CN117870431A - 一种全工况运行的防凝双罐熔盐储热系统及运行方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种全工况运行的防凝双罐熔盐储热系统及运行方法，其中系统包括双罐熔盐储热组件，其包括低温储热罐和高温储热罐组成的熔盐循环回路；低温储热罐和高温储热罐分别用于存储低温熔盐和高温熔盐；以及给水换热组件，其包括盐水换热器，盐水换热器与双罐熔盐储热组件换热连接，且给水在不同工况下通过第一通路或第二通路进入盐水换热器；第二通路上设置有位于高温储热罐内并埋在高温熔盐内的防凝环。本申请在不同工况下均在高于熔盐凝固温度时再与双罐熔盐储热组件换热，降低了盐水换热器内熔盐因水温过低而凝固的风险；此外避免了电加热器等辅助设备使用，缩减了双罐熔盐储热系统启动时间，提高了运行效率。
Description
技术领域
本申请涉及储热技术领域，尤其涉及一种全工况运行的防凝双罐熔盐储热系统及运行方法。
背景技术
熔盐储热技术是目前主流的高温蓄热技术之一，在大规模、高参数供热供气区域及与光伏发电耦合的储热区域场景下，采用熔盐储热技术具有效率高、占地小、单位投资低等优势。在原理上，熔盐储热技术通过将不同形式的能量转化为熔盐显热储存起来，在能量供应不足时借助储存下来的热量增加供汽、供热或发电，解决能量需求和供应之间的不匹配。
在熔盐储热技术领域双罐熔盐储热系统是较为成熟的一条技术路线，但由于熔盐特殊的热物理性质，当工作温度低于凝固点时会造成熔盐凝固、设备无法运行等现象，因而双罐熔盐储热系统工作温度区间需要介于熔盐凝固点和分界点之间，对于二元盐凝固点为224℃、三元盐凝固点为140℃，凝固点较高也一定程度上限制了双罐熔盐储热系统发展。同时，双罐熔盐储热系统启动阶段给水温度较低时一般为20℃，往往需要使用电熔盐电加热器或电伴热先将给水温度提高至熔盐凝固温度以上，占用了大量启动时间，延长了启动过程。
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全工况运行的防凝双罐熔盐储热系统及运行方法，通过给水的温度，在不同工况下使得给水通过第一通路与双罐熔盐储热组件直接换热，或给水通过所述第二通路上的防凝环提高温度后，再与双罐熔盐储热组件换热，降低了盐水换热器内熔盐因给水温度过低而凝固的风险；此外利用防凝环提高给水温度，避免了电加热器等辅助设备使用，缩减了双罐熔盐储热组件的启动时间，提高了运行效率。
为达到上述目的，根据本申请的第一方面提出了一种全工况运行的防凝双罐熔盐储热系统，包括
双罐熔盐储热组件，其包括低温储热罐和高温储热罐组成的熔盐循环回路；所述低温储热罐和所述高温储热罐分别用于存储低温熔盐和高温熔盐；以及
给水换热组件，其包括盐水换热器，所述盐水换热器与所述双罐熔盐储热组件换热连接，且给水在不同工况下通过第一通路或第二通路进入所述盐水换热器；所述第二通路上设置有位于所述高温储热罐内并埋在高温熔盐内的防凝环，用于提高通过的给水温度。
在一些实施例中，所述防凝环包括与所述高温熔盐隔绝的热道；所述热道为环形或蛇形，其进出口的两端均连接所述第二通路。
在一些实施例中，所述防凝环还包括支撑柱；所述支撑柱设置在所述高温储热罐的内壁上，用以固定所述热道。
在一些实施例中，所述第一通路上设置有给水调阀；所述第一通路的入口连接给水，其出口连接所述盐水换热器的冷侧入口。
在一些实施例中，所述第二通路与所述第一通路并联连接，所述第二通路的入口连接给水，给水经过所述热道后进入所述盐水换热器的冷侧入口。
在一些实施例中，所述热道与所述盐水换热器的冷侧入口之间设置有隔离阀；所述隔离阀与所述盐水换热器的冷侧入口连接处位于所述给水调阀的下游。
在一些实施例中，所述双罐熔盐储热组件还包括清洁能源加热件，其连接在所述熔盐循环回路上，以利用清洁能源加热低温熔盐生成高温熔盐。
在一些实施例中，所述低温储热罐和所述高温储热罐中均设置有与所述熔盐循环回路连通的布液环，用以将熔盐均布；在所述高温储热罐中，所述布液环位于所述防凝环的下方。
在一些实施例中，所述第一通路和所述第二通路的给水入口设置温度传感器，通过所述温度传感器检测的给水温度确定给水经过所述第一通路或所述第二通路。
根据本申请的第二方面提出了一种全工况运行的防凝双罐熔盐储热系统的运行方法，运行如上述任一实施例中所述的防凝双罐熔盐储热系统，包括：
电力低谷阶段；利用电力加热低温储热罐中的低温熔盐，并将生成的高温熔盐存储在高温储热罐中；
电力高峰阶段，判断给水温度是否高于熔盐凝固温度；是，则给水经过第一通路进入盐水换热器，并与所述高温储热罐输出的高温熔盐换热后生成蒸汽输出；否，则给水经过第二通路的防凝环提高温度后，再通入所述盐水换热器进行换热。
和现有技术相比较，本申请具备如下优点：
本申请利用高温储热罐内高温熔盐的巨大蓄热量，利用高温熔盐通过防凝环加热过冷给水，避免了过冷给水直接进入盐水换热器，降低了盐水换热器内熔盐因给水温度过低而凝固的风险，增加了盐水换热器工作温度区间，拓宽了双罐熔盐储热组件的应用场景。同时，过冷给水的加热，避免了电加热器等辅助设备使用，缩减了双罐熔盐储热系统启动时间，提高了运行效率。
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防凝双罐熔盐储热系统的结构示意图；
图2是本申请又一实施例提出的防凝双罐熔盐储热系统的结构示意图；
图3是本申请另一实施例提出的防凝双罐熔盐储热系统的结构示意图；
图4是本申请另一实施例提出的防凝环的结构示意图；
图5是本申请一实施例提出的防凝双罐熔盐储热系统的运行方法流程图；
图中，1、低温储热罐；2、高温储热罐；3、布液环；4、防凝环；5、低温熔盐泵；6、高温熔盐泵；7、熔盐电加热器；8、盐水换热器；9、旁路阀；10、隔离阀；11、给水调阀；12、温度传感器；13、支撑柱。
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，如图1所示根据本申请的第一方面提出了一种全工况运行的防凝双罐熔盐储热系统，包括双罐熔盐储热组件和给水换热组件；双罐熔盐储热组件包括低温储热罐1和高温储热罐2组成的熔盐循环回路；低温储热罐1和高温储热罐2分别用于存储低温熔盐和高温熔盐。
其中低温储热罐1用于存储低温熔盐，高温储热罐2用于存储高温熔盐；低温储热罐1的出口连接高温储热罐2的入口，高温储热罐2的出口连接低温储热罐1的入口形成熔盐循环回路。即在一定工况下，低温储热罐1输出的低温熔盐经过加热后生成高温熔盐，高温熔盐存储在高温储热罐2内，高温储热罐2输出的高温熔盐经过放热后生成低温熔盐，低温熔盐存储在低温储热罐1内。为保证熔盐循环回路中输送熔盐的动力，低温储热罐1的出口连接低温熔盐泵5；高温储热罐2的出口连接高温熔盐泵6。
在一些方案中，低温储热罐1和高温储热罐2中均设置有与熔盐循环回路连通的布液环3，用以将熔盐均布；即低温储热罐1和高温储热罐2中均设置有布液环3，通入低温储热罐1和高温储热罐2中的熔盐均通过布液环3将熔盐均布在相应的罐中进行存储如图3所示。
相关技术中，当高温储热罐2输出的高温熔盐经过放热后生成低温熔盐的放热过程中；但由于熔盐特殊的热物理性质，当工作温度低于凝固点时会造成熔盐凝固、设备无法运行等现象；同时，双罐熔盐储热系统启动阶段，给水的温度较低一般为20℃，往往需要使用电熔盐电加热器7或电伴热先将给水温度提高至熔盐凝固温度以上，再与熔盐进行换热占用了大量启动时间，延长了启动过程。
本申请中特殊的是，全工况运行的防凝双罐熔盐储热系统包括给水换热组件；给水换热组件包括盐水换热器8，盐水换热器8与双罐熔盐储热组件换热连接，且给水在不同工况下通过第一通路或第二通路进入盐水换热器8；第二通路上设置有防凝环4；防凝环4设置在高温储热罐2内且位于高温熔盐内，用于提高通过的给水温度。
即盐水换热器8为具有双向相互隔绝的换热通路，包括热侧和冷侧，其中盐水换热器8的热侧入口连接高温储热罐2，其热侧出口连接低温储热罐1，实现盐水换热器8与双罐熔盐储热组件换热连接；而盐水换热器8的冷侧通入给水，通过给水与高温熔盐换热，将给水加热为蒸汽，后排出做功或供汽。本申请特殊的是，给水可在不同工况下通过第一通路或第二通路进入盐水换热器8的冷侧，即当给水的温度高于熔盐凝固温度时，给水通过第一通路直接通入盐水换热器8的冷侧，例如，第一通路上设置有给水调阀11；第一通路的入口连接给水，其出口连接盐水换热器8的冷侧入口。
当给水的温度低于熔盐凝固温度时，给水通过第二通路直接，并经过第二通路上设置有防凝环4提高通过的给水温度后，再将给水通入盐水换热器8的冷侧。如图3所示，在高温储热罐2中，防凝环4设置在高温储热罐2内且布液环3位于防凝环4的下方，使得防凝环4位于高温熔盐内，以便于利用高温储热罐2中高温熔盐的热量，加热第二通路中给水，使得给水温度超过熔盐凝固温度，随后进入盐水换热器8中换热，换热后产生蒸汽外供。
在一些实施例中，防凝环4包括与高温熔盐隔绝的热道；热道为环形或蛇形，其进出口的两端均连接第二通路。
其中，防凝环4包括与高温熔盐隔绝的热道，热道的进出口的两端均连接第二通路，进入第二通路中的给水经过热道，其中热道为环形或蛇形；可知的热道为给水换热通道，其可为多种形状，例如回形，蛇形，环形等，用于实现给水换热。如图4所示，第二通路与第一通路并联连接，第二通路的入口连接给水，给水经过环形的热道后进入盐水换热器8的冷侧入口；其中防凝环4还包括支撑柱13；支撑柱13设置在高温储热罐2的内壁上，用以固定热道，热道的进出口连接在第二通路上，且第二通路的进口与热道的进口之间设置有旁路阀9；热道的出口与盐水换热器的冷侧入口之间设置有隔离阀10；隔离阀10与盐水换热器8的冷侧入口连接处位于给水调阀11的下游。
在一些实施例中，双罐熔盐储热组件还包括清洁能源加热件，其连接在熔盐循环回路上，以利用清洁能源，如风电、光伏等可再生能源电力加热低温熔盐生成高温熔盐。
其中，清洁能源加热件为熔盐电加热器7，其中熔盐电加热器7连接在熔盐循环回路上；可利用清洁能源驱动实现熔盐的电加热，实现利用清洁能源加热低温熔盐生成高温熔盐。
在一些实施例中，第一通路和第二通路的给水入口设置温度传感器12，通过温度传感器12检测的给水温度确定给水经过第一通路或第二通路。
其中，为准确知晓给水的入口温度，可在第一通路和第二通路的给水入口设置温度传感器12如图2所示，在运行过程中，通过观察温度传感器12的示数，并判断给水的温度是否高于熔盐凝固温度，决定给水经过第一通路或第二通路。
根据本申请的第二方面提出了一种全工况运行的防凝双罐熔盐储热系统的运行方法，运行如上述任一实施例中的防凝双罐熔盐储热系统如图5所示，包括：
S1:电力低谷阶段；利用电力加热低温储热罐1中的低温熔盐，并将生成的高温熔盐存储在高温储热罐2中；
S2:电力高峰阶段，判断给水温度是否高于熔盐凝固温度；是，则给水经过第一通路进入盐水换热器8，并与高温储热罐2输出的高温熔盐换热后生成蒸汽输出；否，则给水经过第二通路的防凝环提高温度后，再通入盐水换热器8进行换热。
其中，在电力低谷阶段时，低温熔盐泵5将低温储热罐1中的低温熔盐抽出，后进入熔盐电加热器7，利用风电、光伏等可再生能源电力加热升温生成高温熔盐，并充入高温储热罐2中储存下来。
在电力高峰阶段时，在运行过程中观察温度传感器12的示数，当给水温度高于熔盐凝固温度时，关闭旁路阀9、隔离阀10，开启给水调阀11，使得给水直接进入盐水换热器8的冷侧；同时高温熔盐泵6抽出高温储热罐2的高温熔盐进入盐水换热器8的热侧对给水换热，产生的蒸汽用以对外做功或供汽；换热后的高温熔盐生成低温熔盐，并充入低温储热罐1中储存下来。
当给水温度低于熔盐凝固温度时，关闭给水调阀11，开启旁路阀9、隔离阀10，使得给水先进入防凝环4先升温，使得给水温度超过熔盐凝固温度，随后进入盐水换热器8换热，换热后产生蒸汽外供。
本申请利用高温储热罐2内巨大蓄热量加热过冷的给水，降低了盐水换热器8内熔盐因水温过低而凝固的风险，缩减了双罐熔盐储热系统启动时间，增加了盐水换热器8工作温度区间，拓宽了双罐熔盐储热系统应用场景。
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)
1.一种全工况运行的防凝双罐熔盐储热系统，其特征在于，包括
双罐熔盐储热组件，其包括低温储热罐和高温储热罐组成的熔盐循环回路；所述低温储热罐和所述高温储热罐分别用于存储低温熔盐和高温熔盐；以及
给水换热组件，其包括盐水换热器，所述盐水换热器与所述双罐熔盐储热组件换热连接，且给水在不同工况下通过第一通路或第二通路进入所述盐水换热器；所述第二通路上设置有位于所述高温储热罐内并埋在高温熔盐内的防凝环，用于提高通过的给水温度。
2.根据权利要求1所述的防凝双罐熔盐储热系统，其特征在于，所述防凝环包括与所述高温熔盐隔绝的热道；所述热道为环形或蛇形，其进出口的两端均连接所述第二通路。
3.根据权利要求2所述的防凝双罐熔盐储热系统，其特征在于，所述防凝环还包括支撑柱；所述支撑柱设置在所述高温储热罐的内壁上，用以固定所述热道。
4.根据权利要求1-3任一所述的防凝双罐熔盐储热系统，其特征在于，所述第一通路上设置有给水调阀；所述第一通路的入口连接给水，其出口连接所述盐水换热器的冷侧入口。
5.根据权利要求2或3所述的防凝双罐熔盐储热系统，其特征在于，所述第二通路与所述第一通路并联连接，所述第二通路的入口连接给水，给水经过所述热道后进入所述盐水换热器的冷侧入口。
6.根据权利要求5所述的防凝双罐熔盐储热系统，其特征在于，所述热道与所述盐水换热器的冷侧入口之间设置有隔离阀；所述隔离阀与所述盐水换热器的冷侧入口连接处位于所述给水调阀的下游。
7.根据权利要求4所述的防凝双罐熔盐储热系统，其特征在于，所述双罐熔盐储热组件还包括清洁能源加热件，其连接在所述熔盐循环回路上，以利用清洁能源加热低温熔盐生成高温熔盐。
8.根据权利要求4所述的防凝双罐熔盐储热系统，其特征在于，所述低温储热罐和所述高温储热罐中均设置有与所述熔盐循环回路连通的布液环，用以将熔盐均布；在所述高温储热罐中，所述布液环位于所述防凝环的下方。
9.根据权利要求5所述的防凝双罐熔盐储热系统，其特征在于，所述第一通路和所述第二通路的给水入口设置温度传感器，通过所述温度传感器检测的给水温度确定给水经过所述第一通路或所述第二通路。
10.一种全工况运行的防凝双罐熔盐储热系统的运行方法，其特征在于，运行如权利要求1-9中任一所述的防凝双罐熔盐储热系统，包括：
电力低谷阶段；利用电力加热低温储热罐中的低温熔盐，并将生成的高温熔盐存储在高温储热罐中；
电力高峰阶段，判断给水温度是否高于熔盐凝固温度；是，则给水经过第一通路进入盐水换热器，并与所述高温储热罐输出的高温熔盐换热后生成蒸汽输出；否，则给水经过第二通路的防凝环提高温度后，再通入所述盐水换热器进行换热。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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