1.集熱場布置方式
線菲集熱場布置(zhi)方式為:同(tong)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)布置(zhi)和(he)異程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)布置(zhi)。同(tong)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)布置(zhi)主(zhu)管道比(bi)異程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)長(chang),所設(she)彎(wan)頭等比(bi)異程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)多,同(tong)時增加了(le)電伴熱和(he)安裝等成(cheng)本。為了(le)減(jian)少投資成(cheng)本目前(qian)新(xin)建項目都采用集熱場異程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)設(she)計。
異(yi)程布(bu)置和同(tong)程布(bu)置示意(yi)圖:
圖1異程布置圖
圖2同程布置圖
2.以某項目初設為依據計算冷端入口調節閥的閥前閥后壓力
冷熔(rong)(rong)(rong)鹽從熔(rong)(rong)(rong)鹽泵出口,通過冷熔(rong)(rong)(rong)鹽母管(guan)分配(pei)給(gei)各集熱回(hui)(hui)路,290℃的冷熔(rong)(rong)(rong)鹽在(zai)集熱回(hui)(hui)路的集熱管(guan)內被加熱到(dao)550℃,匯集到(dao)熱熔(rong)(rong)(rong)鹽母管(guan),最后流回(hui)(hui)熱熔(rong)(rong)(rong)鹽罐。
熔(rong)鹽(yan)在每(mei)個(ge)吸熱流(liu)程(cheng)的(de)水頭損(sun)(sun)失以沿程(cheng)阻(zu)力損(sun)(sun)失(直管(guan)(guan)段粘滯阻(zu)力)和局部阻(zu)力損(sun)(sun)失(閥門、彎頭、三通等(deng)阻(zu)力)相同的(de)情(qing)況下,以每(mei)個(ge)回(hui)路管(guan)(guan)徑DN80/18Kg/s,冷端(duan)進口溫(wen)度290℃,熱端(duan)出(chu)口溫(wen)度550℃為(wei)條(tiao)件(jian),通過計算出(chu)每(mei)個(ge)回(hui)路的(de)入口熔(rong)鹽(yan)調節閥的(de)閥前閥后壓力。
圖(tu)3藍(lan)色線為(wei)閥(fa)前壓力,棕色線為(wei)閥(fa)后壓力
圖中可以(yi)看出(chu)(chu)閥前壓(ya)(ya)力第(di)一個(ge)(ge)回(hui)(hui)(hui)路(lu)開始到(dao)第(di)51回(hui)(hui)(hui)路(lu),從4.5345MPa逐(zhu)步降到(dao)3.7713MPa,呈(cheng)下降趨勢;閥后壓(ya)(ya)力從2.1044MPa逐(zhu)步提升(sheng)到(dao)2.7196MPa,呈(cheng)提升(sheng)狀態。相鄰的(de)(de)(de)回(hui)(hui)(hui)路(lu)壓(ya)(ya)降差(cha)(cha)距很(hen)小(xiao),如集熱(re)(re)回(hui)(hui)(hui)路(lu)1和(he)集熱(re)(re)回(hui)(hui)(hui)路(lu)2相差(cha)(cha)0.0473MPa,也就是說每(mei)個(ge)(ge)回(hui)(hui)(hui)路(lu)的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)降需要準確的(de)(de)(de)按照計(ji)算(suan)(suan)值調出(chu)(chu)來(lai),才能(neng)保證每(mei)一個(ge)(ge)回(hui)(hui)(hui)路(lu)的(de)(de)(de)流(liu)量都(dou)是一致的(de)(de)(de),如果(guo)其中一個(ge)(ge)回(hui)(hui)(hui)路(lu)有誤(wu)差(cha)(cha),緊接著后面(mian)回(hui)(hui)(hui)路(lu)如果(guo)還是按照原來(lai)計(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)(de)值來(lai)調,那就出(chu)(chu)現后面(mian)的(de)(de)(de)回(hui)(hui)(hui)路(lu)熔鹽(yan)流(liu)量偏差(cha)(cha),越(yue)往后偏差(cha)(cha)越(yue)大,甚至出(chu)(chu)現后端較遠的(de)(de)(de)回(hui)(hui)(hui)路(lu)少鹽(yan)或沒鹽(yan)。
要(yao)實現每個回路的閥(fa)(fa)前閥(fa)(fa)后按(an)照上述表中的數據(ju)調(diao)出來(lai),那(nei)就得(de)通過計算冷端入口調(diao)節閥(fa)(fa)CV值和閥(fa)(fa)門(men)的開度來(lai)實現。
從表中可以看出,第(di)(di)1個回(hui)路到第(di)(di)51個回(hui)路熔鹽調(diao)(diao)節(jie)閥(fa)的開(kai)(kai)(kai)度(du)從45.74%到71.77%,這(zhe)(zhe)個范圍(wei)屬于調(diao)(diao)節(jie)閥(fa)的正(zheng)常調(diao)(diao)節(jie)范圍(wei),沒有出現(xian)小(xiao)開(kai)(kai)(kai)度(du)和大(da)開(kai)(kai)(kai)度(du)現(xian)象。但關(guan)鍵是相(xiang)(xiang)鄰回(hui)路的調(diao)(diao)節(jie)閥(fa)開(kai)(kai)(kai)度(du)相(xiang)(xiang)差很小(xiao),如集熱回(hui)路6開(kai)(kai)(kai)度(du)47.70%與集熱回(hui)路7開(kai)(kai)(kai)度(du)48.00%,開(kai)(kai)(kai)度(du)相(xiang)(xiang)差0.3%,這(zhe)(zhe)么小(xiao)的開(kai)(kai)(kai)度(du)加上采用手動調(diao)(diao)節(jie),調(diao)(diao)節(jie)閥(fa)的調(diao)(diao)節(jie)精(jing)度(du)能不能調(diao)(diao)出來還是個未(wei)知數。
入口調節閥行程51mm,圈數(shu)10,開度相差(cha)0.3%,也就是相差(cha)0.03圈,在(zai)保證每臺調節閥的精度都(dou)一(yi)樣,0.03圈怎么能手動(dong)調出來,而且驅動(dong)形式(shi)大家都(dou)采用手動(dong),更不可能實現。
3.冷端入口熔鹽調節閥的閥前閥后壓力變化對回路流量的影響
調(diao)節閥(fa)的(de)(de)(de)流(liu)(liu)量(liang)特性,是在閥(fa)兩端壓(ya)差保(bao)持恒定的(de)(de)(de)條(tiao)件下(xia),介質流(liu)(liu)經(jing)調(diao)節閥(fa)的(de)(de)(de)相對流(liu)(liu)量(liang)與它(ta)的(de)(de)(de)開度之間關系。也就是說假(jia)設你定好(hao)節閥(fa)的(de)(de)(de)開度(假(jia)如為(wei)a),在調(diao)節閥(fa)前(qian)后(hou)壓(ya)差不變(bian)的(de)(de)(de)情況下(xia)才(cai)能得到一(yi)個穩定的(de)(de)(de)流(liu)(liu)量(liang)b,如果(guo)調(diao)節閥(fa)前(qian)后(hou)壓(ya)差改變(bian)的(de)(de)(de)話,實(shi)際(ji)流(liu)(liu)量(liang)也會根據上述的(de)(de)(de)流(liu)(liu)量(liang)特性改變(bian)。
從調(diao)(diao)節(jie)閥的(de)(de)流量特性(xing)來看,線(xian)菲(fei)或(huo)槽(cao)式(shi)每(mei)(mei)一個回(hui)(hui)路(lu)(lu)(lu)計算(suan)的(de)(de)閥前閥后(hou)壓(ya)力必須是準確的(de)(de)。在(zai)此前提下,如(ru)果某個回(hui)(hui)路(lu)(lu)(lu)因入口(kou)調(diao)(diao)節(jie)閥開度(流量曲線(xian))出現(xian)誤(wu)差,其結果影響到后(hou)面(mian)的(de)(de)每(mei)(mei)個回(hui)(hui)路(lu)(lu)(lu),也就是出現(xian)誤(wu)差后(hou)的(de)(de)回(hui)(hui)路(lu)(lu)(lu)閥前閥后(hou)壓(ya)力發生變化了,還(huan)是按照原(yuan)先(xian)的(de)(de)數據來調(diao)(diao)節(jie)后(hou)端(duan)回(hui)(hui)路(lu)(lu)(lu)的(de)(de)流量,肯定是不準確的(de)(de),最終導(dao)致(zhi)整個集熱(re)場每(mei)(mei)一個回(hui)(hui)路(lu)(lu)(lu)末(mo)端(duan)有著明顯(xian)的(de)(de)欠流、過流甚至斷流現(xian)象(xiang)。
4.回路流量變化對回路出口熱端熔鹽溫度的影響
在同樣的太陽輻照強(qiang)度下,如果有(you)個回路冷端(duan)入口(kou)熔(rong)(rong)鹽(yan)調節(jie)閥的調節(jie)精(jing)度差,或(huo)者說(shuo)在某個開度不能準確體(ti)現原(yuan)先的設計值,其后(hou)面的回路同時出(chu)現改變,后(hou)端(duan)的有(you)的回路就會出(chu)現少鹽(yan)或(huo)無(wu)鹽(yan)的情況,少鹽(yan)的集(ji)熱管(guan)內(nei)熔(rong)(rong)鹽(yan)超溫,產生(sheng)熔(rong)(rong)鹽(yan)氣化,無(wu)鹽(yan)的集(ji)熱管(guan)嚴(yan)重時導致集(ji)熱管(guan)破裂。
集(ji)熱(re)回路出口熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)溫(wen)(wen)度(du)偏差(cha)度(du)較大,匯集(ji)到(dao)(dao)熱(re)鹽(yan)(yan)(yan)罐(guan)(guan)(guan)的溫(wen)(wen)度(du)有可能(neng)無(wu)法達到(dao)(dao)設計值,對運行(xing)極(ji)其(qi)不利。比如出口溫(wen)(wen)度(du)可能(neng)達不到(dao)(dao)500℃,甚至更(geng)低(di),那(nei)么此(ci)時熱(re)端出口的鹽(yan)(yan)(yan)是往冷(leng)鹽(yan)(yan)(yan)罐(guan)(guan)(guan)進(jin)(jin)還是往熱(re)鹽(yan)(yan)(yan)罐(guan)(guan)(guan)進(jin)(jin)。進(jin)(jin)冷(leng)鹽(yan)(yan)(yan)罐(guan)(guan)(guan)會提高(gao)了(le)罐(guan)(guan)(guan)里(li)冷(leng)鹽(yan)(yan)(yan)溫(wen)(wen)度(du),罐(guan)(guan)(guan)體風(feng)險很大;進(jin)(jin)熱(re)鹽(yan)(yan)(yan)罐(guan)(guan)(guan)后降(jiang)低(di)了(le)罐(guan)(guan)(guan)里(li)熱(re)鹽(yan)(yan)(yan)溫(wen)(wen)度(du),蒸發系(xi)統出力降(jiang)低(di)。
如果集熱回路出現(xian)比較大的(de)欠流,熔(rong)鹽導致熔(rong)鹽超溫氣(qi)化,增加熔(rong)鹽的(de)補充量,嚴(yan)重時導致集熱管爆管,提高項目(mu)運行成本降低電(dian)站的(de)效益。
5.回路冷端入口熔鹽調節閥是集熱場回路流量平衡的關鍵點之一
5.1基礎數據
用(yong)戶提供(gong)的基礎數(shu)據條件是(shi)否有(you)一(yi)定的偏差(cha),如(ru)果有(you)偏差(cha),加上調節閥本(ben)身存在(zai)的死區,結(jie)果偏差(cha)進一(yi)步(bu)擴大(da)。
用(yong)戶(hu)(hu)提供集熱(re)場(chang)(chang)每個回路的(de)調(diao)節(jie)閥(fa)的(de)入(ru)口(kou)壓(ya)力(li)(li)和(he)(he)出(chu)(chu)口(kou)壓(ya)力(li)(li),以及集熱(re)場(chang)(chang)可能遇到防凝工況(kuang)(kuang)(kuang)、低(di)輻照(zhao)工況(kuang)(kuang)(kuang)、額定運行(xing)工況(kuang)(kuang)(kuang)、高輻照(zhao)工況(kuang)(kuang)(kuang)等工況(kuang)(kuang)(kuang)邊際條件下調(diao)節(jie)閥(fa)的(de)入(ru)口(kou)壓(ya)力(li)(li)和(he)(he)出(chu)(chu)口(kou)壓(ya)力(li)(li)。用(yong)戶(hu)(hu)只(zhi)提一個覆蓋(gai)所有回路調(diao)節(jie)閥(fa)入(ru)口(kou)壓(ya)力(li)(li)和(he)(he)出(chu)(chu)口(kou)壓(ya)力(li)(li)值(zhi),需要廠家根據沿(yan)程阻(zu)力(li)(li)損失(直管段粘滯阻(zu)力(li)(li))和(he)(he)局部阻(zu)力(li)(li)損失(閥(fa)門(men)、彎頭(tou)、三通等阻(zu)力(li)(li))來計算每個回路的(de)調(diao)節(jie)閥(fa)的(de)入(ru)口(kou)壓(ya)力(li)(li)和(he)(he)出(chu)(chu)口(kou)壓(ya)力(li)(li),確定調(diao)節(jie)閥(fa)的(de)CV值(zhi)。
無論是(shi)用戶提供還是(shi)閥門廠家自行計(ji)算,一個準確(que)的回(hui)路調(diao)節閥的入口壓力和出口壓力是(shi)做(zuo)好調(diao)節閥的關(guan)鍵。
5.2技術難點
有(you)了(le)準(zhun)確的回路調節閥(fa)的入口(kou)壓力和出口(kou)壓力等參數,就看(kan)廠家(jia)做(zuo)出來(lai)的產品能(neng)不能(neng)適(shi)應現場工況。
調節閥的流(liu)量特(te)性(xing)有線性(xing)特(te)性(xing),等百分比特(te)性(xing)及拋物線特(te)性(xing)三種。
(1)等(deng)百分(fen)比(bi)特(te)性(xing)(對數),等(deng)百分(fen)比(bi)特(te)性(xing)的(de)(de)(de)相(xiang)對行(xing)程和相(xiang)對流(liu)(liu)量(liang)(liang)不成(cheng)直(zhi)線關系,在行(xing)程的(de)(de)(de)每一點上單位行(xing)程變化(hua)所引起(qi)的(de)(de)(de)流(liu)(liu)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)變化(hua)與(yu)此點的(de)(de)(de)流(liu)(liu)量(liang)(liang)成(cheng)正比(bi),流(liu)(liu)量(liang)(liang)變化(hua)的(de)(de)(de)百分(fen)比(bi)是相(xiang)等(deng)的(de)(de)(de)。所以它的(de)(de)(de)優(you)點是流(liu)(liu)量(liang)(liang)小時(shi),流(liu)(liu)量(liang)(liang)變化(hua)小,流(liu)(liu)量(liang)(liang)大(da)時(shi),則流(liu)(liu)量(liang)(liang)變化(hua)大(da),也就是在不同(tong)開度(du)(du)上,具有相(xiang)同(tong)的(de)(de)(de)調節精(jing)度(du)(du)。
(2)線性特(te)性(線性),線性特(te)性的(de)(de)相對(dui)行程和相對(dui)流量成直線關系。單位(wei)行程的(de)(de)變(bian)化(hua)所引(yin)起的(de)(de)流量變(bian)化(hua)是不(bu)變(bian)的(de)(de)。流量大(da)時,流量相對(dui)值(zhi)變(bian)化(hua)小,流量小時,則流量相對(dui)值(zhi)變(bian)化(hua)大(da)。
(3)拋物線特性(xing)(xing),流量按行程的(de)二方(fang)成(cheng)比(bi)例(li)變化,大體具有線性(xing)(xing)和(he)等百分比(bi)特性(xing)(xing)的(de)中間(jian)特性(xing)(xing)。
根(gen)據上(shang)述表(biao)中回路的(de)(de)數據,等百分(fen)比特性的(de)(de)調節閥更適合(he)槽式和(he)線菲的(de)(de)集熱場流量平衡的(de)(de)調節。
廠家(jia)必須要通過流(liu)量(liang)測(ce)試臺,精(jing)準(zhun)測(ce)試某(mou)點的(de)(de)(de)開度對應的(de)(de)(de)流(liu)量(liang)是否(fou)是精(jing)確的(de)(de)(de),如果測(ce)試不(bu)(bu)準(zhun)確或者沒(mei)有經過測(ce)試,每一臺調(diao)節閥(fa)的(de)(de)(de)開度對應的(de)(de)(de)流(liu)量(liang)都是不(bu)(bu)一樣的(de)(de)(de),即使基礎數據再準(zhun)確,神(shen)仙也(ye)無法調(diao)出集熱場的(de)(de)(de)流(liu)量(liang)平(ping)衡。同時也(ye)得照(zhao)顧到其他邊際工況下流(liu)量(liang)曲線能否(fou)滿足(zu)。
特別是采(cai)用單(dan)座式的(de)調節閥,其精度要滿(man)足本工(gong)況,加工(gong)精度很難(nan)掌握,假如又沒有經過(guo)流量試驗臺測試,那是摸(mo)著石頭過(guo)河根本無法調出流量的(de)平衡。
由于熔鹽調節(jie)閥現場均采用(yong)手(shou)動形式,調節(jie)閥行程短,刻度牌從0~100%無法體現到dmm,可通(tong)過(guo)測試平臺標注(zhu)幾個典型工況(kuang)的開度點。
圖4流量試驗中心
為保證調(diao)(diao)節閥(fa)的(de)調(diao)(diao)節精度(du)(du)上文中所(suo)述要(yao)求,首先(xian),制(zhi)造商需配備高精度(du)(du)試驗臺架,對調(diao)(diao)節閥(fa)進行全行程動態測(ce)試,通過(guo)流量-開度(du)(du)曲(qu)線(xian)標定優(you)化閥(fa)門特性(xing)曲(qu)線(xian),消除非線(xian)性(xing)誤差(cha);其次,采(cai)用流線(xian)型閥(fa)芯結構及低摩擦密封設計,減少機(ji)(ji)械(xie)滯后;同時(shi),選(xuan)用高分辨率執行器(如0.3%定位精度(du)(du)的(de)智能型電動/氣動執行機(ji)(ji)構),并配置閉環控制(zhi)系統,通過(guo)4-20mA反(fan)饋信號實時(shi)校(xiao)正偏差(cha)。關(guan)鍵零部件需通過(guo)必要(yao)的(de)壽命測(ce)試,確保長期穩定性(xing)與重復(fu)精度(du)(du)達標。
正如前面描述,要(yao)滿足微小(xiao)Cv值變化(hua)可(ke)調可(ke)控,那(nei)就是需(xu)要(yao)閥門調節(jie)曲(qu)線(xian)連續性好,通過試(shi)驗(yan)(yan)臺架驗(yan)(yan)證實際數據與該表(biao)中設計數據一致。
5.3現場應用
考(kao)慮集(ji)(ji)熱(re)場可能(neng)遇到防凝工(gong)況、低輻照工(gong)況、額定運行(xing)(xing)工(gong)況、高輻照工(gong)況,設(she)(she)(she)定集(ji)(ji)熱(re)回(hui)(hui)路出口(kou)熔(rong)鹽(yan)溫(wen)度(du)(du)達(da)到設(she)(she)(she)計(ji)(ji)值(zhi)550℃,對(dui)熔(rong)鹽(yan)泵的(de)流量進行(xing)(xing)設(she)(she)(she)定,使(shi)得(de)集(ji)(ji)熱(re)管內熔(rong)鹽(yan)的(de)流速發生(sheng)變(bian)化,考(kao)慮對(dui)某(mou)些回(hui)(hui)路停止參與集(ji)(ji)熱(re),運行(xing)(xing)的(de)回(hui)(hui)路是否(fou)能(neng)滿足回(hui)(hui)路出口(kou)熔(rong)鹽(yan)溫(wen)度(du)(du)達(da)到設(she)(she)(she)計(ji)(ji)值(zhi),可根據摸擬計(ji)(ji)算改變(bian)調節閥的(de)開(kai)度(du)(du)。
通(tong)過一個好的(de)熔鹽調節閥可(ke)做到集熱場的(de)大致(zhi)流量(liang)平衡,在同(tong)樣(yang)的(de)太陽輻(fu)射強度(du)下,根據熱端出(chu)口反(fan)饋(kui)的(de)溫度(du),通(tong)過適當對熱端出(chu)口開關閥的(de)微調,使得整個集熱場流量(liang)平衡更(geng)加(jia)穩定可(ke)靠,達到熱端出(chu)口溫度(du)趨于均衡。
對于(yu)熔鹽(yan)(yan)(yan)線菲(fei)或槽式集(ji)熱(re)(re)場系統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)運行(xing)(xing),首先有(you)利于(yu)回路(lu)間流量平(ping)衡,讓(rang)每(mei)個(ge)回路(lu)的(de)(de)(de)(de)(de)實際運行(xing)(xing)流量與(yu)設(she)計流量盡量相符,讓(rang)每(mei)一(yi)(yi)個(ge)回路(lu)末端(duan)都不(bu)會(hui)有(you)著明顯(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)欠流過流現(xian)象,讓(rang)每(mei)一(yi)(yi)個(ge)回路(lu)出(chu)口熔鹽(yan)(yan)(yan)溫(wen)(wen)度(du)(du)達(da)到設(she)計要求,選(xuan)好做好每(mei)個(ge)冷端(duan)入口熔鹽(yan)(yan)(yan)調節(jie)(jie)閥是關鍵之一(yi)(yi)。回路(lu)間的(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)口熔鹽(yan)(yan)(yan)溫(wen)(wen)度(du)(du)偏(pian)差較大(da)會(hui)造成棄(qi)光(guang),增加光(guang)熱(re)(re)電(dian)站運行(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)穩定(ding)性。通過對冷端(duan)入口熔鹽(yan)(yan)(yan)調節(jie)(jie)閥的(de)(de)(de)(de)(de)優(you)化,配合熱(re)(re)端(duan)出(chu)口熔鹽(yan)(yan)(yan)閥和各種部(bu)件的(de)(de)(de)(de)(de)流阻一(yi)(yi)致性,減少集(ji)熱(re)(re)回路(lu)間的(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)口熔鹽(yan)(yan)(yan)溫(wen)(wen)度(du)(du)偏(pian)差小,集(ji)熱(re)(re)場的(de)(de)(de)(de)(de)運行(xing)(xing)控制便捷,保證(zheng)熱(re)(re)鹽(yan)(yan)(yan)罐溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)穩定(ding),提高蒸發系統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)發電(dian)效率。