光热发电熔盐集热储热系统特殊位置熔盐调节阀

塔式熔盐太阳能光热发电集热储热换热过程是将290℃的冷熔盐从冷储热罐中抽出至位于塔顶的集热器，被加热到565℃，然后借重力回到热熔盐储热罐中，再由热盐泵抽出经过蒸汽发生器系统而产生高温高压蒸汽来驱动汽轮机发电系统发电。在日落时，将整个管路中的熔盐回收至熔盐罐；在次日系统重新运行时，通过熔盐管道上环绕电阻丝先对整个管道进行预热，达到预定温度后才充入熔盐。

冷熔盐在上塔管路中，设置熔盐调节阀控制熔盐流量压力，通过流量严格控制集热器出口的熔盐温度。在运行过程中，每天气象条件不是一成不变的，如云层的。这就要求该调节阀长期运行下不但要准确控制进集热器的熔盐流量，而且集热器侧的压力要保持在设计允许的范围。否则无论是流量还是压力的误差，都会影响到集热器的安全运行，严重时发生生产事故。

50MW的机组塔高一般在180~200米，被加热到565℃的熔盐通过下降管回到熔盐热罐。熔盐在进热罐的管路中同样设置熔盐调节阀来控制进热罐熔盐的压力。这时调节阀阀前压力不会低于5MPa,热熔盐进罐必须控制在0.3MPa以内。罐体是由钢板焊接起来的，熔盐流体的冲击力及调节阀出现的震动带来管道的震动，或许会导致储热罐体焊缝裂开，引起熔盐小规模泄漏，严重时威胁到整个罐体的安全，长期下去后果可想而知。

基于光热发电熔盐系统的特殊性，这些位置熔盐调节阀必定是高压差。高压差必然导致高流速，而高流速又带来振动、冲刷汽蚀、噪声等严重问题。

熔盐调节阀中产生的汽蚀空化冲刷现象是肯定存在的，融熔状态的熔盐在阀内部进入节流部位时压力骤然下降，在通流截面面积最小处压力降至最低，当这一压力低于当前温度下流体的饱和蒸汽压时，部分液体会出现汽化，形成大量微小的汽泡，当融熔状态的熔盐流过节流口压力回升时，这些汽泡又发生破裂回到液态，对阀体和阀芯等部件产生冲击并带来噪声、振动等危害。

以下是几种熔盐调节阀的结构：

单座式                串级式             多层套筒式               创新迷宫式

​  单座调节阀阀体内有一个阀芯和一个阀座，具有泄漏量小的特点。该阀不平衡力大，其允许压差较小，在高压差、大口径情况下不宜使用。

串级式多级降压结构把原本的一个整体的节流区域以多个分开的节流区域互相串联，从而使较大的压差转换为多个较小的压差，使每一次的降压范围都控制在饱和蒸汽压以上，使空化现象不再出现。其特点在于：启闭过程中能够减轻持续压差，每一级节流口的动作均滞后于上一级节流口，可以使在启闭过程时作用于阀口的持续高压逐级减轻，分担了第一级节流口的压力；流阻较小，可以胜任流体清洁度不高，甚至固液两相流的场合；串级式阀芯一般进行碳化钨喷涂硬化处理，抗冲刷汽蚀性能良好；制造过程与其他多级降压调节阀相比工艺较为简单，加工方便，制造成本也较为低廉；串级式调节阀一般降压级数有限，多为3～4级，不能应用于压差过高的场合。

多层套筒式调节阀典型结构特征是阀芯部分节流件由数层加工有小孔的套筒构成，每层套筒之间都留有一定的间隙，使流体流经套筒时得以缓冲，从而将流体速度控制在一定范围内。其特点在于：多级套筒式调节阀降压级数可以设计得较大，降压能力与串级式相比较强，能够胜任高压差的场合；多层套筒式结构既能满足较高的压降要求，同时又能在工作时保证较大的流量；抗汽蚀性能良好，用于液体介质时，流体由最外侧套筒流向最内侧，液体介质在套筒中逐级降压以减轻空化汽蚀现象的发生，并且流体最终从内侧套筒上的小孔中喷射至中心阀腔区域，使汽泡在套筒中心部位破裂，不直接对阀门金属表面产生伤害；抗噪声、振动性能良好，用于气体介质时由套筒内侧向外流动，靠外侧套筒的孔径和间隙与内侧相比均有所扩大，使气体介质在逐级降压过程中不断膨胀，可以有效地降低噪声及振动带来的危害；套筒加工过程比较复杂，成本较高。但安装与维护简便，易于更换。

创新迷宫式结构其核心节流部分由多个开有迷宫式沟槽的金属盘片叠加而成。流体流经迷宫流道中经过多次碰撞转折，消耗能量，在逐级降压过程的同时，使流速也得到了控制。多级套筒式调节阀降压级数可以设计得较大，降压能力与串级式相比较强，能够胜任高压差的场合。其特点在于：迷宫流道的拐弯级数就是迷宫式调节阀的降压级数，一般可达十几到二十几级，所以迷宫式多级降压结构是常见多级降压调节阀中降压能力最强的；出色的抗汽蚀冲刷及消声减振性能，多级拐弯迷宫式流道可以有效地控制流体流速，避免空化、噪声及振动等不良现象的发生；过使用不同形式的迷宫盘片进行组合，迷宫式调节阀可以达到不同的流量特性调节曲线；迷宫式盘片制造精度要求很高，一般由司太立合金堆焊，有较长的使用寿命;安装与维护比较简便，盘片易更换；迷宫式流道针对流体介质进行改进，迷宫流道不易发生堵塞。

从以上几种调节阀进行比较，可以看出单座式调节阀与串级式多级降压不适应光热发电特殊位置的基本要求。多层套筒式调节阀由于熔盐与蒸汽的特性不同，存在着冲刷风险，使用几个月时间后，还是会出现小范围的汽蚀和较严重的冲刷现象。创新迷宫式调节阀基本上不会出现震动，再通过对流道进行改进后，加上有效的伴热措施，不易产生堵塞，同时保证了长期运行阀后进罐的压力保持在可靠的范围之内。

通过以上分析，我们认为冷熔盐上塔与热熔盐回到熔盐热罐管路中所设置的熔盐调节阀应选择创新迷宫式结构调节阀。调节阀在各个位置的不同所产生的作用也是不同的，设计单位在选型的时候应该根据该阀在所在的位置所起的作用进行选型，调节阀厂家设计时除了考虑设计单位提出的参数外，还应该着重考虑熔盐的最大饱和蒸气压，才能生产出合格的熔盐调节阀。