CN208458291U - 一种熔盐储热及换热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种熔盐储热及换热系统，包括熔盐换热系统和水/蒸汽换热系统，所述熔盐换热系统包括依次连接成一个循环回路的集热装置、热盐储存装置、换热装置、冷盐储存装置；所述水/蒸汽换热系统包括依次连接成另一个循环回路的冷凝器、给水罐、换热装置和涡轮机组。采用本实用新型的熔盐储热及换热系统，结构简单紧凑，改造方便，能更有效的利用太阳能光热资源。且其会根据日常的天气状况，即根据太阳能光照的强弱以及熔盐的温度差别，选择最优的熔盐循环路线，从而提高整个熔盐储热系统的容量因子，进而产生更高温度的过热蒸汽，最终提高蒸汽发电系统的效率，降低整个电站的度电成本(LCOE)。

Description

一种熔盐储热及换热系统

技术领域

本发明涉及太阳能光热发电领域，特别涉及一种熔盐储热及换热系统。

背景技术

太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，而后通过换热装置将热能转移提供给水蒸气，之后结合传统汽轮发电机的工艺，使水蒸气推动汽轮发电机，最终达到发电的目的。在该工艺中，通过配置储热系统，使太阳能光热电站能有效调配电力的输出，即在发电的过程中，通过储热系统将白天太阳能光照强烈时候的能量储存起来，到晚上太阳能光照较弱或者用电高峰时再释放该储存的能量，从而有效提高太阳能光热发电的效率，降低度电成本。

目前的太阳能光热储热系统主要采用双罐式熔盐储热系统，即较低温度的熔盐从冷盐罐流出后通过收集太阳热能的集热器对其加热变为较高温度的熔盐，之后流入热盐罐，而后再从热盐罐流出，通过换热装置的换热，将其热能传递给水 /蒸汽，即对水/蒸汽逐级加热，最后，流出换热装置的熔盐由于热交换变为低温熔盐，返回流入冷盐罐继续参与循环。该双罐式熔盐储热系统在应用中，有大量的太阳能并不能被完全转化利用，即吸收太阳能光热的储热容量因子并不很高。

其中，双罐式的熔盐储罐系统中，热盐罐和冷盐罐的设置并不单单是两个储罐，即热盐罐和冷盐罐，还可以是两个储罐组，即冷盐罐组和热盐罐组，热盐罐组中的热盐罐之间相互并联设置，其运行工况相同；冷盐罐组的冷盐罐之间亦是相互并联设置，其运行工况亦相同。比如，在已运行和在建的电站中，美国的 Solana槽式光热电站使用12个储罐(6个冷盐罐，6个热盐罐)，智利的Atacama-1 塔式光热电站使用4个储罐(2个冷盐罐，2个热盐罐)，其都是采用热盐罐组和冷盐罐组这种双罐式的熔盐储罐系统，而该种设置方式，只能降低单个储罐的运行压力，减少故障出现的几率，并不能实现太阳能热量更有效的利用。

根据热力学第二定律，更高温度的过热蒸汽能显著提高涡轮机的发电效率，以塔式熔盐光热电站为例，集热器出口处的热盐温度为565℃，系统产生的过热蒸汽一般为次临界态蒸汽，而根据研究表明如果能将集热器出口处的热盐温度提高到600℃或者650℃，通过换热就会产生更高温度的过热蒸汽，从而将会使整个蒸汽发电循环的效率从42％上升到50％，而度电成本(LCOE)也将下降约8％。因此，有必要研究如何进一步提高整个熔盐储热系统中热熔盐的温度，从而提高熔盐储热的容量因子，并产生更高温度的过热蒸汽。

发明内容

本发明的目的是提供一种熔盐储热及换热系统。采用本发明的熔盐储热及换热系统，能更有效的利用太阳能光热，从而提高整个熔盐储热系统的容量因子，进而产生更高温度的过热蒸汽，最终提高了蒸汽发电系统的效率，降低了整个电站的度电成本(LCOE)。

本发明是通过以下方案实现的：

一种熔盐储热及换热系统，包括熔盐换热系统和水/蒸汽换热系统，其特征在于，所述熔盐换热系统包括依次连接成一个循环回路的集热装置、热盐储存装置、换热装置、冷盐储存装置；所述水/蒸汽换热系统包括依次连接成另一个循环回路的冷凝器、给水罐、换热装置和涡轮机组。

其中，在所述集热装置和热盐储存装置之间还设置有温度控制装置，所述集热装置包括集热器，热盐储存装置至少包括两组热盐罐，且所述至少两组热盐罐分别并联设置，所述冷盐储存装置包括冷盐罐。

优选的，还包括至少一组过热器，所述至少一组过热器间分别并联设置，所述至少一组过热器分别与至少两组热盐罐中的一组并联。

其中，所述至少两组热盐罐包括第一热盐罐和第二热盐罐，所述第一热盐罐与第二热盐罐并联设置。

优选的，还包括第二过热器，所述第二过热器与第二热盐罐串联设置。

其中，所述换热装置包括第一过热器、蒸发器、预热器，所述第一过热器、蒸发器、预热器依次连接设置。

优选的，所述温度控制装置包括温度控制阀。

有益效果

本发明的熔盐储热及换热系统，结构简单紧凑，改造方便，能更有效的利用太阳能光热资源。其会根据日常的天气状况，即根据太阳能光照的强弱以及熔盐的温度差别，选择最优的熔盐循环路线，从而提高整个熔盐储热系统的容量因子，进而产生更高温度的过热蒸汽，最终提高了蒸汽发电系统的效率，降低了整个电站的度电成本(LCOE)。

本发明的熔盐储热及换热系统，根据熔盐的温度分级储存熔盐，即至少两组热盐罐中的至少一组热盐罐用于储存更高温度的熔盐，相较于仅有一组热盐罐的熔盐储热及换热系统，虽然所需材料及单位制造成本较高，但其单日使用时间少，且储存更高温度的热盐罐采用相对体积较小的储罐，其可节约成本，避免不必要的浪费。同时，本发明的熔盐储罐及换热系统，还可有效减少相关管路的费用支出，有效降低储罐保温材料的花费。同时，如果热盐罐出现故障时候，可以将故障热盐罐中的热盐搭配一定比例冷盐罐中熔盐存入另一个热盐罐中，防止热盐罐中大量进入冷盐罐对冷盐罐造成过大的热冲击。

附图说明

图1为本发明装置示意图。

其中：1、集热器；2、第一热盐罐；3、第一过热器；4、蒸发器；5、预热器；6、冷盐罐；7、涡轮机组；8、冷凝器；9、冷凝管；10、第二热盐罐；11、第二过热器；12、换热装置；13、温度控制阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的熔盐储热及换热系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的熔盐储热及换热系统，包括熔盐换热系统和水/蒸汽换热系统，熔盐换热系统包括依次连接成一个循环回路的集热装置、热盐储存装置、换热装置12、冷盐储存装置；水/蒸汽换热系统包括依次连接成另一个循环回路的冷凝器8、冷凝罐9、换热装置12和涡轮机组7。且在集热装置和热盐储存装置之间还设置有温度控制装置，该温度控制装置为温度控制阀13。

其中，集热装置为集热器1，热盐储存装置为并联设置的第一热盐罐2和第二热盐罐3，换热装置包括依次连接设置的第一过热器3、蒸发器4、预热器5，在该熔盐储热及换热系统中，还设置有第二过热器11，该第二过热器11设置于第一过热器3与涡轮机组7之间，且与第一热盐罐2并联设置，与第二热盐罐3 串联设置。

本发明的熔盐储热及换热系统有两个熔盐循环回路，第一个熔盐循环回路包括由依次连接的集热器1、第一热盐罐2、过热器3、蒸发器4、预热器5以及冷盐罐6组成的循环回路；第二个熔盐循环回路包括由依次连接的集热器1、第二热盐罐10、第二过热器11、过热器3、蒸发器4、预热器5以及冷盐罐6组成的循环回路。其中，水/蒸汽换热系统也有两个循环回路，第一个水/蒸汽循环回路包括由依次连接的冷凝器8、冷凝罐9、预热器5、蒸发器4、第一过热器3和涡轮机组7组成的循环回路；第二个水/蒸汽循环回路包括由依次连接的冷凝器8、冷凝罐9、预热器3、蒸发器4、第一过热器3、第二过热器11和涡轮机组7组成的循环回路。

当太阳升起时，较低温度的熔盐从冷盐罐6流出，经过集热器1加热，当温度未达到温度控制阀13的第一设定温度时又会返回冷盐罐6中，当温度达到温度控制阀13的第一设定温度时，热熔盐通过温度控制阀13调节进入第一个熔盐循环回路，即从集热器1出来的热熔盐进入第一热盐罐2，之后流出第一热盐罐 2的热熔盐经过第一过热器3、蒸发器4、预热器5的依次换热实现对水/蒸汽的加热，换热完成后的熔盐从预热器5流出返回冷盐罐6。与此同时，水/蒸汽换热系统运行第一个水/蒸汽循环回路，冷凝水先从冷凝罐8流出，依次流过预热器5、蒸发器4和第一过热器3变成水蒸气，之后流出第一过热器3的水蒸气进入涡轮机组7将热能转化为电能。

随着太阳光越来越强，集热器1出口处的熔盐温度达到温度控制阀13的第二设定温度时，热熔盐通过温度控制阀13的调节进入第二个熔盐循环回路，即从集热器1出来的热熔盐进入第二热盐罐10，在第二过热器11、第一过热器3、蒸发器4和预热器5处与从冷凝罐9处流出的水/蒸气进行热交换，即水/蒸气循环回路执行第二个循环回路，从而使得从第二热盐罐10流出的热熔盐通过第二过热器11对过热蒸汽的进一步加热，进入涡轮机组7中时过热蒸气温度更高，最终使发电效率显著提高，达到了更充分利用太阳能光热的效果。

当太阳快落山时，集热器1出口处的熔盐温度相对降低，此时温度控制阀 13又接通第一个熔盐循环回路进行循环，如此反复。

此外，本发明的熔盐储热及换热系统，当热盐罐出现故障时，还可以将故障热盐罐中的热盐搭配一定比例冷盐罐中熔盐存入另一个热盐罐中，防止热盐罐大量进入冷盐罐对冷盐罐造成过大的热冲击。

此外，本发明的技术方案并不限于只包括两组热盐罐，即第一热盐罐2和第二热盐罐10，也不限于只包括与第二热盐罐10相串联的第二过热器11。还包括第三热盐罐和与第三热盐罐相串联的第三过热器，也包括第四热盐罐和与第四热盐罐相串联的第四过热器……即也包括多个热盐罐和与该多个热盐罐相串联的多个过热器。其中，并不是所设置热盐罐和过热器的数量越多，其换热效果就越好，因增加热盐罐和过热器的数量，不但使生产成本提高，且热盐罐和过热器数量越多，散热损失也会越大，具体可根据实际情况综合测算得到结果。

Claims (7)

1.一种熔盐储热及换热系统，包括熔盐换热系统和水/蒸汽换热系统，其特征在于，所述熔盐换热系统包括依次连接成一个循环回路的集热装置、热盐储存装置、换热装置、冷盐储存装置；所述水/蒸汽换热系统包括依次连接成另一个循环回路的冷凝器、给水罐、换热装置和涡轮机组。

2.根据权利要求1所述的一种熔盐储热及换热系统，其特征在于，在所述集热装置和热盐储存装置之间还设置有温度控制装置，所述集热装置包括集热器，热盐储存装置至少包括两组热盐罐，且所述至少两组热盐罐分别并联设置，所述冷盐储存装置包括冷盐罐。

3.根据权利要求2所述的一种熔盐储热及换热系统，其特征在于，还包括至少一组过热器，所述至少一组过热器间分别并联设置，所述至少一组过热器分别与至少两组热盐罐中的一组并联。

4.根据权利要求2所述的一种熔盐储热及换热系统，其特征在于，所述至少两组热盐罐包括第一热盐罐和第二热盐罐，所述第一热盐罐与第二热盐罐并联设置。

5.根据权利要求4所述的一种熔盐储热及换热系统，其特征在于，还包括第二过热器，所述第二过热器与第二热盐罐串联设置。

6.根据权利要求2所述的一种熔盐储热及换热系统，其特征在于，所述换热装置包括第一过热器、蒸发器、预热器，所述第一过热器、蒸发器、预热器依次连接设置。

7.根据权利要求2所述的一种熔盐储热及换热系统，其特征在于，所述温度控制装置包括温度控制阀。