CN110207404A - 一种塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统 - Google Patents

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张保威
奚正稳
王康
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Abstract

本发明公开了一种塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统，所述循环系统包括上塔管、进口缓冲罐、熔盐吸热器受热面和下塔管，进口缓冲罐的前端连接上塔管且后端通过进口连接管连接盐吸热器受热面的进口端，所述熔盐吸热器受热面的出口端连接下塔管，所述循环系统还包括调温单元，所述调温单元包括设置在进口缓冲罐与熔盐吸热器受热面之间的调温管。与现有技术相比，本发明的塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统能够降低设计、运行压力并节约设备造价，可降低压缩空气气源压力进而降低空压系统建造及运行成本，还可以节省动力并降低电耗，降低控制难度并避免超温引起的吸热管金属损伤和熔盐变质。

Description

一种塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统
技术领域
本发明涉及太阳能光热发电的技术领域，更具体地讲，涉及一种塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统。
背景技术
熔盐吸热器系统是熔盐塔式太阳能光热电站聚光集热系统中的核心部分，位于吸热塔顶部的熔盐吸热器受热面内的吸热管接受来自聚光场的高能太阳辐射并将热量传递给在吸热管内流动的熔融盐，升温后的高温熔盐被输送到后端使用。
塔式聚光技术可实现高达1200kW/m2的辐射热流密度，理论加热温度为1100℃以上，吸热器系统的运行条件复杂恶劣、安全控制要求很高。为了保证熔盐吸热器系统运行可靠性需设置较多熔盐吸热器辅助系统，比如吸热器进口和出口缓冲罐、事故用压缩空气系统等等。
另外，高温熔融盐正常工作温度范围一般在260℃～650℃，超出这个范围后熔盐将会凝固或分解变质，因此熔盐吸热器系统还需设有伴热防凝系统以及防熔盐超温控制措施。当下主流的塔式熔盐吸热器多为柱式结构，其特点是回路少、流程长，再加上受光面所受的高且不均匀热流密度也给熔盐温度控制、调节造成了很大的困难。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种能够降低运行压力、节约设备造价和运行成本、降低控制难度等的塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统。
本发明提供了一种塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统，所述循环系统包括上塔管、进口缓冲罐、熔盐吸热器受热面和下塔管，进口缓冲罐的前端连接上塔管且后端通过进口连接管连接盐吸热器受热面的进口端，所述熔盐吸热器受热面的出口端连接下塔管，所述循环系统还包括调温单元，所述调温单元包括设置在进口缓冲罐与熔盐吸热器受热面之间的调温管。
根据本发明塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统的一个实施例，所述循环系统整体设置在吸热塔上，所述进口缓冲罐布置在熔盐吸热器受热面的上方且位于循环系统的最高处。
根据本发明塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统的一个实施例，所述熔盐吸热器受热面包括一级或多级受热面，所述进口缓冲罐上设置有事故压缩空气引入管。
根据本发明塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统的一个实施例，所述循环系统还包括设置在熔盐吸热器受热面的出口端的出口母管和事故溢流罐，熔盐吸热器受热面的出口端通过出口母管与下塔管相连，事故溢流罐设置在出口母管的上方并与出口母管连通。
根据本发明塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统的一个实施例，所述上塔管与下塔管之间设置有旁路熔盐管，所述旁路熔盐管靠近循环系统的底部设置。
根据本发明塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统的一个实施例，所述熔盐吸热器受热面的最低位置处设置有熔盐排净管。
根据本发明塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统的一个实施例，所述循环系统还包括设置在各管路上的控制阀。
与现有技术相比，本发明的塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统能够降低设计、运行压力并节约设备造价，可降低压缩空气气源压力进而降低空压系统建造及运行成本，还可以节省动力并降低电耗，降低控制难度并避免超温引起的吸热管金属损伤和熔盐变质。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施例塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统的结构示意图。
附图标记说明：
1-上塔管、2-进口缓冲罐、3-进口连接管、4-熔盐吸热器受热面、5-调温管、6-出口母管、7-下塔管、8-事故压缩空气引入管、9-事故溢流罐、10-旁路熔盐管、11-熔盐排净管。
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。
下面先结合附图对本发明的塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统进行具体说明。
图1示出了根据本发明示例性实施例塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统的结构示意图。
如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统包括上塔管1、进口缓冲罐2、熔盐吸热器受热面4和下塔管7，进口缓冲罐2的前端连接上塔管1且后端通过进口连接管3连接盐吸热器受热面4的进口端，熔盐吸热器受热面4的出口端连接下塔管7。并且，本发明的循环系统还包括调温单元，可有效调整各受热面间温升匹配符合设计、运行要求。
其中，调温熔盐来自进口缓冲罐2，调温单元包括设置在进口缓冲罐2与熔盐吸热器受热面4之间的调温管5，可根据需求设置于不同级受热面间，可设一级或多级调温。通过熔盐吸热器受热面的级间调温，可以有效控制介质温度，避免后续流程超温引起吸热管金属损伤和熔盐变质。
本发明的循环系统整体设置在吸热塔上。其中，位于本发明循环系统最前端的是吸热器的上塔管1，其作为将冷熔盐输送到本循环系统的进口缓冲罐2内的通道。进口缓冲罐2则布置在熔盐吸热器受热面4的上方，优选地布置在循环系统的最高处，由此一方面可降低其设计、运行压力并节约设备造价，另一方面进口缓冲罐2运行压力的降低则可降低压缩空气气源压力进而降低空压系统建造及运行成本。
优选地，进口缓冲罐2的罐体上设置有事故压缩空气引入管8。进口缓冲罐2内始终需保有一定量的冷熔盐作为防止前端冷熔盐无法正常进入系统时的备用冷却介质，此时通过罐体上设置的事故压缩空气引入管8引入的高压压缩空气即可将罐内熔盐压入熔盐吸热器受热面4防止吸热器干烧。
本发明循环系统内的熔盐吸热器受热面部分为常规管屏结构，包括连接管、集箱以及吸热管等组件。具体地，熔盐吸热器受热面4可以包括一级或多级受热面。
本发明的循环系统还优选地包括设置在熔盐吸热器受热面4的出口端的出口母管6和事故溢流罐9，熔盐吸热器受热面4的出口端通过出口母管6与下塔管7相连以将合格的高温熔盐输送至后续流程，事故溢流罐9设置在出口母管6的上方并与出口母管6连通。若发生下塔管7或后续熔盐通道失效问题时，高温熔盐则进入到事故溢流罐9内暂存，待系统恢复正常后事故溢流罐9的罐内熔盐再流入出口母管6参与正常循环。通过设置出口母管6和事故溢流罐9代替出口缓冲罐系统，可节约常规缓冲罐的运行电伴热和散热损失同时减少此单元控制要求并降低控制难度。
根据工艺需要，上塔管1与下塔管7之间还设置有旁路熔盐管10，旁路熔盐管10靠近循环系统的底部设置。旁路熔盐管10作为系统待机备用时的流通通道，此时，来自系统外的冷熔盐通过上塔管1和旁路熔盐管10直接进入下塔管7引出至系统外，旁路循环时可节省动力、降低电耗。
熔盐吸热器受热面4的最低位置处还设置有熔盐排净管11，以在系统待机备用循环或停机时将受热面及其连接管等内积存的熔盐排净。当然，为了便于控制，本发明的循环系统还包括设置在各管路上的控制阀(图中未示出)。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，熔盐吸热器循环系统整体安置在吸热塔上，来自系统外的冷熔盐通过上塔管1输送到进口缓冲罐2并在罐内保持一定液位，同时进口缓冲罐2作为冷熔盐通道经由进口连接管3将熔盐引入到熔盐吸热器受热面4中吸热升温。在本实施例中将熔盐吸热器受热面4按两级设置，即图中所示的吸热面Ⅰ和吸热面Ⅱ，在两级受热面之间通过调温管5自进口缓冲罐2引入调温用冷熔盐进行介质温度调节，防止超温熔盐进入后一级受热面。
待熔盐在熔盐吸热器受热面4中完成吸热后变成高温熔盐即通过出口母管6和下塔管7引出至系统外，由此则完成了熔盐吸热器循环系统的一个运行循环。
在上述循环过程中进口缓冲罐2内始终需保有一定量的冷熔盐作为防止前端冷熔盐无法正常进入系统时的备用冷却介质，通过事故压缩空气引入管8引入的高压压缩空气能够将罐内熔盐压入熔盐吸热器受热面4防止吸热器干烧。若下塔管7或后续熔盐通道失效，高温熔盐则进入到事故溢流罐9内暂存，待系统恢复正常后罐内熔盐可自流入出口母管6参与正常循环。旁路熔盐管10作为系统待机备用时的流通通道，来自系统外的冷熔盐通过上塔管1和旁路熔盐管10直接进入下塔管7引出系统外。熔盐排净管11在系统待机备用循环或停机时将受热面及其连接管等内积存的熔盐排净。
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 (7)

1.一种塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统，其特征在于，所述循环系统包括上塔管、进口缓冲罐、熔盐吸热器受热面和下塔管，进口缓冲罐的前端连接上塔管且后端通过进口连接管连接盐吸热器受热面的进口端，所述熔盐吸热器受热面的出口端连接下塔管，所述循环系统还包括调温单元，所述调温单元包括设置在进口缓冲罐与熔盐吸热器受热面之间的调温管。
2.根据权利要求1所述塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统，其特征在于，所述循环系统整体设置在吸热塔上，所述进口缓冲罐布置在熔盐吸热器受热面的上方且位于循环系统的最高处。
3.根据权利要求1所述塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统，其特征在于，所述熔盐吸热器受热面包括一级或多级受热面，所述进口缓冲罐上设置有事故压缩空气引入管。
4.根据权利要求1所述塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统，其特征在于，所述循环系统还包括设置在熔盐吸热器受热面的出口端的出口母管和事故溢流罐，熔盐吸热器受热面的出口端通过出口母管与下塔管相连，事故溢流罐设置在出口母管的上方并与出口母管连通。
5.根据权利要求1所述塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统，其特征在于，所述上塔管与下塔管之间设置有旁路熔盐管，所述旁路熔盐管靠近循环系统的底部设置。
6.根据权利要求1所述塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统，其特征在于，所述熔盐吸热器受热面的最低位置处设置有熔盐排净管。
7.根据权利要求1所述塔式太阳能光热发电熔盐吸热器循环系统，其特征在于，所述循环系统还包括设置在各管路上的控制阀。
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