CN112050177B - 一种高温熔盐蓄热的蒸汽储存调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温熔盐蓄热的蒸汽储存调节系统，包括取热系统、蓄热系统和用热系统，取热系统包括换热器、电加热器二个加热设备；储热系统包括高温熔盐罐、低温熔盐罐和冷凝水储罐三个蓄热罐；用热系统包括蒸汽发生器、汽轮发电机组、高温蒸汽用户和低压蒸汽用户。本发明利用夜间谷汽和谷电将熔盐加热到高温储存在蓄热罐内，在白天用汽用电高峰时，将高温熔盐和冷凝水送入蒸汽发生器产生过热蒸汽，再进入汽轮机做功发电后供低压热用户或直接供给中压蒸汽用户，具有较好的蒸汽储存调节功能，有较好能源利用效率和

效率，社会经济效益良好。

Description

一种高温熔盐蓄热的蒸汽储存调节系统

技术领域

本发明涉及热能储存技术领域，尤其是一种高温熔盐蓄热的蒸汽储存调节系统。

背景技术

在热电联产系统中，由于经济技术水平的提高和生产方式的改变，白天和夜间的用电量和蒸汽用量存在很大的峰谷差，一般要达到60％以上，这样给热电厂的生产和蒸汽输送的建设运行带来了较大的问题。从热电联产方面来，夜间蒸汽负荷的下降，需要降低锅炉和汽轮机的负荷和停运部分设备，这样锅炉热效率和汽轮机发电效率将下降很多，而且这种调整给热电厂的安全运行性带来风险，经济效益较差。从输送蒸汽管道的建设和运行方面来说，白天和夜间的蒸汽负荷差增加，直接导致输送管道的建设投资费用增加，同时夜间负荷的大幅下降，将使管道单位长度的热损失加大，需要用更高的参数来输送，这又对热电厂提出了更高的要求。所以在热电联产蒸汽供热系统中，非常需要建立一个较大的能储存蒸汽的调节系统。

就目前的技术情况来看，在高温蓄热系统中，熔盐是一种比较好蓄热材料，熔盐具有较低的相变温度(142℃)、有很高的使用温度，可达到600℃以上，有很低的蒸汽压力，所以在运行时的系统压力很低，同时熔盐也有较高的密度和较高比热容，这些都为大容量高温蓄热奠定了较好的基础。

在夜间蒸汽低谷时，如果采用中温蒸汽直接加热熔盐后进行蓄热存储，再在白天用汽高峰时用中温熔盐来产生蒸汽补充不足；由于换热过程有一定的温差，同时蒸汽和熔盐在输送和储存过程中存在着一定的散热损失，最终使得产出的蒸汽参数和输入的蒸汽参数有较大的降低，以至于

损失较大或者不能满足生产工艺的需求。

不过同样电力供应系统，白天和夜间存在着很大的峰谷差到达60％以上，而且为了鼓励在夜间用电，一般谷电的价格很低，这样可利用谷电将蒸汽加热过的中温熔盐进一步加热到更高的温度(600℃左右)，再在白天用汽高峰时将高温熔盐输入蒸汽发生器，产生更高压力的过热蒸汽，过热蒸汽可以直接供热中压蒸汽用户，也可以将过热蒸汽进入汽轮发电机组做功发电后，输出的低压蒸汽再供低压用户，这样就能获得较好的蒸汽储存和调节作用。

同样在太阳能发电等领域，由于存在天气波动原因，系统中的热媒温度或蓄热罐中的热媒温度往往达不到工艺设计的要求或者相差很大，这时采用夜间谷电将蓄热罐中的热媒加热到更高的温度，这样不但可以满足白天的生产工业需求，同时又较好的安全稳定性和经济效益。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：(一)克服现有技术中采用汽水为蓄热介质带来的系统压力高、温度低和规模小的不足。本发明采用熔盐为蓄热材料，具有体积小、蓄热温度高、规模大、供热稳定常压，节约能源，提高蓄热能量密度和使用效率，整体提高能源利用率，(二)克服直接采用中压蒸汽加热熔盐再产生蒸汽过程中存在的蓄热温度低、再生蒸汽参数低、

效率低和不能满足工艺要求的问题。本发明提供一种高温熔盐蓄热的蒸汽储存调节系统，利用谷电将熔盐加热到高温储存在蓄热罐内，在白天用汽用电高峰时，将高温熔盐和冷凝水送入蒸汽发生器产生过热蒸汽，再进入汽轮机做功发电后供低压热用户或直接供给中压蒸汽用户。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高温熔盐蓄热的蒸汽储存调节系统，包括取热系统、蓄热系统和用热系统三个子系统，系统采用蒸汽作为热媒介质，采用耐高温熔盐为蓄热体，各子系统通过管道连接在一起，通过输送泵和阀门控制，使热媒和蓄热体在不同的设备和管道内循环流动完成取热、蓄热和用热三个过程。取热系统由换热器、电加热器、汽水管道、熔盐管道、低温熔盐输送泵组成；换热器由壳体、螺旋换热管、进汽接管、出水接管、熔盐进口接管和出口接管组成；电加热器由外壳体、U形电加热管组、熔盐进口接管和出口接管组成。蓄热系统由高温熔盐蓄热罐、低温熔盐蓄热罐、冷凝水储罐组成，在蓄热罐体设置有熔盐进口接管和出口接管，在冷凝水储罐上设置有冷凝水进口和出口接管。用热系统由蒸汽发生器、中压蒸汽用户、汽轮发电机组和低压蒸汽用户组成；其中汽轮发电机组由汽轮机和发电机组成。

为了使汽水和熔盐能进行充分换热，换热器采用管壳式结构，多根螺旋换热管置于壳体内，螺旋换热管进口端与进汽接管连通，螺旋换热管的出口端与换热器出水接管连通，换热器出水接管通过管道与冷凝水储罐进口接管连通，冷凝水储罐出口接管通过输送泵和管道与蒸汽发生器进水接管连通。

为了使电加热器内部的电加热管与熔盐高效换热，采用逆流换热方式、U形加热管采用交叉排列，在加热管外加翅片以增加换热面积。电加热管与壳体连接处采用耐高温填料密封由密封环、阻流环和减压环构成，电加热管的末端与低谷电连通且设有防爆箱。

为了充分利用熔盐蓄热的显热及产生中压蒸汽，在蒸汽发生器的底部设置有水预热段和蒸气过热段，在蒸发段的上部设置有汽水分离器，在预热段中将冷凝水加热到对应压力下的饱和温度，饱和水在进入蒸发段，产生的饱和蒸汽再进入过热段进行过热到工艺所需要的温度后，在进入到后续的工艺系统中，这样可以最有效地利用高温熔盐到低温熔盐的显热，到达较高的蓄热密度、较高的热效率和

效率。

进一步地，蒸汽发生器所产生的中压蒸汽一部分直接供给中压蒸汽用户，另一部分作用于汽轮机中用于发电机发电，从汽轮机中出来的低压蒸汽供给给低压蒸汽用户，这样实现热电联产，获得最大能源利用效率。

本发明的有益效果是：

1.提供了一种具有较大规模的蒸汽储存调节系统，可以广泛应用于热电联产系统和光热发电系统以及其他余热发电系统，能提高热电厂锅炉和汽轮机的运行的安全性和经济性，同时可以降低蒸汽输送管道的投资建设费和运行的安全性。

2.本系统在夜间利用多余的蒸汽和谷电将熔盐加热到很高的温度，在白天用汽用电高峰时，利用高温熔盐进入蒸汽发生器产生中压蒸汽补充到蒸汽供热系统中，不但可以满足更高要求的热用户，同时中压蒸汽进入汽轮发电机组做功发电后再供低温热用户，可以提高整个功能系统的热效率和

效率，同时提高能源系统的安全可靠性经济效益较好。

3.利用谷电来加热中温熔盐到高温熔盐，一方面可以稳定电网供给系统，同时可以大幅度提高电能加热过程中的

效率，对整个能源供应系统有较高的效率。

4.采用低熔点熔盐进行高温蓄热，相比水汽蓄热，单位蓄热体积小、蓄热规模大、占地少、成本低，运维人员少、优于传统水汽蓄热成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的系统结构示意图。

图2是本发明所述换热器的结构示意图。

图3是本发明所述电加热器的结构示意图。

图4是本发明所述蒸汽发生器的结构示意图。

图中：1.取热系统，11.换热器，111.外壳体，112.螺旋换热管，113.蒸汽进口接管，114.冷凝水出口接管，115.低温熔盐进口接管，116.中温熔盐出口接管，12.电加热器，121.壳体，122.U形电加热管，123.中温熔盐进口接管，124.高温熔盐出口接管；

2.蓄热系统，21.高温熔盐蓄热罐，211.罐体，212.高温熔盐进口接管，213.高温熔盐出口接管，22.低温熔盐蓄热罐，221.蓄热罐体，222.低温熔盐进口管，223.低温熔盐出口接管，23.冷凝水储罐，231.储罐体，232.冷凝水进口接管、233.冷凝水出口接管；

3.用热系统，31.蒸汽发生器，311.发生器壳体，312.汽水分离器，313.U形蒸发管，314.预热段，315.过热段，316.冷凝水进口接管，317.饱和水出口接管，318.饱和水进口接管，319.饱和蒸汽出口接管，3110.饱和蒸汽进口接管，3111.过热蒸汽出口接管，3112.高温熔盐进口接管，3113.低温熔盐出口接管，32.中压蒸汽用户，33.汽轮发电机组，331.汽轮机，332.发电机，34.低压蒸汽用户；

S0.总蒸汽管，S1.中压蒸汽A管，S2.冷凝水A管，S3.冷凝水B管，S4.冷凝水C管，S5.饱和水管，S6.饱和蒸汽管，S7.过热蒸汽管，S8.中压蒸汽B管，S9.低压蒸汽管，S10.中压蒸汽用户进汽管，R1.低温熔盐A管，R2.低温熔盐B管，R3.中温熔盐管，R4.高温熔盐A管，R5.高温熔盐B管，R6.高温熔盐C管，R7.低温熔盐C管，P1.低温熔盐输送泵，P2.高温熔盐输送泵，P3.冷凝水输送泵。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1～图4所示，一种高温熔盐蓄热的蒸汽储存调节系统，包括取热系统1、蓄热系统2和用热系统3三个子系统。

取热系统1包括换热器11、电加热器12、总蒸汽管(S0)、中压蒸汽A管S1、冷凝水A管S2、低温熔盐A管R1、低温熔盐B管R2、中温熔盐管R3、高温熔盐管R4以及低温熔盐输送泵P1，所述的换热器11包括外壳体111、螺旋换热管112、蒸汽进口接管113、冷凝水出口接管114、低温熔盐进口接管115、中温熔盐出口接管116，所述螺旋换热管112有多组且置于换热器11的外壳体111内，螺旋换热管112进口端与蒸汽接口接管113连通，螺旋换热管112出口端与冷凝水出口接管114连通。所述的电加热器12包括壳体121、U形电加热管122、中温熔盐进口接管123、高温熔盐出口接管124，所述U形加热管122有多个且交叉排列组成，U形加热管122外壁具有多个可增大换热面积的翅片。

所述中压蒸汽A管S1进口端与总蒸汽管S0连通，中压蒸汽A管S1出口端与换热器11的蒸汽进汽接管113连通；所述冷凝水A管S2进口端与换热器11的冷凝水出口接管114连通，；低温熔盐A管R1出口端与低温熔盐输送泵P1的进口端连通；低温熔盐B管R2进口端与低温熔盐输送泵P1的出口端连通，低温熔盐B管R2出口端与换热器11低温熔盐进口接管115连通；所述的中温熔盐管R3进口端与换热器11上的中温熔盐出口管116连通，中温熔盐管R3的出口端与电加热器12上的中温熔盐进口接管123连通；所述的高温熔盐A管(R4)进口端与电加热器12上的高温熔盐出口管124连通。

所述蓄热系统2包括高温熔盐蓄热罐21、低温熔盐蓄热罐22、冷凝水储罐23；所述高温熔盐蓄热罐21包括罐体211、高温熔盐进口接管212，高温熔盐出口接管213；所述低温熔盐蓄热罐22包括蓄热罐体221、低温熔盐进口接管222、低温熔盐出口接管223；所述冷凝水储罐23包括储罐体231、冷凝水进口接管232，冷凝水出口接管233。

所述低温熔盐A管R1的进口端与低温熔盐蓄热罐22的低温熔盐出口接管223连通，冷凝水A管S2的出口端与冷凝水储罐23的进水接管232连通；所述高温熔盐A管R4的出口端与高温熔盐蓄热罐21的高温熔盐进口接管212连通，所述高温熔盐B管R5进口端与高温熔盐蓄热罐21的高温熔盐出口接管213连通，高温熔盐B管R5出口端与高温熔盐输送泵P2进口连通；所述高温熔盐C管R6进口端与高温熔盐输送泵P2出口连通，冷凝水B管S3的进口端与冷凝水储罐23上的冷凝水出口接管233连通，冷凝水管BS3的出口端与冷凝水输送泵P3的进口连通；

所述用热系统3包括蒸汽发生器31、中压蒸汽用户32、汽轮发电机组33、低压蒸汽用户34、冷凝水输送泵P3、冷凝水C管S4、饱和水管S5、饱和蒸汽管S6、过热蒸汽管S7、中压蒸汽B管S8、低压蒸汽管S9及中压蒸汽用户进汽管S10。所述蒸汽发生器31包括发生器壳体311、汽水分离器312、U形蒸发管313、预热段314、过热段315、冷凝水进口接管316、饱和水出口接管317、饱和水进口接管318、饱和蒸汽出口接管319、饱和蒸汽进口接管3110、过热蒸汽出口接管3111、高温熔盐进口接管3112及低温熔盐出口接管3113；所述汽轮机组33包括汽轮机331和发电机332，

所述高温熔盐C管R6出口端与蒸汽发生器31的高温熔盐进口接管3112连通，冷凝水C管S4的进口端与冷凝水输送泵P3上的出口连通,冷凝水C管S4的出口端与预热段314上的冷凝水进水接管316连通；所述饱和水管S5的进口端与预热段314上的饱和水出口接管317连通,饱和水管S5的出口端与发生器壳体311上的饱和水进口接管318连通；所述饱和蒸汽管S6的进口端与蒸汽发生器31壳体311顶部上的饱和蒸汽出口接管319连通，饱和蒸汽管S6的出口端与过热段315上的饱和蒸汽进口接管3110连通；所述过热蒸汽管S7的进口端与过热段315的过热蒸汽出口接管3111连通，过热蒸汽管S7的出口端与总蒸汽管S0连通；所述中压蒸汽B管S8的进口端与总蒸汽管S0连通，中压蒸汽B管S8的出口端与汽轮机组33的汽轮机331蒸汽进口接管连通；所述低压蒸汽管S9的进口端与汽轮机331上的蒸汽出口接管连通，低压蒸汽管S9的出口端与低压蒸汽用户34上的蒸汽总管连通；中压蒸汽用户32进口通过中压蒸汽用户进汽管S10与总蒸汽管S0连通。

取热和储热工作过程：

取热和储热过程一般发生在夜间，此时往往有大量多余的中压蒸汽和多余的谷电。第一阶段，用中压蒸汽(350-400℃)加热熔盐从低温(150℃)到中温(300-350℃)。从总蒸汽管S0网输送来的中压蒸汽进入换热器11的螺旋换热管112内与外部的换热介质熔盐进行对流换热，蒸汽经过过热冷却段、饱和冷凝段和冷凝水过冷段，逐步释放出热量成为过冷水进入冷凝水储罐23，同时储存在低温熔盐蓄热罐22内的低温熔盐，通过开启阀F1，经管道和低温熔盐输送泵P1加压，通过管道进入到换热器11的外壳体111内，与螺旋换热管112内汽水进行对流换热，其温度逐步上升到中温(一般达到300℃左右)排出换热器11。第二阶段，用谷电加热熔盐从中温(300-350℃)加热到高温(550-600℃)：开启阀F2、F3,从换热器11排出的中温熔盐在压力作用下直接从电加热器12的底部中温熔盐进口管123进入向上流动，通过多组U形电加热管122再加热，熔盐温度逐步上升到550-600℃以上，从电加热器12上部的高温熔盐出口接管124排出，再进入到高温熔盐储21内进行储存。

用热工作过程：

用热过程一般发生在白天的用汽和用电高峰时段。开启阀门F4、F5，高温熔盐蓄热罐21内的高温熔盐通过管道在高温熔盐输送泵P2的加压作用下，经过高温熔盐C管R6进入到蒸汽发生器31内，经过过热段315、U形蒸发管313、预热段314、熔盐的温度从500-600℃逐步下降到150℃左右后排出蒸汽发生器31，再进入低温熔盐蓄热罐22内储存，从而完成熔盐从高温到低温释放显热的过程。同时开启阀门F6，储存在冷凝水储罐23内的冷凝水通过管道在冷凝水输送泵P3的加压作用下，被输送到蒸汽发生器31的水汽侧，经过预热段314达到饱和水后再进入蒸汽段产生饱和蒸汽，进入汽水分离器312，分离出的饱和蒸汽从顶部的饱和蒸汽出口接管(319)排出，经饱和蒸汽管(S6)输送到过热段315内进行过热，到400℃以上，过热蒸汽再从过热段315中排出到蒸汽总管S0内，一部分中压蒸汽直接进入中压蒸汽用户32；另一部进入到汽轮发电机组33进行做功发电排出，进入低压蒸汽用户34系统。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种高温熔盐蓄热的蒸汽储存调节系统，其特征在于：包括取热系统、蓄热系统和用热系统三个子系统；

所述取热系统包括换热器、电加热器、总蒸汽管、中压蒸汽A管、冷凝水A管、低温熔盐A管、低温熔盐B管、中温熔盐管、高温熔盐A管、低温熔盐输送泵；所述的换热器包括外壳体、螺旋换热管、蒸汽进口接管、冷凝水出口接管、低温熔盐进口接管、中温熔盐出口接管；所述的电加热器包括壳体、U形电加热管、中温熔盐进口接管、高温熔盐出口接管；

所述中压蒸汽A管进口端与总蒸汽管连通，中压蒸汽A管出口端与换热器蒸汽进口接管连通；所述冷凝水A管进口端与换热器的冷凝水出口接管连通；低温熔盐A管出口端与低温熔盐输送泵的进口端连通；低温熔盐B管进口端与低温熔盐输送泵的出口端连通，低温熔盐B管出口端与换热器低温熔盐进口接管连通；所述的中温熔盐管进口端与换热器上的中温熔盐出口管连通，中温熔盐管的出口端与电加热器上的中温熔盐进口接管连通；所述的高温熔盐A管进口端与电加热器上的高温熔盐出口管连通；

所述蓄热系统包括高温熔盐蓄热罐、低温熔盐蓄热罐、冷凝水储罐、高温熔盐B管、高温熔盐C管、冷凝水B管及高温熔盐输送泵，所述高温熔盐蓄热罐包括罐体、高温熔盐进口接管，高温熔盐出口接管；所述低温熔盐蓄热罐包括蓄热罐体、低温熔盐进口接管、低温熔盐出口接管；所述冷凝水储罐包括储罐体、冷凝水进口接管、冷凝水出口接管；

所述低温熔盐A管进口端与低温熔盐蓄热罐的低温熔盐出口接管连通，冷凝水A管的出口端与冷凝水储罐的进水接管连通；所述高温熔盐A管的出口端与高温熔盐蓄热罐的高温熔盐进口接管连通，所述高温熔盐B管进口端与高温熔盐蓄热罐的高温熔盐出口接管连通，高温熔盐B管出口端与高温熔盐输送泵进口连通；所述高温熔盐C管进口端与高温熔盐输送泵出口连通，冷凝水B管的进口端与冷凝水储罐上的冷凝水出口接管连通，冷凝水管B的出口端与冷凝水输送泵的进口连通；

所述用热系统包括蒸汽发生器、中压蒸汽用户、汽轮发电机组、低压蒸汽用户、冷凝水输送泵、冷凝水C管、饱和水管、饱和蒸汽管、过热蒸汽管、中压蒸汽B管、低压蒸汽管及中压蒸汽用户进汽管，所述蒸汽发生器包括发生器壳体、汽水分离器、U形蒸发管、预热段、过热段、冷凝水进口接管、饱和水出口接管、饱和水进口接管、饱和蒸汽出口接管、饱和蒸汽进口接管、过热蒸汽出口接管、高温熔盐进口接管及低温熔盐出口接管；

所述高温熔盐C管出口端与蒸汽发生器的高温熔盐进口接管连通，冷凝水C管的进口端与冷凝水输送泵上的出口连通，冷凝水C管的出口端与预热段上的冷凝水进口接管连通；所述饱和水管的进口端与预热段上的饱和水出口接管连通，饱和水管的出口端与发生器壳体上的饱和水进口接管连通；所述饱和蒸汽管的进口端与蒸汽发生器的发生器壳体顶部上的饱和蒸汽出口接管连通，饱和蒸汽管的出口端与过热段上的饱和蒸汽进口接管连通；所述过热蒸汽管的进口端与过热段的过热蒸汽出口接管连通，过热蒸汽管的出口端与总蒸汽管连通；所述中压蒸汽B管的进口端与总蒸汽管连通，中压蒸汽B管的出口端与汽轮发电机组的汽轮机蒸汽进口接管连通；所述低压蒸汽管的进口端与汽轮机上的蒸汽出口接管连通，低压蒸汽管的出口端与低压蒸汽用户上的蒸汽总管连通；中压蒸汽用户进口通过中压蒸汽用户进汽管与总蒸汽管连通。

2.如权利要求1所述的高温熔盐蓄热的蒸汽储存调节系统，其特征在于：所述螺旋换热管有多组且置于换热器外壳体内，螺旋换热管进口端与蒸汽接口接管连通，螺旋换热管出口端与冷凝水出口接管连通。

3.如权利要求1所述的高温熔盐蓄热的蒸汽储存调节系统，其特征在于：所述U形加热管有多个且交叉排列组成，U形加热管外壁具有多个可增大换热面积的翅片。

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