蓄能罐、儲(chǔ)熱罐、熔鹽罐

太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)從上世紀(jì)八十年代發(fā)展至今，對(duì)充當(dāng)其傳熱介質(zhì)的材料進(jìn)行了多樣化的嘗試，包括水和蒸汽、空氣、液態(tài)金屬、導(dǎo)熱油及熔鹽等。隨著光熱發(fā)電技術(shù)的革新，所需要的傳熱介質(zhì)使用溫度愈來愈高，要求的傳熱能力也愈來愈強(qiáng)。

熔鹽是優(yōu)良的傳熱儲(chǔ)能介質(zhì)，在建筑供暖、谷電制熱、風(fēng)電消納等方面都具有一定的應(yīng)用前景。由于其具有較高的使用溫度、高熱穩(wěn)定性、高比熱容、高對(duì)流傳熱系數(shù)、低粘度、低飽和蒸汽壓、低價(jià)格等“四高三低”的優(yōu)勢(shì)，成為目前光熱發(fā)電領(lǐng)域中認(rèn)可度的傳儲(chǔ)熱介質(zhì)之一。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在20個(gè)光熱發(fā)單示范項(xiàng)目中，18個(gè)采用熔鹽儲(chǔ)能。已備案新增92個(gè)光熱發(fā)電站清單中，86個(gè)采用熔鹽儲(chǔ)能。然而，光熱電站中所使用的熔鹽在品質(zhì)與價(jià)格方面都與常見農(nóng)用化肥（硝酸鉀和硝酸鈉為常見的化肥原料）有較大差別，同時(shí)熔鹽在生產(chǎn)與使用過程中因自身特性導(dǎo)致的一系列問題已成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的重點(diǎn)。

目前，示范項(xiàng)目建設(shè)的陸續(xù)展開也將對(duì)熔鹽產(chǎn)品開展集中式采購(gòu)。本文將從熔鹽品質(zhì)界定入手，針對(duì)熔鹽的不同生產(chǎn)方式、腐蝕問題、示范項(xiàng)目采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、槽式與塔式項(xiàng)目對(duì)熔鹽的不同要求以及低熔點(diǎn)熔鹽未來發(fā)展形勢(shì)等方面進(jìn)行了深入的分析與解答，以為示范項(xiàng)目熔鹽采購(gòu)提供一些參考。

熔鹽品質(zhì)好壞如何界定？

根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的要求不同，所使用的熔鹽產(chǎn)品亦有所區(qū)別。常見的光熱熔鹽品種有二元鹽（40%KNO3+60%NaNO3）、三元鹽（53%KNO3+7%NaNO3+40%NaNO2）和低熔點(diǎn)熔鹽產(chǎn)品等。對(duì)于光熱發(fā)電而言，二元熔鹽的應(yīng)用較為廣泛及成熟。

據(jù)CSPPLAZA記者了解，以使用二元熔鹽為例，槽式電站的使用量約是塔式電站的2.5倍左右。對(duì)于50MW、配置8小時(shí)儲(chǔ)能的塔式電站，熔鹽需求量約為1.2萬噸，對(duì)于50MW、配置8小時(shí)儲(chǔ)能的槽式電站，熔鹽需求量約為3萬噸。然而，在光熱電站對(duì)熔鹽需求量如此之高的情況下，中國(guó)當(dāng)前對(duì)光熱電站所使用熔鹽的測(cè)試方法、測(cè)試項(xiàng)目、組分指標(biāo)的要求尚沒有統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，容易導(dǎo)致熔鹽市場(chǎng)魚龍混雜，以次充好。

熔鹽通過選取不同類別的單體原材料（單晶鹽），嚴(yán)格按照一定比例復(fù)配形成性能穩(wěn)定的混合共晶鹽。在熔鹽所選用的單晶鹽中，若雜質(zhì)離子（如氯離子、硫酸根離子、銨根離子、碳酸根離子等）含量不能嚴(yán)格把關(guān)，將會(huì)導(dǎo)致最終的產(chǎn)品性能大打折扣，從而影響儲(chǔ)換熱效率，嚴(yán)重時(shí)可能腐蝕設(shè)備管道造成熔鹽泄露事故，或者堵塞管道導(dǎo)致電站癱瘓。因此，雜質(zhì)含量是評(píng)判熔鹽品質(zhì)的重要指標(biāo)，高品質(zhì)的熔鹽產(chǎn)品才能更好地對(duì)電站安全性負(fù)責(zé)。

深圳市愛能森科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱愛能森）專家曾智勇向CSPPLAZA記者介紹，現(xiàn)階段，高純度的熔鹽制備仍有較大難度，需要特定工藝去除雜質(zhì)離子。因此，在選擇產(chǎn)品供應(yīng)商時(shí)，可從以下幾個(gè)方面來界定產(chǎn)品品質(zhì)：

一、產(chǎn)品主成分含量及其它雜質(zhì)離子含量，可通過產(chǎn)品的組分檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)界定。研究發(fā)現(xiàn)，純度高的產(chǎn)品較之低純度產(chǎn)品的熔點(diǎn)可降低3℃以上，上限分解溫度提高13℃左右，同時(shí)粘度及腐蝕性也可大大降低，劣化分解形成沉淀使設(shè)備結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)隨之降低。

二、產(chǎn)品含水量，即干燥程度。含水量的高低將會(huì)影響儲(chǔ)熱能力和采購(gòu)成本。

三、產(chǎn)品的復(fù)配均勻度，這與復(fù)配的工藝及精細(xì)度有關(guān)?？蓮漠a(chǎn)品的色澤、顆粒均勻度粗略判斷，再通過產(chǎn)品的性能測(cè)試進(jìn)一步判斷，如熔點(diǎn)、上限使用溫度、粘度、導(dǎo)熱、密度等參數(shù)。

除上述各項(xiàng)成分含量以及性能檢測(cè)外，熔鹽在光熱電站實(shí)際應(yīng)用過程中性能的良好發(fā)揮才是熔鹽產(chǎn)品高品質(zhì)的力證明。熔鹽質(zhì)量好壞以是否能夠滿足光熱電站熔鹽相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備25年以上安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行為準(zhǔn)，主要分為兩方面：

一、熔鹽本身做為蓄熱工質(zhì)的質(zhì)量保證。主要要求熔鹽在長(zhǎng)期使用過程中物理化學(xué)性能保持穩(wěn)定，比重、比熱、粘度等各項(xiàng)熱物性參數(shù)變化小，揮發(fā)量小。

二、熔鹽對(duì)過流部件及設(shè)備的影響。主要包括熔鹽罐、熔鹽泵、熔鹽管路、閥門、接觸式測(cè)試設(shè)備、熔鹽吸熱器、熔鹽-導(dǎo)熱油換熱器、熔鹽-水工質(zhì)預(yù)熱器、蒸發(fā)、過熱和再熱器等熔鹽流經(jīng)設(shè)備的腐蝕、形變和熱應(yīng)力破壞等影響，需要保證這些設(shè)備在設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)的正常工作。

現(xiàn)場(chǎng)混合熔化VS直產(chǎn)混合熔鹽，孰優(yōu)孰劣？

通常情況下，熔鹽供應(yīng)可采用現(xiàn)場(chǎng)混合熔化或者直接供應(yīng)混合熔鹽的方式。硝酸鉀和硝酸鈉早期主要應(yīng)用于工業(yè)及農(nóng)業(yè)，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)要求相對(duì)光熱發(fā)電領(lǐng)域較低。市場(chǎng)上的供應(yīng)商以單體為主，基本沒有復(fù)合熔鹽的供應(yīng)商。所以，早期國(guó)外的光熱電站建設(shè)時(shí)，大多直接選購(gòu)硝酸鉀和硝酸鈉，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)配。但進(jìn)入光熱電站系統(tǒng)的最終熔鹽產(chǎn)品不是硝酸鉀單體、也不是硝酸鈉單體，而是二者按照一定比例復(fù)配后形成的混合共晶鹽。CSPPLAZA記者根據(jù)受訪各方反饋總結(jié)了兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

在實(shí)際情況中，可對(duì)上述兩種情況作出相應(yīng)的取舍。建議參考供應(yīng)廠商和項(xiàng)目地理位置綜合考慮，如硝酸鉀和硝酸鈉生產(chǎn)廠家較近，可保證兩種原料連續(xù)供貨，則可采用現(xiàn)場(chǎng)混鹽的方式；如硝酸鉀和硝酸鈉生產(chǎn)廠家較遠(yuǎn)，可采用直接供應(yīng)混合熔鹽的方式。

腐蝕問題究竟有多嚴(yán)重？

“儲(chǔ)熱熔鹽中硝酸鉀和硝酸鈉的氯離子和硫酸根離子尤其需要注意，它好比人類血管中的，輕則造成堵塞，重則危及安全，尤其高溫條件下氯離子對(duì)設(shè)備的腐蝕性更是成幾何倍數(shù)增加，嚴(yán)重影響著生產(chǎn)安全和運(yùn)行壽命。

通常而言，熔鹽的腐蝕性會(huì)對(duì)熔鹽罐、熔鹽泵、熔鹽電加熱器、罐體內(nèi)測(cè)試元件、熔鹽管路、閥門、熔鹽吸熱器、連接軟管、法蘭等產(chǎn)生一定的化學(xué)腐蝕或者應(yīng)力腐蝕，由于熔鹽使用過程中極大的溫差變化而造成的應(yīng)力腐蝕可以導(dǎo)致熔鹽罐焊縫破裂。

熔鹽的腐蝕性主要是對(duì)接觸到熔鹽的設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。其腐蝕機(jī)理較為復(fù)雜，有晶間腐蝕（局部腐蝕的一種）、點(diǎn)腐蝕等形式。腐蝕產(chǎn)生的原因也較多，包括對(duì)材質(zhì)的選擇、施工工藝、生產(chǎn)管理等多個(gè)方面。

金利達(dá)鉀業(yè)田野補(bǔ)充道：“據(jù)有關(guān)資料顯示，在同種材質(zhì)條件下，高溫中氯離子每增高10PPM將增加腐蝕性8-12%，超過界限值將大大減少設(shè)計(jì)壽命。降低熔鹽對(duì)儲(chǔ)熱設(shè)備的腐蝕問題，就需要采用低氯低硫的熔鹽產(chǎn)品。

”

針對(duì)降低腐蝕可采取的措施，愛能森曾智勇分享了以下幾點(diǎn)：

一、提高熔鹽產(chǎn)品的品質(zhì)，尤其是降低易引起腐蝕的氯離子、硫酸根離子等，降低易沉積、結(jié)垢的雜質(zhì)離子等。

二、選用合適的具有較強(qiáng)抗腐蝕性的材料制作設(shè)備，并且在設(shè)備制造和使用之前對(duì)設(shè)備進(jìn)行防腐蝕處理。

三、運(yùn)行過程中，做好溫度監(jiān)測(cè)，避免局部過熱使熔鹽劣化變質(zhì)而加劇對(duì)設(shè)備的腐蝕。

四、對(duì)于有些熔鹽產(chǎn)品，還需要使用惰性氣體進(jìn)行保護(hù)。

示范項(xiàng)目業(yè)主采購(gòu)熔鹽應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注哪些因素？

一、確保采購(gòu)產(chǎn)品質(zhì)量

熔鹽的品質(zhì)決定著儲(chǔ)能系統(tǒng)能否安全運(yùn)行，是整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心。示范項(xiàng)目是國(guó)家重點(diǎn)支持的光熱項(xiàng)目，項(xiàng)目一定要確保一，因此項(xiàng)目所使用的材料必須嚴(yán)格把控質(zhì)量，在采購(gòu)熔鹽時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮熔鹽供應(yīng)商的實(shí)力，其生產(chǎn)能力能否滿足供貨要求，產(chǎn)品品質(zhì)能否達(dá)到光熱應(yīng)用要求。

對(duì)此，新疆硝石辛玲提出了4個(gè)參考點(diǎn)：1）企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，經(jīng)營(yíng)狀況，資金保障能力，是否專業(yè)；2）企業(yè)產(chǎn)品和生產(chǎn)的穩(wěn)定性，安全性及環(huán)保特性；3）企業(yè)產(chǎn)品是否符合熔鹽技術(shù)指標(biāo)；4）企業(yè)的項(xiàng)目供貨經(jīng)驗(yàn)、應(yīng)用案例等。

二、保障安全性

2016年10月和2017年初，國(guó)際上投入商業(yè)化運(yùn)行的兩個(gè)塔式熔鹽電站新月沙丘與Gemasolar電站相繼曝出熔鹽泄露事故，除了修復(fù)費(fèi)用帶來的經(jīng)濟(jì)損失外，因事故導(dǎo)致的電站停運(yùn)而帶來的售電收入損失更是巨大，給整個(gè)光熱發(fā)電行業(yè)敲響了警鐘。因此，熔鹽的安全管理至關(guān)重要，絕不可輕視。

同時(shí)，熔鹽不可儲(chǔ)存于露天環(huán)境，應(yīng)儲(chǔ)存于符合GB50016‐2014建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范中規(guī)定的甲類倉(cāng)庫(kù)要求，每個(gè)倉(cāng)庫(kù)的允許占地面積為750平方米。對(duì)于業(yè)主方而言，要滿足3萬噸熔鹽的儲(chǔ)存，至少需要12個(gè)750平方米的甲類倉(cāng)庫(kù)。業(yè)主方可預(yù)先將熔鹽儲(chǔ)存于離電站距離較近的供應(yīng)商處或者另外租賃甲類倉(cāng)庫(kù)，可減少一次性固定投資，減少儲(chǔ)存過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，確保電站安全投產(chǎn)。

三、控制采購(gòu)成本

熔鹽價(jià)格在一定程度上可反映產(chǎn)品質(zhì)量，然而熔鹽市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)主要還是受需求量的變化而變化，環(huán)保要求的日益嚴(yán)格將會(huì)導(dǎo)致環(huán)保方面的投資增加，從而增加生產(chǎn)成本。因此，金利達(dá)鉀業(yè)田野認(rèn)為，成本控制需要通過采購(gòu)單位提出更準(zhǔn)確的采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)來控制熔鹽采購(gòu)成本，不同標(biāo)準(zhǔn)的熔鹽產(chǎn)品價(jià)格相差較大，熔鹽企業(yè)可提供多種質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的熔鹽供客戶選擇；直接采購(gòu)混合熔鹽，或者尋求第三方專業(yè)熔鹽服務(wù)企業(yè)提供兩種熔鹽、混配、熔化、罐體預(yù)熱以及熔鹽全部使用周期內(nèi)的質(zhì)量保證。

四、合理安排采購(gòu)時(shí)間

“因?yàn)閮?chǔ)熱熔鹽僅是硝酸鉀和硝酸鈉作為工業(yè)原料使用的領(lǐng)域之一，并非所有的產(chǎn)能都集中在光熱發(fā)電領(lǐng)域，例如、光玻強(qiáng)化等領(lǐng)域同樣有極大的需求量，光熱儲(chǔ)能熔鹽采購(gòu)一般需求量大，要求的供貨周期短且利潤(rùn)較低。在采購(gòu)集中爆發(fā)期，可能會(huì)出現(xiàn)供應(yīng)不足的情況，需要各采購(gòu)單位提前溝通、訂貨。”金利達(dá)鉀業(yè)田野認(rèn)為示范項(xiàng)目需提前采購(gòu)，以保證項(xiàng)目的順利推進(jìn)。

槽、塔項(xiàng)目的運(yùn)行溫度差異對(duì)熔鹽產(chǎn)品的要求有何不同？

目前塔式光熱電站熔鹽的工作溫度一般在550℃以上，而槽式光熱電站一般不超過400℃，受訪企業(yè)普遍認(rèn)為雖然塔式電站更高的運(yùn)行溫度會(huì)導(dǎo)致熔鹽揮發(fā)量高于槽式電站，但光熱電站中熔鹽使用壽命基本與電站同步，一般在25年至30年左右，運(yùn)行過程中會(huì)損耗部分熔鹽，需定時(shí)補(bǔ)充。超過使用壽命的熔鹽可由熔鹽生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)冷卻凝固后作為化工原料再次提純使用。

然而運(yùn)行溫度的差異是否會(huì)對(duì)熔鹽的性能產(chǎn)生影響？這種差異的存在對(duì)熔鹽產(chǎn)品的具體要求又有何不同？部分受訪企業(yè)根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)，提出了各自的看法。

首先，由于熔鹽中許多氣體雜質(zhì)只有在500℃以上才會(huì)出現(xiàn)，因此在雜質(zhì)要求上，槽式電站熔鹽使用的要求更低，比如堿金屬M(fèi)g離子，400℃以下不會(huì)產(chǎn)生沉積，不需要特別考慮，而在塔式電站上就必須限制Mg離子含量；再次，除了溫度，還與使用的方式有關(guān)，比如鑫能項(xiàng)目是二次反射塔式系統(tǒng)，集熱器置于地面，太陽(yáng)光直接照射熔鹽完成吸熱，這樣使用的熔鹽，對(duì)其指標(biāo)又有不同的新要求。

金利達(dá)鉀業(yè)田野則建議，塔式電站運(yùn)行溫度相對(duì)較高，可選擇沸點(diǎn)較高的熔鹽作為主要的選型方案之一，而槽式電站運(yùn)行溫度相對(duì)較低，更適合使用低熔點(diǎn)熔鹽產(chǎn)品。

“對(duì)于塔式光熱電站來講，熔鹽的運(yùn)行溫度相對(duì)槽式更高，所以塔式光熱電站對(duì)于熔鹽的熱穩(wěn)定性、上限使用溫度、保溫措施、設(shè)備材質(zhì)、應(yīng)對(duì)腐蝕及應(yīng)力的要求相對(duì)更高。電站方在采購(gòu)熔鹽產(chǎn)品時(shí)，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，確保滿足電站需求。”愛能森曾智勇如是表示。

低熔點(diǎn)熔鹽將成發(fā)展趨勢(shì)？

目前光熱電站中二元鹽應(yīng)用較多，也更為成熟，但其凝固點(diǎn)較高、引起系統(tǒng)凍堵風(fēng)險(xiǎn)較大的特性對(duì)光熱系統(tǒng)的保溫和精細(xì)化控制都提出了較高的要求，許多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)都在研究一些可能更適合光熱發(fā)電系統(tǒng)的熔鹽產(chǎn)品，其中低熔點(diǎn)熔鹽逐漸成為熱點(diǎn)

目前主流的熔鹽產(chǎn)品研究方向在于擴(kuò)大儲(chǔ)熱空間或增加沸點(diǎn)和凝固點(diǎn)之間的溫度差,但是部分低溫熔鹽在降低熔點(diǎn)的同時(shí)，沸點(diǎn)也在降低，儲(chǔ)熱空間維持在300-400攝氏度左右。就目前熔鹽開發(fā)技術(shù)而言，尚未開發(fā)出熔點(diǎn)較低、沸點(diǎn)較高的熔鹽產(chǎn)品，這將是各熔鹽生產(chǎn)企業(yè)研究的主要方向之一。

低熔點(diǎn)熔鹽相對(duì)傳統(tǒng)二元熔鹽，熔點(diǎn)較低，對(duì)系統(tǒng)的保溫要求沒有那么苛刻，在使用中可有效降低管道凍堵風(fēng)險(xiǎn)，降低塔式儲(chǔ)熱系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下對(duì)設(shè)備和保溫的苛刻要求，提升系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性，提高儲(chǔ)熱系統(tǒng)的安全性及經(jīng)濟(jì)性；更重要的是帶來技術(shù)性變革：低熔點(diǎn)熔鹽產(chǎn)品可替代槽式及線性菲涅爾系統(tǒng)中的導(dǎo)熱油，做傳熱、儲(chǔ)熱雙重功能，無需熱交換，熱損?。惶嵘到y(tǒng)上限溫度，從而提升槽式的系統(tǒng)效率。此外，愛能森研發(fā)的新型低熔點(diǎn)熔鹽已成功應(yīng)用于宿遷光電科技中心，成為個(gè)采用多元低熔點(diǎn)熔鹽儲(chǔ)能項(xiàng)目。自2016年12月成功并網(wǎng)發(fā)電以來，該系統(tǒng)截止目前運(yùn)行正常，驗(yàn)證了低熔點(diǎn)熔鹽在光熱領(lǐng)域應(yīng)用的可行性。

采用低熔點(diǎn)熔鹽可有效防止熔鹽凍堵問題的出現(xiàn)。首先，低熔點(diǎn)熔鹽的熔點(diǎn)較低，就拿熔點(diǎn)為116℃的低熔點(diǎn)熔鹽而言，其熔點(diǎn)較二元熔鹽低100℃左右，這本身就大大降低了熔鹽凍堵的風(fēng)險(xiǎn)。其次，熔鹽凍堵一般發(fā)生在夜間沒有陽(yáng)光照射的情況下，因夜間集熱管和罐壁的輻射散熱損失與溫度的四次方成比例，采用低熔點(diǎn)熔鹽大大降低了夜間的散熱損失，使熔鹽降溫速度明顯下降。除此之外，采用低熔點(diǎn)熔鹽后防凝泵的功率大幅度下降，對(duì)伴熱及電加熱設(shè)備的要求也大大降低，因此，百吉瑞劉斌認(rèn)為采用低熔點(diǎn)熔鹽不僅降低了熔鹽凍堵的風(fēng)險(xiǎn)，還使夜間防凝運(yùn)維費(fèi)用大幅度降低，在電站全生命周期內(nèi)帶來可觀收益。

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