光熱電站中儲熱介質的密封難點和方案

儲能介質的介質特性 
傳統的儲熱介質是水以及蒸汽。水在超過其沸點的情況下用作熱載體，則要求設備和系統承受壓力，如200℃的飽和蒸汽的壓力約為16公斤，更高溫度對照的飽和蒸汽其壓力更高，而過熱蒸汽其滲透性更加強。導熱油(國標GB23971-2009的正式名稱為有機熱載體，俗稱“導熱油)。在150~350℃的工業生產中，導熱油由于其高沸點而成為了水蒸氣的替代品，可以大量減少設備投資。 
熔鹽通常是指鈉(NaNO3)和鉀(KNO3)的鹽混合物。高溫熔鹽可達到560°C甚至更高的運行溫度，具有良好的導熱和流動特性，具有較高的比熱容和密度，在工業界一直是作為高溫傳熱介質和儲存熱量的介質。 
目前大部分光熱電站使用熔鹽吸熱儲熱系統——通過使用鏡片將大面積的日光聚焦在一起并將光能通過熔鹽介質儲把不穩定的太陽能儲存轉換成熱能來發電。目前的光熱電站都是集吸熱、儲熱及蒸汽發生于一體的系統，在陽光充足的時候熔鹽獲得熱量溫度升高，儲存在高溫熔鹽罐中;當陽光不足的時候，高溫熔鹽罐中的熔鹽提供能量，使電站持續穩定的發電，熔鹽溫度變低，流入低溫熔鹽罐中。 
光熱電站的工藝路線 
光熱電站的典型工藝路線一般由三個島組成：太陽島(用來聚光收集熱量)、傳儲熱島(用來熱量傳輸和儲存)和常規島(也叫發電島，用來發電)。每個島又有很多種裝備和管道、閥門組成，作為光熱電站的核心部分，太陽島再按技術路線分為槽式、塔式、菲涅爾式和碟式等。傳儲熱島主要涉及換熱器、熔鹽泵、熔鹽閥、流量計、電加熱、電伴熱等裝備以及熔鹽、導熱油等傳儲熱工質，常規島部分與傳統化石電站相似，涉及到的相關裝備也相對更加成熟，主要分為主機設備和輔機設備兩部分，關鍵裝備汽輪機、蒸汽發生器和發電機。 
密封特點和方案 
常溫的流體設備或者管道法蘭連接有多種密封方案可選擇，但熔鹽的溫度和易滲透特性將限制這些密封材料的使用效果。石墨材料是傳統高溫密封應用的主導者，在低溫時高純度的石墨(碳含量98%以上)有很好耐化學腐蝕性，但在高溫氧化環境下(超過450℃),石墨很容易產生質量損失，在熔融鹽這類強氧化劑環境下，300℃以上石墨墊片材料內部就會被氧化出孔隙，法蘭連接很難保持密封所需的扭矩，從而導致泄漏量增加進而密封失效。客戶可在實驗室模擬工況進行測試，也可以選擇第三方的測試機構對密封制造商的材料進行熱失重測試來了解密封材料的優劣。 
光熱發電的儲熱介質挑戰著傳統密封產品的溫度和化學極限。蒸汽、導熱油和熔融鹽在高溫的狀態都極易滲透，對密封材料來說其滲透性都是一個巨大的挑戰。一直以來Garlock將高溫工況應用作為開發目標，本世紀開發了THERMa-Pur高溫密封材料，可以組成切割墊片、金屬纏繞墊、金屬齒形墊、金屬波紋墊以及模壓填料組件等多種形式，可適用于密封熔融鹽工藝管道、換熱器和閥門的要。 
轉載于《閥門用戶》2018年7月號總第49期。