CN113295033A - 一种内置多级换热器的熔盐储热锅炉 - Google Patents

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张汇婷
张潇
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Abstract

本发明公开了一种内置多级换热器的熔盐储热锅炉，包括罐体、电加热器控制系统和多级换热器等。熔融盐的储放热过程均在罐体内进行，谷电时，通过控制器启动电加热器，对罐内的熔融盐进行加热，进行热能存储，白天平峰时段，根据不同的熔盐温度，利用控制器启动多级换热器来加热水，产生满足用户需求的蒸汽，并通过循环水泵传递给用热设备。随着熔融盐温度的降低，通过调整内置多级换热器的换热面积以满足用户的需求，为防止熔盐与水换热初始阶段换热温差过大，在一级换热器外增设空气套管以保证系统的安全平稳运行。本发明节约占地面积，减少热损失，充分发挥熔融盐的储能优势，有效发挥移峰填谷的作用。

Description

一种内置多级换热器的熔盐储热锅炉
技术领域
本发明涉及熔融盐储热技术领域，尤其涉及一种内置多级换热器的熔盐储热锅炉。
背景技术
在大力发展新能源和可再生能源的大趋势下，国家对于可持续发展予以强烈重视。近年来，我国风能、太阳能发电技术不断发展，在电力行业广泛应用，由于风力与光伏发电的随机性、间歇性及逆调峰性等特点，风力及光伏发电的大规模投入运行对电力系统有着重要影响。在《能源生产和消费革命战略》中指出了新能源发电的高比例渗透使电网灵活性下降，调峰能力不足，从而出现弃风弃光现象的发生。同时强调了建设基于用户侧的分布式储能设备，促进源、网、荷、储、用协调发展，研究储能技术在电力行业的应用势在必行。其中，采用熔融盐储热技术可以实现利用谷电将热能储存，在用电高峰时，利用高温熔融盐与被加热介质间的换热产生的蒸汽满足用户发电的需要。
熔融盐储热技术是常见的中高温蓄热技术，因其使用温度高、比热容大、有较好的对流传热系数、黏度低、饱和蒸汽压低和价格低的优点，在太阳能发电领域被广泛应用。现有的熔融盐蓄热技术包括熔融盐单罐蓄热系统、双罐蓄热系统与斜温层蓄热系统。目前，熔融盐双罐蓄热系统发展成熟，但占地面积较大、投资成本高。斜温层蓄热系统有效利用斜温层，有效提高了系统的蓄热效率及经济效益，但其注入和出料结构较为复杂，单罐斜温层的频繁充、放热会加剧斜温层膨胀和扩张。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种结构简单，可以有效提高电能利用率的内置多级换热器的熔盐储热锅炉。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种内置多级换热器的熔盐储热锅炉，包括罐体、电加热器，所述罐体内装有熔融盐，所述电加热器设置在罐体内，其特征在于：在罐体内设置有多级换热器，所述多级换热器包括依次串联的一级换热器、二级换热器、三级换热器和四级换热器，在所述一级换热器和二级换热器之间设置有第一三通阀，在所述二级换热器和三级换热器之间设置有第二三通阀，在所述三级换热器和四级换热器之间设置有第三三通阀，所述第一三通阀的入口和一级换热器的出口连接，第一三通阀的出口和二级换热器的入口连接，所述第二三通阀的入口和二级换热器的出口连接，第二三通阀的出口和三级换热器的入口连接，所述第三三通阀的入口和三级换热器的出口连接，第三三通阀的出口和四级换热器的入口连接，四级换热器的出口设置有阀门，所述第一三通阀、第二三通阀和第三三通阀的另一个出口和阀门出口连通蒸汽输出管道，在多级换热器内通有换热介质。
进一步的，所述一级换热器为螺旋盘管式换热器，其外侧设置有空气套管。
进一步的，在所述蒸汽输出管道上还设置有电动调节阀、温度传感器、压力表、罐体安全阀和截止阀，所述温度传感器、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀和阀门均与控制系统电连接。
进一步的，所述罐体的顶部设有熔融盐加盐口、安全阀、电加热器口、液位计口和温度传感器口，所述电加热器口有四个，均匀分布在罐体上，所述电加热器从电加热器口中伸入到罐体内，罐体的底部设有熔融盐排放口，所述熔融盐排放口与地面之间呈1％的向下倾斜坡度。
进一步的，所述的熔融盐为混合三元熔盐HTS，包含53％的KNO3、7％NaNO3和40％NaNO2。
进一步的，所述换热介质为水。
进一步的，所述罐体上设有挂耳，底部设有支柱。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、多级换热器中的换热介质与熔融盐进行换热产生蒸汽，随着放热时间的增加，熔盐温度降低后，可以通过控制各个三通阀的开闭来增加换热面积，从而满足用户对换热介质温度的需求。2、温度传感器用来监测产生蒸汽的温度，并可作为反馈信号通过控制系统来控制三通阀以调整多级换热器的面积。3、一级换热器外增设空气套管，一级换热器以螺旋盘管的形式置于套管内部，起到预热的作用，以避免在换热初始阶段由于换热温差过大而导致的安全阀起跳。4、电加热器均匀分布在罐体内，使得熔融盐被加热的温度更加均匀。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明罐体的俯视图；
图3为本发明多级换热器的结构图。
其中：1-一级换热器；2-二级换热器；3-三级换热器；4-四级换热器；5-第一三通阀；6-第二三通阀；7-第三三通阀；8-阀门；9-罐体；10-电加热器；11-蒸汽输出管道；12-空气套管；13-电动调节阀；14-温度传感器；15-压力表；16-安全阀；17-截止阀；18-熔融盐加盐口；19-罐体安全阀；20-电加热器口；21-液位计口；22-温度传感器口；23-熔融盐排放口；24-挂耳；25-支柱；26-用户；27-换热器口。
具体实施方式
为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
作为本发明的具体实施例，图1-3示出了一种内置多级换热器的熔盐储热锅炉，包括罐体9、电加热器10，罐体9内装有熔融盐，电加热器10设置在罐体9内，在罐体9内设置有多级换热器，多级换热器包括依次串联的一级换热器1、二级换热器2、三级换热器3和四级换热器4，在一级换热器1和二级换热器2之间设置有第一三通阀5，在二级换热器2和三级换热器3之间设置有第二三通阀6，在三级换热器3和四级换热器4之间设置有第三三通阀7，第一三通阀5的入口和一级换热器1的出口连接，第一三通阀5的出口和二级换热器2的入口连接，第二三通阀6的入口和二级换热器2的出口连接，第二三通阀6的出口和三级换热器3的入口连接，第三三通阀7的入口和三级换热器3的出口连接，第三三通阀7的出口和四级换热器4的入口连接，四级换热器4的出口设置有阀门8，第一三通阀5、第二三通阀6和第三三通阀7的另一个出口和阀门8出口连通蒸汽输出管道11，在多级换热器内通有换热介质。
优选的，一级换热器1为螺旋盘管式换热器，其外侧设置有空气套管12。在蒸汽输出管道11上还设置有电动调节阀13、温度传感器14、压力表15、安全阀16和截止阀17，温度传感器14、第一三通阀5、第二三通阀6、第三三通阀7和阀门8均与控制系统电连接。罐体9的顶部设有熔融盐加盐口18、罐体安全阀19、电加热器口20、液位计口21和温度传感器口22，电加热器口20有四个，均匀分布在罐体9上，电加热器10从电加热器口20中伸入到罐体9内，罐体9的底部设有熔融盐排放口23，熔融盐排放口23与地面之间呈1％的向下倾斜坡度。熔融盐为混合三元熔盐HTS，包含53％的KNO3、7％的NaNO3和40％的NaNO2。换热介质为水。罐体9上设有挂耳24，底部设有支柱25。
该实施例的具体工作过程及原理如下：
罐体9在顶部与底部分别设有熔融盐加盐口18和熔融盐排放口23，通过熔融盐加盐口18向罐体9内加入混合三元熔盐HTS，电加热器10由电加热器口20放入，与罐体9上的法兰连接，电加热器10均匀分布在罐体9内侧四周。熔融盐的储热与放热过程均在罐体9中进行。首次运行时，通过电加热器控制系统启动电加热器10加热固体熔融盐粉末，使其融化，升温至目标温度，罐体9设有保温层，对高温熔融盐进行保温。电加热器控制系统利用夜间谷电对熔融盐进行加热，峰电时段关闭，将电能转化为热能储存起来。多级换热器包括一级换热器1、二级换热器2、三级换热器3、四级换热器4和蒸汽输出管道11，其中通入水作为换热介质，在多级换热器中，熔融盐将热量传递给水，水被加热产生蒸汽，多级换热器的入口连接供水管道，蒸汽输出管道11连接发电装置。随着换热时间的增加，熔盐温度逐渐降低，到达发电装置处的水蒸气温度不再满足需求，此时需要通过控制多级换热器的面积满足用户需求。通过电动调节阀13用来调节蒸汽输出管道11中的蒸汽出口流量，温度传感器14用来监测产生蒸汽的温度，并可作为反馈信号控制各个三通阀以调整多级换热器的面积，压力表15用来监测蒸汽输出管道的压力，安全阀16以保证系统的安全运行。罐体9上设置的两个熔融盐加盐口18也可用作观察口，液位计口21和温度传感器口22分别用来放置罐体液位计和熔融盐温度传感器，分别用来监控罐体9内熔融盐的液位和温度。
多级换热器的一级换热器1外设置有空气套管12，一级换热器1以螺旋盘管的形式置于空气套管12内部，作为水和熔融盐之间的一个缓冲层，起到对水的预热的作用，以避免在换热初始阶段由于水和熔融盐之间换热温差过大而导致的安全阀16起跳，保证系统的平稳运行。熔融盐放热初期，水从多级换热器的入口通入一级换热器1中，开启第一三通阀5，连接一级换热器1的出口和二级换热器2入口，第二三通阀6连通第二换热器2的出口与蒸汽输出管道11，蒸汽输出管道11将蒸汽供给给用户26；随着放热时间的延长，熔融盐的温度降低，通过蒸汽输出管道11上的温度传感器14所测温度值调整三通阀的开启以改变换热面积，将第二三通阀6连通二级换热器2的出口和三级换热器3的入口，水进入三级换热器3中，第三三通阀7连通三级换热器3出口和蒸汽输出管道11，蒸汽输出管道11将蒸汽供给给用户26；随着熔融盐温度的进一步降低，调整第三三通阀7连通三级换热器3的出口和四级换热器4的入口，水进入到四级换热器4中，打开阀门8，四级换热器4的出口连通蒸汽输出管道11，蒸汽输出管道11将蒸汽供给给用户26。
上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种内置多级换热器的熔盐储热锅炉，包括罐体(9)、电加热器(10)，所述罐体(9)内装有熔融盐，所述电加热器(10)设置在罐体(9)内，其特征在于：在罐体(9)内设置有多级换热器，所述多级换热器包括依次串联的一级换热器(1)、二级换热器(2)、三级换热器(3)和四级换热器(4)，在所述一级换热器(1)和二级换热器(2)之间设置有第一三通阀(5)，在所述二级换热器(2)和三级换热器(3)之间设置有第二三通阀(6)，在所述三级换热器(3)和四级换热器(4)之间设置有第三三通阀(7)，所述第一三通阀(5)的入口和一级换热器(1)的出口连接，第一三通阀(5)的出口和二级换热器(2)的入口连接，所述第二三通阀(6)的入口和二级换热器(2)的出口连接，第二三通阀(6)的出口和三级换热器(3)的入口连接，所述第三三通阀(7)的入口和三级换热器(3)的出口连接，第三三通阀(7)的出口和四级换热器(4)的入口连接，四级换热器(4)的出口设置有阀门(8)，所述第一三通阀(5)、第二三通阀(6)和第三三通阀(7)的另一个出口和阀门(8)出口连通蒸汽输出管道(11)，在多级换热器内通有换热介质。
2.根据权利要求1所述一种内置多级换热器的熔盐储热锅炉，其特征在于：所述一级换热器(1)为螺旋盘管式换热器，其外侧设置有空气套管(12)。
3.根据权利要求2所述一种内置多级换热器的熔盐储热锅炉，其特征在于：在所述蒸汽输出管道(11)上还设置有电动调节阀(13)、温度传感器(14)、压力表(15)、安全阀(16)和截止阀(17)，所述温度传感器(14)、第一三通阀(5)、第二三通阀(6)、第三三通阀(7)和阀门(8)均与控制系统电连接。
4.根据权利要求3所述一种内置多级换热器的熔盐储热锅炉，其特征在于：所述罐体(9)的顶部设有熔融盐加盐口(18)、罐体安全阀(19)、电加热器口(20)、液位计口(21)和温度传感器口(22)，所述电加热器口(20)有四个，均匀分布在罐体(9)上，所述电加热器(10)从电加热器口(20)中伸入到罐体(9)内，罐体(9)的底部设有熔融盐排放口(23)，所述熔融盐排放口(23)与地面之间呈1％的向下倾斜坡度。
5.根据权利要求4所述一种内置多级换热器的熔盐储热锅炉，其特征在于：所述的熔融盐为混合三元熔盐HTS，包含53％的KNO3、7％NaNO3和40％NaNO2。
6.根据权利要求5所述一种内置多级换热器的熔盐储热锅炉，其特征在于：所述换热介质为水。
7.根据权利要求6所述一种内置多级换热器的熔盐储热锅炉，其特征在于：所述罐体(9)上设有挂耳(24)，底部设有支柱(25)。
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