CN111765790A - 一种熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统，包括：熔盐储罐；熔盐槽，高位布置在熔盐储罐旁并与大气连通，其底部与熔盐储罐底部相连；低温熔盐单元，包括安装在熔盐槽顶部的低温熔盐泵以及设置在低温熔盐泵与熔盐储罐之间的熔盐加热输送组件；高温熔盐单元，包括安装在熔盐储罐顶部的高温熔盐泵以及设置在熔盐储罐顶部与熔盐储罐底部之间的熔盐放热输送组件。本发明的系统设置既可以满足性能优化设计中储罐高度的增加不受熔盐泵液下轴长和密封问题的限制，也能使整个系统保持在常压工况下工作，保证系统运维安全性和便捷性。

Description

一种熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统

技术领域

本发明涉及熔盐储热的技术领域，更具体地讲，涉及一种熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统。

背景技术

目前已有成熟商业应用的熔盐储热系统是双罐系统，即分别利用两个大型熔盐储罐来储存高温熔盐和低温熔盐，双罐储热系统占地面积大、建设和维护成本高，经济性较差。而研究表明填充固体材料的单罐熔盐储热系统的固定投资成本可比双罐熔盐储热系统降低35％，因而受到广泛关注。熔盐单罐储热系统即利用熔盐密度随温度升高而降低现象，用一个熔盐罐来实现热量的存储和释放，高温熔盐在罐体上部，低温熔盐在罐体下部，在高低温熔盐交界处有一个自然的温度分层，称为斜温层。为保持斜温层的稳定需要增加储罐的高径比等途径来增加系统的储热可利用率及提升系统运行性能，即“瘦高”型的储罐更有利于实现斜温层储热。

然而对于单罐系统，高、低温熔盐泵通常均安装在储罐顶部，正常运行时低温熔盐泵吸入口必须保持浸没在低温熔盐液面以下，即深入罐体底部，而考虑振动、运行安全性、经济性等因素，熔盐泵实际应用轴长受到限制，故而熔盐泵的液下长度成为了限制熔盐罐设计高度的最主要技术条件。目前，商业应用的熔盐储罐直段高度都不超过16m，用热水作为储热介质的斜温层储罐，其储罐直段高度可达到40m，利用熔盐作为储热介质的斜温层储罐高度也将远高于目前16m的应用现状。

为了解决熔盐泵轴长对熔盐罐体高度的限制，进一步提高单罐储热系统性能，人们提出了在大熔盐储罐旁边的地面标高下设置一小型熔盐槽的熔盐槽低位布置技术，通过连接管道与大储罐底部相连，熔盐泵安装在熔盐槽顶部而非储罐顶部，由此解决熔盐泵轴长对储罐高度的限制，这种技术有效减少了熔盐泵液下深度。但这种安装方式使得熔盐槽、熔盐泵承受储罐液位带来的重位压力，当储罐高度进一步增加(参考大型斜温层热水储罐)以提高系统性能时，熔盐槽内运行压力也随之线性增大，这造成泵的密封问题难以解决，这种技术因泵密封问题限制了储罐高度的选型。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统，该系统的设置既可以满足性能优化设计中储罐高度的增加不受熔盐泵液下轴长和密封问题的限制，也能使整个系统保持在常压工况下工作，保证系统运维安全性和便捷性。

本发明提供了一种熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统，包括：

熔盐储罐；

熔盐槽，高位布置在熔盐储罐旁并与大气连通，其底部与熔盐储罐底部相连；

低温熔盐单元，包括安装在熔盐槽顶部的低温熔盐泵以及设置在低温熔盐泵与熔盐储罐之间的熔盐加热输送组件；

高温熔盐单元，包括安装在熔盐储罐顶部的高温熔盐泵以及设置在熔盐储罐顶部与熔盐储罐底部之间的熔盐放热输送组件。

根据本发明熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统的一个实施例，所述熔盐储罐中的熔盐分布为上部的高温熔盐层、中部的斜温层和下部的低温熔盐层，所述熔盐储罐竖直地设置在储罐地基上。

根据本发明熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统的一个实施例，所述熔盐储罐底部通过连接管与熔盐槽底部相连，所述连接管中设置有熔盐控制阀。

根据本发明熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统的一个实施例，所述熔盐单罐储热系统还包括排盐单元，所述排盐单元包括排盐罐和设置在排盐罐上的排盐泵，所述排盐泵通过返回管与熔盐储罐相连，所述排盐罐通过排盐管分别与所述连接管和高温熔盐单元中的熔盐放热输送组件相连，所述返回管和排盐管中均设置有熔盐控制阀。

根据本发明熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统的一个实施例，所述熔盐槽卧式布置且顶部设置有与大气连通的通气孔，熔盐槽的安装高度与熔盐储罐顶部高度处于同一水平位置，熔盐槽内液面与熔盐储罐内液面基本保持一致。

根据本发明熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统的一个实施例，所述低温熔盐单元中的熔盐加热输送组件包括第一熔盐输送管和设置在第一熔盐输送管中并实现低温熔盐加热的熔盐加热设备，所述熔盐加热设备前后管路中均设置有熔盐控制阀。

根据本发明熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统的一个实施例，所述高温熔盐单元中的熔盐放热输送组件包括第二熔盐输送管道和设置在第二熔盐输送管道中并实现高温熔盐放热的熔盐放热设备，所述熔盐放热设备前后管路中均设置有熔盐控制阀。

根据本发明熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统的一个实施例，所述熔盐储罐中设置有与低温熔盐单元中熔盐加热输送组件相连的高温熔盐分流器，所述熔盐储罐中还设置有与高温熔盐单元中熔盐加热输送组件相连的低温熔盐分流器，所述熔盐单罐储热系统还包括电伴热装置。

根据本发明熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统的一个实施例，所述熔盐储罐是填充固体颗粒介质的填充床熔盐储罐或无固体颗粒填充的纯熔盐储罐，所述低温熔盐单元中熔盐加热输送组件的加热热源为电能、太阳能和蒸汽能中的至少一种，所述高温熔盐单元中熔盐放热输送组件的放热对象为低温介质、用热设备和热用户中的至少一种。

与常规方案相比，本发明的熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统具有以下优势：

1)增设小型熔盐槽，采用熔盐槽高位布置方案，将低温熔盐泵安装在熔盐槽顶部，消除了熔盐泵液下轴长对储罐高度的限制，可实现熔盐储热单罐高度的进一步增加，有效提高储热系统性能，提高了低温熔盐泵运行稳定性，并进一步降低了熔盐泵及系统造价；

2)熔盐槽与熔盐储罐的安装利用“U”型管原理，将熔盐槽布置在高位，使其与熔盐储罐均在常压下工作，避免了低温熔盐泵的密封问题并降低了阀门、仪器仪表等附属设备的要求，保证了系统运行、维护的安全性和便捷性、降低系统造价；

3)高温熔盐在单罐上部且液位波动极小，高温熔盐泵布置在储罐顶部，有效减小高温熔盐泵液下轴长，提高了高温熔盐泵运行稳定性、进一步降低了熔盐泵及系统造价；

4)相比双罐熔盐储热系统，本系统对设备要求低，系统简单、占地面积更小、建设周期更短且系统造价更低。

附图说明

图1示出了根据本发明示例性实施例熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统的结构示意图。

附图标记说明：

1-熔盐储罐、2-储罐地基、3-熔盐槽、4-低温熔盐泵、5-高温熔盐泵、6-排盐罐、7-排盐泵、8-熔盐加热设备、9-熔盐放热设备、10-连接管、11、12、13、14、15、16、17、18-熔盐控制阀、19-高温熔盐分流器、20-低温熔盐分流器。

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。

下面先对本发明熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统进行详细说明。

本发明将熔盐槽通过钢结构等支撑高位安装在熔盐储罐旁，熔盐槽安装高度与熔盐储罐顶部处于同一水平位置并与大气连通。通过连接管将熔盐槽底部与熔盐储罐底部相连，使熔盐槽内液面与熔盐储罐内液面基本保持一致，利用这种“U”型管原理的布置方式，可使熔盐槽与熔盐储罐均为常压运行，避免熔盐槽在地面布置时系统带压运行带来的问题。并且，将高温熔盐泵安装在熔盐储罐顶部，将低温熔盐泵安装在熔盐槽顶部而非储罐顶部，消除了熔盐泵液下轴长对储罐高度的限制。并且，因熔盐槽体积小、高度低、常压运行，可有效减小熔盐泵的液下轴长、避免泵的密封问题、降低阀门、仪器仪表等附属设备的要求，从而提高熔盐泵运行稳定性、降低熔盐泵及系统造价。

图1示出了根据本发明示例性实施例熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统的结构示意图。

如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统包括熔盐储罐1、熔盐槽3、低温熔盐单元和高温熔盐单元。

具体地，本发明中的熔盐储罐1为单罐布置，熔盐储罐1中的熔盐分布为上部的高温熔盐层、中部的斜温层和下部的低温熔盐层，熔盐储罐1竖直地设置在储罐地基2上，其高度可以根据实际情况进行具体设置。其中，熔盐储罐可以是填充固体颗粒介质的填充床熔盐储罐或无固体颗粒填充的纯熔盐储罐，

熔盐槽3高位布置在熔盐储罐1旁并与大气连通，其底部与熔盐储罐1底部相连。熔盐槽3具体可以通过钢结构支撑等安装在熔盐储罐顶部旁边的高处位置，起到储存部分熔盐和缓冲过渡以及承载低温熔盐泵的作用。本发明中设置的熔盐槽3体积较小，优选地采用卧式布置，顶部设置有与大气连通的通气孔。熔盐槽3底部通过连接管10与熔盐储罐1底部相连，连接管10中设置熔盐控制阀15及排空口等。并且，优选地控制熔盐槽3的安装高度与熔盐储罐1顶部高度处于同一水平位置，使得熔盐槽3内液面与熔盐储罐1内液面基本保持一致，使得熔盐槽3与熔盐储罐1均为常压运行，避免了熔盐槽3在地面布置时系统带压运行带来的问题。

本发明的低温熔盐单元包括安装在熔盐槽3顶部的低温熔盐泵4以及设置在低温熔盐泵4与熔盐储罐1之间的熔盐加热输送组件，熔盐加热输送组件用于实现低温熔盐的加热和加热后高温熔盐的输送。具体地，低温熔盐单元中的熔盐加热输送组件包括第一熔盐输送管和设置在第一熔盐输送管中并实现低温熔盐加热的熔盐加热设备8，熔盐加热设备8前后管路中均设置有熔盐控制阀11、12。熔盐加热设备8中低温熔盐的加热热源为电能、太阳能和蒸汽能中的至少一种，通过热源与低温熔盐的换热实现熔盐加热并在得到高温熔盐后输送至熔盐储罐1上部的高温熔盐层中。其中，低温熔盐泵和高温熔盐泵在工作时，其泵轴均设置为插入熔盐中以实现相应的熔盐泵送。

高温熔盐单元则包括安装在熔盐储罐1顶部的高温熔盐泵5以及设置在熔盐储罐1顶部与熔盐储罐1底部之间的熔盐放热输送组件。高温熔盐单元中的熔盐放热输送组件包括第二熔盐输送管道和设置在第二熔盐输送管道中并实现高温熔盐放热的熔盐放热设备9，熔盐放热设备9前后管路中均设置有熔盐控制阀13、14。熔盐放热设备9中高温熔盐的放热对象为低温介质、用热设备和热用户中的至少一种，通过高温熔盐与取热介质的换热实现熔盐放热并将热量输送至用热设备、热用户等。

并且，本发明的熔盐单罐储热系统还包括排盐单元，排盐单元包括排盐罐6和设置在排盐罐6上的排盐泵7，排盐泵7通过返回管与熔盐储罐1相连，以将排盐罐6中的熔盐返回至熔盐储罐1中，排盐罐6则通过排盐管分别与连接管和高温熔盐单元中的熔盐放热输送组件相连(如与第二熔盐输送管相连)，返回管和排盐管中均设置有熔盐控制阀16、17、18。

优选地，熔盐储罐1中设置有与低温熔盐单元中熔盐加热输送组件相连的高温熔盐分流器19以实现高温熔盐的缓慢分流，高温熔盐分流器19优选地设置在熔盐储罐1中的上部高温熔盐层位置处；熔盐储罐1中还设置有与高温熔盐单元中熔盐加热输送组件相连的低温熔盐分流器20以实现低温熔盐的缓慢分流，低温熔盐分流器20优选地设置在熔盐储罐1中的下部低温熔盐层位置处。

此外，本发明的熔盐单罐储热系统还包括电伴热装置以维持系统内熔盐合适的温度以防止其凝固。

系统运行时，熔盐充满熔盐储罐1、与熔盐储罐1液位平齐的熔盐槽3下部空间及熔盐储罐1与熔盐槽3之间的连接管10。充热时，低温熔盐泵4运行，将熔盐储罐1内的低温熔盐从熔盐储罐1底部经连接管10、熔盐槽3输送至熔盐加热设备8，低温熔盐吸收高温热源的热量后经第一熔盐输送管从熔盐储罐1顶部缓慢进入罐内。放热时，高温熔盐泵5运行，将熔盐储罐1内的高温熔盐从熔盐储罐1的上部经返第二熔盐输送管输送至熔盐放热设备9，将热量释放给低温介质、用热设备、热用户等，放热后的低温熔盐从熔盐储罐1底部缓慢进入罐内。系统备用时，开启电伴热装置，维持系统内熔盐合适的温度以防止其凝固。系统长期停运时，将熔盐槽3、熔盐加热设备8、熔盐放热设备及各管道内的熔盐通过各处排盐口及管道排出至排盐罐6和熔盐储罐1，排盐罐6中的熔盐可回收至熔盐储罐1内。

当充、放热过程中熔盐储罐1内同时存在高、低温熔盐时，其密度与熔盐槽内熔盐存在少许差别，会引起二者液位的轻微差异；且随充、放热过程的进行，熔盐储罐中高、低温熔盐量占比的变化也会引起熔盐储罐内整体密度的少许变化，从而造成熔盐储罐和熔盐槽液位的轻微波动。但是上述熔盐储罐和熔盐槽液位的差异和波动并不会影响本系统的运行，需要注意的是在设计熔盐槽时，熔盐槽的直径要考虑到低液位和最高液位的变化范围，使其始终能够保证熔盐槽中的液位大于低温熔盐泵的汽蚀余量。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例结构见图1，主要由熔盐储罐1、熔盐槽3、低温熔盐泵4、高温熔盐泵5及相应的管道、阀门、支撑结构等组成。图中所示阀门仅为该实施例描述所需部分阀门，其他系统必要的阀门、仪器仪表及支撑结构均未在图中示出。

熔盐储热1单罐竖直地安装在地面且下部为储罐地基2。熔盐槽3通过钢结构支撑等安装在熔盐储罐1顶部旁边的高处位置，熔盐槽3体积较小，采用卧室布置，顶部设有与大气连通的通气孔。熔盐槽3底部通过连接管10与储罐1底部相连，连接管10上设有熔盐控制阀15及排盐口等。高温熔盐泵5安装在熔盐储罐1顶部，低温熔盐泵4安装在熔盐槽3顶部。

系统正常运行时，熔盐控制阀16、17、18关闭，熔盐充满熔盐储罐1、与熔盐储罐1液位平齐的熔盐槽3下部空间及熔盐储罐1与熔盐槽3之间的连接管10。充热时，熔盐控制阀11、12开启，低温熔盐泵4运行，将熔盐储罐1内的低温熔盐从储罐1底部经连接管10、熔盐槽3输送至熔盐加热设备8，吸收来自热源的能量后升温的熔盐从熔盐储罐1顶部经高温熔盐分流器19缓慢进入罐内。放热时，熔盐控制阀13、14开启，高温熔盐泵5运行，将熔盐储罐1内的高温熔盐从熔盐储罐1上部输送至熔盐放热设备9，将热量释放给低温取热介质并输送至用热设备、热用户等，放热降温后的熔盐从熔盐储罐1底部经低温熔盐分流器20缓慢进入罐内。系统备用时，开启电伴热装置，维持系统内熔盐合适的温度以防止其凝固。系统长期停运时，保持熔盐控制阀11-15和17处于关闭状态，打开熔盐控制阀16、18，将熔盐槽3、熔盐加热设备8和熔盐放热设备9、各管道内的熔盐通过各处排盐口及管道排出至排盐罐6和熔盐储罐1；打开熔盐控制阀17，排盐罐6中的熔盐可通过安装在排盐罐6顶部的排盐泵7回收至熔盐储罐1内。需要注意的是在设计熔盐槽3时，熔盐槽3的直径要考虑到低液位和最高液位的变化范围，使其始终能够保证熔盐槽3中的液位大于低温熔盐泵4的汽蚀余量。

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)

1.一种熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统，其特征在于，包括：

熔盐储罐；

熔盐槽，高位布置在熔盐储罐旁并与大气连通，其底部与熔盐储罐底部相连；

低温熔盐单元，包括安装在熔盐槽顶部的低温熔盐泵以及设置在低温熔盐泵与熔盐储罐之间的熔盐加热输送组件；

高温熔盐单元，包括安装在熔盐储罐顶部的高温熔盐泵以及设置在熔盐储罐顶部与熔盐储罐底部之间的熔盐放热输送组件。

2.根据权利要求1所述熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统，其特征在于，所述熔盐储罐中的熔盐分布为上部的高温熔盐层、中部的斜温层和下部的低温熔盐层，所述熔盐储罐竖直地设置在储罐地基上。

3.根据权利要求1所述熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统，其特征在于，所述熔盐储罐底部通过连接管与熔盐槽底部相连，所述连接管中设置有熔盐控制阀。

4.根据权利要求3所述熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统，其特征在于，所述熔盐单罐储热系统还包括排盐单元，所述排盐单元包括排盐罐和设置在排盐罐上的排盐泵，所述排盐泵通过返回管与熔盐储罐相连，所述排盐罐通过排盐管分别与所述连接管和高温熔盐单元中的熔盐放热输送组件相连，所述返回管和排盐管中均设置有熔盐控制阀。

5.根据权利要求1所述熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统，其特征在于，所述熔盐槽卧式布置且顶部设置有与大气连通的通气孔，熔盐槽的安装高度与熔盐储罐顶部高度处于同一水平位置，熔盐槽内液面与熔盐储罐内液面基本保持一致。

6.根据权利要求1所述熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统，其特征在于，所述低温熔盐单元中的熔盐加热输送组件包括第一熔盐输送管和设置在第一熔盐输送管中并实现低温熔盐加热的熔盐加热设备，所述熔盐加热设备前后管路中均设置有熔盐控制阀。

7.根据权利要求1所述熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统，其特征在于，所述高温熔盐单元中的熔盐放热输送组件包括第二熔盐输送管道和设置在第二熔盐输送管道中并实现高温熔盐放热的熔盐放热设备，所述熔盐放热设备前后管路中均设置有熔盐控制阀。

8.根据权利要求1所述熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统，其特征在于，所述熔盐储罐中设置有与低温熔盐单元中熔盐加热输送组件相连的高温熔盐分流器，所述熔盐储罐中还设置有与高温熔盐单元中熔盐加热输送组件相连的低温熔盐分流器，所述熔盐单罐储热系统还包括电伴热装置。

9.根据权利要求1所述熔盐槽高位布置的熔盐单罐储热系统，其特征在于，所述熔盐储罐是填充固体颗粒介质的填充床熔盐储罐或无固体颗粒填充的纯熔盐储罐，所述低温熔盐单元中熔盐加热输送组件的加热热源为电能、太阳能和蒸汽能中的至少一种，所述高温熔盐单元中熔盐放热输送组件的放热对象为低温介质、用热设备和热用户中的至少一种。

Images