CN110440467B - 一种电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐 - Google Patents

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Abstract

一种电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐，包括储罐罐体、外保温层、储罐换热器；储罐换热器包括U型换热管、管板、电伴热线、管箱，电伴热线布置在换热管内；管箱包括水进口、蒸汽出口、分程隔板、电伴热线引出口；U型换热管固定在罐壁上，管箱固定在罐壁上并覆盖U型换热管的两个出口；管箱中间设置分程隔板将其分隔为两个腔室，U型换热管的两个出口分别落在两个腔室内，水进口与蒸汽出口分别设置在两个腔室上，电伴热线引出口设置在管箱上，电伴热线可通过电伴热线引出口抽出。本发明的熔盐储罐预热、化盐、电加热、换热、储热各种功能于一体，结构紧凑，占地面积小，一台储罐即可满足储、换热、预热防凝等要求。

Description

一种电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐
技术领域
本发明涉及太阳能热发电领域，特别是涉及一种电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐。
背景技术
太阳能有着取之不尽，用之不竭，安全可靠的优势，太阳能热发电不受能源危机和燃料市场不稳定的冲击，不用燃料，运行成本很低，发电过程中不易产生污染废弃物，是理想的清洁能源，可以根据负荷的增减，任意添加或减少镜场的投运，避免浪费。
在太阳能光热电站储、换热系统中，熔盐储罐、熔盐换热器及其相关的化盐、预热系统是其关键设备。现有技术中电伴热线通常布置在储罐内与熔盐接触，或者布置在储罐罐壁上被保温层包裹，当电伴热线损坏需要更换时，前者需要清空储罐内部熔盐，后者需要拆除保温材料，更换过程费时费力，影响设备正常运行。另外，由于储、换热系统设备多，管线支路复杂，相互之间需要通过多种阀门控制连通，管线、阀门太多容易导致连接处熔盐渗漏，同时对场地布置、设计等各方面都有较高的要求。因此，为了降低整个储、换热系统的复杂性，增加结构的紧凑，避免电伴热线更换带来的问题，设计一种新型的熔盐储罐——集预热、化盐、电加热、换热、储热为一体的结构形式非常必要。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种可电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐，整体结构紧凑，占地面积小，一台储罐即可满足储、换热的要求。
本发明所采用的技术方案是：
一种预热、化盐、电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐，包括储罐罐体、储罐保温层、储罐换热器，所述储罐保温层设置在所述储罐罐体外表面；其中，
所述储罐罐体包括储罐罐顶、储罐罐壁、储罐底板；
所述储罐换热器包括管板、U型换热管、电伴热线、管箱；所述管板为厚板，所述电伴热线布置在所述U型换热管内，所述管箱包括水进口、蒸汽出口、分程隔板、电伴热线引出口；
所述管板为厚板，替换所述储罐罐壁的筒体板，所述管板开管孔，U型换热管固定在所述管板上并与所述管孔相匹配；所述管箱固定在所述储罐罐壁上并覆盖U型换热管的两端开口，所述管箱内设置分程隔板，将所述管箱分隔为两个腔室，所述U型换热器的两端开口分别落在两个所述腔室内，所述水进口与蒸汽出口分别设置在所述两个腔室上；所述电伴热线引出口设置在管箱上，所述电伴热线可通过所述电伴热线引出口抽出。
优选的，所述U型换热管水平布置在所述储罐罐体内，所述储罐换热器内设置不少于2层U型换热管，以提高换热效率。
优选的，所述U型换热管按照由内部中心往外部的排管方式布管，以提高空间利用率；所述储罐换热器至少设置两个，进一步提高换热效率，各个所述储罐换热器之间采用管道和阀门连接。。
优选的，所述电伴热线引出口为两个，分别设置在所述管箱的两个腔室上。
优选的，所述管板与储罐罐壁筒体板焊接，焊接时，所述管板需要先预压成与筒体板一样的弧度，采用对焊焊接方式，100％拍片，采用加丝焊以保证焊缝强度，进而保证筒体强度。
优选的，所述储罐保温层包括储罐外保温和储罐底部保温基础，所述储罐外保温设置在所述储罐罐顶和所述储罐罐壁外表面，所述储罐底部保温基础设置在所述储罐底板下部。
优选的，所述储罐外保温采用单层保温结构或者多层复合保温结构。
优选的，所述多层复合保温结构包括内层保温材料与外层保温材料，所述内层保温材料采用采用硅酸铝棉、气凝胶(600℃以上)，外层保温材料采用岩棉，所述多层复合保温结构厚度满足储罐的散热损失要求。
优选的，所述储罐底部保温基础采用钢筋混凝土环墙结构，基础环墙内设置砂垫层、复合保温层、通风管散热层，通风管预埋在混凝土层里形成通风管散热层，所述储罐底部保温基础对储罐罐体起到支撑和保温的作用。
优选的，所述基础环墙内由上而下设置砂垫层、复合保温层、通风管散热层。
优选的，所述U型换热管下部设置换热管溢流托盘，溢流堰的高度应不低于最上层U型换热管的最高处。
一种包含电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐的太阳能光热电站储、换热系统。
优选的，所述系统包括高位熔盐储罐、低位熔盐储罐、低位熔盐储罐熔盐泵、吸热系统。
储罐罐体包括储罐罐顶、储罐罐壁、储罐底板、投盐口、熔盐进口、熔盐出口、雷达液位计口、热电偶口、放空口。初始化盐时，首先启动电伴热线对整个储罐进行初次预热，当储罐各处的温度均达到300℃时，投入固态熔盐，根据储罐内固态盐的融化速度和储罐的温度控制投盐频率，直至固态熔盐全部融化，继续对液态熔盐升温，升温至设计需求，停止加热，封堵投盐口，停止升温。
换热时，储罐换热器水进口接入冷却水，冷却水充满管箱进入U型换热管，与储罐内高温熔盐进行热交换，完成换热的蒸汽从管箱的蒸汽出口排出。一次换热完成后，如果蒸汽参数不满足设计要求，则从蒸汽出口出来的蒸汽通过储罐换热器之间的管道进入另一储罐换热器水进口进行二次换热，直至蒸汽参数满足设计要求。
完成换热后的熔盐储罐内熔盐温度降低，可以利用峰谷电价时段的谷电，启动电伴热对熔盐加热，升温至设计需求，进行储能；或者通过排盐口把罐内熔盐排到低位熔盐储罐，启动低位熔盐储罐的熔盐泵，将低温熔盐泵入吸热系统进行吸热，吸热完成的熔盐通过熔盐进口进入储罐内进行储能，完成一个换热、储热流程。
储罐罐壁、罐顶的储罐外保温和储罐底部保温基础对储罐内部高温熔盐起到保温作用，在储罐不需要投运时，不会因为温度降低造成熔盐凝固。
相对于现有技术，本发明专利的有益技术效果是：
(1)本发明的熔盐储罐，电伴热线和换热管相结合，预热、化盐和换热结构一体化，结构紧凑，一台储罐完成了预热、化盐、电加热、换热、储热五种用途，一体化储罐占地小，造价降低。
(2)本发明的熔盐储罐，电伴热线损坏时，打开管箱上部的两个电伴热线引出口，把损坏的电伴热线冷端端子与新电伴热线冷端端子连接，通过另一侧的电伴热线引出口抽出损坏的电伴热线，新电伴热线同时被牵引进入换热管内部，不需要打开管箱，就可以完成电伴热线的更换，，进行更换、维修方便，不影响设备正常运行。与电伴热线布置在储罐内相比，不需要清空储罐内部熔盐，与布置在储罐外壁相比，不需要拆除保温就可以更换电伴热线，操作简单，省时省力。另外，电伴热线布置在换热管内，降低直接与熔盐接触的风险，增加电伴热的可靠性。
(3)本发明的熔盐储罐，降低了整个储、换热系统的复杂性，结构紧凑，占地小；管线系统简单，阀门大量减少，渗漏范围缩小，维护方便。
(4)本发明的熔盐储罐，电伴热线设置在U型换热管内，电伴热线不与熔盐直接接触，故电伴热线外护套材料可以只考虑耐高温性能，不需要考虑熔盐腐蚀的影响，降低电伴热成本。
(5)本发明的包含电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐的太阳能光热电站储、换热系统，一台储罐完成了预热、化盐、电加热、换热、储热五种用途，结构紧凑，占用面积小；电伴热线检修方便，降低了运营与维护成本。
附图说明
图1为本发明实施例的储罐结构示意图；
图2为本发明实施例的储罐结构俯视图；
图3为本发明实施例的储罐底部保温基础的示意图。
附图标记：1.储罐罐体；101.储罐底板；2.储罐外保温；3电伴热线引出口；4.蒸汽出口；5.U型换热管；6.水进口；7.熔盐出口；8.底部保温基础；9.熔盐进口；10.投盐口；11.放空口；12.雷达液位计口；13.热电偶口；14.溢流托盘；15.管箱；16.分程隔板；17.电伴热线；201.第一储罐换热器；202.第二储罐换热器；21.管板；22.砂垫层；23复合保温层；24.通风管散热层。
具体实施方式
为了更好地说明本发明，下面结合附图对本发明进行详细的说明。
实施例
参看图1与图2，一种电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐，储罐的顶部设有投盐口10、熔盐进口9、雷达液位计口12、热电偶口13、放空口11，储罐的侧面下部设有熔盐出口7；所述储罐包括储罐罐体1、储罐外保温2、储罐底部保温基础8、储罐换热器20。其中，储罐罐体1包括储罐罐顶、储罐罐壁、储罐底板101；储罐外保温2设置在储罐罐顶和储罐罐壁的外表面，储罐底部保温基础8设置在储罐底板101下部，对储罐本体起到支撑和保温的作用；储罐换热器20包括管板21、U型换热管5、电伴热线17、管箱15；其中，管箱15包括水进口6、蒸汽出口4、电伴热线引出口3、分程隔板16、换热管溢流托盘14。管箱15中间设置分程隔板16将管箱分隔为两个腔室，U型换热管5的两个出口分别落在不同的腔室内，水进口6与蒸汽出口4分别设置在两个腔室上，两个腔室靠近上端分别设置电伴热线引出口3。U型换热管5内部插入电伴热线17，电伴热线17由电伴热线引出口3集中引出。U型换热管5下部设置换热管溢流托盘14，溢流托盘14的溢流堰的高度应不低于最上层U型换热管5的最高处。
所述管板21的设置方式如下：管板21为厚板，代替储罐罐壁原来的筒体板，管板21上开管孔，U型换热管5焊接在管板21上并与管孔相匹配，管孔形成U型换热管5的进出口，U型换热管5水平布置在储罐内部。。所述管板21与储罐罐壁筒体板焊接，焊接时，所述管板21需要先预压成与筒体板一样的弧度，采用对焊焊接方式，100％拍片，采用加丝焊以保证焊缝强度。由于储罐罐壁开换热管孔比较多，会削弱筒体强度，容易造成熔盐渗漏。所以采用厚板即管板代替原筒体板，减小开孔的削弱以及增加筒体的强度，同时，管板与筒体板焊接时，管板先预压成与筒体板一样的弧度，与筒体板焊接采用对焊焊接方式，100％拍片，采用加丝焊以保证焊缝强度。
优选的，储罐外保温采用单层保温结构或者多层复合保温结构。如果采用多层复合保温结构，内层与罐壁直接接触的保温材料可以采用硅酸铝棉、气凝胶(600℃以上)，外层保温材料可以采用岩棉，保温厚度满足储罐的散热损失要求。如图3所示，储罐底部保温基础采用钢筋混凝土环墙结构，基础环墙内由上至下设置砂垫层22和复合保温层23，复合保温层23下设置通风管散热层24，通风管预埋在混凝土里面形成通风管散热层24。所述底部保温基础对所述储罐本体起到支撑和保温的作用。
在本实施例中，储罐换热器可设置多个，各储罐换热器之间采用管道和阀门连接。在图1所示的实施方式中，储罐换热器共设置三个，位于上面的两个标记为第一储罐换热器201和第二储罐换热器202。
本发明的熔盐储罐的使用方法例举如下：
初始化盐时，首先启动储罐换热器的电伴热线17，对整个储罐进行初次预热，通过热电偶口13中布置的热电偶监测储罐的温度，储罐各处的温度均达到300℃时，在投盐口10投入固态熔盐，根据储罐内固态盐的融化速度和储罐的温度控制投盐频率，直至固态熔盐全部融化，继续对液态熔盐升温，升温至设计需求，关闭电伴热线17电源，封堵投盐口10，停止升温。
储罐罐壁、罐顶的储罐外保温1和储罐底部保温基础8对储罐内部高温熔盐起到保温作用，在储罐不需要投运时，不会因为温度降低造成熔盐凝固。
图1所示的各储罐换热器之间采用管道和阀门连接。换热时，第一储罐换热器201的水进口6接入冷却水，冷却水充满管箱15，进入U型换热管5，与储罐内高温熔盐进行热交换，完成换热的蒸汽从管箱的蒸汽出口4排出，管箱中间分程隔板16对水侧和蒸汽测进行分隔。一次换热完成后，如果蒸汽参数不满足设计要求，则从蒸汽出口4出来的蒸汽通过储罐换热器之间的管道进入第二储罐换热器202的水进口6进行二次换热，直至蒸汽参数满足设计要求。此时罐内熔盐温度降低，可以利用峰谷电价时段的谷电，启动电伴热线17对熔盐加热，升温至设计需求，进行储能；或者通过排盐口7把罐内熔盐排到低位熔盐储罐，启动低位熔盐储罐的熔盐泵，将低温熔盐泵入吸热系统进行吸热，吸热完成的熔盐通过熔盐进口9进入储罐内进行储能，完成一个换热、储热流程。
阴天时，启动电伴热线17对罐内熔盐加热防凝。
电伴热线17外部设置U型换热管5，电伴热线17不与熔盐直接接触，故电伴热外护套材料可以只考虑耐高温性能，不需要考虑熔盐腐蚀的影响，降低电伴热成本。如果电伴热线损坏，打开管箱上部的两个冷端电伴热线引出口3，把损坏的电伴热线冷端端子与新电伴热线冷端端子连接，通过另一侧的电伴热线引出口抽出损坏的电伴热线，新电伴热线同时被牵引进入换热管内部，不需要打开管箱，就可以完成电伴热线的更换，操作简单省时省力。与布置在储罐内相比，不需要清空储罐内部熔盐，与布置在储罐外壁相比，不需要拆除保温就可以更换电伴热线，这种U型换热管和电伴热线结合的一体式结构，维修更换简单，不影响设备正常运行。
本发明集预热、化盐、电加热、换热、储热一体化的熔盐储罐，降低了整个储、换热系统的复杂性，结构紧凑，占地小；管线系统简单，阀门大量减少，渗漏范围缩小，维护方便。
以上公开的本发明优选实施例，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐，其特征在于，包括储罐罐体、储罐保温层、储罐换热器；所述储罐保温层设置在所述储罐罐体外表面；其中，
所述储罐罐体包括储罐罐顶、储罐罐壁、储罐底板；
所述储罐换热器包括管板、U型换热管、电伴热线、管箱，所述电伴热线布置在所述U型换热管内，所述管箱包括水进口、蒸汽出口、分程隔板、电伴热线引出口；
所述管板为厚板，替换所述储罐罐壁的筒体板，所述管板开管孔，U型换热管固定在所述管板上并与所述管孔相匹配，所述管箱固定在所述储罐罐壁上并覆盖U型换热管的两端开口，所述管箱内设置分程隔板，将所述管箱分隔为两个腔室，所述U型换热管的两端开口分别落在两个所述腔室内，所述水进口与蒸汽出口分别设置在所述两个腔室上，所述电伴热线引出口设置在所述管箱上，所述电伴热线可通过所述电伴热线引出口抽出。
2.根据权利要求1所述的一种电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐，其特征在于，所述U型换热管水平布置在所述储罐罐体内，所述储罐换热器内设置不少于2层U型换热管。
3.根据权利要求1所述的一种电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐，其特征在于，所述U型换热管按照由内部中心往外部的排管方式布管，所述储罐换热器至少设置两个。
4.根据权利要求1所述的一种电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐，其特征在于，所述电伴热线引出口为两个，分别设置在所述管箱的两个腔室上。
5.根据权利要求1所述的一种电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐，其特征在于，所述储罐保温层包括储罐外保温和储罐底部保温基础，所述储罐外保温设置在所述储罐罐顶和所述储罐罐壁外表面，所述储罐底部保温基础设置在所述储罐底板下部。
6.根据权利要求5所述的一种电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐，其特征在于，所述储罐外保温采用单层保温结构或者多层复合保温结构；所述多层复合保温结构包括内层保温材料与外层保温材料，所述内层保温材料采用硅酸铝棉和/或气凝胶，所述外层保温材料采用岩棉。
7.根据权利要求5所述的一种电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐，其特征在于，所述储罐底部保温基础采用钢筋混凝土环墙结构，环墙内设置砂垫层、复合保温层、通风管散热层。
8.根据权利要求1所述的一种电加热、换热、储热一体式结构的熔盐储罐，其特征在于，所述U型换热管下部设置换热管溢流托盘。
9.一种包含如权利要求1-8任一项所述熔盐储罐的太阳能光热电站储、换热系统。
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