CN113218093A - 一种太阳能光热电站双高温熔盐储罐系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能光热电站双高温熔盐储罐系统及其应用，包括第一熔盐储罐、第二熔盐储罐和用于泵出高温熔盐的熔盐泵出装置，熔盐泵出装置包括至少一个小体积熔盐槽，小体积熔盐槽与第一熔盐储罐和第二熔盐储罐连接并连通，小体积熔盐槽的基础低于与小体积熔盐槽连接的熔盐储罐的基础。采用小体积熔盐槽和长度较短的熔盐泵结合，取代熔盐储罐上成本较高的长轴立式熔盐泵的功能，既便于熔盐泵的检修与维护，增强了系统的可靠性，又极大地降低了成本；小体积熔盐槽与熔盐储罐之间存在基础差，可以进一步减小由于熔盐泵最低启动液位导致的不可利用盐重量，提高电站整体的收益。

Description

一种太阳能光热电站双高温熔盐储罐系统及其应用

技术领域

本发明涉及太阳能热发电领域，特别涉及一种太阳能光热电站高温熔盐储罐系统。

背景技术

太阳能高温热发电技术是太阳能规模利用的一个重要方向。太阳能高温热发电采用的工质有水(水蒸汽)、熔盐、空气、导热油、液态金属和其他导热介质等。其中，由于太阳光照的波动性及不连续性，太阳能光热发电系统中必须有大规模储热系统才能连续稳定发电。熔盐有使用温度高、温度范围宽、流动特性好、热容量大等特性，作为储热工质应用到储热系统中正好可以弥补太阳光照不稳定的问题，是目前应用最为广泛的太阳能储热工质。

用于贮存储热介质熔盐的设备叫储罐，用于存储热态熔盐的储罐叫热盐罐，用于存储冷态熔盐的储罐叫冷盐罐。无论是冷盐罐还是热盐罐，储罐都是由储罐底板、储罐边缘板、储罐壁板、储罐拱顶、储罐基础等部分构成。

传统的储罐采用单层罐，并且用于光热电站的储罐往往体积巨大，温度交变频繁，储罐承受的负载复杂且不稳定，因此，储罐有极大地可能性发生失效，导致熔盐泄露。现有的美国Crescent Dunes和西班牙的Gemasolar光热电站皆因储罐发生外漏，造成电站长时间停机，造成严重的经济损失。同时由于储罐体积巨大，所采用的熔盐泵往往是耐高温的长轴立式泵，此种熔盐泵的成本往往较高且维护不方便。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种太阳能光热电站双高温熔盐储罐系统。

本发明的技术方案如下：

一种太阳能光热电站双高温熔盐储罐系统，包括第一熔盐储罐、第二熔盐储罐和用于泵出熔盐的熔盐泵出装置；所述熔盐泵出装置包括至少一个小体积熔盐槽，所述小体积熔盐槽上设置有熔盐泵，所述熔盐泵较长轴立式泵短；所述小体积熔盐槽分别与所述第一熔盐储罐和第二熔盐储罐连接并连通，所述小体积熔盐槽的基础低于所述第一熔盐储罐的基础和/或第二熔盐储罐的基础，熔盐流入所述小体积熔盐槽，经小体积熔盐槽的熔盐泵泵出。

采用小体积熔盐槽和长度较短的熔盐泵结合，取代熔盐储罐上成本较高的长轴立式熔盐泵的功能，既便于熔盐泵的检修与维护，增强了系统的可靠性，又极大地降低了成本；小体积熔盐槽地基(基础)的高度较第一熔盐储罐或第二熔盐储罐的地基高度低，可以进一步减小由于小体积熔盐槽的熔盐泵最低启动液位导致的不可利用盐重量，提高电站整体的收益。

优选的，所述小体积熔盐槽数量为一个，所述小体积熔盐槽通过第四连通管道与第一熔盐储罐连通，通过第五连通管道与第二熔盐储罐连通。

优选的，所述第四连通管道、所述第五连通管道布置成水平π形弯曲结构。

优选的，所述第一熔盐储罐和第二熔盐储罐分别至少连接一个所述小体积熔盐槽。

优选的，所述第一熔盐储罐和第二熔盐储罐的拱顶上方各设有一熔盐出口，所述第一熔盐储罐熔盐出口和第二熔盐储罐熔盐出口上方各设有一熔盐泵，熔盐通过所述熔盐泵泵出；所述第一熔盐储罐和所述第二熔盐储罐上方设置的所述熔盐泵为长轴立式泵。

优选的，所述第一熔盐储罐的储罐基础较第二熔盐储罐的储罐基础高，两者的高度差H大于或等于第二熔盐储罐的熔盐泵的最低启动液位高度；所述第一熔盐储罐与第二熔盐储罐通过第三连通管道相连，所述第三连通管道上布置控制阀门；第一熔盐储罐的熔盐可经过连通管道流入第二熔盐储罐。

优选的，所述系统还包括第一熔盐储罐连通管道、第二熔盐储罐连通管道和熔盐入口；其中，所述第一熔盐储罐连通管道从所述第一熔盐储罐中引出并与所述熔盐入口连通，所述第二熔盐储罐连通管道从所述第二熔盐储罐中引出并与所述熔盐入口连通；所述第一熔盐储罐连通管道上设置第一控制阀门，所述第二熔盐储罐连通管道上设置第二控制阀门。

优选的，所述第一熔盐储罐和所述第二熔盐储罐内分别设置储罐均流装置，每一所述储罐均流装置分别与所述第一熔盐储罐连通管道或所述第二熔盐储罐连通管道连接；所述储罐均流装置分别布置在靠近所述第一熔盐储罐底板或靠近所述第二熔盐储罐底板的位置。储罐均流装置的详细结构可参见CN207894055U-一种熔盐储罐的进盐装置及系统。

优选的，所述储罐均流装置分别布置在靠近第一熔盐储罐底板和靠近第二熔盐储罐底板的位置。

优选的，所述第三连通管道一端布置在靠近第一熔盐储罐底板的位置，另一端在第二熔盐储罐内并与储罐均流装置连接。

优选的，所述第三连通管道布置成水平π形弯曲结构。

优选的，所述小体积熔盐槽与所述第一熔盐储罐间的管道上的控制阀门、所述小体积熔盐槽与所述第二熔盐储罐间的管道上的控制阀门需控制进入小体积熔盐槽熔盐的流量，保证小体积熔盐槽内的液位稳定在合理的区间内。

优选的，所述第一熔盐储罐、第二熔盐储罐和小体积熔盐槽本体采用347H材质。

一种包含如上所述的太阳能光热电站高低位高温熔盐储罐系统在太阳能热发电中的应用。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

1.本发明采用小体积熔盐槽和长度较短的熔盐泵结合，取代熔盐储罐上成本较高的长轴立式熔盐泵的功能，既便于熔盐泵的检修与维护，增强了系统的可靠性，又极大地降低了成本。

2.小体积熔盐槽地基的高度较第一熔盐储罐或第二熔盐储罐的地基高度低，可以进一步减小由于熔盐泵最低启动液位导致的不可利用盐重量，提高电站整体的收益。

3.本发明采用双高温熔盐储罐系统，第一熔盐储罐、第二熔盐储罐互为备用，一旦其中一台发生渗漏，另一台高温储罐可以正常工作，不影响系统运行，方便检修，保证了光热电站发电的稳定性与安全性。

4.本发明采用高低位熔盐储罐的方案，两台储罐存在高度差，高温熔盐储罐的熔盐通过底部管道流到低温熔盐储罐，则高位熔盐储罐的熔盐液位就可以低于其上熔盐泵的最低启动液位，减少了高位熔盐储罐由于熔盐泵最低启动液位导致的不可利用盐重量，增加了系统可用高温熔盐质量，提高了电站整体发电量。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明实施例1的高低位熔盐储罐系统示意图；

图2为本发明实施例2的高低位熔盐储罐系统示意图。

附图标记：1-高温熔盐入口；2-高位熔盐储罐熔盐入口控制阀门；3-低位熔盐储罐熔盐入口控制阀门；21-连通管道；31-连通管道；4-熔盐出口；5-高位熔盐储罐；6-低位熔盐储罐；7-储罐均流装置；72-储罐均流装置；8-控制阀门；9-第三连通管道；10-控制阀门；11-第五连通管道；12-熔盐槽熔盐泵；13-熔盐槽；14-控制阀门；15-第四连通管道。

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。以下实施例中，高位熔盐储罐也称之为高位储罐，低位熔盐储罐也称之为低位储罐，低温熔盐储罐也称之为冷罐。

需要说明的是，本发明中“连接”或“相连”指的是连接并连通的意思。

实施例1

如图1所示，一种太阳能光热电站高低位高温熔盐储罐系统，包括高位熔盐储罐5、低位熔盐储罐6、高位熔盐储罐连通管道21、低位熔盐储罐连通管道31、第一控制阀门2、第二控制阀门3和熔盐入口1，第一控制阀门2设置在熔盐入口1与高位熔盐储罐5之间的连通管道21上，第二控制阀门3设置在熔盐入口1与低位熔盐储罐6之间的连通管道31上，高位熔盐储罐5和低位熔盐储罐6拱顶上方分别设置熔盐出口4，熔盐出口4上方各有一熔盐泵。

其中，高位熔盐储罐5的储罐基础较低位熔盐储罐6的储罐基础高，两者的高度差H大于或等于低位熔盐储罐6熔盐泵的最低启动液位高度。这样设置使高位储罐底部不能利用的熔盐通过连通管道全部流到低位储罐中，减少系统中不可利用的熔盐的重量。

高位熔盐储罐5、低位熔盐储罐6通过第三连通管道9相连，第三连通管道9上布置第三控制阀门8。

连通管道21在高位熔盐储罐5内部靠近底板的位置连接储罐均流装置7，连通管道31在低位熔盐储罐6内部靠近底板的位置连接储罐均流装置72。第三连通管道9一端布置在高位熔盐储罐5靠近底板的位置，另一端在低位熔盐储罐6内并与储罐均流装置72连接。系统运行时，第三连通管道9上的第三控制阀门8呈关闭状态。

优选的，第三连通管道9布置成水平π形弯曲结构，以抵消储罐的热膨胀变形导致的应力。

在本实施例中优选，高位熔盐储罐5和低位熔盐储罐6的本体材质采用347H。

本实施例的太阳能光热电站高低位高温熔盐储罐系统正常运行时，在集热器完成吸热的高温熔盐经过高温熔盐入口1进入低位熔盐储罐6，储存在储罐内部。当需要发电时，高温熔盐由低位熔盐储罐6的熔盐出口4上方的熔盐泵泵出，经换热系统换热后，回到低温熔盐储罐中。此时高位熔盐储罐5作为备用。

当低位储罐6失效发生泄漏，低位储罐6的熔盐泵启动，低位储罐6内熔盐经换热系统换热进入冷罐，低位储罐6排空检修，高位储罐5和冷罐正常运行发电。

高位熔盐储罐5失效发生泄漏时，低位熔盐储罐6的熔盐泵启动，低位熔盐储罐6内熔盐去换热系统换热进入冷罐，同时开启管道第三控制阀门8，高位熔盐储罐5内熔盐进入低位熔盐储罐6，高位熔盐储罐5排空检修，同时关闭第三控制阀门8。低位熔盐储罐6与冷罐正常运行发电。

或者，当高位熔盐储罐5失效发生泄漏，关闭管道第三控制阀门8，高位熔盐储罐5的熔盐泵启动，高位熔盐储罐5内熔盐去换热系统换热进入冷罐，高位熔盐储罐5排空检修。低位熔盐储罐6与冷罐正常运行发电。

本实施例中，高位储罐5的储罐基础与低位储罐6的储罐基础存在高度差，在其他实施方式中，该高度差可以不存在，高位储罐5与低位储罐6具有相同的储罐基础。

实施例2

在本实施例中，与实施例1相比，太阳能光热电站高低位高温熔盐储罐系统增加了一个小体积的熔盐槽13，小体积的熔盐槽13通过第四连通管道15与高位熔盐储罐5连接，通过第五连通管道11与低位熔盐储罐6连接，第四连通管道15上设有第四控制阀门14，第五连通管道11上设有第五控制阀门10。熔盐槽13上设置有熔盐泵12，所述熔盐泵12较长轴立式泵短。高位熔盐储罐5和低位熔盐储罐6的基础较熔盐槽13基础高。

系统正常运行时，低位熔盐储罐6内的熔盐经第五连通管道11进入熔盐槽13，由熔盐泵12泵出进入换热系统换热。第五控制阀门10需控制进入熔盐槽13熔盐的流量，保证熔盐槽13内的液位稳定在合理的区间内。

当高位熔盐储罐5失效发生泄漏时，开启高位熔盐储罐5与熔盐槽的第四控制阀门14，同时关闭熔盐槽13与低位熔盐储罐6的第五控制阀门10，高温熔盐由第四连通管道15流向熔盐槽13，通过熔盐泵12将熔盐排空检修。管道第四控制阀门14需控制进入熔盐槽13熔盐的流量，保证熔盐槽内的液位稳定在合理的区间内。排空后，关闭第四控制阀门14。低位熔盐储罐6和熔盐槽13正常运行，不影响电站的发电。

当低位熔盐储罐6失效发生泄漏时，开启低位熔盐储罐6与熔盐槽的第五控制阀门10，同时关闭熔盐槽13与高位储罐5的第四控制阀门14，高温熔盐由第五连通管道11流向熔盐槽13，通过熔盐泵12将熔盐排空检修。排空后，关闭第五控制阀门10。高位储罐5和熔盐槽13正常运行，不影响电站的发电。

由于光热电站储罐的体积比较大，因此储罐上所采用的熔盐泵均为长轴立式泵，该泵对加工的工艺和精度要求较高，因此其成本也较高。同时由于其泵体较长且深入储罐内部，因此泵的维护与检修存在难度。本实施例中，系统取消了高位熔盐储罐5和低位熔盐储罐6上的熔盐泵，采用小体积熔盐槽和长度较短的熔盐泵结合取代，极大地降低了系统整体的成本，同时便于熔盐泵的检修与维护。当熔盐槽13上熔盐泵12需要检修或维护时，同时关闭第五控制阀门10和第四控制阀门14，将熔盐槽13内的熔盐排空，便可进行熔盐泵的检修与维护，增强了系统的可靠性与稳定性。为了进一步确保系统运行的稳定性，高位储罐与低位储罐的熔盐出口上方可各设一个熔盐泵；高位储罐与低位储罐间也可布置连通管道，连通管道上设置控制阀门。

在本实施例中，小体积熔盐槽13的数量设置为一个，但本发明并不限定小体积熔盐槽13的数量，本领域技术人员可根据简单变形选择小体积熔盐槽13的其他数量进行设置。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (11)

1.一种太阳能光热电站双高温熔盐储罐系统，其特征在于，包括第一熔盐储罐、第二熔盐储罐和用于泵出熔盐的熔盐泵出装置；

所述熔盐泵出装置包括至少一个小体积熔盐槽，所述小体积熔盐槽上设置有熔盐泵，所述熔盐泵较长轴立式泵短；所述小体积熔盐槽分别与所述第一熔盐储罐和第二熔盐储罐连接并连通，所述小体积熔盐槽的基础低于所述第一熔盐储罐的基础和/或所述第二熔盐储罐的基础，熔盐流入所述小体积熔盐槽，经小体积熔盐槽的熔盐泵泵出。

2.如权利要求1所述的太阳能光热电站双高温熔盐储罐系统，其特征在于，所述小体积熔盐槽数量为一个，所述小体积熔盐槽通过第四连通管道与所述第一熔盐储罐连通，通过第五连通管道与所述第二熔盐储罐连通。

3.如权利要求2所述的太阳能光热电站双高温熔盐储罐系统，其特征在于，所述第四连通管道、所述第五连通管道布置成水平π形弯曲结构。

4.如权利要求1所述的太阳能光热电站双高温熔盐储罐系统，其特征在于，所述第一熔盐储罐和所述第二熔盐储罐分别至少连接一个所述小体积熔盐槽。

5.如权利要求1所述的太阳能光热电站双高温熔盐储罐系统，其特征在于，所述第一熔盐储罐和所述第二熔盐储罐的拱顶上方各设有一熔盐出口，所述第一熔盐储罐的熔盐出口和所述第二熔盐储罐的熔盐出口上方各设有一熔盐泵，高温熔盐通过所述熔盐泵泵出，所述第一熔盐储罐和所述第二熔盐储罐上方设置的所述熔盐泵为长轴立式泵。

6.如权利要求1所述的太阳能光热电站双高温熔盐储罐系统，其特征在于，所述第一熔盐储罐的储罐基础较所述第二熔盐储罐的储罐基础高，两者的高度差H大于或等于所述第二熔盐储罐的熔盐泵的最低启动液位高度；所述第一熔盐储罐与所述第二熔盐储罐通过第三连通管道相连，所述第一熔盐储罐的熔盐可经过所述第三连通管道流入所述第二熔盐储罐。

7.如权利要求6所述的太阳能光热电站双高温熔盐储罐系统，其特征在于，所述系统还包括第一熔盐储罐连通管道、第二熔盐储罐连通管道和熔盐入口；其中，所述第一熔盐储罐连通管道从所述第一熔盐储罐中引出并与所述熔盐入口连通，所述第二熔盐储罐连通管道从所述第二熔盐储罐中引出并与所述熔盐入口连通；所述第一熔盐储罐连通管道上设置第一控制阀门，所述第二熔盐储罐连通管道上设置第二控制阀门。

8.如权利要求7所述的太阳能光热电站双高温熔盐储罐系统，其特征在于，所述第一熔盐储罐和所述第二熔盐储罐内分别设置储罐均流装置，每一所述储罐均流装置分别与所述第一熔盐储罐连通管道或所述第二熔盐储罐连通管道连接；所述储罐均流装置分别布置在靠近所述第一熔盐储罐底板或靠近所述第二熔盐储罐底板的位置。

9.如权利要求8所述的太阳能光热电站双高温熔盐储罐系统，其特征在于，所述第三连通管道一端布置在靠近所述第一熔盐储罐底板的位置，另一端在所述第二熔盐储罐内并与储罐均流装置连接。

10.如权利要求6-8任一所述的太阳能光热电站双高温熔盐储罐系统，其特征在于，所述第三连通管道布置成水平π形弯曲结构。

11.一种如权利要求1-10任一所述的太阳能光热电站双高温熔盐储罐系统在太阳能热发电中的应用。

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