CN108413634A - 一种无循环阀门的塔式太阳能热发电熔融盐吸热器、熔融盐系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无循环阀门的塔式太阳能热发电熔融盐吸热器、熔融盐系统和方法，吸热器包括熔融盐循环罐(1)、吸热体(2)等两件设备，熔融盐系统包括低温熔融盐储罐(3)、高温熔融盐储罐(4)、吸热器上盐管阀门(5)、吸热器泄盐管阀门(6)，吸热体第一防凝阀门(7)，吸热体第二防凝阀门(8)，盐水换热器进盐阀门(9)，盐水换热器(10)，盐水换热器进水管路(11)，汽轮机过热蒸汽管(12)，气体保护罐(13)和连接管路(14～16)等部分。

Description

一种无循环阀门的塔式太阳能热发电熔融盐吸热器、熔融盐 系统和方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能热发电吸热装置及系统，特别涉及一种无循环阀门的塔式太阳能热发电熔融盐吸热器、熔融盐系统和方法。

背景技术

吸热器是在太阳能塔式热发电技术中承担光热转换的重要设备。塔式热发电站中，吸热器通常安装在吸热塔的顶部。定日镜场将太阳直射辐射反射并聚焦到吸热器上，传热流体通过流动换热将辐射能转变为热能。熔融盐是目前应用最广泛的传热流体之一，被大规模应用于塔式热发电站中。已有塔式熔盐吸热器的吸热面是由若干个管板组成，每个管板由竖直管道紧密排列而成，熔融盐在吸热器中垂直于地面做蛇形流动吸热，为了方便对管板进行填充和排空，每个管板都安装有至少一个阀门。这些阀门的数量较多，如果其中有阀门出现故障，将导致熔融盐吸热器出现冻堵或者损毁等严重后果。

目前，尚未发现提出有效的改进措施来取消安装在传统吸热器上的众多阀门的报道。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的以下缺点：已有吸热器阀门众多，安全性和可靠性较低；已有吸热器结构和流动方式过于复杂；阀门出现问题可能导致吸热器冻堵或被烧毁的问题；提供一种无循环阀门的塔式太阳能热发电熔融盐吸热器、熔融盐系统和方法，解决了上述问题。

本发明解决上述问题的方案如下：

本发明的一种无循环阀门的塔式太阳能热发电熔融盐吸热器，包括：熔融盐循环罐和吸热体；所述熔融盐循环罐安装在吸热体的上方；所述熔融盐循环罐和吸热体组成熔融盐的循环。

所述循环包括自然对流驱动的循环和强迫循环。

所述熔融盐循环罐和吸热体的相对位置依循环的要求发生变化。

所述自然对流驱动的循环实现过程为：熔融盐循环罐安装在吸热体的上方，熔融盐循环罐中的熔融盐上部温度高，下部温度低，由于温度不同而产生分层，下部密度较大的熔融盐依靠重力作用向下流回吸热体中吸收热量，吸热体中熔融盐的温度升高，受到浮力自然上升通过连接管路回到熔融盐循环罐中，形成了吸热体与熔融盐循环罐之间的自然对流驱动的循环。

所述强迫循环实现过程为：熔融盐循环罐安装在吸热体的下方，熔融盐循环罐中的熔融盐通过熔盐泵等给流体增压的机械设备输送到吸热体中吸收热量，吸热体顶部的熔融盐再通过连接管路流回到熔融盐循环罐中，形成了吸热体与熔融盐循环罐之间的强迫循环。

本发明的一种无循环阀门的塔式太阳能热发电熔融盐系统，包括：熔融盐循环罐和吸热体、低温熔融盐储罐、高温熔融盐储罐、吸热器上盐管阀门、吸热器泄盐管阀门，吸热体第一防凝阀门，吸热体第二防凝阀门，盐水换热器进盐阀门，盐水换热器，盐水换热器进水管路，汽轮机过热蒸汽管和气体保护罐；熔融盐循环罐安装在吸热的上方；低温熔融盐储罐通过吸热器上盐管阀门和连接管路与熔融盐循环罐连通；高温熔融盐储罐通过连接管路与熔融盐循环罐连通；低温熔融盐储罐通过吸热器泄盐管阀门与吸热体连通；高温熔融盐储罐通过吸热体第一防凝阀门和吸热体第二防凝阀门与吸热体连通；高温熔融盐储罐通过盐水换热器进盐阀门与盐水换热器连通；盐水换热器进水管路与盐水换热器连通，汽轮机过热蒸汽管与盐水换热器连通；气体保护罐通过连接管路与熔融盐循环罐连通。

所述吸热体第一防凝阀门和吸热体第二防凝阀门在多云气象条件下时能够打开，以防止吸热器发生冻堵。

本发明的一种无循环阀门的塔式太阳能热发电熔融盐方法，实现为：

熔融盐从低温熔融盐储罐流出，经过连接管路和吸热器上盐管阀门进入熔融盐循环罐，熔融盐循环罐中的熔融盐通过连接管路进入到吸热体中吸收热量，吸热体中熔融盐的温度升高，受到浮力自然上升通过连接管路进入熔融盐循环罐中；熔融盐循环罐中的熔融盐上部温度高，下部温度低，由于温度不同而产生分层，因此下部密度较大的熔融盐依靠重力作用向下流回吸热体中吸收热量，形成了吸热体与熔融盐循环罐之间的自然对流驱动的循环；当熔融盐循环罐中的熔融盐达到设定温度后，新的熔融盐从低温熔融盐储罐经过连接管路和吸热器上盐管阀门进入熔融盐循环罐，高温熔融盐从熔融盐循环罐中溢出并通过连接管路进入高温熔融盐储罐中；惰性气体从气体保护罐通过连接管路进入熔融盐循环罐中，防止熔融盐发生氧化等化学反应；熔融盐从高温熔融盐储罐中经过盐水换热器进盐阀进入盐水换热器，水经过盐水换热器进水管路进入盐水换热器，水吸收熔融盐提供的热量变为蒸汽，蒸汽经过汽轮机过热蒸汽管流出盐水换热器。

本发明与现有技术相比具有以下特点：

(1)熔融盐循环罐安装在吸热体上方，熔融盐循环罐中的熔融盐由于温度不同产生分层，导致熔融盐循环罐与吸热体之间形成自然对流驱动的循环，依靠自然对流的吸热器可使得吸热器内部流体的流量分配更加顺畅，可以使得吸热器表面温度均匀，延长吸热器寿命，提高了安全性和可靠性。

(2)本发明中熔融盐在吸热体内部始终从下向上流动，已有熔融盐吸热器中熔融盐是上下折返流动，结构复杂，需要安装很多阀门用于填充和排空吸热器。本发明简化了吸热器的结构，节省了这些阀门，避免了因阀门问题导致吸热器冻堵或被烧毁。

附图说明

图1为本发明的熔融盐吸热器及系统结构图；

图中：1熔融盐循环罐，2吸热体，3低温熔融盐储罐，4高温熔融盐储罐，5吸热器上盐管阀门，6吸热器泄盐管阀门，7吸热体第一防凝阀门，8吸热体第二防凝阀门，9盐水换热器进盐阀门，10盐水换热器，11盐水换热器进水管路，12汽轮机过热蒸汽管，13气体保护罐，14连接管路，15连接管路，16连接管路。

具体实施方式

以下结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明的熔融盐吸热器包括熔融盐循环罐1和吸热体2，熔融盐循环罐1和吸热体2安装在吸热塔顶部，熔融盐循环罐1安装在吸热体2的上方，熔融盐循环罐1的顶部通过连接管路与吸热体2的顶部连通，熔融盐循环罐1的底部通过连接管路15与吸热体2的底部连通。熔融盐循环罐1为由金属材料通过电焊等工艺方式制作而成的立式或卧式罐体。吸热体2是由多根并联管道、上集联管和下集联管组成，并联管道的顶部与上集联管直接连通，并联管道的底部与下集联管直接连通。

循环包括自然对流驱动的循环和强迫循环；当采用自然对流驱动的循环方式时，熔融盐循环罐1安装在吸热体2的上方，熔融盐循环罐1中的熔融盐上部温度高，下部温度低，由于温度不同而产生分层，因此下部密度较大的熔融盐依靠重力作用向下流入吸热体2吸收热量，吸热体2中熔融盐的温度升高，受到浮力自然上升通过连接管路进入熔融盐循环罐1中，形成了吸热体2与熔融盐循环罐1之间的自然对流驱动的循环。

强迫循环方式形式简单，下面作简单描述，熔融盐循环罐1安装在吸热体2的下方，熔融盐循环罐1中的熔融盐通过熔盐泵等给流体增压的机械设备输送到吸热体2中吸收热量，吸热体2顶部的熔融盐再通过连接管路流回到熔融盐循环罐1中，形成了吸热体2与熔融盐循环罐1之间的强迫循环。

如图1所示，本发明的熔融盐系统包括：熔融盐循环罐1、吸热体2、低温熔融盐储罐3、高温熔融盐储罐4、吸热器上盐管阀门5、吸热器泄盐管阀门6，吸热体第一防凝阀门7，吸热体第二防凝阀门8，盐水换热器进盐阀门9，盐水换热器10，盐水换热器进水管路11，汽轮机过热蒸汽管12，气体保护罐13和连接管路14、15和16等。

低温熔融盐储罐3通过吸热器上盐管阀门5和连接管路14与熔融盐循环罐1连通。高温熔融盐储罐4通过连接管路16与熔融盐循环罐1连通。低温熔融盐储罐3通过吸热器泄盐管阀门6与吸热体2连通。高温熔融盐储罐4通过吸热体第一防凝阀门7和吸热体第二防凝阀门8与吸热体2连通。高温熔融盐储罐4通过盐水换热器进盐阀门9与盐水换热器10连通。盐水换热器进水管路11与盐水换热器10连通，汽轮机过热蒸汽管12与盐水换热器10连通。气体保护罐13通过连接管路与熔融盐循环罐1连通。

熔融盐从低温熔融盐储罐3流出，经过连接管路14和吸热器上盐管阀门5进入熔融盐循环罐1。熔融盐循环罐1中的熔融盐通过连接管路15进入到吸热体2中吸收热量，吸热体2中熔融盐的温度升高，受到浮力自然上升通过连接管路进入熔融盐循环罐1中；熔融盐循环罐1中的熔融盐上部温度高，下部温度低，由于温度不同而产生分层，因此下部密度较大的熔融盐依靠重力作用向下流回吸热体2中吸收热量，形成了吸热体2与熔融盐循环罐1之间的自然对流驱动的循环。当熔融盐循环罐1中的熔融盐达到设定温度后，新的熔融盐从低温熔融盐储罐3经过连接管路14和吸热器上盐管阀门5进入熔融盐循环罐1，高温熔融盐从熔融盐循环罐1中溢出并通过连接管路16进入高温熔融盐储罐4中。惰性气体从气体保护罐13通过连接管路进入熔融盐循环罐1中，防止熔融盐发生氧化等化学反应。熔融盐从高温熔融盐储罐4中经过盐水换热器进盐阀9进入盐水换热器10，水经过盐水换热器进水管路11进入盐水换热器10，水吸收熔融盐提供的热量变为蒸汽，蒸汽经过汽轮机过热蒸汽管12流出盐水换热器10。

提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种无循环阀门的塔式太阳能热发电熔融盐吸热器，其特征在于：所述吸热器包括：熔融盐循环罐和吸热体；所述熔融盐循环罐安装在吸热体的上方；所述熔融盐循环罐和吸热体组成熔融盐的循环。

2.根据权利要求1所述的无循环阀门的塔式太阳能热发电熔融盐吸热器，其特征在于：所述循环包括自然对流驱动的循环和强迫循环。

3.根据权利要求1所述的无循环阀门的塔式太阳能热发电熔融盐吸热器，其特征在于：所述熔融盐循环罐和吸热体的相对位置依循环的要求发生变化。

4.根据权利要求2所述的无循环阀门的塔式太阳能热发电熔融盐吸热器，其特征在于：所述自然对流驱动的循环实现过程为：熔融盐循环罐安装在吸热体的上方，熔融盐循环罐中的熔融盐上部温度高，下部温度低，由于温度不同而产生分层，下部密度较大的熔融盐依靠重力作用向下流回吸热体中吸收热量，吸热体中熔融盐的温度升高，受到浮力自然上升通过连接管路回到熔融盐循环罐中，形成了吸热体与熔融盐循环罐之间的自然对流驱动的循环。

5.根据权利要求2所述的无循环阀门的塔式太阳能热发电熔融盐吸热器，其特征在于：所述强迫循环实现过程为：熔融盐循环罐安装在吸热体的下方，熔融盐循环罐中的熔融盐通过熔盐泵等给流体增压的机械设备输送到吸热体中吸收热量，吸热体顶部的熔融盐再通过连接管路流回到熔融盐循环罐中，形成了吸热体与熔融盐循环罐之间的强迫循环。

6.一种无循环阀门的塔式太阳能热发电熔融盐系统，其特征在于：包括熔融盐循环罐和吸热体、低温熔融盐储罐、高温熔融盐储罐、吸热器上盐管阀门、吸热器泄盐管阀门，吸热体第一防凝阀门，吸热体第二防凝阀门，盐水换热器进盐阀门，盐水换热器，盐水换热器进水管路，汽轮机过热蒸汽管和气体保护罐；熔融盐循环罐安装在吸热的上方；低温熔融盐储罐通过吸热器上盐管阀门和连接管路与熔融盐循环罐连通；高温熔融盐储罐通过连接管路与熔融盐循环罐连通；低温熔融盐储罐通过吸热器泄盐管阀门与吸热体连通；高温熔融盐储罐通过吸热体第一防凝阀门和吸热体第二防凝阀门与吸热体连通；高温熔融盐储罐通过盐水换热器进盐阀门与盐水换热器连通；盐水换热器进水管路与盐水换热器连通，汽轮机过热蒸汽管与盐水换热器连通；气体保护罐通过连接管路与熔融盐循环罐连通。

7.根据权利要求6所述的无循环阀门的塔式太阳能热发电熔融盐系统，其特征在于：所述吸热体第一防凝阀门和吸热体第二防凝阀门在多云气象条件下时能够打开，以防止吸热器发生冻堵。

8.一种无循环阀门的塔式太阳能热发电熔融盐方法，其特征在于：实现为：熔融盐从低温熔融盐储罐流出，经过连接管路和吸热器上盐管阀门进入熔融盐循环罐，熔融盐循环罐中的熔融盐通过连接管路进入到吸热体中吸收热量，吸热体中熔融盐的温度升高，受到浮力自然上升通过连接管路进入熔融盐循环罐中；熔融盐循环罐中的熔融盐上部温度高，下部温度低，由于温度不同而产生分层，因此下部密度较大的熔融盐依靠重力作用向下流回吸热体中吸收热量，形成了吸热体与熔融盐循环罐之间的自然对流驱动的循环；当熔融盐循环罐中的熔融盐达到设定温度后，新的熔融盐从低温熔融盐储罐经过连接管路和吸热器上盐管阀门进入熔融盐循环罐，高温熔融盐从熔融盐循环罐中溢出并通过连接管路进入高温熔融盐储罐中；惰性气体从气体保护罐通过连接管路进入熔融盐循环罐中，防止熔融盐发生氧化等化学反应；熔融盐从高温熔融盐储罐中经过盐水换热器进盐阀进入盐水换热器，水经过盐水换热器进水管路进入盐水换热器，水吸收熔融盐提供的热量变为蒸汽，蒸汽经过汽轮机过热蒸汽管流出盐水换热器。