CN109028985A - 大型储罐高温气体循环预热系统及循环预热方法 - Google Patents

Abstract

一种大型储罐高温气体循环预热系统及循环预热方法。大型高温储罐的常规预热方法是：使用外部的燃烧器燃烧产生热量，同时将燃烧后产生的高温烟气和过量的空气混合注入储罐中，预热后的排气直接被排放到环境中。一种大型储罐高温气体循环预热系统，其组成包括：冷盐罐（1）、热盐罐（2）、燃烧加热器（3）、空气预热器（4）、烟气再循环风机（15）和空气风机（14），冷盐罐和热盐罐之间通过冷、热管联通管（9）连接，冷盐罐的罐体上方设置有冷盐罐排气口（8）和冷盐罐预热气体入口（7），热盐罐的罐体上方设置有热盐罐排气口（6）和热盐罐预热气体入口（5）。本发明尤其涉及到太阳能热发电领域的熔融盐储罐，但不局限于该领域。

Description

大型储罐高温气体循环预热系统及循环预热方法

技术领域：

本发明涉及一种大型储罐高温气体循环预热系统及循环预热方法。

背景技术：

由于配备了大规模储能技术，太阳能热发电相比于其他新能源发电技术，其可以实现电能的平稳持续输出，同时还兼具电力调峰的能力，具有很好的电力友好性。在太阳能热发电领域，一般使用熔融盐作为储热工质，通常熔融盐的工作温度在300-560℃之间，因此，电站需配备高温熔盐储罐和低温熔盐储罐来称装熔融盐工质。

熔融盐储罐的体积巨大，从安全角度考虑，在电站初次投入使用或长时间停机后再次投运前，必须对储罐进行预热，将储罐由室温逐步加热到较高的温度，以减少熔融盐在注入储罐时对罐体产生的热冲击和热应力。在预热时需要借助外部备用能源（例如天然气、丙烷或燃油等燃料）提供能量来加热预热介质（通常为空气），由于罐体空间和罐体的金属体积巨大，整个预热过程通常要持续10-20天，整个过程能源消耗量很大。

目前，大型高温储罐的常规预热方法是：使用外部的燃烧器燃烧产生热量，同时将燃烧后产生的高温烟气和过量的空气混合注入储罐中，预热后的排气直接被排放到环境中，预热后的排气仍具有较高的温度，这样直接的排放无疑造成了能量的浪费，燃料燃烧产生的能量不能被充分高效的利用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种大型储罐高温气体循环预热系统及循环预热方法，该系统具有热效率高，节省燃料用量，结构简单，操作灵活的特点。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种大型储罐高温气体循环预热系统，其组成包括：冷盐罐、热盐罐、燃烧加热器、空气预热器、烟气再循环风机和空气风机，所述的冷盐罐和所述的热盐罐之间通过冷、热管联通管连接，所述的冷盐罐的罐体上方设置有冷盐罐排气口和冷盐罐预热气体入口，所述的热盐罐的罐体上方设置有热盐罐排气口和热盐罐预热气体入口，所述的冷盐罐排气口处通过空气预热器入口烟道与所述的空气预热器连接，所述的空气预热器设置在燃烧加热器的入口处，所述的空气预热器出口处设置循环风烟道和排烟出口，所述的燃烧加热器与燃料入口连接，所述的循环风道与所述的烟气再循环风机一端连接，所述的烟气再循环风机的另一端与所述的排气烟出口连接，所述的空气预热器与所述的空气风机连接。

所述的大型储罐高温气体循环预热系统，所述的循环风烟道和所述的排烟出口，一部分换热后的低温烟气通过排烟出口直接排出系统，另外一部分换热后的低温烟气通过所述的烟气再循环风机加压后，经由所述的循环风烟道与所述的燃烧加热器出口处的高温烟气混合物掺混。

所述的大型储罐高温气体循环预热系统，所述的空气预热器内流入低温空气，并进入所述的燃烧加热器的燃烧室，燃料由所述的燃料入口进入到所述的燃烧加热器，所述的燃烧加热器中的低温空气加热为高温空气，其中高温空气和燃料燃烧后的烟气由所述的热盐罐预热气体入口进入到所述的热盐罐中。

所述的大型储罐高温气体循环预热系统，所述的热盐罐中的高温烟气放热后通过所述的冷、热罐联通管进入到所述的冷盐罐中。

所述的大型储罐高温气体循环预热系统及循环预热方法，该方法包括如下步骤:

首先，空气风机将过量的低温（大气环境温度）空气引入系统中，低温空气流经空气预热器并进入燃烧加热器的燃烧室，燃料由燃料入口进入燃烧加热器，低温空气在燃烧加热器中被加热为高温空气，高温空气和燃料燃烧后的烟气（统一称为烟气混合物）一起由热罐预热气体入口进入到热盐罐中，烟气混合物在热盐罐中放热，此时热盐罐被缓慢的加热，换热后的烟气混合物由热罐排气口离开，经过冷、热罐联通管后由冷罐预热气体入口进入冷盐罐中，烟气混合物在冷盐罐中进一步放热，冷盐罐也被缓慢的加热，换热后的烟气混合物由冷罐排气口离开冷盐罐，冷盐罐出口的烟气混合物温度低于燃烧加热器出口处的烟气混合物温度，但是其温度要高于低温空气的温度，此时烟气混合物经过空气预热器入口烟道进入空气预热器，利用烟气混合物换热后剩余的热量来加热即将进入燃烧加热器中的冷空气，换热后的烟气混合物离开空气预热器后，一部分烟气混合物经过烟气再循环风机的加压后流经循环风烟道与燃烧加热器出口处的高温烟气混合物进行掺混，以达到调节混合烟气温度和烟气量的目的，然后掺混后的混合烟气进入热盐罐，另一部分烟气经过排烟出口排出气体预热系统。

本发明的有益效果：

1.本发明在冷盐罐和热盐罐之间设置冷热罐联通管，高温烟气在热盐罐中放热后通过冷热罐联通管进入冷盐罐中，一方面可以一次性的将冷、热盐罐同时预热，避免了分别预热两个储罐所需的繁琐操作，另一方面，可以利用热盐罐的排出烟气来加热冷盐罐，实现能量的分级利用，提高系统的热效率。

本发明在燃烧加热器前设置空气预热器，利用冷罐排出的烟气来加热进入燃烧加热器中的低温空气，这样可以大幅降低系统的排烟温度，提高进入燃烧加热器中的空气温度，从而提高整个系统的热效率，减少燃料用量。

本发明在空气预热器烟气侧出口处设置循环风烟道和排烟出口，一部分换热后的低温烟气通过排烟出口直接排出系统，另外一部分换热后的低温烟气通过烟气再循环风机加压后，经由循环风烟道与燃烧加热器出口处的高温烟气混合物掺混，从而达到调节烟气温度和烟气量的目的；当不设置循环风烟道时，只能通过调节燃料进料量或空气量来调节烟气温度，在调节时存在一定的滞后性，同时，还容易造成燃料的不完全燃烧；在增加循环风烟道后，可以直接通过调节再循环烟气量来调节烟气进口温度和进气量，调节过程更加快捷、灵活。

本发明具有热效率高，节省燃料用量，结构简单，操作灵活的特点。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

图中：1、冷盐罐，2、热盐罐，3、燃烧加热器，4、空气预热器，5、热盐罐预热气体入口，6、热盐罐排气口，7、冷盐罐预热气体入口，8、冷盐罐排气口， 9、冷、热管联通管，10、空气预热器入口烟道，11、循环风烟道，12、排烟出口，13、燃料入口，14、空气风机，15、烟气再循环风机。

具体实施方式：

实施例1：

一种大型储罐高温气体循环预热系统，其组成包括：冷盐罐1、热盐罐2、燃烧加热器3、空气预热器4、烟气再循环风机15和空气风机14，所述的冷盐罐和所述的热盐罐之间通过冷、热管联通管9连接，所述的冷盐罐的罐体上方设置有冷盐罐排气口8和冷盐罐预热气体入口7，所述的热盐罐的罐体上方设置有热盐罐排气口6和热盐罐预热气体入口5，所述的冷盐罐排气口处通过空气预热器入口烟道10与所述的空气预热器连接，所述的空气预热器设置在所述的燃烧加热器的入口处，所述的空气预热器出口处设置循环风烟道11和排烟出口12，所述的燃烧加热器与燃料入口13连接，所述的循环风道与所述的烟气再循环风机一端连接，所述的烟气再循环风机的另一端与所述的排气烟出口连接，所述的空气预热器与所述的空气风机连接。

实施例2：

根据实施例1所述的大型储罐高温气体循环预热系统，所述的循环风烟道和所述的排烟出口，一部分换热后的低温烟气通过排烟出口直接排出系统，另外一部分换热后的低温烟气通过所述的烟气再循环风机加压后，经由所述的循环风烟道与所述的燃烧加热器出口处的高温烟气混合物掺混。

实施例3：

根据实施例1或2所述的大型储罐高温气体循环预热系统，所述的空气预热器内流入低温空气，并进入所述的燃烧加热器的燃烧室，燃料由所述的燃料入口进入到所述的燃烧加热器，所述的燃烧加热器中的低温空气加热为高温空气，其中高温空气和燃料燃烧后的烟气由所述的热盐罐预热气体入口进入到所述的热盐罐中。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的大型储罐高温气体循环预热系统，所述的热盐罐中的高温烟气放热后通过所述的冷、热罐联通管进入到所述的冷盐罐中。

实施例5：

一种实施例1——4之一所述的大型储罐高温气体循环预热系统，该方法包括如下步骤:

首先，空气风机将过量的低温（大气环境温度）空气引入系统中，低温空气流经空气预热器并进入燃烧加热器的燃烧室，燃料由燃料入口进入燃烧加热器，低温空气在燃烧加热器中被加热为高温空气，高温空气和燃料燃烧后的烟气（统一称为烟气混合物）一起由热罐预热气体入口进入到热盐罐中，烟气混合物在热盐罐中放热，此时热盐罐被缓慢的加热，换热后的烟气混合物由热罐排气口离开，经过冷、热罐联通管后由冷罐预热气体入口进入冷盐罐中，烟气混合物在冷盐罐中进一步放热，冷盐罐也被缓慢的加热，换热后的烟气混合物由冷罐排气口离开冷盐罐，冷盐罐出口的烟气混合物温度低于燃烧加热器出口处的烟气混合物温度，但是其温度要高于低温空气的温度，此时烟气混合物经过空气预热器入口烟道进入空气预热器，利用烟气混合物换热后剩余的热量来加热即将进入燃烧加热器中的冷空气，换热后的烟气混合物离开空气预热器后，一部分烟气混合物经过烟气再循环风机的加压后流经循环风烟道与燃烧加热器出口处的高温烟气混合物进行掺混，以达到调节混合烟气温度和烟气量的目的，然后掺混后的混合烟气进入热盐罐，另一部分烟气经过排烟出口排出气体预热系统。

实施例6：

本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围（例如：取消循环风烟道11和烟气再循环风机15而形成新的系统，或将燃烧加热器3替换为其它形式的加热器，或增加储罐的数量等，此处不再一一赘述）。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种大型储罐高温气体循环预热系统，其组成包括：冷盐罐、热盐罐、燃烧加热器、空气预热器、烟气再循环风机和空气风机，其特征是：所述的冷盐罐和所述的热盐罐之间通过冷、热罐联通管连接，所述的冷盐罐的罐体上方设置有冷盐罐排气口和冷盐罐预热气体入口，所述的热盐罐的罐体上方设置有热盐罐排气口和热盐罐预热气体入口，所述的冷盐罐排气口处通过空气预热器入口烟道与所述的空气预热器连接，所述的空气预热器设置在所述的燃烧加热器的入口处，所述的空气预热器出口处设置循环风烟道和排烟出口，所述的燃烧加热器与燃料入口连接，所述的循环风道与所述的烟气再循环风机一端连接，所述的烟气再循环风机的另一端与所述的排气烟出口连接，所述的空气预热器与所述的空气风机连接。

2.根据权利要求1所述的大型储罐高温气体循环预热系统，其特征是：

所述的循环风烟道和所述的排烟出口，一部分换热后的低温烟气通过排烟出口直接排出系统，另外一部分换热后的低温烟气通过所述的烟气再循环风机加压后，经由所述的循环风烟道与所述的燃烧加热器出口处的高温烟气混合物掺混。

3.根据权利要求1或2所述的大型储罐高温气体循环预热系统，其特征是：所述的空气预热器内流入低温空气，并进入所述的燃烧加热器的燃烧室，燃料由所述的燃料入口进入到所述的燃烧加热器，所述的燃烧加热器中的低温空气加热为高温空气，其中高温空气和燃料燃烧后的烟气由所述的热盐罐预热气体入口进入到所述的热盐罐中。

4.根据权利要求1或2或3所述的大型储罐高温气体循环预热系统，其特征是：所述的热盐罐中的高温烟气放热后通过所述的冷、热罐联通管进入到所述的冷盐罐中。

5.一种利用权利要求1-4之一所述的大型储罐高温气体循环预热系统进行循环预热的方法，其特征是：该方法包括如下步骤:

首先，空气风机将过量的低温（大气环境温度）空气引入系统中，低温空气流经空气预热器并进入燃烧加热器的燃烧室，燃料由燃料入口进入燃烧加热器，低温空气在燃烧加热器中被加热为高温空气，高温空气和燃料燃烧后的烟气，统一称为烟气混合物，一起由热罐预热气体入口进入到热盐罐中，烟气混合物在热盐罐中放热，此时热盐罐被缓慢的加热，换热后的烟气混合物由热罐排气口离开，经过冷、热罐联通管后由冷罐预热气体入口进入冷盐罐中，烟气混合物在冷盐罐中进一步放热，冷盐罐也被缓慢的加热，换热后的烟气混合物由冷罐排气口离开冷盐罐，冷盐罐出口的烟气混合物温度低于燃烧加热器出口处的烟气混合物温度，但是其温度要高于低温空气的温度，此时烟气混合物经过空气预热器入口烟道进入空气预热器，利用烟气混合物换热后剩余的热量来加热即将进入燃烧加热器中的冷空气，换热后的烟气混合物离开空气预热器后，一部分烟气混合物经过烟气再循环风机的加压后流经循环风烟道与燃烧加热器出口处的高温烟气混合物进行掺混，以达到调节混合烟气温度和烟气量的目的，然后掺混后的混合烟气进入热盐罐，另一部分烟气经过排烟出口排出气体预热系统。