高温熔盐泵技术研究及应用
发布者:xylona | 0评论 | 771查看 | 2024-06-26 08:54:42    

4月26日,2024第十一届中国国际光热大会暨CSPPLAZA年会在内蒙古呼和浩特盛大召开,上海凯泉泵业(集团)有限公司技术中心主任芦洪钟先生出席会议并作《高温熔盐泵技术研究及应用》的主题演讲。


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图:芦洪钟


以下为演讲内容。


非常荣幸给光热和能源的各位专家领导汇报高温熔盐泵的情况。


我是来自上海凯泉泵业(集团)有限公司的芦洪钟。凯泉是一个专业的泵制造厂家,属于制造行业,通用机械门类。主要为各个领域系统所需的液体流动,提供泵及泵系统的产品和服务。


我们凯泉泵及系统领域划分为以下四个板块,其中,工矿、能源板块中的电力、能源的光热部分,和此次光热大会是强相关的,同时部分,涉及核电的主要高温、回路熔盐泵也具有一定的相关性。


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演讲内容涉及三个方面:


聚焦光热的高温熔盐泵(含冷泵、热泵以及其他辅泵)的主要问题;凯泉公司在光热熔盐泵及类似设备方面前期取得的业绩成果;最后是产品研究课题及技术方向。


光热熔盐泵常见的主要问题及解决思路


图片展示的主要是光热的应用场景下的高温熔盐泵,热盐泵和冷盐泵的稳定、可靠运行是光热电站客户关注的焦点。


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目前,国内、外此类用泵,碰到的主要问题是以下几个方面:


1、振动泵组的振动及故障,振动的原因比较复杂和涉及的因素比较多。该类泵由于输送介质温度高,基本上均采用高温长轴形式,液下深度达到10~20米,而且运行工况点多及存在变工况运行。


一是支撑结构和刚度需要与泵机组匹配;二是变频使用的工况,由于系统需求而存在一定的的变频运行工况与范围,对照设备和正高系统的固有频率,在共振频率的运行是需要严格避免和提前规避的。


从产品设计、制造的角度,泵组结构刚性和支撑方式是关键。同时涉及主要旋转件与支撑连接部件的精度、配合、型位公差的精度、质量控制;同样的应用场景和参数,每个厂家的方案和技术关键也有所不同,水力路线,水力模型、级数、轴承布置和长径比、动静间隙等,同时运转中径向力和轴向力变化、转子刚性和临界转速都是振动的内在因素。


振动问题每个具体案例都不完全一样,这里时间问题就不具体到某一台设备或某一故障进行剖析,笼统的给大家概括了如上的关键因素。而且,其中在光热应用场景中,还有支撑平台的因素,昨天有专家报告中提及这个因素和案例。


2、卡轴:是非常严重的故障,可能造成设备的停用、零部件失效、检修或返厂。卡轴问题涉及设计的动静间隙(包括高、低温状态下及变工况、变温度的情况下),设备加工、制造过程中零件型位公差、精度、支撑布置和装配控制。该泵是一个多轴、滑动轴承支撑的结构,涉及轴径向力造成的挠度、间隙控制、冷热态、泵组启停等与所支撑多点滑动轴承之间的匹配问题。


3、磨损:冷泵、热泵运行工况在变化,结构形式和能量等级存在差异。启停、变频运行时,所表现的状况,即受到的径向力、轴向力,滑动轴承之间支撑的刚度和阻力是随工况而动态变化的。设备运行中会产生各种各样的磨损,其中主要的是涉及滑动轴承的故障,需要在设计和制造中进行预防、控制。


4、性能:光热以变频运行为主。客户关心最低液位,熔盐本身覆盖的高、低液位是变化的,不同的液位下,整个设备的运转性能有很大的变化,影响设备可靠性、振动,不同水力模型和水力路线,包括吸上性能和最低液位的不同也与可靠运行强相关。


5、设备可靠性:以核电为例,设备无故障运行的周期大概要两年左右,目前,光热电站的热泵、冷泵方面还是存在一定优化空间。


时间原因,没有总结所有问题,但主要问题点有提出。从设备厂家的角度解决这类问题主要是以下三个途径:


1、理论设计:泵已有上百年的历史,理论相对成熟。熔盐泵的设计有其特殊点,主要关注整体结构和高温、长轴、临界转数和水力模型,轴径向力、转子动力学和温度梯度,零部件材质的变化;


2、测试试验:大量的试验和运行验证、经验反馈,是非常有必要的。熔盐泵需要长轴运转试验、转子刚性和挠度测量、轴承的实验验证,轴径向力的测试,启动和停机特性测试,变频测试等;


3、数值模拟:应用较广,设备的故障;数值模拟、计算分析的方法验证与测试试验必须相互结合,缺一不可。包括承压、泵组结构稳定性、转子动力学、温度梯度、水力性能和吸上性能的数值模拟等。


凯泉光热熔盐泵及相关业绩


所有的设备,无论是新产品还是成熟产品,质量和性能提升都来源于工程应用问题。光热、储能以及物理所的项目,目前就此类产品,凯泉的主要业绩如下,另外有一些国外厂家维修或缺陷消除的业绩没有在此体现。


▌敦煌首航节能100MW太阳能塔式光热发电示范项目热盐泵


敦煌首航节能100MWV太阳能塔式光热发电示范项目冷盐泵


国电投河南公司新疆吐鲁番鄯善七克台100MW光热发电项目热盐泵


国电投河南公司新疆吐鲁番都善七克台100MW光热发电项目冷盐泵


国投若羌10万千瓦光热发电项目冷盐泵


安徽首矿大昌金属材料有限公司10MW储能工程技术改造项目


凯泉从2012年开始做核电熔盐泵,上海应用物理所主导的钍基熔盐堆国家战略先导项目,主要熔盐泵均为凯泉供应,项目采用的是锂基盐,温度更高。


▲中科院上海应用物理研究所高温熔盐泵(700°C)


中科院上海应用物理研究所小流量熔盐泵(650°C)


中科院上海应用物理研究所特种熔盐泵(700°C)


熔盐实验堆冷却盐循环泵(650°C)


熔盐实验堆燃料盐循环泵(700°C)


从温度上来讲,凯泉实际上是从700°C开始做的。如下图所示,中间是武威项目回路主泵,包括一回路和二回路主泵。右侧为泵的温度梯度、结构、设备可靠运行的指标。因为武威钍基熔盐是核反应堆,所以对设备的可靠性和故障评价指标是非常极致的。


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其他长轴及高温泵示例如下图,其中,中间为压水堆安全壳的二级泵,压水堆换热的冷却剂约为300°C以上,一回路的标准压力大约为17MPa左右,喷淋泵是压水堆故障时安全介入的设备。快堆核电站,600MW钠金属池式冷却快中子反应堆,其中最重要的是立式长轴的泵设备,钠冷块堆的介质密度与水相近。


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凯泉研发团队


凯泉团队研发人员约400名,其中,水力研究专注约150余人,20名知名水泵专家、9名博士、5名享受政府津贴的专家、52名高级工程师、65名硕士。


团队主要有研究中心、核电及重大产品、建筑市场、工况市场以及市政市场五个部分,和之前提及的应用领域相对应,产品线齐备。


光热设计包含在核电及重大产品内,光热的冷泵、热泵是源于核电的高温熔盐泵以及其他主泵,基于核电高温熔盐的技术和业绩因素才介入光热市场。


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凯泉五个方面的技术研究/平台设施


水力模型是凯泉的核心技术,此外凯泉还关注失效及运行可靠性分析的课题研究,系统集成产品的创新,以核电为代表,包含光热及其他领域的重大工程装备,设备相关的数字化、故障监测及智能运维。


1、高精度多功能水泵水力模型实验室


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目前,凯泉高精度多功能水泵水力模型目的就是对水力模型做一个全面的评价,包括水力性能、汽蚀测试、振动、噪声测量、压力脉动、四现象性能、力特性。


2、空化、空蚀可视化测试与高速摄像


与熔盐吸入特性、最低液位相关,涉及空化、空蚀的研究和改进,包括液体的流致振动研究。


3、冲蚀、磨蚀研究装置


涉及有水、沙和其他介质,去评估滑动轴承、水力部件等失效、损伤以及像素度相关的问题。


4、FOS力特性测试、基础载荷


水泵的径向力和轴向力是核心指标,之前依靠理论计算,实验是很重要的方法,我们在做有传感器应变片,现在最先进的是光圈测力。


5、长轴转子故障及滑动轴承试验研究装置


模拟长轴泵设备不同的参数、间隙、支撑结构产生的故障做进一步的研究、提升和改进。


凯泉专注于泵及泵系统产品和服务,是一家集设计/生产/销售泵、给水设备及泵用控制设备于一体的大型综合性泵业集团;旗下5家工业园、23家销售分公司;是中国泵行业头部企业,产品服务于建筑(包含热力及空调)、市政、核电、火电、石油化工、大型水利等领域,尤其在核电的工程堆、实验堆方面是国内设备制造、设计技术最先进的。


以上便是我们公司的整体情况,总部在上海,石家庄、沈阳、浙江、合肥有五个基地,光热领域在上海总部。非常欢迎大家有机会到我们上海总部交流学习,谢谢大家!


2024第十一届中国国际光热大会暨CSPPLAZA年会4月25-26日在内蒙古呼和浩特香格里拉大酒店盛大召开,大会由CSPPLAZA光热发电平台联合常州龙腾光热科技股份有限公司共同主办,大会主题为“在多变的形势下实现规模化发展”,共有来自海内外约800名代表出席本届大会。

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