CN105910303A - 用于以熔盐为介质的太阳能热电站的自净化结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于以熔盐为介质的太阳能热电站的自净化结构及方法，起到对熔盐自净化的效果，从而克服因杂质带来的工况不稳定以及腐蚀性增大的问题。耳室罐位于储盐罐旁侧；耳室罐上连接管道与耳室罐上部和储盐罐上部连通，耳室罐上连接阀安装在该管道上；耳室罐下连接管道与耳室罐下部和储盐罐下部连通，耳室罐下连接阀安装在该管道上；耳室罐排空管道与耳室罐排空口连通，耳室罐排空阀安装在该管道上；沉淀物收集罐位于储盐罐下方，整个沉淀物收集罐低于储盐罐底部所处的水平面；收集罐连接管道与储盐罐的底部和沉淀物收集罐的上部连通，收集罐连接阀安装在该管道上；收集罐排空管道与沉淀物收集罐的底部连通，收集罐排空阀安装在该管道上。

Description

用于以熔盐为介质的太阳能热电站的自净化结构及方法

技术领域

本发明涉及一种用于以熔盐为介质的太阳能热电站的自净化结构及方法。

背景技术

太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过聚光提高能量密度的办法，提高加热温度，把吸收的太阳光能先转化成热能，再将热能传给导热介质，通过导热介质带走，经过蓄热环节，并由换热装置产生蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，最后以电能的形式输出，从而达到发电的目的。太阳能光热发电系统主要由聚光子系统、集热子系统、蓄热子系统、发电子系统等部分组成。

太阳能聚热发电，相比一般新能源发电，如风电和光伏发电，太阳能光热发电一个重要的优势是可以较为廉价地大规模储能。聚热型太阳能发电系统集热和发电是两个环节独立，通过使用廉价的熔盐储热的方式对太阳能转换为的热能进行存储，避免了使用昂贵的蓄电池来蓄电的环节，从而使太阳能大量存储成为可能。正是由于这个特性，太阳能聚热发电站所发的电力输出平稳，几乎不对电网带来影响，且可提前预测和分配，极大地提高电源部分的可调节性，可以削峰平谷。由于没有其他新能源常见的不确定性和波动性的问题，没有一般新能源发电不确定性带来的占比受限问题。大规模建造太阳能聚热电站，跟风电和光伏按一定比例搭配，可在一定程度上解决风电和光伏发电的峰谷波动问题，使得电网接纳新能源电力的能力大增。因此，新能源发电的占比得以突破瓶颈，进一步增加。

水和熔盐（一般为钠/钾硝酸盐）是目前最常见的用于太阳能聚热发电系统的导热介质，如申请号为201410856555.6的中国专利。由于使用水作为介质，在高温时候容器内的压力很大，整个循环系统处处都要承受高温高压，使得建造成本随着运行温度的增加而迅速攀升，严重制约着水汽参数的提高；而使用熔盐作为介质，只要不超过沸点，容器内几乎是常压，存储容器乃至整个循环系统都无需按照容器的标准设计。然而，使用熔盐作为介质的一个重要问题是熔盐中的杂质使得成分比例偏离预期值，熔盐运行的实际工况参数与预设不符，熔沸点和比热容都会有偏移，使得系统控制变得难以操作，容易引起过热或出口温度不够等问题；熔盐中杂质带来的另一个问题是腐蚀性，硝酸盐本身腐蚀性不强，但是杂质（如氯离子）对钢材却有一定腐蚀性，尤其是随着系统运行，久而久之，杂质容易在边角或管道阀门附近富集，使得系统老化，乃至报废。

正是这些原因，制约了熔盐作为导热储热介质在太阳能聚热领域中的进展。由于太阳能聚热系统使用的熔盐量非常大，往往成千上万吨，不可能购买昂贵的高纯度的熔盐，也不可能采用化学的方法去祛除杂质，有磁选法等一些别的方法减少杂质，但往往效果不佳。为了降低电站建设成本，比较经济的做法还是直接采用挖掘盐湖里的硝酸盐作为材料，这样伴生的杂质难免会引入系统中，带来以上所说的问题。因此急需摸索出一种减少熔盐中杂质的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种用于以熔盐为介质的太阳能热电站的自净化结构及方法，起到对熔盐自净化的效果，从而克服因杂质带来的工况不稳定以及腐蚀性增大的问题。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：一种用于以熔盐为介质的太阳能热电站的自净化结构，包括储盐罐，其特征在于：还包括耳室罐、沉淀物收集罐、耳室罐排空阀、耳室罐上连接阀、耳室罐下连接阀、收集罐连接阀、收集罐排空阀、耳室罐上连接管道、耳室罐下连接管道、收集罐连接管道、收集罐排空管道和耳室罐排空管道；耳室罐位于储盐罐旁侧，其顶部设置有进料口，底部设置有排空口；耳室罐上连接管道一端与耳室罐的上部连通，另一端与储盐罐的上部连通；耳室罐上连接阀安装在耳室罐上连接管道上；耳室罐下连接管道一端与耳室罐的下部连通，另一端与储盐罐的下部连通；耳室罐下连接阀安装在耳室罐下连接管道上；耳室罐排空管道一端与耳室罐的排空口连通；耳室罐排空阀安装在耳室罐排空管道上；沉淀物收集罐位于储盐罐下方，整个沉淀物收集罐低于储盐罐底部所处的水平面；收集罐连接管道一端与储盐罐的底部连通，另一端与沉淀物收集罐的上部连通；收集罐连接阀安装在收集罐连接管道上；收集罐排空管道一端与沉淀物收集罐的底部连通；收集罐排空阀安装在收集罐排空管道上。

本发明所述的耳室罐上连接管道与储盐罐的连通处位置与储盐罐熔盐最大盐量时候的液位位置一致。

本发明所述的耳室罐上连接阀采用自下而上封闭的闸阀。

本发明所述的耳室罐内设置有加热设备。

本发明所述的耳室罐和沉淀物收集罐均有保温层、热电偶及伴热装置。

一种权利要求上述的自净化结构的自净化方法，其特征在于：包括如下过程 ：

一、耳室罐用于去除储盐罐最上层的熔盐；打开耳室罐上连接阀，在储盐罐内熔盐液位达到耳室罐上连接管道与储盐罐的连通处位置时，高出耳室罐上连接管道与储盐罐的连通处位置的熔盐通过耳室罐上连接管道流入耳室罐内；当熔盐充满耳室罐后，关闭耳室罐上连接阀，并打开耳室罐排空阀，将耳室罐中的熔盐排出；

二、沉淀物收集罐用于去除沉淀在储盐罐底部的杂质；太阳能热电站的太阳能聚热发电系统正常运行的时候，收集罐连接阀一直打开，让储盐罐内密度较大的沉淀物通过收集罐连接管道进入沉淀物收集罐；隔一定时间清除一次，清除的时候，将收集罐连接阀关闭，将收集罐排空阀打开，通过收集罐排空管道排出沉淀物收集罐内收集的沉淀物；

三、随着最上层和最底层的熔盐的逐渐排出，储盐罐中的熔盐量随着减少，要维持太阳能热电站熔盐循环系统内的熔盐量稳定，需对储盐罐做熔盐的等额补充；通过耳室罐进料口往耳室罐内加入等量的固体熔盐，加热至熔盐熔点使熔盐融化，待储盐罐中熔盐液位低于耳室罐下连接管道与储盐罐的连通处位置时，打开耳室罐下连接阀，通过耳室罐下连接管道将这部分熔盐排入储盐罐中。

本发明去除储盐罐最上层熔盐可在太阳能聚热发电系统停止运行一段时间后再操作。

本发明当出现太阳能聚热发电系统停止运行而储盐罐内熔盐液位最高的情况，选择在傍晚时候暂不发电，将高温熔盐蓄起来，完成去除杂质的操作后，在晚上高峰期再满功率发电。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明在目前主流的太阳能热电站熔盐循环系统的基础上做出优化改动，在储罐上增加了自动减少熔盐中杂质的耳室罐和沉淀物收集罐，作为减少熔盐中杂质的设备。在太阳能热电站多次循环运行的过程中，逐渐减少熔盐中的杂质，使得熔盐成分配比更接近理想设置，运行状态更接近预期，此外还降低杂质对设备的腐蚀，从而提高太阳能热电站的稳定性、可靠性及使用寿命，促进熔盐储能商业化的发展。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1，本发明实施例的电能平衡测试系统包括储盐罐1、耳室罐2、沉淀物收集罐3、耳室罐排空阀5、耳室罐上连接阀6、耳室罐下连接阀7、收集罐连接阀8、收集罐排空阀9、耳室罐上连接管道10、耳室罐下连接管道11、收集罐连接管道12、收集罐排空管道13和耳室罐排空管道14。

耳室罐2的顶部设置有进料口4。

耳室罐2位于储盐罐1旁侧。

耳室罐上连接管道10一端与耳室罐2的上部连通，另一端与储盐罐1的上部连通，即耳室罐2的上部与储盐罐1的上部通过耳室罐上连接管道10连通。耳室罐上连接管道10与储盐罐1的连通处与熔盐最大盐量时候的液位位置一致。

耳室罐上连接阀6安装在耳室罐上连接管道10上，控制管道启闭。耳室罐上连接阀6采用自下而上封闭的闸阀，可通过耳室罐上连接阀6的挡板调节进入耳室罐2的熔盐量，以控制进入耳室罐2的液位。耳室罐上连接阀6通常情况下关闭。

耳室罐下连接管道11一端与耳室罐2的下部连通，另一端与储盐罐1的下部连通，即耳室罐2的下部与储盐罐1的下部通过耳室罐下连接管道11连通。

耳室罐下连接阀7安装在耳室罐下连接管道11上，控制管道启闭。

耳室罐2的底部设置有排空口，耳室罐排空管道14一端与耳室罐2的排空口连通。

耳室罐排空阀5安装在耳室罐排空管道14上，控制管道启闭。

沉淀物收集罐3位于储盐罐1下方，整个沉淀物收集罐3低于储盐罐1底部所处的水平面。

收集罐连接管道12一端与储盐罐1的底部连通，另一端与沉淀物收集罐3的上部连通。

收集罐连接阀8安装在收集罐连接管道12上，控制管道启闭。

收集罐排空管道13一端与沉淀物收集罐3的底部连通。

收集罐排空阀9安装在收集罐排空管道13上，控制管道启闭。

耳室罐2内设置有加热设备，起到熔解盐的作用。

耳室罐2和沉淀物收集罐3均有保温层、热电偶及伴热装置，以防止局部熔盐凝固堵塞。

由于储盐罐1内的杂质往往在最上层和最下层的浓度相对较大，将最上层和最下层的部分熔盐导出，再补添新的熔盐，经过多次操作循环后，可以使得储盐罐1内的熔盐杂质降低，更接近于预设的配比。为了去除最上层和最下层的熔盐，本发明引入了耳室罐2和沉淀物收集罐3。

一种上述自净化结构的自净化方法，包括如下过程 ：

一、耳室罐2用于去除储盐罐1最上层的熔盐。打开耳室罐上连接阀6，在储盐罐1内熔盐液位达到耳室罐上连接管道10与储盐罐1的连通处位置时，即储盐罐1里的熔盐量最大的时候，高出耳室罐上连接管道10与储盐罐1的连通处位置的熔盐通过耳室罐上连接管道10流入耳室罐2内；当熔盐充满耳室罐2后，关闭耳室罐上连接阀6，并打开耳室罐排空阀5，将耳室罐2中的熔盐排出。当耳室罐上连接阀6采用自下而上封闭的闸阀，高出耳室罐上连接阀6挡板的熔盐才能采用漫过挡板后通过耳室罐上连接管道10流入耳室罐2内。

二、沉淀物收集罐3用于去除沉淀在储盐罐1底部的杂质。太阳能聚热发电系统正常运行的时候，收集罐连接阀8一直打开，让密度较大的沉淀物通过收集罐连接管道12进入沉淀物收集罐3；隔一定时间清除一次，清除时候，将收集罐连接阀8关闭，将收集罐排空阀9打开，通过收集罐排空管道13排出沉淀物收集罐3内收集的沉淀物。

三、随着最上层和最底层的熔盐的逐渐排出，储盐罐1中的熔盐量随着减少，要维持循环系统内的熔盐量稳定，需对储盐罐1做熔盐的等额补充。通过耳室罐进料口4往耳室罐2中加入固体熔盐，加热至熔盐熔点使熔盐融化，待储盐罐1中熔盐液位低于耳室罐下连接管道11与储盐罐1的连通处位置时，打开耳室罐下连接阀7，通过耳室罐下连接管道11将这部分熔盐排入储盐罐1中。

收集罐连接阀8平时常打开，沉淀物收集罐3底层的沉淀物逐渐滑入收集罐3中，由于重力作用，一般情况下不会返回储盐罐3内。隔一定时间可将收集罐3中的沉淀物连同部分熔盐排出，排出时候关闭收集罐连接阀8，开启收集罐排空阀9。

以下为优化方案：

去除储盐罐1最上层熔盐可在太阳能聚热发电系统停止运行一段时间后操作，即系统太阳能聚热发电系统运行时候都关闭，等时机到了才开启。此时，储盐罐1内熔盐经过一段时间静止，杂质浓度分层更为清晰，去除的最上层熔盐里杂质比例更大，除杂效率更高。当出现太阳能聚热发电系统停止运行而储盐罐1内熔盐液位最高的情况，可以选择在傍晚时候，暂不发电，将高温熔盐蓄起来，完成去除杂质的操作后，在晚上高峰期再满功率发电。

如果熔盐中杂质较多，可以增加去除杂质的频率。由于排出的熔盐可以回收，用于别处，因此并没有明显的浪费。

根据熔盐成分配比，以及可能含有杂质的特性，可选择只在冷盐罐或热盐罐上安装耳室罐和沉淀物收集罐，以降低建设成本。

由于耳室罐2和沉淀物收集罐3位置外露，引入管道方便，因此可采用蒸汽伴热替代电伴热，减少高品位能的消耗。

沉淀物收集罐3的连接管道可采用变径管，使得沉淀物更单向地往收集罐移动。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。

Claims (8)

1. 一种用于以熔盐为介质的太阳能热电站的自净化结构，包括储盐罐，其特征在于：还包括耳室罐、沉淀物收集罐、耳室罐排空阀、耳室罐上连接阀、耳室罐下连接阀、收集罐连接阀、收集罐排空阀、耳室罐上连接管道、耳室罐下连接管道、收集罐连接管道、收集罐排空管道和耳室罐排空管道；耳室罐位于储盐罐旁侧，其顶部设置有进料口，底部设置有排空口；耳室罐上连接管道一端与耳室罐的上部连通，另一端与储盐罐的上部连通；耳室罐上连接阀安装在耳室罐上连接管道上；耳室罐下连接管道一端与耳室罐的下部连通，另一端与储盐罐的下部连通；耳室罐下连接阀安装在耳室罐下连接管道上；耳室罐排空管道一端与耳室罐的排空口连通；耳室罐排空阀安装在耳室罐排空管道上；沉淀物收集罐位于储盐罐下方，整个沉淀物收集罐低于储盐罐底部所处的水平面；收集罐连接管道一端与储盐罐的底部连通，另一端与沉淀物收集罐的上部连通；收集罐连接阀安装在收集罐连接管道上；收集罐排空管道一端与沉淀物收集罐的底部连通；收集罐排空阀安装在收集罐排空管道上。

2.根据权利要求1所述的用于以熔盐为介质的太阳能热电站的自净化结构，其特征在于：所述的耳室罐上连接管道与储盐罐的连通处位置与储盐罐熔盐最大盐量时候的液位位置一致。

3.根据权利要求1所述的用于以熔盐为介质的太阳能热电站的自净化结构，其特征在于：所述的耳室罐上连接阀采用自下而上封闭的闸阀。

4.根据权利要求1所述的用于以熔盐为介质的太阳能热电站的自净化结构，其特征在于：所述的耳室罐内设置有加热设备。

5.根据权利要求1所述的用于以熔盐为介质的太阳能热电站的自净化结构，其特征在于：所述的耳室罐和沉淀物收集罐均有保温层、热电偶及伴热装置。

6.一种权利要求1～5任一权利要求所述的自净化结构的自净化方法，其特征在于：包括如下过程 ：

一、耳室罐用于去除储盐罐最上层的熔盐；打开耳室罐上连接阀，在储盐罐内熔盐液位达到耳室罐上连接管道与储盐罐的连通处位置时，高出耳室罐上连接管道与储盐罐的连通处位置的熔盐通过耳室罐上连接管道流入耳室罐内；当熔盐充满耳室罐后，关闭耳室罐上连接阀，并打开耳室罐排空阀，将耳室罐中的熔盐排出；

二、沉淀物收集罐用于去除沉淀在储盐罐底部的杂质；太阳能热电站的太阳能聚热发电系统正常运行的时候，收集罐连接阀一直打开，让储盐罐内密度较大的沉淀物通过收集罐连接管道进入沉淀物收集罐；隔一定时间清除一次，清除的时候，将收集罐连接阀关闭，将收集罐排空阀打开，通过收集罐排空管道排出沉淀物收集罐内收集的沉淀物；

三、随着最上层和最底层的熔盐的逐渐排出，储盐罐中的熔盐量随着减少，要维持太阳能热电站熔盐循环系统内的熔盐量稳定，需对储盐罐做熔盐的等额补充；通过耳室罐进料口往耳室罐内加入等量的固体熔盐，加热至熔盐熔点使熔盐融化，待储盐罐中熔盐液位低于耳室罐下连接管道与储盐罐的连通处位置时，打开耳室罐下连接阀，通过耳室罐下连接管道将这部分熔盐排入储盐罐中。

7.根据权利要求6所述的自净化方法，其特征在于：去除储盐罐最上层熔盐可在太阳能聚热发电系统停止运行一段时间后再操作。

8.根据权利要求6所述的自净化方法，其特征在于：当出现太阳能聚热发电系统停止运行而储盐罐内熔盐液位最高的情况，选择在傍晚时候暂不发电，将高温熔盐蓄起来，完成去除杂质的操作后，在晚上高峰期再满功率发电。