CN115614715A - 一种宽域熔盐蒸汽发生系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提出了一种宽域熔盐蒸汽发生系统及运行方法，由除氧器、两级升压泵、预热器、蒸汽分布装置、电加热器、蒸汽发生器、过热器和相关阀门组成，适用于熔盐储热系统能提供多种压力等级的工业蒸汽。本申请能根据熔盐种类的变化调控进入蒸汽发生器的给水温度，防止熔盐出现凝固风险，能在启动过程中对蒸汽发生器和过热器进行预热，混合式预热器能同时实现蒸汽加热和电加热，降低了换热器成本。

Description

一种宽域熔盐蒸汽发生系统及运行方法

技术领域

本申请涉及熔盐储能技术领域，尤其涉及一种宽域熔盐蒸汽发生系统及运行方法。

背景技术

目前风能、太阳能等可再生能源逐年迅猛发展，加之全社会用电量逐年攀升，电网用电峰谷差日益增大，电网对低成本、长寿命储能技术的需求越来越强。熔盐储能技术可以将电能转化为热能进行储存，具有平均成本低、使用寿命长、清洁无污染的优势，是未来应对新能源发展的主要储能手段之一。

熔盐是一种优秀的中高温储热介质，蒸汽压低、流动性好、储热温度高，目前工程应用规模最大的熔盐是太阳盐(硝酸钾+硝酸钠)，太阳盐的最大优点是热稳定性好、腐蚀性小，缺点是凝固点过高，约220℃。水/熔盐蒸汽发生器是熔盐储热系统中常见的设备，一般情况下水都是除氧水，当进入蒸汽发生器的水温低于熔盐的凝固点时，熔盐就存在凝固的风险，特别是在系统启动和停机的阶段。熔盐在换热器中凝固后极难处理，可能导致换热器直接报废，因此系统设计时必须充分考虑预防措施。此外，熔盐储热系统需要根据用户侧给水、蒸汽压力和流量的变化进行匹配性设计，设计工作量较大，而工程实施过程中又存在较强的不确定性，当现场某些边界条件发生变化时可能导致原有设计方案不再合适，因此能实现宽范围工作的熔盐储热系统具有很强的市场需求。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的目的在于提出一种宽域熔盐蒸汽发生系统及运行方法，该系统由除氧器、两级升压泵、预热器、蒸汽分布装置、电加热器、蒸汽发生器、过热器和相关阀门组成，适用于熔盐储热系统能提供多种压力等级的工业蒸汽。本申请能根据熔盐种类的变化调控进入蒸汽发生器的给水温度，防止熔盐出现凝固风险，能在启动过程中对蒸汽发生器和过热器进行预热，混合式预热器能同时实现蒸汽加热和电加热，降低了换热器成本。

为达到上述目的，本申请提出一种宽域熔盐蒸汽发生系统，包括：

混合式预热组件，包括除氧组件、预热器、蒸汽分布装置和电加热器；其中除氧组件包括除氧器和设置在所述除氧器出口的一级泵；其中所述一级泵3出口与预热器4进水口连接；所述蒸汽分布装置和所述电加热器设置在所述预热器内，且所述电加热器浸没在所述预热器内的除氧水中并位于所述蒸汽分布装置的下方；

蒸汽发生组件，其包括二级泵、蒸汽发生器和过热器；其中所述预热器的出水口通过所述二级泵和所述蒸汽发生器的进水口连接；所述蒸汽发生器的蒸汽出口分别与所述预热器的蒸汽出口、所述蒸汽分布装置和所述过热器的冷侧进口连接，且所述预热器的蒸汽出口与所述过热器的冷侧进口连通；所述过热器的冷侧出口连接蒸汽用户；

熔盐换热组件，其包括经过所述过热器的热侧和所述蒸汽发生器的热侧组成的熔盐换热通路。

在一些实施例中，熔盐入口分别与所述过热器的热侧进口和所述过热器的热侧出口连接。

在一些实施例中，熔盐入口与所述过热器的热侧进口之间设置第六阀门；熔盐入口与所述过热器的热侧出口之间设置第五阀门。

在一些实施例中，所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述过热器的冷侧入口之间设置减压阀；所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述蒸汽分布装置之间设置第四阀门；所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述预热器的蒸汽出口之间设置第二阀门。

在一些实施例中，所述除氧器的出口与所述一级泵之间设置有第一阀门。

在一些实施例中，所述预热器的出水口和所述二级泵之间设置第三阀门。

在一些实施例中，提出了一种宽域熔盐蒸汽发生系统的运行方法，利用上述任一实施例中的系统进行宽域熔盐蒸汽发生调节，包括以下步骤：

启动过程中：依次先后对蒸汽发生器和过热器预热，预热完成后打开第一阀门，利用电加热器将除氧水温度加热至熔盐凝固点以上，后送入所述蒸汽发生器并打开第六阀门使熔盐经过过热器和蒸汽发生器的冷侧；

正常运行时：所述蒸汽发生器的蒸汽出口输出的蒸汽与除氧水在预热器内混合，将除氧水温度加热至熔盐凝固点以上，后通入二级泵输送至所述蒸汽发生器内；所述蒸汽发生器内的除氧水与所述蒸汽发生器热侧的熔盐换热生成高温高压饱和蒸汽；高温高压饱和蒸汽分别输入至蒸汽分布装置和所述过热器的冷侧；所述过热器冷侧的高温高压饱和蒸汽经过与所述过热器热侧的熔盐换热升温后送至蒸汽用户。

在一些实施例中，当熔盐种类变化导致凝固点升高时，增大由所述蒸汽发生器的蒸汽出口进入所述预热器的蒸汽流量和一级泵的出口压力，使所述一级泵出口处水压的饱和温度高于熔盐凝固点温度。

在一些实施例中，用户所需蒸汽压力升高时，增大二级泵出口压力；用户所需蒸汽压力不变、流量降低时，增大二级泵的出口压力和第五阀门的开度并降低减压阀的开度，使减压阀前压力高于蒸汽用户所需的蒸汽压力；所述减压阀后压力达到用户所需蒸汽压力。

在一些实施例中，对所述蒸汽发生器和所述过热器预热的方法为：只打开第一阀门、第二阀门除氧水通过一级泵送入预热器中并启动电加热器产生蒸汽并利用蒸汽对蒸汽发生器预热；再打开减压阀对过热器预热。

本申请相较于现有技术具有以下优点：

本申请适用于熔盐储热系统能在给水温度、给水压力、蒸汽压力、蒸汽流量等参数变化时，调整系统运行模式，满足用户需求。因此本申请能解决给水温度低造成蒸汽发生器中熔盐凝固以及现有熔盐系统工作范围窄的问题，用于提供多种压力等级的工业蒸汽。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请一实施例提出的宽域熔盐蒸汽发生系统的结构示意图；

图中，1、除氧器；2、第一阀门；3、一级泵；4、预热器；5、第二阀门；6、蒸汽分布装置；7、电加热器；8、第三阀门；9、二级泵；10、蒸汽发生器；11、第四阀门；12、减压阀；13、过热器；14、第五阀门；15、第六阀门。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

为达到上述目的，参见图1本申请提出一种宽域熔盐蒸汽发生系统，包括：混合式预热组件、蒸汽发生组件和熔盐换热组件；其中

混合式预热组件包括除氧组件、预热器4、蒸汽分布装置6和电加热器7；其中除氧组件包括除氧器1和设置在除氧器1出口的一级泵3；其中一级泵3出口与预热器4进水口连接；蒸汽分布装置6和电加热器7设置在预热器4内，且电加热器7浸没在预热器4内的除氧水中并位于蒸汽分布装置6的下方；

具体的，混合式预热组件包括除氧组件、预热器4、蒸汽分布装置6和电加热器7，其中除氧组件包括除氧器1和设置在除氧器1出口的一级泵3；且除氧器1的出水口连接一级泵3的入口，一级泵3的出口连接预热器4的进水口，因此除氧器1中生成除氧水，除氧器1中的除氧水通过一级泵3输入预热器4内，使得预热器4内容纳有一定液位的除氧水。

优选的，除氧器1的出口与一级泵3之间设置有第一阀门2，通过控制第一阀门2的开度调整除氧水的流量，本实施例中一级泵3能控制预热器4中水侧的压力，当除氧器1出口水压力对应的饱和温度低于熔盐凝固点温度时，一级泵3能提高除氧水的压力直至其饱和温度高于熔盐凝固点温度

在本实施例中蒸汽分布装置6和电加热器7均设置在预热器4内，其中电加热器7浸没在除氧水内，换而言之，电加热器7工作时始终在除氧水液位高度以下，防止除氧水转变为蒸汽时对电加热器7造成损坏；且电加热器7能通过控制电功率变化实现调峰调频作用，而本实施例中蒸汽分布装置6设置在电加热器7的上方，在蒸汽分布装置6内通入蒸汽时，可以将高温蒸汽与除氧水混合并迅速升高除氧水的温度。

蒸汽发生组件，其包括二级泵9、蒸汽发生器10和过热器13；其中预热器4的出水口通过二级泵9和蒸汽发生器10的进水口连接；蒸汽发生器10的蒸汽出口分别与预热器4的蒸汽出口、蒸汽分布装置6和过热器13的冷侧进口连接，且预热器4的蒸汽出口与过热器13的冷侧进口连通；过热器13的冷侧出口连接蒸汽用户；

具体的，蒸汽发生组件包括二级泵9、蒸汽发生器10和过热器13；其中蒸汽发生器10和过热器13实质是均为换热装置，均包括热侧和冷侧；其中蒸汽发生器10的冷侧入口和冷侧出口分别对应蒸汽发生器10的进水口和蒸汽出口。本实施例中预热器4的出水口通过二级泵9和蒸汽发生器10的进水口连接，即在蒸汽发生器10的冷侧入口通入除氧水同时在蒸汽发生器10的热侧通入热介质即熔盐，对进入蒸汽发生器10的除氧水进行加热，生成高温高压饱和蒸汽。

优选的，预热器4的出水口和二级泵9之间设置第三阀门8，第三阀门8用于调整除氧水进入蒸汽发生器10的流量。本实施例中二级泵9能控制蒸汽发生器10中水侧的压力，此外，过热器13的冷侧进口中通入蒸汽发生器10中生成的高温高压饱和蒸汽，蒸汽发生器10中生成的高温高压饱和蒸汽与过热器13热侧的热介质即熔盐换热后，生成的蒸汽与用户蒸汽连通。

在本实施例中蒸汽发生器10的蒸汽出口分别与预热器4的蒸汽出口、蒸汽分布装置6和过热器13的冷侧进口连接，且在一些实施例中，蒸汽发生器10的蒸汽出口与过热器13的冷侧入口之间设置减压阀12；蒸汽发生器10的蒸汽出口与蒸汽分布装置6之间设置第四阀门11；蒸汽发生器10的蒸汽出口与预热器4的蒸汽出口之间设置第二阀门5。即蒸汽发生器10中产生的高温高压饱和蒸汽一部分通过减压阀12，利用减压阀12减压至用户所需的蒸汽压力后通入过热器13的冷侧，另一部分通过第四阀门11通入蒸汽分布装置6，将其与预热器4中的除氧水混合。

而需要说明的是，蒸汽发生器10的蒸汽出口与预热器4的蒸汽出口之间设置第二阀门5，且预热器4的蒸汽出口与过热器13的冷侧进口连通，在系统初始启动阶段，可通过将预热器4的蒸汽经过第二阀门5通入蒸汽发生器10和过热器13，实现对蒸汽发生器10和过热器13预热。

其中在本实施例中，预热器4在宽域熔盐蒸汽发生系统启动时采用电加热器7加热除氧水直至其温度超过熔盐凝固点，设备正常运行后采用蒸汽发生器10产生的蒸汽加热除氧水直至其温度超过熔盐凝固点，使进入蒸汽发生器10的除氧水温度始终大于熔盐凝固点温度。

熔盐换热组件，其包括经过过热器13的热侧和蒸汽发生器10的热侧组成的熔盐换热通路；

具体的，熔盐入口分别与过热器13的热侧进口和过热器13的热侧出口连接，优选的，熔盐入口与过热器13的热侧进口之间设置第六阀门15；熔盐入口与过热器13的热侧出口之间设置第五阀门14。

例如，本实施例中高温熔盐通过熔盐入口经第六阀门15进入过热器13的热侧进口，并与过热器13冷侧的高温高压饱和蒸汽换热后，进入蒸汽发生器10的热侧进口，并与进入蒸汽发生器10的除氧水换热后，经蒸汽发生器10的热侧出口流出变为低温熔盐。其中第六阀门15用于控制熔盐流量达到用户所需的蒸汽过热度。而在本实施例中高温熔盐也可通过熔盐入口也可经第五阀门14直接通入蒸汽发生器10的热侧进口，并与蒸汽发生器10的除氧水换热。本实施例中通过二级泵9、减压阀12和第六阀门15联动后能实现负荷自适应功能，能灵活调控蒸汽发生器10的工作压力和蒸汽产量；在蒸汽发生器10部分负荷下提高工作压力。

在一些实施例中，提出了一种宽域熔盐蒸汽发生系统的运行方法，利用上述任一实施例中的系统进行宽域熔盐蒸汽发生调节，包括以下步骤：

启动过程中：依次先后对蒸汽发生器10和过热器13预热，预热完成后打开第一阀门2，利用电加热器7将除氧水温度加热至熔盐凝固点以上，后送入蒸汽发生器10并打开第六阀门15使熔盐经过过热器13的和蒸汽发生器10的冷侧；

正常运行时：蒸汽发生器10的蒸汽出口输出的蒸汽与除氧水在预热器4内混合，将除氧水温度加热至熔盐凝固点以上，后通入二级泵9输送至蒸汽发生器10内；蒸汽发生器10内的除氧水与蒸汽发生器10热侧的熔盐换热生成高温高压饱和蒸汽；高温高压饱和蒸汽分别输入至蒸汽分布装置6和过热器13的冷侧；过热器13冷侧的高温高压饱和蒸汽经过与过热器13热侧的熔盐换热升温后送至蒸汽用户。

具体的，启动过程中：打开第一阀门2、第二阀门5，关闭其它阀门；先将一部分除氧水通过一级泵3送入预热器4中，启动电加热器7加热除氧水产生蒸汽，利用蒸汽对蒸汽发生器10进行预热；蒸汽发生器10预热完成后打开减压阀12，开始对过热器13进行预热；整体预热结束后，关闭第二阀门5和减压阀12，先利用电加热器7将除氧水温度加热至熔盐凝固点以上，然后再通过二级泵9将高温除氧水送入蒸汽发生器10，随后打开第六阀门15使熔盐进入过热器13和蒸汽发生器10。

正常运行时：关闭第二阀门5和第五阀门14，打开其它阀门；除氧器1出口的除氧水通过一级泵3送入预热器4中，一级泵3出口压力根据熔盐凝固温度确定，由蒸汽发生器10出口处来的蒸汽与除氧水混合，除氧水吸热温度升高至熔盐凝固点以上；高温除氧水通过第三阀门8和二级泵9后进入蒸汽发生器10，二级泵9出口压力根据用户所需蒸汽压力确定；除氧水吸收熔盐的热量后转变为高温高压饱和蒸汽，一部分饱和蒸汽通过第四阀门11进入蒸汽分布装置6，然后与预热器4中的低温除氧水混合，其余饱和蒸汽通过减压阀12进入过热器13进一步过热后输送至蒸汽用户；高温熔盐通过第六阀门15依次进入过热器13和蒸汽发生器10释放热量。

在一些实施例中，当熔盐种类变化导致凝固点升高时，增大由蒸汽发生器10的蒸汽出口进入预热器4的蒸汽流量和一级泵3的出口压力，使一级泵3出口处水压的饱和温度高于熔盐凝固点温度。

在一些实施例中，用户所需蒸汽压力升高时，增大二级泵9出口压力；用户所需蒸汽压力不变、流量降低时，增大二级泵9的出口压力和第五阀门14的开度并降低减压阀12的开度，使减压阀12前压力高于蒸汽用户所需的蒸汽压力；减压阀12后压力达到用户所需蒸汽压力。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种宽域熔盐蒸汽发生系统，其特征在于，包括：

混合式预热组件，包括除氧组件、预热器、蒸汽分布装置和电加热器；其中除氧组件包括除氧器和设置在所述除氧器出口的一级泵；其中所述一级泵3出口与预热器4进水口连接；所述蒸汽分布装置和所述电加热器设置在所述预热器内，且所述电加热器浸没在所述预热器内的除氧水中并位于所述蒸汽分布装置的下方；

蒸汽发生组件，其包括二级泵、蒸汽发生器和过热器；其中所述预热器的出水口通过所述二级泵和所述蒸汽发生器的进水口连接；所述蒸汽发生器的蒸汽出口分别与所述预热器的蒸汽出口、所述蒸汽分布装置和所述过热器的冷侧进口连接，且所述预热器的蒸汽出口与所述过热器的冷侧进口连通；所述过热器的冷侧出口连接蒸汽用户；

熔盐换热组件，其包括经过所述过热器的热侧和所述蒸汽发生器的热侧组成的熔盐换热通路。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，熔盐入口分别与所述过热器的热侧进口和所述过热器的热侧出口连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，熔盐入口与所述过热器的热侧进口之间设置第六阀门；熔盐入口与所述过热器的热侧出口之间设置第五阀门。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述过热器的冷侧入口之间设置减压阀；所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述蒸汽分布装置之间设置第四阀门；所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述预热器的蒸汽出口之间设置第二阀门。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述除氧器的出口与所述一级泵之间设置有第一阀门。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述预热器的出水口和所述二级泵之间设置第三阀门。

7.一种宽域熔盐蒸汽发生系统的运行方法，其特征在于，利用权利要求1-6中任一所述的系统进行宽域熔盐蒸汽发生调节，包括以下步骤：

启动过程中：依次先后对蒸汽发生器和过热器预热，预热完成后打开第一阀门，利用电加热器将除氧水温度加热至熔盐凝固点以上，后送入所述蒸汽发生器并打开第六阀门使熔盐经过过热器和蒸汽发生器的冷侧；

正常运行时：所述蒸汽发生器的蒸汽出口输出的蒸汽与除氧水在预热器内混合，将除氧水温度加热至熔盐凝固点以上，后通入二级泵输送至所述蒸汽发生器内；所述蒸汽发生器内的除氧水与所述蒸汽发生器热侧的熔盐换热生成高温高压饱和蒸汽；高温高压饱和蒸汽分别输入至蒸汽分布装置和所述过热器的冷侧；所述过热器冷侧的高温高压饱和蒸汽经过与所述过热器热侧的熔盐换热升温后送至蒸汽用户。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当熔盐种类变化导致凝固点升高时，增大由所述蒸汽发生器的蒸汽出口进入所述预热器的蒸汽流量和一级泵的出口压力，使所述一级泵出口处水压的饱和温度高于熔盐凝固点温度。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，用户所需蒸汽压力升高时，增大二级泵出口压力；用户所需蒸汽压力不变、流量降低时，增大二级泵的出口压力和第五阀门的开度并降低减压阀的开度，使减压阀前压力高于蒸汽用户所需的蒸汽压力；所述减压阀后压力达到用户所需蒸汽压力。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所述蒸汽发生器和所述过热器预热的方法为：只打开第一阀门、第二阀门除氧水通过一级泵送入预热器中并启动电加热器产生蒸汽并利用蒸汽对蒸汽发生器预热；再打开减压阀对过热器预热。

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