解决方案的基础上提供EPC,包括从设计、产品制造、采购、施工、调试、运行,同时还提供化盐设备、预热设备的租赁,以及提供化盐及预热服务。

  储热用途包括以下几点:第一个是用于光热储能,第二个是智能电网调峰的储能,第三个是清洁能源供暖、蒸汽以及热风。

  在联储科技示范系统运行四年的基础上,给大家分享一下相关的经验。对液位计,565℃的塔式使用工况,使用的位置一般是高低温熔盐储罐。在选型的时候有几个比较关键的因素,第一个是温度,就是液位计安装位置的温度,第二个是熔盐特性。这里面最关键的是熔盐凝固的问题。565℃并不是特别高,关键是在565℃情况下液面上方是气态熔盐,和雷达液位计接触以后会结晶,它对雷达液位计的影响是非常关键的问题。

  当时,我们也对这块进行了模拟。首先是在储罐上,我们在安装雷达液位计的时候,对它使用的工况进行了分析。对外部,我们当时是模拟一个5米/秒风速情况,对外部的工况问题不大,主要是内部。内部熔盐的液体不是一直不变,它有最低位和最高位。从最低到最高,在动态的运行过程当中,不光有热传导,还有熔盐上到气体的热对流。在气体当中,它夹杂盐雾,就是熔盐汽化的盐雾,它遇冷很快就凝固。因为雷达液位计发射端耐温也就是100多度,在这个情况下怎么能够让安装部位降到它使用的温度?所以这是我们当时重点考虑的一个问题,延长发射管,降低温度。

  这是我们当时对盐罐进行的热分析,也就是说最低液位是5%的熔盐,热罐内壁温度随高度的变化,以及90%的时候熔盐内壁温度随高度的变化。左侧是液位比较低的时候,右侧是液位比较高的时候。其实罐壁的温度和液位高低的关系不是很大,因为外壁整体保温,整个罐壁温度温差不大。在这种情况下,雷达液位计安置位置中,温度对它的影响容易解决。

  除了热传导以外,我想重点讲热对流,因为在罐体底部有一个混流装置,在储热和放热阶段,罐体里面的熔盐始终是处于一种搅拌的状态,搅拌的目的是让熔盐温度上下均衡。在这个过程当中,当液位比较低的时候,熔盐搅拌得相对剧烈一些,液位比较高的时候,它的搅拌随着液位的升高,在同等压力情况下,它的搅拌程度相对缓和一些。在熔盐液面上方的气态盐雾的流动速度,随着液态熔盐搅拌剧烈的程度而变化,对于雷达液位计的影响要予以关注。刚才已经讲过了它的热传导,你只要离我的高温罐高温部位远一些,它的温度就自然会降下来。而怎么防止气态盐雾尽可能少地进入雷达液位计,进入越少,盐雾相对而言影响也就越少。这个我们待会儿可以看一下我们联储运行四年的一个照片。这是我们罐体当时做测试的时候,罐体混流温度变化的过程。上面蓝色是一个熔盐液位变化的过程。这是一个降温的曲线,上面有点淡绿色的是降温的液位曲线。

  综合下来,我们选了这种雷达液位计,上方有一个导杆,大家可以看一下具体的参数。这是当时在我们系统上安装的雷达液位计。这是从我们系统上拆下来拍的一张照片,大家可以看到,也就是说在红色区域,这个白色的地方就形成了盐霜,非常薄,用手一摸就没有了。这就是拆下来以后,在空气当中,很短的时间,它马上就消失了,马上就汽化掉了。包括阀门这个地方,包括喇嘛口这个地方。这是运行四年左右的工况,也就是说在运行过程当中,你只要竭力地避免我的盐雾不要进入雷达液位计,凝固的熔盐就非常少,也就不会影响雷达发射波,这样的情况下也就不会影响液位计的运行,包括它的测量精度。

  刚才为什么讲液位计的精度?咱们现在的罐体,你如何判断他的热损?因为现在的罐体,如果是罐壁的话,相对它的热损,我好测定一些,也就是它罐壁的温度是多少,我保温层程度是多少。对于整个罐体底部,你如何判断它的热损。你在招标的时候,你说我的热损不能小于1℃,其实这是非常难以测量的问题。第一个,在十几米液位的情况下,上下温度本身不均衡,你如何判定?如果你靠外部或者每平方的热损多少,你在底部又如何测?所以当时判定的时候,对我们液位后期检验也会起到非常重要的作用。那么雷达液位计的精度,对我们下一步如何判定它就起到非常关键的作用。我们当时的测定,对整个系统的影响大概是2.1%。

  下面是一个压力传感器的选型及注意点。当时我们在选压力传感器的时候,包括像浮球式、气泡式的液位计,都进行了尝试。最后我们选择的是毛细管的。当时在2012年给的答复说毛细管有一定的危险性,而且当时的运维经验很少,并不是说有多少的工程案例可供咱们选择。因为熔盐储热是从2008年开始,那个时候主要是槽式,它的使用温度都在400℃以内,针对塔式也都是近几年。包括新月沙丘,包括咱们国内的,它建完之后实际运维时间非常短。对仪器仪表的可靠性,并没有经过长期的验证。所以我们当时在选的时候,也遇到了可靠性的困扰,对方也不能给一个100%的可靠性的保证,即使有,他也没有经过工程案例的一些验证。

  当时我们想的办法,如果在565℃左右的情况下不可靠,这样的话比较好的办法就是:第一个,我把温度降到400℃以内,如何降?这是第一个;第二个,我们当时想后面和仪表供应厂家,能否直接开发出满足600℃以内的仪器仪表?至于下一步,肯定不止600℃了,能够到800~900℃,以及针对碟式,包括北京客户开发的新品,熔盐温度将达到800~900℃,如何去满足?所以我们遇到的主要问题,就是怎么把熔盐的温度控制在一个比较低的范围内,提供一个更好的安全余量,哪怕它能够时候在600℃的范围内能满足,也要留出100~200℃的安全余量出来,第二个就是评估凝固的风险,所以这是我们当时重点考虑的因素。

  这是我们当时选择的压力传感器,毛细管式,选的是杰弗伦的。从它的理论上讲,毛细管里面填充的介质可以是金属、无机盐等,通过距离远了以后,一个是温度下降,另外一个能满足使用要求。这个图片是北京客户开发的产品,它的使用温度是非常高的,使用温度高才能体现他的优势。

  这是我们现在想的方案,也是为了满足800-900℃,主要增加散热片,使压力传感器安装位置降到更低的温度,最好是在400℃以内。当然我也希望生产仪器仪表的厂家,能够研发出(耐受)更高温度的压力传感器。这样的话,作为我们配套的时候成本更低,使用起来也更方便。

  我的分享就到这个地方,谢谢大家!

  提问:您说碟式,熔盐温度是800-900度吗?

  刘平心:可以,它和普通的碟式有不同,它看你的聚光倍数,可以达到。

  提问:如果是这个温度,管材怎么选择?

  刘平心:也需要供方配套提供。

  提问:目前有已经供货的案例吗?还是在研发中?

  刘平心:目前暂时还没有。

  提问:谢谢您。对管材的尺寸有什么要求呢?

  刘平心:要看你对工艺物料平衡的选择,就是工艺上的选择。

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