CN115140445A - 一种大型储罐预热装置及预热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型储罐预热装置及预热方法，预热装置包括储罐、进风管、出风管、旋转部、安装部、应力传感器；所述进风管通过安装部自储罐顶部中心伸入至储罐底部、与安装部滑动密封连接、并可通过安装部控制进风管伸入储罐的长度；旋转部通过自进风管进入的热风驱动旋转、并将热风分流后均匀吹向储罐内壁；应力传感器设置于储罐外壁。本发明的预热方法为根据应力传感器的实时数据为基础值，控制旋转部的移动方向和热风的升温速率，在保障储罐均匀膨胀不偏移的情况下，显著缩短预热时间。

Description

一种大型储罐预热装置及预热方法

技术领域

本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种光热电站用大型储罐的预热装置及预热方法。

背景技术

光热电站需配置大型储能系统，来满足夜间及阴雨天时的供电要求。通常利用熔盐的显热来储存热量，因此需要带保温层的高温和低温储罐来储存不同温度的熔盐。熔盐的共晶温度一般为238℃，若将初熔后的液态熔盐直接充入冷态储罐中，会造成熔盐的凝固以及储罐瞬时热应力过大，严重时会造成熔盐储罐的强度失效。

因此，在高温熔盐首次进入储罐前，需要对罐体进行预热，一般为通过热风炉、采用气体循环的预热方法，在罐内形成一个流动的风场，从而达到罐体逐步升温的效果。

以直径42m、高度15m、体积为20000m³的储罐为例，利用现有的预热方法将其预热至300℃，为了确保储罐不发生应力位移、一般将罐体升温速率设置为3℃/h以下，即至少需要100小时才能完成预热。同时，为了确保罐体周向的膨胀量一致，现有的方案为在罐体周边布置径向膨胀测量仪及纠偏装置、对各位置的膨胀量予以监控以及偏移纠正。

发明内容

为了解决上述技术问题，提供一种能够大大缩短预热时间、减少监测仪器的预热装置及预热方法，本发明提供以下技术方案：

一种大型储罐预热装置，包括储罐、进风管、出风管、旋转部、安装部、应力传感器；

所述进风管通过安装部自储罐顶部中心伸入至储罐底部、与安装部滑动密封连接、并可通过安装部控制进风管伸入储罐的长度；所述出风管设置于储罐顶部一侧；所述旋转部通过自进风管进入的热风驱动旋转、并将热风分流后均匀吹向储罐内壁；所述应力传感器设置于储罐外壁、沿储罐的高度方向均匀设置，同一高度设置一个。

本发明将传统固定的热风进口设计为旋转结构、且高度可调；设计旋转部的作用包括两点，一是能够保持整个储罐同一高度上的应力值基本相当、即储罐外部同一高度处只需布置一个应力传感器，从而能够减少测量仪器的用量；同时，应力值作为控制电机以及升温速率的基础参数，较少的采样值能够减少计算量、确保控制的便捷性与实时性。

本发明的安装部用于固定进风管、并起到控制进风管伸入长度的作用，进风管伸入高度可调便于组织罐内流场，确保罐体升温的均匀性，与应力传感器配合使用能够在保证罐体应力不超限的前提下大幅缩短预热时间。

进一步的，所述安装部包括连接法兰、罩盖、电机、传动齿轮、内螺纹齿轮；所述进风管外壁设置外螺纹；所述连接法兰与储罐顶部的开口固定连接；所述罩盖设置于连接法兰上部、中心设有供进风管通行的通孔；所述电机与罩盖固定连接、其驱动轴伸入罩盖内部用于驱动传动齿轮；所述传动齿轮与内螺纹齿轮啮合；所述内螺纹齿轮与进风管外壁啮合、并通过支座设置于连接法兰上表面。

通过控制电机正反转实现进风管的上升和下降、通过控制电机转速还能实现进风管上升下降速度的控制。

进一步的，所述旋转部包括导流管、安装盘、扇叶；所述安装盘与进风管底部转动连接；所述安装盘内部设置集风腔，集风腔与进风管连通、且侧壁均匀开设有导流孔，所述导流孔与导流管连通；所述导流管与安装盘固定连接并伸出安装盘；所述扇叶固定设置于安装盘外壁；所述导流管、扇叶对应设置。

本发明的旋转部通过外部进风即可实现旋转，不需另加驱动，通过热风旋转形成的流场可基本保持罐壁相同高度位置壁温基本一致。

进一步的，所述连接法兰与进风管连接处还设置密封圈。

进一步的，所述扇叶为槽型、两侧向导流管方向延伸，利于旋转与出风。

进一步的，所述导流管与扇叶对应设置3～6组。

进一步的，所述应力传感器数量根据储罐高度设置，每隔80～100cm设置一个。

一种采用上述大型储罐预热装置的储罐预热方法，位于储罐侧壁不同高度的应力传感器实时传输不同高度处的应力值，自上至下依次标记为S₁、S₂、S₃...S_n；具体方法步骤如下：

步骤1：将进风管与旋转部伸入至储罐底部与S_n对应位置处并通入热风，此时风温T₀设置为150℃、进风量AQ设置始终设置为热风炉允许的最大流量、热风升温速率设置为R₁；当S_n≥储罐许用应力S_d的85％时，控制电机带动进风管及旋转部上升至S_n-1对应位置处；

步骤2：当S_n-1≥S_d的85％时，比较S_n-1上方所有实时应力值的均值与S_n-1下方实时应力值的均值大小，控制电机带动旋转部向均值更小的方向移动至S_x对应位置；移动完成后，计算移动方向上的所有应力值的标准差σ、不包含当前位置的数值，与预设的最大允许标准差σ_d进行比较，当σ＜σ_d时，保持热风升温速率为R₁；当σ≥σ_d时、调整热风升温速率为R₂，其中R₁＞R₂；

本步骤中σ值反应的是移动方向上各点应力值的离散值、也可在一定程度上表征各点壁温的差异化程度，当差异化程度大于预设的阈值时、降低通入热风的升温速率，从而避免罐内温差扩大、保证罐内温度的均匀性。

步骤3：旋转部移动到S_X对应位置后，当S_x≥S_d的85％时，重复步骤2中控制旋转部移动方向及热风升温速率调整的步骤，直至出风管口风温维持预热目标温度±10℃、30min以上。

进一步的，所述R₁设置为8～10℃/h、R₂设置为3～5℃/h。

本发明的有益效果在于：

1、显著缩短预热时间，相比热风炉直接通入热风的方案、预热时间可缩短60％以上。

2、避免由于热应力变形不均匀导致的储罐偏移，有利于储罐的安全稳定运行。

3、相比传统预热方法，能够减少测量仪器数量、减少储罐径向膨胀量监测及纠偏装置，大大降低预热工序成本。

附图说明

图1、本发明的大型储罐预热装置的结构示意图。

图2、图1中A部分的放大图。

图3、本发明旋转部的结构示意图。

图4、本发明旋转部的剖视图。

图中：1、储罐；2、进风管；3、出风管；4、旋转部；41、导流管；42、安装盘；421、集风腔；422、导流孔；43、扇叶；5、安装部；51、连接法兰；52、罩盖；53、电机；54、传动齿轮；55、内螺纹齿轮；56、支座；57、密封圈；6、应力传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1、

以背景技术中提及的直径42m、高度15m、体积为20000m³的储罐1为例，应用本发明如图1-3所示的一种大型储罐1预热装置，预热装置包括储罐1、进风管2、出风管3、旋转部4、安装部5、应力传感器；

所述进风管2通过安装部5自储罐1顶部中心伸入至储罐1底部、与安装部5滑动密封连接、并可通过安装部5控制进风管2伸入储罐1的长度；所述出风管3设置于储罐1顶部一侧；所述旋转部4通过自进风管2进入的热风驱动旋转、并将热风分流后均匀吹向储罐1内壁；所述应力传感器设置于储罐1外壁、沿储罐1的高度方向均匀设置，同一高度设置一个，本实施例中应力传感器设置18个。

本发明的安装部5包括连接法兰51、罩盖52、电机53、传动齿轮54、内螺纹齿轮55；所述进风管2外壁设置外螺纹；所述连接法兰51与储罐1顶部的开口固定连接；所述罩盖52设置于连接法兰51上部、中心设有供进风管2通行的通孔；所述电机53与罩盖52固定连接、其驱动轴伸入罩盖52内部用于驱动传动齿轮54；所述传动齿轮54与内螺纹齿轮55啮合；所述内螺纹齿轮55与进风管2外壁啮合、并通过支座56设置于连接法兰51上表面。所述连接法兰51与进风管2连接处还设置密封圈57。

所述旋转部4包括导流管41、安装盘42、扇叶43；所述安装盘42与进风管2底部转动连接；所述安装盘42内部设置集风腔421，集风腔421与进风管2连通、且侧壁均匀开设有导流孔422，所述导流孔422与导流管41连通；所述导流管41与安装盘42固定连接并伸出安装盘42；所述扇叶43固定设置于安装盘42外壁；所述导流管41、扇叶43对应设置。本实施例中，导流管41和扇叶43对应设置6组，扇叶43设计为槽型、两侧向导流管41方向延伸，导流管41为弯管、其弯曲方向与扇叶43弯曲方向相反。

通过控制电机53正反转实现进风管2的上升和下降、通过控制电机53转速还能实现进风管2上升下降速度的控制。本发明的旋转部4通过外部进风即可实现旋转，不需另加驱动，通过热风旋转形成的流场可基本保持罐壁相同高度位置壁温基本一致。本实施例的安装部5直接利用储罐1顶部现成的人孔等进行安装、预热完成后即可拆除；同时，进风管2与旋转部4也可从安装孔中抽出、不影响后期的注盐。

一种采用上述大型储罐1预热装置的储罐1预热方法，位于储罐1侧壁不同高度的应力传感器实时传输不同高度处的应力值，自上至下依次标记为S₁、S₂、S₃...S₁₈；具体方法步骤如下：

步骤1：将进风管2与旋转部4伸入至储罐1底部与S₁₈对应位置处并通入热风，此时风温T₀设置为150℃、进风量AQ设置始终设置为热风炉允许的最大流量、热风升温速率设置为10℃/h；当S₁₈≥储罐1许用应力S_d的85％时，控制电机53带动进风管2及旋转部4上升至S₁₇对应位置处；

步骤2：当S₁₇≥S_d的85％时，比较S₁₇上方所有实时应力值的均值与S₁₇下方实时应力值的均值大小，控制电机53带动旋转部4向均值更小的方向移动至S_x对应位置；即，若(S₁+S₂+...S₁₆)/16小于S₁₈时，旋转部4移动至S₁₆位置处、否则移动至S₁₈位置处。

移动完成后，计算移动方向上的所有应力值的标准差σ，与预设的最大允许标准差σ_d进行比较，当σ＜σ_d时，保持热风升温速率为10℃/h；当σ≥σ_d时、调整热风升温速率为5℃/h；

若旋转部4移动至S₁₆处，则σ＝sqrt(((S₁-μ)^2+(S₂-μ)^2+......(S₁₅-μ)^2)/15)；

其中：μ＝(S₁+S₂+...S₁₅)/15；

若旋转部4移动至S₁₈处，则σ＝sqrt(((S₁-μ)^2+(S₂-μ)^2+......(S₁₇-μ)^2)/17)。

步骤3：旋转部4移动到S_X对应位置后，当S_x≥S_d的85％时，重复步骤2中控制旋转部4移动方向及热风升温速率调整的步骤，直至出风管3口风温维持预热目标温度±10℃、30min以上。

本发明的方法中，S_d与σ_d均需根据储罐1实际使用的材料进行确定。

以上仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种大型储罐预热装置，其特征在于：包括储罐、进风管、出风管、旋转部、安装部、应力传感器；所述进风管通过安装部自储罐顶部中心伸入至储罐底部、与安装部滑动密封连接、并可通过安装部控制进风管伸入储罐的长度；所述出风管设置于储罐顶部一侧；所述旋转部通过自进风管进入的热风驱动旋转、并将热风分流后均匀吹向储罐内壁；所述应力传感器设置于储罐外壁、沿储罐的高度方向均匀设置，同一高度设置一个。

2.如权利要求1所述的一种储罐预热装置，其特征在于：所述安装部包括连接法兰、罩盖、电机、传动齿轮、内螺纹齿轮；所述进风管外壁设置外螺纹；所述连接法兰与储罐顶部的开口固定连接；所述罩盖设置于连接法兰上部、中心设有供进风管通行的通孔；所述电机与罩盖固定连接、其驱动轴伸入罩盖内部用于驱动传动齿轮；所述传动齿轮与内螺纹齿轮啮合；所述内螺纹齿轮与进风管外壁啮合、并通过支座设置于连接法兰上表面。

3.如权利要求1所述的一种储罐预热装置，其特征在于：所述旋转部包括导流管、安装盘、扇叶；所述安装盘与进风管底部转动连接；所述安装盘内部设置集风腔，集风腔与进风管连通、且侧壁均匀开设有导流孔，所述导流孔与导流管连通；所述导流管与安装盘固定连接并伸出安装盘；所述扇叶固定设置于安装盘外壁；所述导流管、扇叶对应设置。

4.如权利要求2所述的一种储罐预热装置，其特征在于：所述连接法兰与进风管连接处还设置密封圈。

5.如权利要求3所述的一种储罐预热装置，其特征在于：所述扇叶为槽型、两侧向导流管方向延伸。

6.如权利要求3所述的一种储罐预热装置，其特征在于：所述导流管与扇叶对应设置3～6组。

7.如权利要求1所述的一种储罐预热装置，其特征在于：所述应力传感器数量根据储罐高度设置，每隔80～100cm设置一个。

8.一种采用权利要求1-7中任意一项的大型储罐预热装置的储罐预热方法，其特征在于：位于储罐侧壁不同高度的应力传感器实时传输不同高度处的应力值，自上至下依次标记为S₁、S₂、S₃...S_n；具体方法步骤如下：

步骤1：将进风管与旋转部伸入至储罐底部与S_n对应位置处并通入热风，此时风温T₀设置为150℃、进风量AQ设置始终设置为热风炉允许的最大流量、热风升温速率设置为R₁；当S_n≥储罐许用应力S_d的85％时，控制电机带动进风管及旋转部上升至S_n-1对应位置处；

步骤2：当S_n-1≥S_d的85％时，比较S_n-1上方所有实时应力值的均值与S_n-1下方实时应力值的均值大小，控制电机带动旋转部向均值更小的方向移动至S_x对应位置；移动完成后，计算移动方向上的所有应力值的标准差σ、不包含当前位置的数值，与预设的最大允许标准差σ_d进行比较，当σ＜σ_d时，保持热风升温速率为R₁；当σ≥σ_d时、调整热风升温速率为R₂，其中R₁＞R₂；

步骤3：旋转部移动到S_X对应位置后，当S_x≥S_d的85％时，重复步骤2中控制旋转部移动方向及热风升温速率调整的步骤，直至出风管口风温维持预热目标温度±10℃、30min以上。

9.如权利要求8所述的一种大型储罐的预热方法，其特征在于：所述R₁设置为8～10℃/h、R₂设置为3～5℃/h。

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