CN103644664B - 熔融盐吸热器超声强化冷充装置 - Google Patents

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Abstract

一种熔融盐吸热器超声强化冷充装置，包括控制器（1）、超声波发生器（2）、超声波转换器（3）和测温计。超声波转换器（3）位于熔融盐吸热板（5）之间的熔融盐管道（6）上；在超声波转换器（3）前后的熔融盐管道（6）上安装测温计（4a、4b）；超声波转换器（3）的输入端与超声波发生器（2）的输出端相连；超声波发生器（2）的输入端与控制器（1）的输出端连接。超声波转换器（3）前后的测温计（4a、4b）的温差信号传递给控制器（1）；熔融盐吸热板（5）低温段安装测温计（4c），其温度信号传递给控制器（1）；控制器（1）根据超声波转换器（3）前后的温差信号和熔融盐吸热板（5）的温度信号控制超声波发生器（2）的功率。

Description

熔融盐吸热器超声强化冷充装置
技术领域
本发明涉及一种太阳能热发电熔融盐吸热器超声强化冷充装置。
背景技术
熔融盐塔式太阳能热发电技术是最具商业前景的太阳能热发电技术。这主要是因为熔融盐既可以作为传热介质，又是很好的储热工质，可以实现吸热储热一体化。建于西班牙塞维利亚的19MWe熔融盐塔式电站Gemasolar电站是世界第一座实现24小时连续发电的太阳能热发电站，证实了该技术提供基础电力负荷的能力。
但是由于熔融盐（60%NaNO3+40%KNO3）结晶点达到210℃，所以，非常容易结冻。通常使用在管道上缠绕高温电伴热带的方式来预热管道，使管道的温度高于210℃，以防止熔融盐在管道中凝固。由于吸热器暴露在大气中，所以，吸热器没法缠绕电伴热带。实际上多使用部分定日镜照射吸热器表面，对其进行预热。这种方式的缺点是：将吸热器表面预热到210℃以上，需要较长的时间，通常1.5～2小时左右，这大大降低了电站的发电时数，使电站的年发电量降低，从而导致度电成本升高。因此，美国Sandia国家实验室的JamesE.Pachecoetal在论文《investigationofcoldfillingreceiverpanelsandpipinginmoltennitratesaltcentralreceiversolarpowerplants》、《resultsofmoltensaltpanelandcomponentexperimentsforsolarcentralreceivers》中提出对吸热器进行冷充，即：当吸热器管道的温度低于熔融盐结晶点时，将热熔融盐通过吸热器管道，并对冷充的条件和冷充距离进行了实验研究。LuJianfengetal在论文《Dynamicalandthermalperformanceofmoltensaltpipeduringfillingprocess》、《Solidificationandmeltingbehaviorsandcharacteristicsofmoltensaltincoldfillingpipe》、《Fillingdynamicsandphasechangeofmoltensaltincoldreceiverpipeduringinitialpumpingprocess》中对冷充过程中的液固相变过程和机理进行了研究。冷充的优点就是可以降低吸热器的预热温度、减少吸热器的预热时间，提高熔融盐塔式电站的发电时数，从而降低发电成本。但是，通过对冷充的机理研究发现，冷充的效果随着冷充流体温度、吸热器管壁温度的提高以及冷充流速的提高，而更好。目前还没有技术报道通过什么样的技术手段可以进一步降低冷充温度，从而提高冷充的安全性和最大化缩短吸热器启动时间。
总之，熔融盐吸热器冷充技术可以缩短吸热器启动时间，但是，强化冷充的技术手段目前还很缺乏。
发明内容
本发明的目的是克服直接冷充技术的如下缺点，提出一种熔融盐吸热器超声强化冷充装置：
1.需要的熔融盐流体温度高；
2.需要的熔融盐吸热器管壁温度高；
3.需要的熔融盐流体流速快。
本发明熔融盐吸热器超声强化冷充装置主要包括：超声波发生器、超声波转换器、控制器和测温计。熔融盐吸热器通常由多个熔融盐吸热板串联组成，多个熔融盐吸热板之间由熔融盐管道连接。所述的超声波转换器安装在熔融盐管道上，位于熔融盐吸热板之间。超声波转换器的输入端与超声波发生器的输出端相连。超声波发生器的输入端与控制器的输出端相连。两个测温计安装在熔融盐管道上，分别位于超声波转换器的前端和后端，这两个测温计的温差信号传递给控制器。在熔融盐吸热板的低温段还安装有一个测温计，该测温计将熔融盐吸热板的壁面温度信号传递给控制器。控制器根据测温计传递过来的温度信号和温差信号控制超声波发生器的功率。
本发明的特点是：
1.将超声波转换器安装在熔融盐吸热板之间的熔融盐管道上，从而将超声波加到熔融盐流体上；
2.将安装在超声波转换器前后的温差以及熔融盐吸热板上的壁面温度信号，传递给控制器，控制器控制超声波发生器的输出功率，从而控制超声波转换器加给熔融盐流体的超声波的能量。
本发明的有益效果是：通过加装在熔融盐吸热板之间的熔融盐管道上的超声波转换器将超声波加载到熔融盐流体上。利用超声波的空化作用，使熔融盐流体中产生一些小的空气泡，空气泡的运动、生长及破裂过程破坏了熔融盐凝固的条件，从而降低熔融盐吸热器冷充所需要的流体温度、吸热器管壁温度和熔融盐流速等条件，起到强化冷充的作用；另外，超声波在熔融盐传递的过程中逐渐耗散，转化为热能，也能进一步强化冷充；超声波转换器的功率大小可以根据超声波转化器前后的熔融盐流体温差信号以及熔融盐吸热板上的壁面温度信号进行控制，起到节能优化的作用。
本发明的工作过程为：熔融盐从熔融盐吸热板的进口熔融盐管道流入，经过超声波转换器，进入熔融盐吸热板。超声波转换器将超声波发生器发生的电能转化为超声波施加到熔融盐流体上。超声波发生器的功率越大，超声波发生器产生的超声波能量越大。安装在熔融盐吸热板进出口熔融盐管道上的测温计的温差信号以及熔融盐吸热板低温段的温度信号，传递给控制器。控制器根据温差信号和温度信号控制超声波发生器的功率，从而控制超声波转化器产生的超声波的能量，控制强化冷充的效果。
附图说明
图1熔融盐吸热器超声强化冷充装置系统图；
图2熔融盐吸热器超声强化冷充装置的运行控制逻辑图。
图中：1控制器，2超声波发生器，3超声波转化器，4a、4b、4c测温计，5熔融盐吸热板，6熔融盐管道。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式进一步说明本发明：
图1所示为熔融盐吸热器超声强化冷充装置系统图。本发明熔融盐吸热器超声强化冷充装置主要包括：超声波发生器2、超声波转换器3、控制器1和测温计4。所述的熔融盐吸热器通常由多个熔融盐吸热板5串联组成，熔融盐吸热板5之间由熔融盐管道6连接。所述的超声波转换器3安装在熔融盐管道6上，位于熔融盐吸热板5之间。两个测温计4a、4b安装在熔融盐管道6上，分别位于超声波转换器3前端和后端。超声波转换器3的输入端与超声波发生器2的输出端相连。超声波发生器2的输入端与控制器1的输出端连接。超声波转换器3前后端的测温计4a、4b的温差信号传递给控制器1。熔融盐吸热板5的低温段还安装有测温计4c，该测温计4c的温度信号传递给控制器1。
图2所示为熔融盐吸热器超声强化冷充装置的运行控制逻辑图。本发明的运行控制逻辑为：
熔融盐吸热器冷充前，通过熔融盐吸热板5上的测温计4反馈的温度信号判断熔融盐吸热板5的温度是否小于设定值T1。
a）如果熔融盐吸热板5的温度大于设定值T1，那么，关闭超声波发生器2，直接将熔融盐流入熔融盐吸热板5。如果熔融盐吸热板5的温度小于设定值T1，那么判断超声波发生器2是否已经打开。如果超声波发生器2没有打开，那么开启超声波发生器2，然后通过超声波转换器3前后的测温计4a、4b提供的温差信号判断熔融盐吸热板5进出口熔融盐温差ΔT是否大于0，熔融盐吸热板5进出口熔融盐温差ΔT为熔融盐吸热板5出口温度减熔融盐吸热板5进口温度。如果超声波发生器2已经打开，那么直接通过超声波转换器3前后的测温计4a、4b提供的温差信号判断熔融盐吸热板5进出口熔融盐温差ΔT是否大于0。如果熔融盐吸热板5进出口熔融盐温差ΔT大于0，那么维持超声波发生器2功率不变，继续工作。如果熔融盐吸热板5进出口熔融盐温差ΔT小于0，那么判断超声波发生器2的功率是否达到满功率。如果超声波发生器2的功率达到满功率，那么维持超声波发生器2功率不变，继续工作。如果超声波发生器2的功率未达到满功率，那么增大超声波发生器2功率并保持不变，继续工作。
b）超声波发生器功率保持不变工作时，再去判断熔融盐吸热板5的壁面温度是否小于设定值T1，然后，按照步骤a）中所述控制步骤进行运行控制。直到熔融盐吸热板5的壁面温度大于设定值T1，关闭超声波发生器2，强化冷充结束。

Claims (3)

1.一种熔融盐吸热器超声强化冷充装置，其特征在于：所述的熔融盐吸热器超声强化冷充装置包括：控制器(1)、超声波发生器(2)、超声波转换器(3)和测温计(4a、4b、4c)；所述的超声波转换器(3)安装在熔融盐管道(6)上，位于熔融盐吸热板(5)之间；两个测温计(4a、4b)安装在熔融盐管道(6)上，分别位于超声波转换器(3)前端和后端；所述的超声波转换器(3)的输入端与超声波发生器(2)的输出端相连，超声波发生器(2)的输入端与控制器(1)的输出端连接；超声波转换器(3)前后端的测温计(4a、4b)的温差信号传递给控制器(1)；熔融盐吸热板(5)的低温段还安装有测温计(4c)，此测温计(4c)的温度信号传递给控制器(1)。
2.按照权利要求1所述的熔融盐吸热器超声强化冷充装置，其特征在于所述的控制器(1)根据超声波转换器(3)前后端的测温计(4a、4b)提供的温差信号，以及熔融盐吸热板(5)低温段上的测温计(4c)提供的温度信号控制超声波发生器(2)的功率。
3.按照权利要求1或2所述的熔融盐吸热器超声强化冷充装置，其特征在于所述的装置运行控制逻辑为：
熔融盐吸热器冷充前，通过熔融盐吸热板(5)上的测温计(4c)反馈的温度信号判断熔融盐吸热板(5)的温度是否小于设定值T1；
a)如果熔融盐吸热板(5)的温度大于设定值T1，关闭超声波发生器(2)，直接将熔融盐流入熔融盐吸热板(5)；如果熔融盐吸热板(5)的温度小于设定值T1，判断超声波发生器(2)是否已经打开；如果超声波发生器(2)没有打开，开启超声波发生器(2)，然后通过超声波转换器(3)前后端的测温计(4a、4b)提供的温差信号判断熔融盐吸热板(5)进出口熔融盐温差ΔT是否大于0，熔融盐吸热板(5)进出口熔融盐温差ΔT为熔融盐吸热板(5)出口温度减熔融盐吸热板5进口温度；如果超声波发生器(2)已经打开，直接通过超声波转换器(3)前后端的测温计(4a、4b)提供的温差信号判断熔融盐吸热板(5)进出口熔融盐温差ΔT是否大于0；如果熔融盐吸热板(5)进出口熔融盐温差ΔT大于0，维持超声波发生器(2)功率不变，继续工作；如果熔融盐吸热板(5)进出口熔融盐温差ΔT小于0，判断超声波发生器(2)的功率是否达到满功率；如果超声波发生器(2)的功率达到满功率，即维持超声波发生器(2)功率不变，继续工作；如果超声波发生器(2)的功率未达到满功率，即增大超声波发生器(2)功率并保持不变，继续工作；
b)超声波发生器功率保持不变工作时，再判断熔融盐吸热板(5)的壁面温度是否小于设定值T1，然后，按照步骤a)中所述控制步骤进行运行控制，直到熔融盐吸热板(5)的壁面温度大于设定值T1，关闭超声波发生器(2)，强化冷充结束。
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