CN106091437A - 太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热系统及伴热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热系统及伴热方法。目前还没有一种工艺简单，可靠性高，可操作性强，且避免使用电加热的系统或方法去解决光热发电熔盐系统伴热所面临的问题。本发明的伴热系统包括集热塔和接收器，其特点是：还包括热盐罐、冷盐罐、熔盐‑空气换热器、空气循环泵、超声波起振器、熔盐管道和旁路，熔盐管道和接收器连接，冷盐罐和热盐罐连接，热盐罐和熔盐‑空气换热器连接，熔盐‑空气换热器和熔盐管道连接，空气循环泵和超声波起振器均安装在熔盐管道上，冷盐罐和熔盐管道连接，熔盐管道在靠近接收器的位置设置有旁路。本发明的可靠性高，可操作性强，不使用电加热。

Description

太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热系统及伴热方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热系统及伴热方法，属于太阳能光热发电应用技术领域，具体用于使用熔盐作为循环介质太阳能光热系统的伴热方面。

背景技术

太阳能光热发电是指利用大规模阵列的反射镜面收集太阳热能，通过导热介质带走，并由换热装置产生蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，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。

相比一般新能源发电，如风电和光伏发电，太阳能光热发电有一个重要的优势是可以较为廉价地大规模储能。太阳能发电系统中的集热和发电这两个环节是独立的，通过储热的方式对太阳能进行存储，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，光热太阳能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，极大地提高了电源部分的可调节性，可以削峰平谷，还可以跟风电和光伏按一定比例搭配，在一定程度上解决了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增加。

目前光热太阳能系统常用的介质主要由蒸汽、空气和熔盐。相比使用蒸汽或空气作为介质的光热系统，使用熔盐作为介质的光热发电系统有一个突出的优势是管道和容器的压力远小于以蒸汽或空气作为介质的系统，如公开日为2015年08月19日，公开号为CN204574557U的中国专利中，公开的一种高温太阳能加热系统就使用熔盐做为介质。光热发电的熔盐循环系统中多数管道压力是跟常压一个量级的，降低了对管道承压的要求，减少了管道材料用量，有利于光热发电大规模商业化的进程。

熔盐作为介质有着诸多的好处，然而，熔盐在常温下容易凝固的特性在很大程度上制约了其发展，需增加大量的保温、温度监控以及伴热设备。目前常用的伴热方式主要是使用伴热带电加热的方式。这种方式的好处是伴热可靠性高，结构相对简单，能量传输方便，容易消除加热死角，确保熔盐系统顺畅运行。缺点是消耗了大量的高品质能源——电能，使得厂的用电大增，严重影响经济性。

综上所述，目前还没有一种工艺简单，可靠性高，可操作性强，且避免使用电加热的系统或方法去解决光热发电熔盐系统伴热所面临的问题。

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，而提供一种结构设计合理，工艺简单，可靠性高，可操作性强，不使用电加热的太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热系统及伴热方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热系统包括集热塔和接收器，所述接收器安装在集热塔的顶部，其结构特点在于：还包括热盐罐、冷盐罐、熔盐-空气换热器、空气循环泵、超声波起振器、熔盐管道和旁路，所述熔盐管道和接收器连接，所述冷盐罐和热盐罐连接，所述热盐罐和熔盐-空气换热器连接，所述熔盐-空气换热器和熔盐管道连接，所述空气循环泵和超声波起振器均安装在熔盐管道上，所述冷盐罐和熔盐管道连接，所述熔盐管道在靠近接收器的位置设置有旁路。

作为优选，本发明所述熔盐管道沿着集热塔从地面向塔顶延伸到接收器。

作为优选，本发明所述超声波起振器包括超声波起振片，所述超声波起振片安装在熔盐管道上，相邻两个超声波起振片之间的间距大于超声波起振片所产生的超声波衰减至1/e的距离。如果此距离前后有重点区域或关键部件，多加一个超声波起振片。

一种太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热方法，其特点在于：所述伴热方法的步骤如下：熔盐-空气换热器产生温度高于熔盐熔点温度的热空气，热空气通过空气循环泵沿着熔盐管道输送，提高熔盐管道的温度；在熔盐管道的死角位置安装超声波起振器，通过熔盐管道传递超声波振动及能量，振落伴热死角的熔盐，防止熔盐管道堵塞，伴热能量以热空气传播为主，超声波能量传递为辅助补充，共同完成对整个熔盐循环系统的伴热。

作为优选，本发明所述熔盐-空气换热器将引入的热空气与从热盐罐引入的熔盐进行热交换，产生温度高于熔盐熔点温度的热空气，热空气从熔盐-空气换热器中获取热量后，通过空气循环泵加压，沿着熔盐管道传输，把热量输送至需要伴热的管道或者泵阀易出现熔盐凝固的地方。

作为优选，本发明所述超声波起振器包括若干个超声波起振片，若干个超声波起振片设置在熔盐管道的适当位置，以确保所设置的超声波起振片发出的能量能覆盖整个熔盐循环系统；在给熔盐管道预热的时候，在热空气进入熔盐管道之前，先使用超声波传递能量，振落伴热死角的熔盐，为热空气顺利流动提供保障，且减少能量损耗，节约预热时间。

作为优选，本发明在设计管道及循环系统其它部件的时候，考虑超声波传播条件，管道尺寸和材质的选择需适合主要传播的超声波模式，并在熔盐易凝固的地方设置超声波强吸收结构。

作为优选，本发明在熔盐循环系统中，在熔盐泵、熔盐阀、熔盐流量计这些关键部件上设置电伴热带，确保正常运作，减少熔盐凝固造成的损坏。

作为优选，本发明所述空气循环泵的扬程需留有较大调整预留，以备冲过局部管道淤积的固态熔盐。

作为优选，本发明接收器使用定日镜反射的能量预热，因此无需浪费热空气和超声的能量，在接收器下方设置旁路，使得热空气和超声的能量传递不进入接收器。

作为优选，本发明在不影响泵、阀、流量计等关键设备正常运行的前提下，对一些容易出现熔盐凝固的死角或夹缝区域做结构上的改动，使得超声波能量在此处强吸收，有侧重地保障重点区域的伴热正常。

作为优选，本发明对泵、阀、流量计等关键设备还是做了电伴热，在热空气和超声波能量都无法起到效果的时候，确保这些关键部件正常且精确地工作。

作为优选，本发明的超声波起振器使用更易远距离传输的纵波模式。

作为优选，本发明预热结束后，出口处的空气可为换热前的冷空气预热，进一步提高热效率，减少换热过程中热盐罐熔盐的消耗。

作为优选，本发明热空气温度比熔盐凝固温度高100℃左右。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明通过熔盐-空气换热器从热盐罐获取热能对熔盐管道循环系统进行伴热，成本远比使用电伴热低，而超声波起振器虽然消耗电能，但是只是作为辅助，将凝固的熔盐抖落，最终还是通过热空气的热能将熔盐冲走或融化，因此用电所占比例不大。本发明主要使用廉价的热能作为伴热能源，节约了大量优质能源电能，提高了系统运行的经济性，进而突破光热发电的技经瓶颈，推动商业化的进行。

附图说明

图1是本发明实施例中太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热系统的结构示意图。

图中：1—热盐罐；2—冷盐罐；3—熔盐-空气换热器；4—空气循环泵；5—超声波起振器；6—熔盐管道；7—集热塔；8—旁路；9—接收器。

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。

实施例。

参见图1，本实施例中太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热系统包括热盐罐1、冷盐罐2、熔盐-空气换热器3、空气循环泵4、超声波起振器5、熔盐管道6、集热塔7、旁路8和接收器9。

本实施例中的接收器9安装在集热塔7的顶部，熔盐管道6和接收器9连接，冷盐罐2和热盐罐1连接，热盐罐1和熔盐-空气换热器3连接，熔盐-空气换热器3和熔盐管道6连接，空气循环泵4和超声波起振器5均安装在熔盐管道6上，冷盐罐2和熔盐管道6连接，熔盐管道6在靠近接收器9的位置设置有旁路8，熔盐管道6在靠近接收器9的位置对于本领域技术人员而言为公知常识。

本实施例中的熔盐管道6沿着集热塔7从地面向塔顶延伸到接收器9。超声波起振器5包括超声波起振片，超声波起振片安装在熔盐管道6上，相邻两个超声波起振片之间的间距大于超声波起振片所产生的超声波衰减至1/e的距离。

本实施例中太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热方法的步骤如下：熔盐-空气换热器3产生温度高于熔盐熔点温度的热空气，热空气通过空气循环泵4沿着熔盐管道6输送，提高熔盐管道6的温度；在熔盐管道6的死角位置安装超声波起振器5，通过熔盐管道6传递超声波振动及能量，振落伴热死角的熔盐，防止熔盐管道6堵塞，伴热能量以热空气传播为主，超声波能量传递为辅助补充，共同完成对整个熔盐循环系统的伴热。

本实施例中的熔盐-空气换热器3将引入的热空气与从热盐罐1引入的熔盐进行热交换，产生温度高于熔盐熔点温度的热空气，热空气从熔盐-空气换热器3中获取热量后，通过空气循环泵4加压，沿着熔盐管道6传输，把热量输送至需要伴热的管道或者泵阀易出现熔盐凝固的地方。

本实施例中的超声波起振器5包括若干个超声波起振片，若干个超声波起振片设置在熔盐管道6的适当位置，以确保所设置的超声波起振片发出的能量能覆盖整个熔盐循环系统；在给熔盐管道6预热的时候，在热空气进入熔盐管道6之前，先使用超声波传递能量，振落伴热死角的熔盐，为热空气顺利流动提供保障，且减少能量损耗，节约预热时间。

本实施例在设计管道及循环系统其它部件的时候，考虑超声波传播条件，管道尺寸和材质的选择需适合主要传播的超声波模式，并在熔盐易凝固的地方设置超声波强吸收结构。在熔盐循环系统中，在熔盐泵、熔盐阀、熔盐流量计这些关键部件上设置电伴热带，确保正常运作，减少熔盐凝固造成的损坏。空气循环泵4的扬程需留有较大调整预留，以备冲过局部管道淤积的固态熔盐。接收器9使用定日镜反射的能量预热，因此无需浪费热空气和超声的能量，在接收器9下方设置旁路8，使得热空气和超声的能量传递不进入接收器9。

下面以塔式太阳能熔盐发电站为例，对伴热方法进行描述：将热盐罐1的熔盐引入熔盐-空气换热器3，产生温度高于熔盐凝固点的热空气，作为伴热的主要介质，换热后温度下降的熔盐流入冷盐罐2。热空气经过空气循环泵4加压，沿着熔盐管道6传播，直至集热塔7下，熔盐管道6沿着集热塔7向塔顶延伸，快到接收器9的时候，设置一段旁路8。由于接收器9一般直接用定日镜反射光进行伴热，所以每当给熔盐管道6伴热的时候，连到接收器9的阀门关闭，热空气穿过旁路8后，即可沿着熔盐管道6向下流动，直至地面。待整个熔盐管道6温度高于熔盐凝固点的时候，即可停止热空气输入，切换模式开关，将冷盐罐2的熔盐引入管道5，断开旁路8，打开连通接收器9的阀门，将冷盐导入接收器9，开始正常的聚热及发电工作。如果熔盐管道6（包括泵、阀、流量计等仪表）出现局部堵塞，则通过超声波起振器5产生超声波，按照一定模式（纵波类型）沿着熔盐管道6传播，在一些容易堵塞的区域预先设置强吸收的结构，使得超声波振落粘附于熔盐管道6腔壁的熔盐，振落的熔盐将被热空气冲走并逐渐融化，从而确保管道畅通。

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。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热系统，包括集热塔和接收器，所述接收器安装在集热塔的顶部，其特征在于：还包括热盐罐、冷盐罐、熔盐-空气换热器、空气循环泵、超声波起振器、熔盐管道和旁路，所述熔盐管道和接收器连接，所述冷盐罐和热盐罐连接，所述热盐罐和熔盐-空气换热器连接，所述熔盐-空气换热器和熔盐管道连接，所述空气循环泵和超声波起振器均安装在熔盐管道上，所述冷盐罐和熔盐管道连接，所述熔盐管道在靠近接收器的位置设置有旁路。

2.根据权利要求1所述的太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热系统，其特征在于：所述熔盐管道沿着集热塔从地面向塔顶延伸到接收器。

3.根据权利要求1所述的太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热系统，其特征在于：所述超声波起振器包括超声波起振片，所述超声波起振片安装在熔盐管道上，相邻两个超声波起振片之间的间距大于超声波起振片所产生的超声波衰减至1/e的距离。

4.一种太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热方法，其特征在于：所述伴热方法的步骤如下：熔盐-空气换热器产生温度高于熔盐熔点温度的热空气，热空气通过空气循环泵沿着熔盐管道输送，提高熔盐管道的温度；在熔盐管道的死角位置安装超声波起振器，通过熔盐管道传递超声波振动及能量，振落伴热死角的熔盐，防止熔盐管道堵塞，伴热能量以热空气传播为主，超声波能量传递为辅助补充，共同完成对整个熔盐循环系统的伴热。

5.根据权利要求4所述的太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热方法，其特征在于：所述熔盐-空气换热器将引入的热空气与从热盐罐引入的熔盐进行热交换，产生温度高于熔盐熔点温度的热空气，热空气从熔盐-空气换热器中获取热量后，通过空气循环泵加压，沿着熔盐管道传输，把热量输送至需要伴热的管道或者泵阀易出现熔盐凝固的地方。

6.根据权利要求4所述的太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热方法，其特征在于：所述超声波起振器包括若干个超声波起振片，若干个超声波起振片设置在熔盐管道的适当位置，以确保所设置的超声波起振片发出的能量能覆盖整个熔盐循环系统；在给熔盐管道预热的时候，在热空气进入熔盐管道之前，先使用超声波传递能量，振落伴热死角的熔盐，为热空气顺利流动提供保障，且减少能量损耗，节约预热时间。

7.根据权利要求4所述的太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热方法，其特征在于：在设计管道及循环系统其它部件的时候，考虑超声波传播条件，管道尺寸和材质的选择需适合主要传播的超声波模式，并在熔盐易凝固的地方设置超声波强吸收结构。

8.根据权利要求4所述的太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热方法，其特征在于：在熔盐循环系统中，在熔盐泵、熔盐阀、熔盐流量计这些关键部件上设置电伴热带，确保正常运作，减少熔盐凝固造成的损坏。

9.根据权利要求4所述的太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热方法，其特征在于：所述空气循环泵的扬程需留有较大调整预留，以备冲过局部管道淤积的固态熔盐。

10.根据权利要求4所述的太阳能聚热电站熔盐循环管道的伴热方法，其特征在于：接收器使用定日镜反射的能量预热，因此无需浪费热空气和超声的能量，在接收器下方设置旁路，使得热空气和超声的能量传递不进入接收器。