CN108007247A - 一种外置加热式熔盐储热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外置加热式熔盐储热系统，所述熔盐储热系统包括低温熔盐储罐、高温熔盐储罐、熔盐储热组件、熔盐放热组件、低温熔盐加热组件和高温熔盐加热组件。本发明外置加热式熔盐储热系统具有以下优点：1、避免在储罐底部开孔，降低了罐体设计难度、制造难度并降低了熔盐泄露风险；2、通过加热单元的外置拓宽了加热器的选型范围，通过改进加热方式使得可以引用新的加热装置来提高加热效率，有效降低了建设成本；3、通过配置外置加热单元和熔盐分配单元改善了储罐内部熔盐的受热情况和温度分布情况，提高了系统稳定性。

Description

一种外置加热式熔盐储热系统

技术领域

本发明涉及光热发电技术的熔盐加热技术领域，更具体地讲，涉及一种外置加热式熔盐储热系统。

背景技术

随着第一批光热示范项目的推进，光热产业越来越受到重视。光热电站配有的储热系统不仅提高了电力负荷输出的稳定性，减少了负荷波动对电网的冲击，且使电站具有了参与深度调峰的能力，增加电站运营的灵活性，因此储热系统几乎成了所有光热电站的标配，备受业主关注。

二元熔盐(60wt％NaNO₃+40wt％KNO₃)作为常规储热系统使用的传热蓄热介质，具有使用温度高、热稳定性好等优点。但是熔盐的凝固点较高约为220℃，运行过程中需要对其进行加热，防止在熔盐储罐内凝固而损坏设备。

常见的具有储热系统的光热电站，熔盐储罐直径约为40米、高为15米、配有至少8个电加热器，电加热器的配置方案都是在储罐底部开孔并采用浸没式电加热器。

当采用上述加热方案对熔盐进行加热时，会存在以下问题：

1)储罐底部开孔数目多，储罐设计难度大；

2)数量众多的电加热器配孔，增加了储罐现场制造难度；

3)需现场处理的焊缝多，增加储罐泄露的风险；

4)浸没式电加热器选型有限，维修不便、成本高且存在干烧的风险；

5)罐内熔盐受热存在死区，电加热器不能很好地加热位于下方、罐底区域的熔盐。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种能够提高加热效率、降低设备制造难度和成本并提高系统稳定性的外置加热式熔盐储热系统。

本发明提供了一种外置加热式熔盐储热系统，所述熔盐储热系统包括低温熔盐储罐、高温熔盐储罐、熔盐储热组件、熔盐放热组件、低温熔盐加热组件和高温熔盐加热组件，其中，

所述熔盐储热组件包括通过熔盐输送管路连接的低温熔盐抽取单元、吸热器单元和高温熔盐分配单元，所述低温熔盐抽取单元通过伸入低温熔盐储罐中的第一低温熔盐抽取管路与低温熔盐储罐连通，所述高温熔盐分配单元设置在高温熔盐储罐中；

所述熔盐放热组件包括通过熔盐输送管路连接的高温熔盐抽取单元、蒸汽发生单元和低温熔盐分配单元，所述高温熔盐抽取单元通过伸入高温熔盐储罐中的高温熔盐抽取管路与高温熔盐储罐连通，所述低温熔盐分配单元设置在低温熔盐储罐中；

所述低温熔盐加热组件包括通过熔盐返回管路连接的第一熔盐加热单元和第一加热熔盐分配单元，所述第一熔盐加热单元通过熔盐输送管路与低温熔盐抽取单元连接，所述第一加热熔盐分配单元设置在低温熔盐储罐中；

所述高温熔盐加热组件包括通过熔盐返回管路连接的第二熔盐加热单元和第二加热熔盐分配单元，所述第二加熔盐热单元通过熔盐输送管路与高温熔盐抽取单元连接，所述第二加热熔盐分配单元设置在高温熔盐储罐中。

根据本发明外置加热式熔盐储热系统的一个实施例，所述熔盐储热系统还包括熔盐温度调节组件，所述熔盐温度调节组件包括通过熔盐调节管路连接的调温泵和熔盐混合器，所述调温泵通过伸入低温熔盐储罐中的第二低温熔盐抽取管路与低温熔盐储罐连通，所述熔盐混合器设置在高温熔盐抽取单元与蒸汽发生单元之间的熔盐输送管路上。

根据本发明外置加热式熔盐储热系统的一个实施例，所述低温熔盐抽取单元、高温熔盐抽取单元、蒸汽发生单元、第一熔盐加热单元和第二熔盐加热单元布置在高于所述高温熔盐储罐和低温熔盐储罐的位置处，优选地设置在位于高于所述高温熔盐储罐和低温熔盐储罐的平台上。

根据本发明外置加热式熔盐储热系统的一个实施例，所述高温熔盐抽取单元通过止回阀和熔盐返排管路与高温熔盐储罐连通，所述调温泵通过止回阀和熔盐返排管路与低温熔盐储罐连通，所述低温熔盐抽取单元通过止回阀和熔盐返排管路与低温熔盐储罐连通。

根据本发明外置加热式熔盐储热系统的一个实施例，所述熔盐输送管路、第一低温熔盐抽取管路、高温熔盐抽取管路、熔盐返回管路、第二低温熔盐抽取管路和熔盐返排管路沿着流向呈5～10°的向下倾角布置并且均配备有电伴热带和保温组件。

根据本发明外置加热式熔盐储热系统的一个实施例，所述低温熔盐抽取单元包括至少一台低温熔盐抽取泵，所述高温熔盐抽取单元包括至少两台高温熔盐抽取泵，所述第一熔盐加热单元和第二熔盐加热单元包括至少一级加热器。

根据本发明外置加热式熔盐储热系统的一个实施例，所述高温熔盐分配单元设置在高温熔盐储罐的底部并且通过支架固定在高温熔盐储罐的底板上，高温熔盐分配单元包括至少1个高温熔盐分配集箱并且所述高温熔盐分配集箱为开有若干个开孔的环形集箱，所述高温熔盐分配集箱的直径小于高温熔盐储罐的直径。

根据本发明外置加热式熔盐储热系统的一个实施例，所述低温熔盐分配单元设置在低温熔盐储罐的罐底并且通过支架固定在低温熔盐储罐的罐底上，低温熔盐分配单元包括至少1个低温熔盐分配集箱并且所述低温熔盐分配集箱为开有若干个开孔的环形集箱，所述低温熔盐分配集箱的直径小于低温熔盐储罐的直径。

根据本发明外置加热式熔盐储热系统的一个实施例，所述第一加热熔盐分配单元设置在低温熔盐分配单元的下方并且沿着低温熔盐储罐的罐壁与罐底之间的连接线布置，第一加热熔盐分配单元通过卡箍固定在罐体上并且第一加热熔盐分配单元为开有若干个开孔的环形集箱，所述第一加热熔盐分配单元的直径小于低温熔盐储罐的直径。

根据本发明外置加热式熔盐储热系统的一个实施例，所述第二加热熔盐分配单元设置在高温熔盐分配单元的下方并且沿着高温熔盐储罐的罐壁与罐底之间的连接线布置，第二加热熔盐分配单元通过卡箍固定在罐体上并且第二加热熔盐分配单元为开有若干个开孔的环形集箱，所述第二加热熔盐分配单元的直径小于高温熔盐储罐的直径。

与现有技术相比，本发明外置加热式熔盐储热系统具有以下优点：

1、避免在储罐底部开孔，降低了罐体设计难度、制造难度并降低了熔盐泄露风险；

2、通过加热单元的外置拓宽了加热器的选型范围，通过改进加热方式使得可以引用新的加热装置来提高加热效率，有效降低了建设成本；

3、通过配置外置加热单元和熔盐分配单元改善了储罐内部熔盐的受热情况和温度分布情况，提高了系统稳定性。

附图说明

图1示出了根据本发明示例性实施例的外置加热式熔盐储热系统的结构示意图。

附图标记说明：

1-低温熔盐储罐、2-高温熔盐储罐、3-低温熔盐抽取单元、4-吸热器单元、5-高温熔盐分配单元、6-熔盐输送管路、7-第一低温熔盐抽取管路、8-高温熔盐抽取单元、9-蒸汽发生单元、10-低温熔盐分配单元、11-高温熔盐抽取管路、12-第一熔盐加热单元、13-第一加热熔盐分配单元、14-熔盐返回管路、15-第二熔盐加热单元、16-第二加热熔盐分配单元、17-调温泵、18-熔盐混合器、19-熔盐调节管路、20-止回阀、21-熔盐返排管路、22-第二低温熔盐抽取管路。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面先对本发明外置加热式熔盐储热系统的结构和原理进行详细的说明。

图1示出了根据本发明示例性实施例的外置加热式熔盐储热系统的结构示意图。

如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述外置加热式熔盐储热系统包括低温熔盐储罐1、高温熔盐储罐2、熔盐储热组件、熔盐放热组件、低温熔盐加热组件和高温熔盐加热组件。其中，低温熔盐储罐1用于储存较低温度的熔盐，高温熔盐储罐2用于储存较高温度的熔盐，熔盐储热组件用于实现低温熔盐的储热并将储热后的高温熔盐转运分配，熔盐放热组件用于实现高温熔盐的放热并将放热后的低温熔盐转运分配，低温熔盐加热组件和高温熔盐加热组件用于在储热不足时对低温熔盐储罐和高温熔盐储罐中的熔盐进行加热避免熔盐凝结。

具体地，熔盐储热组件包括通过熔盐输送管路6连接的低温熔盐抽取单元3、吸热器单元4和高温熔盐分配单元5，低温熔盐抽取单元3通过伸入低温熔盐储罐1中的第一低温熔盐抽取管路7与低温熔盐储罐1连通，高温熔盐分配单元5设置在高温熔盐储罐2中。其中，吸热器单元4作为太阳能光热电站的核心设备，用于将镜场聚焦得到的高热流密度太阳能转化为工质热能。

优选地，低温熔盐抽取单元3包括至少一台低温熔盐抽取泵；高温熔盐分配单元5设置在高温熔盐储罐2的底部并且通过支架固定在高温熔盐储罐2的底板上，高温熔盐分配单元5包括至少1个高温熔盐分配集箱并且高温熔盐分配集箱为开有若干个开孔的环形集箱，该高温熔盐分配集箱的直径小于高温熔盐储罐2的直径。

在白天DNI比较强的时候，低温熔盐抽取单元3从低温熔盐储罐1内抽取低温熔盐，经过吸热器单元4升温后，得到的高温熔盐通过熔盐输送管路6输送至高温熔盐分配单元5，均匀分配并储存在高温熔盐储罐2内。

并且，熔盐放热组件包括通过熔盐输送管路6连接的高温熔盐抽取单元8、蒸汽发生单元9和低温熔盐分配单元10，高温熔盐抽取单元8通过伸入高温熔盐储罐2中的高温熔盐抽取管路11与高温熔盐储罐2连通，低温熔盐分配单元10设置在低温熔盐储罐1中。其中，蒸汽发生单元9可以为利用高温熔盐与水工质进行换热，产生符合进入汽轮机要求的高品质蒸汽的装置，主要设备包括预热器、蒸发器(含汽包)、过热器、再热器等。

优选地，高温熔盐抽取单元8包括至少两台高温熔盐抽取泵11；低温熔盐分配单元10设置在低温熔盐储罐1的罐底并且通过支架固定在低温熔盐储罐1的罐底上，低温熔盐分配单元10包括至少1个低温熔盐分配集箱并且低温熔盐分配集箱为开有若干个开孔的环形集箱，低温熔盐分配集箱的直径小于低温熔盐储罐1的直径。

当需要蒸汽发生单元9对外提供蒸汽时，将高温熔盐储罐2内的高温熔盐通过高温熔盐抽取单元8抽取后输送到蒸汽发生单元9，高温熔盐在蒸汽发生单元9中与水工质换热并产生满足汽轮机需要的、特定参数的蒸汽，同时高温熔盐释放热量后变成低温熔盐，继而通过熔盐输送管路6输送至低温熔盐分配单元10，均匀分配并储存在低温熔盐储罐1内。

根据本发明的优选实施例，熔盐储热系统还包括熔盐温度调节组件，熔盐温度调节组件包括通过熔盐调节管路19连接的调温泵17和熔盐混合器18，调温泵17通过伸入低温熔盐储罐1中的第二低温熔盐抽取管路22与低温熔盐储罐1连通，熔盐混合器18设置在高温熔盐抽取单元8与蒸汽发生单元9之间的熔盐输送管路上。

通过在蒸汽发生单元9的进口管路上设置熔盐混合器18，能够让高温熔盐抽取单元8输送的高温熔盐和调温泵7输送的低温熔盐充分混合，避免大量高温熔盐进入蒸汽发生单元9的换热设备而损坏设备，具有调节范围广、调节灵活的优点。

此外，高温熔盐抽取单元8通过止回阀20和熔盐返排管路21与高温熔盐储罐2连通，由此可以防止熔盐倒灌淤积在高温熔盐抽取单元8处损坏设备，其中，止回阀13布置在高温熔盐抽取单元出口管路的高点并在止回阀13的出口管路(即熔盐返排管路)上设置低位排盐点，使熔盐直接排入高温熔盐储罐2中。类似地，低温熔盐抽取单元3也通过止回阀20和熔盐返排管路21与低温熔盐储罐1连通。

同时，调温泵17通过止回阀20和熔盐返排管路21与低温熔盐储罐1连通，为了防止熔盐倒灌淤积在调温泵17处损坏设备，止回阀21布置在调温泵出口管路的高点，并在止回阀13出口管路(即熔盐返排管路)上设置低位排盐点，使熔盐直接排入低温熔盐储罐1中。

由于在DNI较低、储热不足或者停机期间熔盐储罐中的熔盐容易凝结，因此为了避免熔盐凝结，本发明还设置了用于加热熔盐的低温熔盐加热组件和高温熔盐加热组件。

具体地，低温熔盐加热组件包括通过熔盐返回管路14连接的第一熔盐加热单元12和第一加热熔盐分配单元13，第一熔盐加热单元12通过熔盐输送管路与低温熔盐抽取单元3连接，第一加热熔盐分配单元13设置在低温熔盐储罐1中。类似地，高温熔盐加热组件包括通过熔盐返回管路14连接的第二熔盐加热单元15和第二加热熔盐分配单元16，第二加熔盐热单元15通过熔盐输送管路与高温熔盐抽取单元8连接，第二加热熔盐分配单元16设置在高温熔盐储罐2中。

由此，当DNI较低、储热不足或者停机时，将低温熔盐储罐1内的熔盐通过低温熔盐抽取单元3抽送到第一熔盐加热单元12加热后升温，产生的加热后熔盐通过第一加热熔盐分配单元13返回到低温熔盐储罐1内；类似地，将高温熔盐储罐2内的熔盐通过高温熔盐抽取单元8抽送到第二熔盐加热单元加热后升温，产生的加热后熔盐通过第二加热熔盐分配单元16返回到高温熔盐储罐2内。

其中，第一熔盐加热单元12和第二熔盐加热单元15包括至少一级加热器。该加热器优选为电加热器，具体可以根据工艺设计的加热功率要求将加热单元设计成一级或多级，也可根据工艺方案改为其他加热方式，不局限于电加热一种方式。

优选地，第一加热熔盐分配单元13设置在低温熔盐分配单元10的下方并且沿着低温熔盐储罐1的罐壁与罐底之间的连接线布置，第一加热熔盐分配单元13通过卡箍固定在罐体上并且第一加热熔盐分配单元13为开有若干个开孔的环形集箱，第一加热熔盐分配单元13的直径小于低温熔盐储罐1的直径。第二加热熔盐分配单元16设置在高温熔盐分配单元5的下方并且沿着高温熔盐储罐2的罐壁与罐底之间的连接线布置，第二加热熔盐分配单元16通过卡箍固定在罐体上并且第二加热熔盐分配单元16为开有若干个开孔的环形集箱，第二加热熔盐分配单元16的直径小于高温熔盐储罐2的直径。

上述布置方式能够更有效地改善储罐内的热量分布，提高加热效率并节省加热时间，还能有效改善罐底与罐壁连接处(此处为储罐泄漏最危险点)的受热条件，减小连接处热应力，提高电站运行的安全性。

优选地，本发明将低温熔盐抽取单元3、高温熔盐抽取单元8、蒸汽发生单元9、第一熔盐加热单元12和第二熔盐加热单元15布置在高于高温熔盐储罐2和低温熔盐储罐1的位置处，优选地设置在位于高于高温熔盐储罐2和低温熔盐储罐1的平台上，实现加热单元的外置，这样布置既能节省管路，降低伴热成本，又便于各系统排盐。

由于熔盐还容易在管路中凝固，因此本发明还将熔盐输送管路6、第一低温熔盐抽取管路7、高温熔盐抽取管路11、熔盐返回管路14、第二低温熔盐抽取管路22和熔盐返排管路21沿着流向呈5～10°的向下倾角布置并且均配备有电伴热带和保温组件，一方面能够在DNI较低、储热不足或者停机期间启动电伴热带维持熔盐管路的温度，另一方面能够使得管路及设备中的熔盐依靠自身重力及时排空，降低熔盐发生凝固的风险。

因此，在使用本发明的外置加热式熔盐储热系统时，能够在白天DNI较强时利用低温熔盐储存热量并将所得高温熔盐储存起来，同时在需要系统对外提供蒸汽时及时地使高温熔盐所储存的能量释放出来，此外还能够在DNI较低、储热不足或者停机期间对熔盐进行循环加热进而维持熔盐的温度避免熔盐凝固的风险。

综上所述，本发明外置加热式熔盐储热系统避免了在储罐底部开孔，降低了罐体设计难度、制造难度并降低了熔盐泄露风险，同时拓宽了加热器的选型范围，使得可以引用新的加热装置来提高加热效率，有效降低了建设成本，还改善了储罐内部熔盐的受热情况和温度分布情况，提高了系统的稳定性。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种外置加热式熔盐储热系统，其特征在于，所述熔盐储热系统包括低温熔盐储罐、高温熔盐储罐、熔盐储热组件、熔盐放热组件、低温熔盐加热组件和高温熔盐加热组件，其中，

所述熔盐储热组件包括通过熔盐输送管路连接的低温熔盐抽取单元、吸热器单元和高温熔盐分配单元，所述低温熔盐抽取单元通过伸入低温熔盐储罐中的第一低温熔盐抽取管路与低温熔盐储罐连通，所述高温熔盐分配单元设置在高温熔盐储罐中；

所述熔盐放热组件包括通过熔盐输送管路连接的高温熔盐抽取单元、蒸汽发生单元和低温熔盐分配单元，所述高温熔盐抽取单元通过伸入高温熔盐储罐中的高温熔盐抽取管路与高温熔盐储罐连通，所述低温熔盐分配单元设置在低温熔盐储罐中；

所述低温熔盐加热组件包括通过熔盐返回管路连接的第一熔盐加热单元和第一加热熔盐分配单元，所述第一熔盐加热单元通过熔盐输送管路与低温熔盐抽取单元连接，所述第一加热熔盐分配单元设置在低温熔盐储罐中；

所述高温熔盐加热组件包括通过熔盐返回管路连接的第二熔盐加热单元和第二加热熔盐分配单元，所述第二加熔盐热单元通过熔盐输送管路与高温熔盐抽取单元连接，所述第二加热熔盐分配单元设置在高温熔盐储罐中。

2.根据权利要求1所述外置加热式熔盐储热系统，其特征在于，所述熔盐储热系统还包括熔盐温度调节组件，所述熔盐温度调节组件包括通过熔盐调节管路连接的调温泵和熔盐混合器，所述调温泵通过伸入低温熔盐储罐中的第二低温熔盐抽取管路与低温熔盐储罐连通，所述熔盐混合器设置在高温熔盐抽取单元与蒸汽发生单元之间的熔盐输送管路上。

3.根据权利要求2所述外置加热式熔盐储热系统，其特征在于，所述低温熔盐抽取单元、高温熔盐抽取单元、蒸汽发生单元、第一熔盐加热单元和第二熔盐加热单元布置在高于所述高温熔盐储罐和低温熔盐储罐的位置处，优选地设置在位于高于所述高温熔盐储罐和低温熔盐储罐的平台上。

4.根据权利要求2所述外置加热式熔盐储热系统，其特征在于，所述高温熔盐抽取单元通过止回阀和熔盐返排管路与高温熔盐储罐连通，所述调温泵通过止回阀和熔盐返排管路与低温熔盐储罐连通，所述低温熔盐抽取单元通过止回阀和熔盐返排管路与低温熔盐储罐连通。

5.根据权利要求4所述外置加热式熔盐储热系统，其特征在于，所述熔盐输送管路、第一低温熔盐抽取管路、高温熔盐抽取管路、熔盐返回管路、第二低温熔盐抽取管路和熔盐返排管路沿着流向呈5～10°的向下倾角布置并且均配备有电伴热带和保温组件。

6.根据权利要求1所述外置加热式熔盐储热系统，其特征在于，所述低温熔盐抽取单元包括至少一台低温熔盐抽取泵，所述高温熔盐抽取单元包括至少两台高温熔盐抽取泵，所述第一熔盐加热单元和第二熔盐加热单元包括至少一级加热器。

7.根据权利要求1所述外置加热式熔盐储热系统，其特征在于，所述高温熔盐分配单元设置在高温熔盐储罐的底部并且通过支架固定在高温熔盐储罐的底板上，高温熔盐分配单元包括至少1个高温熔盐分配集箱并且所述高温熔盐分配集箱为开有若干个开孔的环形集箱，所述高温熔盐分配集箱的直径小于高温熔盐储罐的直径。

8.根据权利要求1所述外置加热式熔盐储热系统，其特征在于，所述低温熔盐分配单元设置在低温熔盐储罐的罐底并且通过支架固定在低温熔盐储罐的罐底上，低温熔盐分配单元包括至少1个低温熔盐分配集箱并且所述低温熔盐分配集箱为开有若干个开孔的环形集箱，所述低温熔盐分配集箱的直径小于低温熔盐储罐的直径。

9.根据权利要求1所述外置加热式熔盐储热系统，其特征在于，所述第一加热熔盐分配单元设置在低温熔盐分配单元的下方并且沿着低温熔盐储罐的罐壁与罐底之间的连接线布置，第一加热熔盐分配单元通过卡箍固定在罐体上并且第一加热熔盐分配单元为开有若干个开孔的环形集箱，所述第一加热熔盐分配单元的直径小于低温熔盐储罐的直径。

10.根据权利要求1所述外置加热式熔盐储热系统，其特征在于，所述第二加热熔盐分配单元设置在高温熔盐分配单元的下方并且沿着高温熔盐储罐的罐壁与罐底之间的连接线布置，第二加热熔盐分配单元通过卡箍固定在罐体上并且第二加热熔盐分配单元为开有若干个开孔的环形集箱，所述第二加热熔盐分配单元的直径小于高温熔盐储罐的直径。