4月26日，2024第十一屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會在內(nèi)蒙古呼和浩特盛大召開，北京佳潔能新節(jié)能技術有限公司（簡稱：北京佳潔能）董事長陳金環(huán)出席會議并作主題報告《解決熔鹽閥運維中的主要問題，助力光熱+關鍵設備國產(chǎn)化》。

圖：陳金環(huán)

熔鹽閥可靠性對于光熱電站運行至關重要

陳金環(huán)指出，熔鹽閥的國產(chǎn)化，首先要滿足光熱電站運行工況，保證熔鹽系統(tǒng)集、儲、換的正常運行。若采用廉價卻不成熟的產(chǎn)品，嚴重時可能會導致電站停運，造成更大損失。因此，成熟可靠可控的國產(chǎn)化熔鹽閥產(chǎn)品是助力光熱發(fā)電降低成本的基本條件。

陳金環(huán)舉例，在首批示范項目中，冷罐泵出口關斷閥采用三偏心金屬密封蝶閥的，大多存在內(nèi)漏情況。他指出，若關斷閥內(nèi)漏2%~3%，每小時則至少有50噸以上的熔鹽通過備用泵返回熔鹽罐。

以某項目參數(shù)作為參考，熔鹽泵打出1噸熔鹽約需1.375KW，這些熔鹽通過備用泵返回熔鹽罐里再打出來還需同樣的電，50×1.375=68.75×2=137.5KW，按一天10小時運行，一年300天計算，137.5×10×300=412500KW。

他表示，熱罐備用泵也是同樣的問題，運行時一旦備用泵反轉，一小時內(nèi)漏或將超過100噸，加上再循環(huán)的漏鹽，熔鹽大量泄漏到熱罐，不僅降低了熱鹽的溫度，也降低了蒸汽參數(shù)。由于熔鹽閥的內(nèi)漏，一個100MW光熱電站一年至少損失100萬千瓦的能量，同時給后期運維增加了大量的工作和難度。

北京佳潔能通過從首批示范項目熔鹽系統(tǒng)運維中發(fā)現(xiàn)的一些問題，結合現(xiàn)場工況加以改進，希望能給這批“光熱+”項目的設計和選型及已發(fā)電項目的改造提出一點參考，讓熔鹽系統(tǒng)運行更加安全可靠，降低運維成本。

陳金環(huán)還強調(diào)，國產(chǎn)化并非盲目追求成本價格從進口一臺50萬元直接降至5萬元，他認為，在成本合理降低的同時，應首先保證產(chǎn)品的可靠性，并根據(jù)具體工況來研發(fā)合適的熔鹽閥。“一個系統(tǒng)關鍵位置的可靠熔鹽閥，一年可為項目節(jié)省幾十萬千瓦的能源，這是助力國產(chǎn)化降本的一個重要方向?！?/p>

冷泵至吸熱器熔鹽閥改進措施

如上圖所示，冷鹽泵有氣動或電液動三偏心快關蝶閥，止回閥+調(diào)節(jié)閥，止回閥三種配置。

氣動或電液動三偏心快關蝶閥的目的是止回和關斷。止回作用是防止熔鹽泵反轉，靠氣動或電液動快關實現(xiàn)。關斷作用是隔斷熔鹽介質(zhì)倒流，蝶閥產(chǎn)生內(nèi)漏，熔鹽通過備用泵倒流罐里。

當備用泵的出口關斷閥出現(xiàn)微量內(nèi)漏時，最大的危害是熔鹽倒流至泵內(nèi)部，使熔鹽殘留在泵的軸承及軸套上，熔鹽凝結造成泵卡澀；當大量內(nèi)漏時，則會使泵倒轉，長此以往，泵的緊固件容易松動脫落，造成泵的晃動及大幅振動，使得泵無法正常運行。

陳金環(huán)指出，首批示范項目以三偏心蝶閥作為止回和關斷，基本上都出現(xiàn)了問題。因為三偏心蝶閥不適合熔鹽長期溫變的工況，且冷泵出口的工作壓力較高。

為何出現(xiàn)內(nèi)漏？陳金環(huán)分析，閥桿軸線徑向偏心，在閥桿力矩的作用下，密封圈周邊的密封力和產(chǎn)生的應力不等，有高壓力區(qū)和低壓力區(qū)，導致密封圈周邊的變形不一致，沿周邊不一致的變形，影響了閥門的密封效果；此外，頻繁的溫度變化，導致密封圈和閥座的變形，甚至固定密封圈的螺栓脫落，留下一定的隱患。

圖：模擬光熱熔鹽運行工況三偏心蝶閥閥瓣、密封圈溫度場

圖：模擬光熱熔鹽運行工況三偏心蝶閥密封圈應力分布

如上圖。從三偏心蝶板密封面等效應力和蝶板變形圖可以看出，蝶閥密封面受力受扭矩影響大，在蝶板的上下面由于受錐面幾何形狀的影響，無法產(chǎn)生足夠的密封比壓；整個蝶板由于扭矩和介質(zhì)力的影響容易產(chǎn)生非對稱形變，故常見三偏心蝶閥很難做到零泄漏或V級以上密封等級。

陳金環(huán)表示，在本批光熱+項目，北京佳潔能和某設計院進行了改進，去掉三偏心快關蝶閥，采用止回閥+調(diào)節(jié)閥形式設計。止回閥依靠介質(zhì)本身流動而自動開、閉閥瓣,用來防止介質(zhì)倒流。調(diào)節(jié)閥作為流量調(diào)節(jié)的同時，把密封等級做到零泄漏，實現(xiàn)介質(zhì)的關斷。這種設計既能保護熔鹽泵，又能隔斷介質(zhì)倒流。關鍵是要求有一種能適應熔鹽工況的專用止回閥，且閥腔不能有死角殘留熔鹽，同時還要適應疏鹽工況的要求。

他指出，如果用汽水止回閥代替熔鹽專用止回閥，閥體底部長期積鹽不易排除，且鹽垢不易化開，影響閥瓣動作。因此常規(guī)的汽水旋啟式止回閥明顯不適應熔鹽系統(tǒng)。

熔鹽逆止閥依靠介質(zhì)本身流動而自動開、閉閥瓣,用來防止介質(zhì)倒流，結構上無死角，熔鹽不會在閥體內(nèi)殘留導致凍死，無需外部動力，故障率低。逆止閥相對于電液動快關閥，設備無需維護，價格較低。

陳金環(huán)表示，只采用止回閥的設計雖能保護熔鹽泵，但由于止回閥關閉后需要兩秒左右的雙向壓力平衡才能關緊，而且有人擔心運行時間長了，止回閥的閥瓣與閥座的密封面是否會擦傷，導致無法關緊。

改進方案：自緊式偏心止回關斷雙功能蝶閥

陳金環(huán)介紹，自緊式偏心止回關斷雙功能蝶閥靠啟泵后熔鹽的壓力打開，停泵或事故靠熔鹽的倒流壓力3秒內(nèi)迅速關閉，這兩個過程電動執(zhí)行機構不產(chǎn)生作用。止回功能實現(xiàn)后，電動執(zhí)行器動作，對閥瓣施加一定的力，加上熔鹽反向的壓力輔助，達到了關閉后的嚴密性。

如果設計上認為變頻泵不需要調(diào)節(jié)閥，那么熔鹽泵出口只需設置止回關斷雙功能的自緊式偏心金屬密封蝶閥，既能達到止回閥的功能，又克服了三偏心蝶閥內(nèi)漏問題，節(jié)省了投資。

自緊式三偏心金屬密封蝶閥（止回關斷雙功能）蝶板閥中主要包括閥體、支架、閥桿、閥板、

連桿機構等組成，結構簡單可靠。閥門密封面采用錐面設計，閥門密封采用介質(zhì)自身壓力達到自緊密封，同時閥桿可提供輔助關閉力，泄漏等級可達Ⅴ級；閥門開關采用連桿結構，蝶板的開啟靠泵出口的壓力，止回作用時依靠介質(zhì)的倒流迅速關閉，同時執(zhí)行機構動作，對關閉的閥瓣施加一定的推力，保證關閉的嚴密性，達到了零泄漏。

此外，蝶板采用偏心設計，開啟時蝶板密封面與閥座密封面完全脫離，確保蝶板與閥座無磨損，延長使用壽命。閥門開啟后蝶板與流道平行，流阻小，流通能力大。

圖：自緊式三偏心金屬密封蝶閥（止回、關斷雙功能）蠕變應力分析

圖：自緊式三偏心金屬密封蝶閥（止回、關斷雙功能）蠕變應力分析

冷泵再循環(huán)管道閥門方面，陳金環(huán)表示，熔鹽泵再循環(huán)設計為截止閥時，小流量閥門開度很小，由于力高（達到7MPa多）熔鹽沖蝕力特別強，該閥幾次密封和閥芯就會嚴重沖涮，泄漏就越來越嚴重。當系統(tǒng)運行時，熔鹽一直在通過該閥漏到冷鹽罐。至于對系統(tǒng)的影響我們不得而知，但明顯浪費了能源。從冷鹽泵出來需要消耗電能，回到冷鹽罐后，再通過冷鹽打出來也要消耗電能，等于消耗了兩次電能。冷泵再循環(huán)應設計為多級降壓調(diào)節(jié)閥，系統(tǒng)運行后關閉零泄漏。雖然多級降壓調(diào)節(jié)閥價位高，但長久的效益方面比截止閥要好很多。

下降管至進熱罐冷罐熔鹽閥改進措施

陳金環(huán)表示，光熱在運行時，熱鹽通過調(diào)節(jié)閥減壓降速后進入熱罐冷罐，如果降壓效果不好，或者說運行一段時間后，進熱罐熱鹽壓力較大流速增大，給熱罐帶來嚴重的隱患。因此下降管大壓差調(diào)節(jié)閥的改進措施也極為重要。

圖：下降管至進熱罐冷罐熔鹽閥系統(tǒng)

大壓差調(diào)節(jié)閥采用多層孔結構，運維中該閥易出現(xiàn)的問題包括：疏鹽時調(diào)節(jié)閥中部出現(xiàn)漏鹽；多層孔下部出現(xiàn)渣滓堵塞，節(jié)流孔無出現(xiàn)沖涮汽蝕；節(jié)流孔出現(xiàn)沖涮汽蝕，無出現(xiàn)渣滓堵塞。

基于此，陳金環(huán)提出了兩個思路：思路1，套筒的結構與節(jié)流孔的大小與套筒之間的縫隙大小，決定這些渣滓的流出與堵塞；思路2，熱熔鹽的溫度與流速對閥內(nèi)件沖蝕的臨界點是決定沖蝕與否的主要因素。

陳金環(huán)認為，應尋找一種結構，能同時解決上述問題，既能避免渣滓堵塞，又能克服沖涮汽蝕。

改進方案：循環(huán)換對流式盤片組合熔鹽大壓差調(diào)節(jié)閥

圖：循環(huán)對流式結構

陳金環(huán)介紹，循環(huán)對流式的特點是避讓。改變流道結構是避讓堵塞最有效的途徑；控制熔鹽流速是避讓沖蝕最有效的方法。兩者結合，可以完美解決下降管調(diào)閥所遇到的主要問題。

圖：北京佳潔能大壓差調(diào)節(jié)閥

假如大壓差調(diào)節(jié)閥沖蝕，出口壓力、流速太高，進熱鹽罐電動開關閥不能降壓降流速，進熱鹽罐的壓力、流速夠高會產(chǎn)生安全隱患，熱鹽罐里的鹽動起來，慣性力會使罐體薄弱或有瑕疵的焊縫裂開，將會造成嚴重的損失。因此，下塔調(diào)節(jié)閥長期運行的降壓降速是不能打折扣的。

針對充鹽和疏鹽工況，一種設計是通過下降管進冷罐，如果進熱罐的開關閥內(nèi)漏，不達到溫度要求的鹽進冷罐的同時也進熱罐，降低熱鹽的溫度，蒸發(fā)器效率就降低。陳金環(huán)表示，這里的開關閥大多設計成三偏心金屬密封蝶閥，北京佳潔能對這些開關閥進行了改進。

采用泵出口的自緊式偏心關斷蝶閥，把止回的功能去掉，打開和關閉靠執(zhí)行機構的力來實現(xiàn)，把閥的流向換一個方向后，關閉后介質(zhì)的倒流壓力輔助執(zhí)行器關閉效果更好，達到零泄漏。變角行程的三偏心蝶閥為直行程后，閥座和閥瓣的密封通過閥座和閥瓣本體堆焊加工，就不會出現(xiàn)三偏心蝶閥密封圈變形了的問題。

熱泵至蒸發(fā)器母管熔鹽閥改進措施

陳金環(huán)介紹，熱鹽罐出口熔鹽閥的布置方式包括：

1、氣動快關三偏心蝶閥

氣動快關三偏心蝶閥采用通用三偏心蝶閥，快關是當止回閥用，同時也當關斷閥用。這在首批示范項目的實際運行中出現(xiàn)大量內(nèi)漏，備用泵出現(xiàn)了反轉，給現(xiàn)場運行帶來麻煩。

2、止回閥+電動調(diào)節(jié)閥（0泄漏）

止回閥關閉后會有3秒左右壓力平衡才能達到關斷作用；擔心止回閥內(nèi)漏，所以加上調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥要求零泄漏，通過與泵連鎖，停泵后調(diào)節(jié)閥關閉達到零泄漏。阿克塞匯東項目采用該方案。缺點是總包方熱泵多了三臺調(diào)節(jié)閥的成本。

3.止回閥

陳金環(huán)表示，該方案已在首航敦煌100MW上運行3年多，效果也很好，但必須要求止回閥底部無死角，否則熔鹽殘留無法排出。因此需采用專用的熔鹽止回閥?！坝腥藭倪\行時間長，閥瓣動作會不會產(chǎn)生對閥座密封面的擦傷，導致泄漏。該閥只有在系統(tǒng)停機或故障時動作一次，頻率較低，使用壽命還是很長的，但這擔心是有道理的?！?/p>

改進方案：自緊式偏心止回關斷雙功能蝶閥

該閥與上述所述冷泵出口一樣，采用自緊式偏心止回關斷雙功能蝶閥，靠啟泵后熔鹽的壓力打開，停泵或事故靠熔鹽的倒流壓力可在2秒內(nèi)迅速關閉，這兩個過程電動執(zhí)行機構不產(chǎn)生作用。止回功能實現(xiàn)后，電動執(zhí)行器動作，對閥瓣施加一定的力，介質(zhì)反向的壓力輔助，達到了關閉后的嚴密性。系統(tǒng)運行前，先通過執(zhí)行機構把閥瓣打開，可與泵做連鎖。既能達到止回閥的功能，又克服了三偏心蝶閥內(nèi)漏問題，節(jié)省了投資。

關于北京佳潔能：

作為國產(chǎn)主流熔鹽閥供應商之一，北京佳潔能自2014年起與蘇州德蘭聯(lián)合研發(fā)熔鹽閥門，與多個權威科研院所合作，獲得十幾項有關熔鹽閥專利授權，同時在多個熔鹽閥試驗平臺和首批多個示范項目應用近300臺，無故障運行時間大多超三年。

北京佳潔能光熱相關業(yè)績展示：

1.中科院上海應用物理研究所熔鹽制備、超高溫儲能截止閥、調(diào)節(jié)閥

2.浙江大學熱能工程研究所山東電建三委托建設熔鹽試驗平臺截止閥、調(diào)節(jié)閥

3.蘭州大成敦煌聚光熱電有限公司50MW項目截止閥、調(diào)節(jié)閥

4.首航高科能源技術股份有限公司10MW項目截止閥、調(diào)節(jié)閥、下塔調(diào)節(jié)閥、逆止閥等

5.首航高科能源技術股份有限公司100MW項目截止閥、調(diào)節(jié)閥、下塔調(diào)節(jié)閥改造、逆止閥等

6.首航高科能源技術股份有限公司10MW+100MW光熱項目熔鹽調(diào)節(jié)閥、截止閥維修

7.中電哈密塔式熔鹽光熱50MW項目儀表閥

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14.阿克塞匯東新能源110MW光熱項目熔鹽大壓差調(diào)節(jié)閥

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16.阿克塞匯東新能源110MW光熱項目熔鹽調(diào)節(jié)閥

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26.國投若羌10萬千瓦光熱發(fā)電項目吸熱器調(diào)節(jié)閥截止閥

27.唐山海泰新能源股份有限公司光熱+光伏一體化項目吸熱器調(diào)節(jié)閥截止閥

28..國家電投河南公司新疆吐魯番鄯善七克臺100MW光熱發(fā)電項目大壓差調(diào)節(jié)閥

29.國家電投河南公司新疆吐魯番鄯善七克臺100MW光熱發(fā)電項目熔鹽調(diào)節(jié)閥

30.國家電投河南公司新疆吐魯番鄯善七克臺100MW光熱發(fā)電項目熔鹽止回閥

31.國家電投河南公司新疆吐魯番鄯善七克臺100MW光熱發(fā)電項目熔鹽截止閥

2024第十一屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會4月25-26日在內(nèi)蒙古呼和浩特香格里拉大酒店盛大召開，大會由CSPPLAZA光熱發(fā)電平臺聯(lián)合常州龍騰光熱科技股份有限公司共同主辦，大會主題為“在多變的形勢下實現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展”，共有來自海內(nèi)外約800名代表出席本屆大會。