CN113304694A - 一种基于熔融盐太阳能集热场的太阳能光热电站化盐系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于熔融盐太阳能集热场的太阳能光热电站化盐系统，属于光热化盐生产技术领域。本发明为了缩短化盐周期、降低化盐成本。本发明包括化盐炉、熔融盐太阳能集热场和熔盐储罐，所述化盐炉通过熔盐管道连通熔融盐太阳能集热场的入口，化盐炉通过输送泵与熔盐储罐连通，熔融盐太阳能集热场的出口通过第一管道与化盐炉连通。本发明通过光热方式实现化盐，其化盐速度显著提高，并且该系统结构简单，系统运行简便，安全性高，节能环保、清洁高效。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能光热电站熔盐化盐系统，属于化盐系统技术领域。
背景技术
熔盐在投入太阳能光热电站前，主要以固体形式供货(因为熔盐在常温下为固体)，采用固体形式供货方便熔盐的运输及存储。而当熔盐需要投入到太阳能光热电站储热时，需要将大量固态熔盐转化为高温液态熔融盐，其方式是将熔盐进行初熔，熔盐初熔是光热电站熔盐储热系统在进入调试运行之前的一道关键程序，熔盐通过此流程由固态变为液态高温熔盐进入系统开始循环，并在整个电站的寿命期内保持液态。
现有的光热太阳能光热电站中，实现化盐的方案大致有两种，其一是采用电加热器进行初始化盐后，利用熔盐循环泵将低温液态的熔盐泵入天然气化盐炉中，通过燃烧天然气产生的高温烟气将熔盐炉内盘管中的熔盐加热到高温状态之后输送回熔盐槽中。硝酸钠与硝酸钾(固态熔盐)按比例加入到熔盐槽中，当熔盐槽内熔盐的温度满足要求时，通过另一台熔盐输送泵将熔盐输送至熔盐罐中；其二是硝酸钠与硝酸钾按比例粉碎混合后直接进入天然气化盐炉中，炉膛内设置换热盘管，管内含有高温烟气，其流动方向与炉内液体搅拌方向相反，融化后的液体熔盐通过溢流管溢流到缓冲罐中，然后再从缓冲罐中泵入熔盐罐。以上两种传统化盐方式均使用天然气燃烧后的烟气作为加热固体熔盐颗粒的热源，化盐过程中需消耗大量的天然气。受天然气炉本身的技术限制以及出于安全性考虑，化盐速度约为30-40t/h。化盐完成后，配套的化盐设备在本项目中已无利用价值，只能用于下一个项目进行再次化盐或者搁置浪费。
除上述陈述之外，常规的化盐方式还具有以下缺点：
1.建成的利用天然气加热方式实现化盐的化盐炉系统，其成本较高，且实现一次化盐后，该熔融盐投入到太阳能光热系统中使用，就不需要再次化盐了，因此配套的天然气化盐炉系统设备得不到合理使用；
2.使用天然气化盐炉系统实现化盐时，需要燃烧天然气，在几万吨的大型光热电站熔盐项目中，所耗费天然气成本较高；
3.使用天然气化盐炉系统燃烧天然气排放的二氧化碳量较大，对环境具有一定的污染性；
4.天然气化盐炉系统升温能力有限，在几万吨的大型光热电站熔盐项目中，其化盐速度较慢，化盐周期较长。
基于上述情况，开展化盐技术方案研究工作，对缩短化盐周期、降低化盐成本，提高化盐速度和质量，确保光热发电和化盐两不误具有十分重要的意义。
发明内容
本发明为了缩短化盐周期、降低化盐成本。在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
本发明的技术方案：
一种基于熔融盐太阳能集热场的太阳能光热电站化盐系统，包括化盐炉、熔融盐太阳能集热场和熔盐储罐，所述化盐炉通过熔盐管道连通熔融盐太阳能集热场的入口，化盐炉通过输送泵与熔盐储罐连通，熔融盐太阳能集热场的出口通过第一管道与化盐炉连通。
优选的：还包括辅助电加热器，辅助电加热器的入口与熔盐管道连通，辅助电加热器通过第二管道与化盐炉连通。
优选的：所述第一管道和第二管道上分别安装有阀门和温度测量仪。
优选的：所述辅助电加热器中使用的电能来源于弃风电、弃光电或低谷电。
优选的：所述化盐炉与熔融盐太阳能集热场和辅助电加热器的连接管路上安装有循环泵。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明的化盐系统，解决了常规光热电站固态熔盐均通过专用的天然气化盐炉系统进行化盐，而常规专用的天然气化盐炉实现化盐过程，受炉加热能力、天然气用量等因素限制，化盐效率不高，整个化盐周期得不到保障，且化盐燃料成本高。
2.本发明利用光热发电系统进行化盐工作，这样发电和化盐两不误，且化盐能力远大于专用的天然气化盐炉系统；
3.本发明在白天有太阳时，用光热化盐，夜晚没有太阳时，利用电加热吸收弃电或低谷电进行化盐，有效缩短了化盐的周期。
4.本发明与常规的化盐方式相比，通过光热方式实现化盐，其化盐速度显著提高，并且该系统简单，系统运行简便，安全性高，节能环保。
5.本发明与常规的化盐方式相比，常规的化盐方式受设备环境、设备自身、厂房环境影响，盐的清洁度低，而通过光热换热方式进行化盐，清洁高效。
6.采用本发明的化盐方案，将硝酸钠和硝酸钾破碎后按比例输送至化盐炉内，采用电加热器进行初始化盐后，利用熔盐循环泵将化盐炉中的低温液态熔盐泵入熔融盐太阳能集热场中，通过熔融盐太阳能集热场吸收太阳能的高温，将熔融盐加热到高温状态，然后输送回化盐炉，高温液态盐与常温固体熔盐混合后形成270℃以上低温液态熔盐，并输送存储至熔盐储罐中。
光热化盐系统的化盐速度超过210t/h，是传统化盐速度的5-7倍，光热化盐将太阳能作为化盐所需热量的来源，无需任何化石燃料，清洁环保。由于利用光热电站原有的换热设备，节省了建设成本。化盐完成后，配套的上料系统可拆卸回收重复利用，化盐炉及电加热器可直接转换为高温储能系统，用于吸收弃风弃光，实现能量存储。
7.采用本发明的化盐系统，其化盐速度超过210吨/小时，比传统化盐速度快五倍，每天可以超过4000吨，是之前单日化盐世界纪录的四倍以上，如果连续融化7万吨盐只需两周半，比传统的化盐方式快两个月，提前实现储能系统发电，节省化盐的化石燃料千万元，设备投资也较传统化盐系统节省20％。
附图说明
图1为一种基于熔融盐太阳能集热场的太阳能光热电站化盐系统图；
图2为具体实施方式二的化盐系统图；
图3是传统的化盐方式与本发明化盐方式的化盐量与化盐周期关系示意图；
图中，1-化盐炉，2-熔融盐太阳能集热场，3-熔盐储罐，4-熔盐管道，5-输送泵，8-阀门，9-温度测量仪，10-辅助电加热器，11-第一管道，12-第二管道，14-循环泵。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
具体实施方式一：
参照图1所示，本实施方式提供一种基于熔融盐太阳能集热场的太阳能光热电站化盐系统，包括化盐炉1、熔融盐太阳能集热场2和熔盐储罐3，所述化盐炉1通过熔盐管道 4连通熔融盐太阳能集热场2的入口，化盐炉1通过输送泵5与熔盐储罐3连通，熔融盐太阳能集热场2的出口通过第一管道11与化盐炉1连通。
在本实施方式中，在化盐炉1内，将固体盐与300-440度高温熔盐在化盐炉1中混合后，形成280-340度中温液体熔融盐，形成的中温液体熔融盐一路通过输送泵5送入熔盐储罐3储存，另一部分通过循环泵打入熔融盐太阳能集热场2内，经过熔融盐太阳能集热场2将中温液体熔融盐(280-340℃)加热转化为高温液体熔融盐(300-440℃)，随后，将该高温熔融盐输送至化盐炉1内实现循环化盐，输送的量保证新加入到化盐炉1内的固体熔盐能够达到一定温度，并将固体熔盐融化。
在本实施方式中，采用熔融盐太阳能集热场2将中温熔融盐的温度提升至高温熔融盐，利用该高温熔融盐的温度实现化盐工作，实现发电和化盐两不误，且化盐能力远大于化盐炉系统；
在本实施方式中，熔融盐太阳能集热场2包括熔盐槽式、塔式集热器等。
在本实施方式中的化盐系统，解决了常规光热电站固态熔盐均通过专用的天然气化盐炉系统进行化盐，而常规专用的天然气化盐炉实现化盐过程，受炉加热能力、天然气用量等因素限制，整个化盐周期得不到保障，且化盐成本居高不下。
在本实施方式中，采用本实施方式化盐系统，其化盐速度超过210吨/小时，比传统化盐速度快五倍，每天可以超过4000吨，是之前单日化盐世界纪录的四倍以上，如果连续融化7万吨盐只需两周半，比传统的化盐方式快两个月，可以提前实现储热岛发电，节省化盐的化石燃料千万元，设备投资也较传统化盐系统节省20％，具体对比如图所示：
表1、光热化盐系统与传统化盐系统对比
需要说明的是，在太阳能发电项目中，目前国际上常规化盐系统均采用天然气化盐炉，利用天然气燃烧后的烟气提供热量，使固态熔盐熔化为液态。
当某一太阳能发电项目需要化盐时，常规的方式是购买天然气化盐炉，然后利用天然气燃烧后的烟气提供热量，使固态熔盐熔化为液态；
与常规的化盐方式不同的是，本实施例中，采用太阳能发电场的原有设备进行化盐作业，例如本实施例中使用的熔融盐太阳能集热场2均为发电厂现有的设备，该设备原有的作用是用于太阳能发电，在本实施例中，将其按照本实施例中各技术特征的配合、连接方式，组成化盐系统，将该系统用于实现化盐，这样即节省了采购、建设天然气化盐炉的成本，降低了化盐过程二氧化碳排放，并且利用现有设备实现化盐的方式提高了化盐速度和化盐周期(如图3所示)；
需要说明的是：在光热电站项目所使用的储热介质为高温熔盐，以乌拉特中旗100MW 级槽式导热油光热发电项目为例，电站配备有高温熔盐储热系统，该系统使用的高温熔盐为质量分数40％的硝酸钾和60％的硝酸钠的混合物。熔盐储能系统投运前须先将固体熔盐熔化并注入冷盐罐中，这一步骤(化盐)对储热系统调试的顺利开展以及正式投运都具有至关重要的作用。目前国际上常规化盐系统均采用天然气化盐炉，利用天然气燃烧后的烟气提供热量，使固态熔盐熔化为液态。这种常规化盐系统不仅化盐速率低下，无法在短期内使储热系统正常投运，而且需要消耗大量的化石燃料，与“双碳”承诺相悖。而受限于熔盐熔化温度高、化盐系统技术难点多等特点，国内外对于高速、低碳新型化盐技术的实践探索几乎为零。
使用本实施方式的化盐系统能够确保光热发电和化盐两不误，在光热发电项目中，用于实现化盐具有十分重要的意义。
具体实施方式二：
结合图2所示，一种基于熔融盐太阳能集热场的太阳能光热电站化盐系统，包括化盐炉1、熔融盐太阳能集热场2和熔盐储罐3，所述化盐炉1通过熔盐管道4连通熔融盐太阳能集热场2的入口，化盐炉1通过输送泵5与熔盐储罐3连通，熔融盐太阳能集热场2 的出口通过第一管道11与化盐炉1连通，还包括辅助电加热器10，辅助电加热器10的入口与熔盐管道4连通，辅助电加热器10通过第二管道12与化盐炉1连通。
在本实施方式中，在化盐炉1内，将固体盐与300-440度高温熔盐在化盐炉1中混合后，形成280-340度中温液体熔融盐，形成的中温液体熔融盐一路通过输送泵5送入熔盐储罐3储存，另一部分通过循环泵打入熔融盐太阳能集热场2和/或辅助电加热器10内，经过熔融盐太阳能集热场2、或辅助电加热器10，将中温液体熔融盐(280-340℃)加热转化为高温液体熔融盐(300-440℃)，随后，将该高温熔融盐输送至化盐炉1内实现循环化盐，输送的量保证新加入到化盐炉1内的固体熔盐能够达到一定温度，并将固体熔盐融化。
具体实施方式三：
参照图1、图2所示，并在具体实施方式一和具体实施方式二的基础上，所述第一管道11和第二管道12上分别安装有阀门8和温度测量仪9，阀门8用于控制管道的开关，温度测量仪8用于测量管道内流体温度。利用阀门8和温度测量仪9的信息交互，实时监控第一管道11和第二管道12内熔融盐的开启和关闭，确保化盐工作顺利进行。
具体实施方式四：
在具体实施方式二的基础上，所述辅助电加热器10中使用的电能来源于弃风电、弃光电、低谷电等低成本电，该电能的成本低于常规发电站提供的电能的成本。
具体实施方式五：
结合图1、图2，并结合具体实施方式一，所述化盐炉1与熔融盐太阳能集热场13 和辅助电加热器10的连接管路上安装有循环泵14。通过循环泵14用于将化盐炉中的低温液态熔盐泵入熔融盐太阳能集热场中。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90 度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于熔融盐太阳能集热场的太阳能光热电站化盐系统，其特征在于：包括化盐炉(1)、熔融盐太阳能集热场(2)和熔盐储罐(3)，所述化盐炉(1)通过熔盐管道(4)连通熔融盐太阳能集热场(2)的入口，化盐炉(1)通过输送泵(5)与熔盐储罐(3)连通，熔融盐太阳能集热场(2)的出口通过第一管道(11)与化盐炉(1)连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于熔融盐太阳能集热场的太阳能光热电站化盐系统，其特征在于：还包括辅助电加热器(10)，辅助电加热器(10)的入口与熔岩管道4连通，辅助电加热器(10)通过第二管道(12)与化盐炉(1)连通。
3.根据权利要求2所述的一种基于熔融盐太阳能集热场的太阳能光热电站化盐系统，其特征在于：所述第一管道(11)和第二管道(12)上分别安装有阀门(8)和温度测量仪(9)。
4.根据权利要求2所述的一种基于熔融盐太阳能集热场的太阳能光热电站化盐系统，其特征在于：所述辅助电加热器(10)中使用的电能来源于弃风电、弃光电或低谷电。
5.根据权利要求2所述的一种基于熔融盐太阳能集热场的太阳能光热电站化盐系统，其特征在于：所述化盐炉(1)与熔融盐太阳能集热场(13)和辅助电加热器(10)的连接管路上安装有循环泵(14)。
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