CN110953737A - 保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器布置方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器布置方法及系统,系统包括进口缓冲罐、吸热管屏和出口缓冲罐;所述进口缓冲罐连接有上升管并且通过入口连接管与吸热管屏相连,所述吸热管屏通过出口连接管与出口缓冲罐相连,所述出口缓冲罐连接有下降管,其中,所述出口缓冲罐还通过熔盐泵和热盐循环管与进口缓冲罐相连。本发明通过设置热盐循环管将进、出口缓冲罐相连,在吸热器低负荷运行时,通过熔盐泵及热盐循环管将出口缓冲罐热盐送入进口缓冲罐,提高吸热管屏入口盐温,减小进、出口温差,提高吸热器流量及管内流速来避免吸热器低负荷运行时熔盐凝固堵塞管屏。

Description

保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器布置方法及系统
技术领域
本发明涉及光热发电的技术领域,更具体地讲,涉及一种保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器布置方法及系统。
背景技术
塔式太阳能热发电系统作为大规模开发利用太阳能光热的一项重要技术,由于其运行温度高、热电转化效率高、成本下降趋势明显等优势,越来越多的受到关注并得到大规模的商业化应用。在塔式熔盐太阳能热发电系统中,熔盐吸热器是实现太阳能热发电最为关键的核心技术之一,其安全、可靠及高效运行对光热电站具有重要意义。根据电站每日每时的太阳资源、环境温度及运行过程中的云遮情况等,熔盐吸热器通过熔盐泵的流量调节存在低负荷、正常负荷及超负荷等多种运行模式。
当太阳资源较差或镜场出现部分云遮情况时,为保证吸热器出口温度仍处于设计范围,需调节吸热器进入低负荷运行模式,即小流量,低流速;但由于熔盐本身的易凝结特性,加之冬季运行环境温度极低、高空大风及管屏受热不均等因素,部分区域散热大于吸热,从而导致熔盐低温凝结堵塞管屏,所以低负荷运行对熔盐吸热器而言是一个相对危险需特别注意的运行模式。比如,对于常规熔盐吸热器来说,低负荷运行时其工质流速只有零点几米,在整个流动吸热流程中运动时间较长,根据受热管屏表面光斑分布情况,为了保证能量溢出较小,管屏上、下区域热流分布较小。因此,在吸热器低流速状态下,该区域由于吸热量小于散热量,内部熔盐极易发生凝固并堵塞管屏。
此外,对于熔盐吸热器,出口端设置有工质温度测点,在正常运行工况下,为保证出口盐温在设计范围之内,随着太阳辐射的波动,通常作法为调节阀门开度控制工质流量以适应太阳波动,但由于吸热器流程较长,阀门动作也需要一定的时间,因此对于流量的控制势必存在一定的滞后,从而无法实现对出口盐温的快速、有效控制。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提出了一种保证熔盐吸热器低负荷大流量安全运行的熔盐器布置方法及其系统。
本发明的一方面提供了一种保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器布置方法,在进口缓冲罐与出口缓冲罐之间设置热盐循环管和熔盐泵,在吸热器低负荷运行时,通过熔盐泵及热盐循环管将出口缓冲罐中的热盐送入进口缓冲罐提高吸热管屏的入口盐温并减小进口盐温和出口盐温的温差。
根据本发明保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器布置方法的一个实施例,将进口缓冲罐的上升管与出口缓冲罐的下降管之间的启动旁路管的关断阀更换为调节阀,在吸热器超负荷运行或太阳辐射发生波动出口盐温较高时,使启动旁路管充当熔盐吸热器的减温管路并保证出口盐温处于设计范围内。
本发明的另一方面提供了一种保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统,包括进口缓冲罐、吸热管屏和出口缓冲罐;所述进口缓冲罐连接有上升管并且通过入口连接管与吸热管屏相连,所述吸热管屏通过出口连接管与出口缓冲罐相连,所述出口缓冲罐连接有下降管,其中,所述出口缓冲罐还通过熔盐泵和热盐循环管与进口缓冲罐相连。
根据本发明保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统的一个实施例,所述进口缓冲罐立式、带压且低位布置,所述热盐循环管从进口缓冲罐顶部伸入且端部连接有入口混合管,所述入口混合管通体开设有多个通流孔并且入口混合管竖直设置在进口缓冲罐的熔盐液位以下。
根据本发明保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统的一个实施例,所述出口缓冲罐卧式、常压且高位布置,所述出口缓冲罐中出口连接管的端部连接有出口混合管,所述出口混合管通体开设有多个通流孔并且出口混合管水平设置在出口缓冲罐的熔盐液位以下。
根据本发明保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统的一个实施例,所述熔盐泵为压头大于进口缓冲罐运行压力的变频调节熔盐泵。
根据本发明保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统的一个实施例,所述熔盐吸热器系统还包括设置在上升管与下降管之间的启动旁路管,所述启动旁路管上设置有流量计和调节阀。
根据本发明保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统的一个实施例,所述热盐循环管上设置有温度测点、流量计和调节阀,所述上升管上设置有温度测点,所述下降管与启动旁路管相交处的上游和下游均设置有温度测点。
根据本发明保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统的一个实施例,所述吸热管屏的底部通过设置有关断阀的疏盐支管与启动旁路管相连,吸热管屏的顶部还连接有设置关断阀的排气管,所述入口连接管上设置有温度测点、流量计和调节阀且出口连接管上设置有关断阀。
与现有技术相比,本发明在常规熔盐系统基础上进行适当改进,通过设置热盐循环管将进、出口缓冲罐相连,在吸热器低负荷运行时,通过熔盐泵及热盐循环管将出口缓冲罐热盐送入进口缓冲罐,提高吸热管屏入口盐温,减小进、出口温差,提高吸热器流量及管内流速来避免吸热器低负荷运行时熔盐凝固堵塞管屏。其次,对吸热器启动旁路管进行适当优化,将常规的关断阀更换为调节阀,在吸热器超负荷运行或太阳辐射发生波动出口盐温较高时,充当熔盐吸热器的减温管路,保证出口盐温处于设计范围。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施例的保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统的结构示意图。
图2A示出了根据本发明示例性实施例的保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统中入口混合管的结构示意图,图2B示出了根据本发明示例性实施例的保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统中出口混合管的结构示意图。
附图标记说明:
1-进口缓冲罐、2-吸热管屏、3-出口缓冲罐、4-上升管、5-启动旁路管、6-流量计、7-调节阀、8-入口连接管、9-出口连接管、10-疏盐支管、11-关断阀、12-排气管、13-热盐循环管、14-入口混合管、15-出口混合管、16-熔盐泵、17-下降管、18-温度测点。
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。
本发明主要提供了一种保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器布置方法,具体为:在进口缓冲罐与出口缓冲罐之间设置热盐循环管和熔盐泵,在吸热器低负荷运行时,通过熔盐泵及热盐循环管将出口缓冲罐中的热盐送入进口缓冲罐提高吸热管屏的入口盐温并减小进口盐温和出口盐温的温差。
另外,将进口缓冲罐的上升管与出口缓冲罐的下降管之间的启动旁路管的关断阀更换为调节阀,在吸热器超负荷运行或太阳辐射发生波动出口盐温较高时,使启动旁路管充当熔盐吸热器的减温管路并保证出口盐温处于设计范围内。
基于上述布置思路,本发明还提供了相应的熔盐吸热器系统。
图1示出了根据本发明示例性实施例的保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统的结构示意图。
如图1所示,根据本发明的示例性实施例,所述保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统包括进口缓冲罐1、吸热管屏2和出口缓冲罐3,进口缓冲罐1连接有上升管4并且通过入口连接管8与吸热管屏2相连,吸热管屏2通过出口连接管9与出口缓冲罐3相连,出口缓冲罐3连接有下降管17,上升管4可以与低温熔盐储罐相连,下降管17可以与高温熔盐储罐等储热系统相连。
本发明中的出口缓冲罐3还通过熔盐泵16和热盐循环管13与进口缓冲罐1相连,通过设置热盐循环管13将进、出口缓冲罐相连,在吸热器系统低负荷运行时,通过熔盐泵16及热盐循环管13将出口缓冲罐3中的热盐送入进口缓冲罐1以提高吸热管屏2的入口盐温,减小进、出口温差并提高吸热器流量及管内流速来避免吸热器低负荷运行时熔盐凝固堵塞管屏。
具体地,进口缓冲罐1立式、带压且低位布置,冷盐经上升管4送入进口缓冲罐1,并在罐体压力作用下经入口连接管8送入吸热管屏2流动吸热,温度升高变为热盐后通过出口连接管9流入出口缓冲罐1。出口缓冲罐3卧式、常压且高位布置,下部接有下降管17,高温熔盐在自重作用下经由下降管17送入储热系统。此外,出口缓冲罐3卧式布置可降低熔盐泵轴长,从而降低熔盐泵的选型难度及采购成本。
熔盐泵16安装在出口缓冲罐3的顶部,熔盐泵16优选为压头大于进口缓冲罐运行压力的变频调节熔盐泵,保证热盐可以通过循环管送入进口缓冲罐1。同时热盐循环管13上布置有调节阀7及流量计6,以便根据低负荷不同状态来调节热盐的循环量,非越大越好,需兼顾效率及经济性。
由此,在吸热器系统低负荷运行时,为避免吸热器系统小流量及低流速运行时内部熔盐凝结堵塞管屏,通过熔盐泵16及热盐循环管13将出口缓冲罐3的热盐送入进口缓冲罐1并与其中的冷盐混合来提高罐体熔盐温度,即吸热管屏2入口熔盐温度;当镜场入射能量较小时,在保证熔盐出口温度的前提下,由能量平衡可知,通过降低熔盐进、出口温差可保证吸热器系统在大流量、高流速条件下运行,从而避免熔盐凝固堵塞管屏。
图2A示出了根据本发明示例性实施例的保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统中入口混合管的结构示意图,图2B示出了根据本发明示例性实施例的保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统中出口混合管的结构示意图。
如图2A和图2B所示,热盐循环管13从进口缓冲罐1顶部伸入且端部连接有入口混合管14,入口混合管14通体开设有多个通流孔并且入口混合管14竖直设置在进口缓冲罐1的熔盐液位以下,由此能够加强循环热盐与罐内冷盐的扰流与混合效果,保证罐内熔盐均温。类似地,出口缓冲罐3中出口连接管9的端部连接有出口混合管15,出口混合管15通体开设有多个通流孔并且出口混合管15水平设置在出口缓冲罐3的熔盐液位以下,目的也是加强入口热盐与罐内熔盐的扰流与混合效果,保证罐内熔盐均温。
本发明的熔盐吸热器系统还包括设置在上升管4与下降管17之间的启动旁路管5,启动旁路管上设置有流量计6和调节阀7。并且,吸热管屏2的底部也可以通过设置有关断阀的疏盐支管10与启动旁路管5相连。启动旁路管5在疏盐时用作疏盐总管以实现吸热管屏的快速排空,此外启动旁路管上安装有流量计6及调节阀7,也可用作出口熔盐的调温管道;根据出口温度,当熔盐出口温度高于设计值时,可开启调节阀通过冷盐的混合降低熔盐出口温度。
为了便于实现温度测量和控制,上升管4上设置有温度测点,下降管17与启动旁路管5相交处的上游和下游均设置有温度测点,以便于对熔盐出口温度进行实时监测和调整。另外,吸热管屏2的顶部还连接有设置关断阀的排气管12以排出气体保证安全,入口连接管8上设置有温度测点、流量计和调节阀且出口连接管9上也设置有关断阀,以便在不同工况下进行有效监控和控制。
综上所述,本发明提出了一种可保证吸热器低负荷安全运行的方案,设置热盐循环管将进、出口缓冲罐相连,在吸热器低负荷运行时通过熔盐泵及热盐循环管将出口缓冲罐热盐送入进口缓冲罐并与冷盐充分混合,提高吸热管屏入口盐温而使出口盐温维持不变;在镜场入射能量不变的前提下,进、出口温差减小,则可提高吸热器流量及管内流速来避免吸热器低负荷运行时熔盐凝固堵塞管屏。其次,启动旁路管在兼做疏盐总管的同时,将常规的关断阀更换为调节阀,可在吸热器系统超负荷运行或由于太阳能资源波动引起出口盐温较高时,充当熔盐吸热器的减温管路,保证出口盐温处于设计值,以上措施进一步提高了吸热器系统在各负荷工况下运行的安全性与可靠性。
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 (9)

1.一种保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器布置方法,其特征在于,在进口缓冲罐与出口缓冲罐之间设置热盐循环管和熔盐泵,在吸热器低负荷运行时,通过熔盐泵及热盐循环管将出口缓冲罐中的热盐送入进口缓冲罐提高吸热管屏的入口盐温并减小进口盐温和出口盐温的温差。
2.根据权利要求1所述保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器布置方法,其特征在于,将进口缓冲罐的上升管与出口缓冲罐的下降管之间的启动旁路管的关断阀更换为调节阀,在吸热器超负荷运行或太阳辐射发生波动出口盐温较高时,使启动旁路管充当熔盐吸热器的减温管路并保证出口盐温处于设计范围内。
3.一种保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统,其特征在于,包括进口缓冲罐、吸热管屏和出口缓冲罐;所述进口缓冲罐连接有上升管并且通过入口连接管与吸热管屏相连,所述吸热管屏通过出口连接管与出口缓冲罐相连,所述出口缓冲罐连接有下降管,其中,所述出口缓冲罐还通过熔盐泵和热盐循环管与进口缓冲罐相连。
4.根据权利要求1所述保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统,其特征在于,所述进口缓冲罐立式、带压且低位布置,所述热盐循环管从进口缓冲罐顶部伸入且端部连接有入口混合管,所述入口混合管通体开设有多个通流孔并且入口混合管竖直设置在进口缓冲罐的熔盐液位以下。
5.根据权利要求1所述保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统,其特征在于,所述出口缓冲罐卧式、常压且高位布置,所述出口缓冲罐中出口连接管的端部连接有出口混合管,所述出口混合管通体开设有多个通流孔并且出口混合管水平设置在出口缓冲罐的熔盐液位以下。
6.根据权利要求1所述保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统,其特征在于,所述熔盐泵为压头大于进口缓冲罐运行压力的变频调节熔盐泵。
7.根据权利要求1所述保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统,其特征在于,所述熔盐吸热器系统还包括设置在上升管与下降管之间的启动旁路管,所述启动旁路管上设置有流量计和调节阀。
8.根据权利要求7所述保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统,其特征在于,所述热盐循环管上设置有温度测点、流量计和调节阀,所述上升管上设置有温度测点,所述下降管与启动旁路管相交处的上游和下游均设置有温度测点。
9.根据权利要求1所述保证低负荷大流量安全运行的熔盐吸热器系统,其特征在于,所述吸热管屏的底部通过设置有关断阀的疏盐支管与启动旁路管相连,吸热管屏的顶部还连接有设置关断阀的排气管,所述入口连接管上设置有温度测点、流量计和调节阀且出口连接管上设置有关断阀。
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