CN112762630A - 一种用于熔盐的中远距离供热传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于熔盐的中远距离供热传输系统。其中包含：供热站子系统，熔盐多级输送子系统，终端耗能子系统。供热站子系统包含：供热站冷盐罐，供热站熔盐加热装置，供热站热盐罐；熔盐多级输送系统包含：分级输送罐，分级输送管导盐阀，熔盐输送管道，回盐输送罐；终端耗能系统：终端储热罐，终端耗能装置。分级输送罐、回盐输送罐的体积均小于供热站冷/热盐罐，分级输送罐可实现同一套系统下的高温熔盐输送和低温熔盐回收。本发明实现了使用一套熔盐输送管道进行热盐输送和冷盐返回的功能，同时实现熔盐分段输送，可对停机状态下的熔盐进行逐级回收，降低运行成本，提高了运行容错率。
Description
技术领域
本发明属于能源存储及供热领域
背景技术
近年来全球光热发电装机容量现已累计达到约700万千瓦，随后中国、阿联酋、南非、也积极发展光热发电，扩大装机容量，又将光热发电推到一个发展高潮。随着光热发电技术的成熟其中与光热发电配套的熔盐储能技术也日益完善。
低成本效益的能源储存方案可以说是人类逐步过渡到低碳社会的关键，而当前能量存储主要有两种方式，一种为储热，一种为储电。而在两中能量储存的方式中熔盐储能和锂电池储能是各自方向的代表。
就当前的技术水平来说，热储要比电池储能具有更大的成本优势，特别是在大规模项目上。另外当储热温度达到550℃时，每千瓦时热的储能成本会出现大幅下降，目前看来熔盐储能的成本相比锂电池储电成本更具有吸引力。
目前光热项目中采用的储热介质为二元熔盐，其主要成分为60％NaNO3混合40％KNO3，这种熔盐的性质稳定，可适用于260-590℃区间内的大规模储能。目前项目中熔盐储存均采用大型圆形立式拱顶储罐作为熔盐的存储容器，而熔盐的输送则采用超长高温液下熔盐泵作为输送泵，而当前国内熔盐泵的制造技术尚未完全成熟，而进口的熔盐泵也有存在诸如售价非常昂贵，运行维护成本高，难度大等情况。而中远距离的熔盐输送，则需要更高功率和安全性的熔盐泵进行配合，目前熔盐泵的技术情况还不能适用于远距离的熔盐泵到罐的直接输送。
另外熔盐供能又区别于蒸汽等其他介质，由于熔盐的价格和持续利用性等因素，高温熔盐在耗能后需要回收进行重复加热利用，所以传统单循环式管道输送系统也不适用于高温熔盐传输。
同时由于熔盐的熔融点为260℃左右，即使现有的低温熔盐的凝固点也在 100℃以上，输送系统停运期间没有热量来源，长时间的散热会导致熔盐的凝固并最终堵塞，破坏用于传输的管道。
因此，寻找一个稳妥的，能解决上述问题的中远距离熔盐输送系统是本发明专利追求解决的方向。
发明内容
本发明针对上述现有技术和情况中存在的问题，提出一种用于熔盐的中远距离供热传输系统，能够较好的解决熔盐输送中遇到的难以回收利用，停运期间运行维护成本高等问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明提供了一种用于熔盐的中远距离供热传输系统。其特征在于，包括供热站子系统，熔盐多级输送子系统，终端耗能子系统。
熔盐多级输送子系统包括分级输送罐03，输送导向阀301，输送导向阀302，输送导向阀303，输送导向阀304，输送罐电加热器305，熔盐输送泵306，输送上升管道307，输送管道补偿器308，输送下降管道309，回盐输送罐05，回盐泵501，回盐单向阀502。
当输送高温热盐时，热盐经过输送导向阀301进入一级输送罐03，然后经过熔盐输送泵306增压后通过输送导向阀303向下级输送；熔盐经过输送管道上升段307，管道补偿器308，熔盐经过输送管道下降段309后进入终端能耗系统。
当回收低温熔盐时，热盐输送处于停止状态，低温熔盐从热消耗装置603 直接排入回盐输送罐05，然后经过回盐输送泵501增压后通过回盐单向阀502 后向前一级输送低温熔盐，低温熔盐进入输送下降管道309，管道补偿器308，输送管道上升段307后通过输送导向阀304进入分级输送罐03，然后低温熔盐经过熔盐输送泵306增压后通过输送导向阀302继续向上一级输送。
熔盐多级输送子系统，设置了分级输送罐设置熔盐流向切换阀301、302、 303、304，用于高温熔盐输送及低温熔盐回盐输送的路径导向。导向阀不同开关组合形式可以在一个系统中可以形成正向和反向输送两种流程；同时根据熔盐输送距离需求，可分布式设置若干个分级输送罐。
另外，其中所述分级输送罐03其底部设置熔盐电加热305，在于当低温熔盐回收过程中温度较低时进行中间加热，或在输送系统停止阶段维持加热罐存留熔盐并维持加热罐热备用。
所述熔盐多级输送子系统与供热站子系统通过管道相连，其分级输送罐03 设置位置低于供热站热盐罐02，分级输送罐03体积远小于供热站热盐罐02，可以布置于地面以下，输送罐周围设置防泄漏围堰，热盐罐02的熔盐依靠和分级输送罐03的高差自压流入，分级输送罐03设置有熔盐输送泵306，将高温熔盐输送入下级管道。
所述分级输送罐03与后续设备之间采用多段管道相连；包括，上升段307、下降段309和高温金属补偿308三部分，上管段307和下降段308管道斜率均需大于2‰；当系统停止运行时，其中管道上升段07内残留熔盐可自流返回分级输送罐03，管道下降段308管道存盐可自流返回前一级回盐输送罐05。
所述终端能耗系统和回盐输送罐05通过管道相连，热量被消耗后的低温熔盐从热消耗装置排至回盐输送罐05存储，回盐输送罐05可以存储热消耗装置若干小时的排盐。
所述终端耗能系统包含终端储热罐06，储热罐入口单向阀601，热消耗装置 602，低温回盐阀603；所述终端储热罐06能够储存热消耗装置602运行若干小时的高温热盐；其所述终端储热罐06的储存熔盐量是回盐输送罐05存盐量的 2-4倍。
所述一种用于熔盐的中远距离供热传输系统的供热站子系统包括，冷盐罐 01，热盐罐02，熔盐加热器101，热盐出口阀201，冷盐罐回流阀102。
供热站子系统向外输送高温熔盐时，热盐出口阀201打开，热盐罐02向分级输送罐03输送高温熔盐；当供热站子系统回收低温盐时，冷盐罐回流阀102 打开，分级输送泵306向冷盐罐01输送低温熔盐。
附图说明
图1是本发明的一种实施例示意图
图中序号：供热站冷盐罐01，供热站热盐罐02，一级输送罐03，二级输送罐04，回盐输送罐05，终端储热罐06，供热站系统07，熔盐加压输送系统08，终端耗能系统09；
供热站冷盐罐回盐阀101，熔盐加热器102，热盐罐供盐阀201，一级输送罐导盐阀301，一级输送罐导盐阀302，一级输送罐导盐阀303，一级输送罐导盐阀304，一级输送罐液位计305，一级输送罐306，高温熔盐输送泵307，供热熔盐管上升段308，供热熔盐管下降段309，高温金属补偿器31；
二级输送罐导盐阀401，二级输送罐导盐阀402，二级输送罐导盐阀403，二级输送罐导盐阀404，二级输送罐液位计405，二级输送罐406，二级输送泵 407；
回盐输送泵单向阀501，回盐输送罐液位计502，所述回盐输送泵504，回盐输送罐出口金属补偿器505；
终端储热罐入口阀601，热消耗装置603，热消耗装置旁路阀604，热消耗装置出口阀605。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。
实施例一：
如附图1所示：一种用于熔盐的中远距离供热传输系统，包括：供热站子系统07，分级输送子系统08，终端耗能子系统09。
所述供热站系统包含：供热站冷盐罐01，熔盐加热器102，供热站冷盐罐回盐阀101，供热站热盐罐02，热盐罐供盐阀201；
所述熔盐多级输送子系统包含：一级输送罐03，供热熔盐管道308，二级输送罐04，回盐输送罐05；
所述终端耗能系统包含：终端储热罐06，热消耗装置603；
所述一级输送罐03布置位置低于供热站热盐罐02，供热罐热盐能通过热盐罐供盐阀201，一级输送罐导盐阀301后进入一级输送罐03。
所述一级输送罐布置完全低于供热站热盐罐02，一级输送罐03热盐依靠供热站热盐罐02自压流入一级输送罐03，从而避免了在供热站热盐罐02上布置相关输送设备。
所述一级输送罐03底部安装有电加热装置306，输送罐液位测量传感器305，高温熔盐输送泵307，一级输送罐导盐阀1/2/3/4。
所述一级输送罐03通过熔盐输送管道上升段308、高温金属补偿器310、熔盐输送管道下降段309和二级输送罐连接；二级输送罐位于熔盐输送管道下降段 309的末端,熔盐输送管道上升段308，熔盐输送管道下降段309的布置坡度均大于2‰。
所述一级输送罐布置较低，熔盐输送管道全程分为上升段和下降段，保证在系统停机状态下，输送管道内熔盐可以顺熔盐管道分别自留返回一级输送罐03 和二级输送罐04，从而保证熔盐管道不会残留熔盐，解决停机状态熔盐管道电伴热系统需要24小时运行的问题，降低输送系统能耗。
所述回盐输送罐05和终端能耗系统集中布置，布置位置低于终端热消耗装置603；回盐输送罐通过熔盐阀605、熔盐阀604分别和热消耗装置和终端储盐罐相连通。回盐输送罐05通过熔盐输送泵504，熔盐单向阀501，高温金属补偿器和二级输送罐相连接。
所述系统中熔盐分为供热和回盐两种流程。
所述流程一：热盐罐供盐阀201和输送罐导盐阀301通过管道连接构成通道一，熔盐通过通道一从供热站热盐罐流入一级输送罐。
供热输送泵307，一级输送罐导盐阀303，熔盐输送管道上升段308，输送管道金属补偿及310，熔盐输送下降段309，二级输送罐导盐阀401通过管道连接构成熔盐通道二，熔盐通过通道二进入二级输送罐04。
所述一级输送罐液位传感器305对应一级输送罐导盐阀301以及高温熔盐输送泵307的功率来调节一级输送罐03的液位；
所述二级输送罐输送泵407，二级输送罐导盐阀403，终端储热罐入口单向阀601通过管道连接构成熔盐通道三，熔盐通过通道三进入终端储热罐06。
所述通道一、通道二、通道三构成流程一，作为供热熔盐输送流程。
所述流程二：热消耗装置603，热消耗装置出口阀605和回盐输送罐05之间通过管道连接构成通道四。熔盐通过通道四，从热消耗装置603流向回盐输送罐05。
所述回盐输送泵504，回盐输送泵出口单向阀501，回盐输送罐出口金属补偿器505，二级输送罐导盐阀404通过管道连接构成通道五。熔盐通过通道五从回盐输送罐05流入二级输送罐04。
所述二级输送罐输送泵407，二级输送罐导盐阀402，熔盐输送管道下降段 309，熔盐输送管道上升段308，输送管道金属补偿器310，输送罐导盐阀304，一级输送罐03通过管道连接构成通道六。熔盐通过通道六从二级输送罐04流入一级输送罐03。
所述供热输送泵307，一级输送罐导盐阀302，供热站冷盐罐回盐阀101通过管道连接构成通道七。熔盐通过通道七从一级输送罐03流入供热站冷盐罐01。
所述一级输送罐电加热器306，二级输送罐电加热器406，回盐输送罐电加热器503作为流程二的熔盐温度补偿装置，避免了从热消耗装置回流收集的低温熔盐出现凝固。
所述终端热储罐06能够提供热消耗装置热量熔盐量需求的时间为a，回盐输送罐05大小能够持续未收热消耗装置低温熔盐的时间为b。所述流程一运行b 时间以内即可以装满终端热储罐06。其中a时间为b时间的2-4倍。所述运行方式及系统即解决了熔盐传输和熔盐回收的需求，降低了熔盐输送管道的经济成本。
本发明详细实例采用分级输送罐和特殊运行方式相结合的形式来解决高温熔盐中远距离传输中，熔盐需要回收利用，并且熔盐管道高温的同时压力过高带来的社会风险。同时解决的高压熔盐泵成本高，故障率高，同时避免了供热站热盐罐上部开孔过多对热盐罐整体结构造成的结构风险。
本发明采取了一级输送罐，二级输送罐，回盐输送罐低位布置，熔盐输送管道桥式布置的方式，解决了熔盐输送系统中熔盐无法排净导致的保温耗能的问题。同时由于高温熔盐变为分段输送，提高了熔盐管道输送的安全性，同时也使整套系统便于检修和调整，提高了运行容错率。
以上所述仅为本发明的具体实施例之一，但本发明专利的保护范围并不仅限于此，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，都涵盖在本项发明的保护范围之内。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (9)
1.一种用于熔盐的中远距离供热传输系统，其特征在于，包括供热站子系统，熔盐多级输送子系统，终端耗能子系统；
熔盐多级输送子系统包括分级输送罐03，输送导向阀301，输送导向阀302，输送导向阀303，输送导向阀304，输送罐电加热器305，熔盐输送泵306，输送上升管道307，输送管道补偿器308，输送下降管道309，回盐输送罐05，回盐泵501，回盐单向阀502；
当输送高温热盐时，热盐经过输送导向阀301进入一级输送罐03，然后经过熔盐输送泵306增压后通过输送导向阀303向下级输送；熔盐经过输送管道上升段307，管道补偿器308，熔盐经过输送管道下降段309后进入终端能耗系统；
当回收低温熔盐时，热盐输送处于停止状态，低温熔盐从热消耗装置603直接排入回盐输送罐05，然后经过回盐输送泵501增压后通过回盐单向阀502后向前一级输送低温熔盐，低温熔盐进入输送下降管道309，管道补偿器308，输送管道上升段307后通过输送导向阀304进入分级输送罐03，然后低温熔盐经过熔盐输送泵306增压后通过输送导向阀302继续向上一级输送。
2.根据权利要求1所述的一种用于熔盐的中远距离供热传输系统，其特征在于，分级输送罐设置熔03盐流向切换阀301、302、303、304，用于高温熔盐输送及低温熔盐回盐输送的路径导向；导向阀不同开关组合形式可以在一个系统中可以形成正向和反向输送两种流程；同时根据熔盐输送距离需求，可分布式设置若干个分级输送罐。
3.根据权利要求1、2所述的分级输送罐03，其特征在于，底部设置熔盐电加热305，在当低温熔盐回收过程中温度较低时进行中间加热，或在输送系统停止阶段维持加热罐存留熔盐并维持加热罐热备用。
4.根据权利要求1所述的一种用于熔盐的中远距离供热传输系统，其特征在于，所述的熔盐多级输送子系统与供热站子系统通过管道相连，其分级输送罐03设置位置低于供热站热盐罐02，分级输送罐03体积远小于供热站热盐罐02，可以布置于地面以下，输送罐周围设置防泄漏围堰，热盐罐02的熔盐依靠和分级输送罐03的高差自压流入，分级输送罐03设置有熔盐输送泵306，将高温熔盐输送入下级管道。
5.根据权利要求1、2所述的分级输送罐03，其特征在于，分级输送罐03与后续设备之间采用多段管道相连；包括，上升段307、下降段309和高温金属补偿308三部分，上管段307和下降段308管道斜率均需大于2‰；当系统停止运行时，其中管道上升段07内残留熔盐可自流返回分级输送罐03，管道下降段308管道存盐可自流返回前一级回盐输送罐05。
6.根据权利要求1所述的一种用于熔盐的中远距离供热传输系统，其特征在于，终端能耗系统和回盐输送罐05通过管道相连，热量被消耗后的低温熔盐从热消耗装置排至回盐输送罐05存储，回盐输送罐05可以存储热消耗装置若干小时的排盐。
7.根据权利要求1、6所述的用于熔盐的中远距离供热传输系统，其特征在于，终端耗能系统包含终端储热罐06，储热罐入口单向阀601，热消耗装置602，低温回盐阀603；所述终端储热罐06能够储存热消耗装置602运行若干小时的高温热盐。
8.根据权利要求6、7所述的终端耗能系统，其特征在于，终端储热罐06的储存熔盐量是回盐输送罐05存盐量的2-4倍。
9.根据权利要求1所述的一种用于熔盐的中远距离供热传输系统，其特征在于，供热站包含冷盐罐01，热盐罐02，熔盐加热器101，热盐出口阀201，冷盐罐回流阀102。供热站子系统向外输送高温熔盐时，热盐出口阀201打开，热盐罐02向分级输送罐03输送高温熔盐；当供热站子系统回收低温盐时，冷盐罐回流阀102打开，分级输送泵306向冷盐罐01输送低温熔盐。
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