CN209588787U - 一种闭口管排式的高集成度地面集热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种闭口管排式的高集成度地面集热系统，包括集热部件、异形缓冲罐、浮动隔板和液下熔盐泵，集热部件为闭口管排式结构，采用多支薄壁管并列布置，其位于异形缓冲罐上端，通过支撑结构进行支撑，集热部件的一端通过集热部件进口与异形缓冲罐下部空间相联通，集热部件的另一端通过集热部件出口与异形缓冲罐的上部空间联通；异形缓冲罐的中部位置设有浮动隔板，并通过在异形缓冲罐内表面设置浮动隔板上挡圈和浮动隔板下挡圈来对浮动隔板进行限位。本实用新型将多个分散设备整合成接近于单体设备的高度集成的单体系统，能有效节约成本、减少占地、增强系统稳定性，相应的，对工艺流程、控制方案都进行了简化，带来了施工、运维成本的降低。

Description

一种闭口管排式的高集成度地面集热系统

技术领域

本实用新型涉及一种闭口管排式的高集成度地面集热系统，属于光热发电技术领域。

背景技术

光热发电技术作为中国在新能源领域新的突破口，十三五规划明确提出积极支持光热发电，作为光热发电商业化主要方向之一的塔式技术，当前依然具有较大的技术提升空间。也因此，出现了水工质塔式、熔盐塔式、二次反射塔式等应用，其中的二次反射塔式较其他塔式技术有显著的不同，因采用二次反射塔，可将镜场收集的光能反射至地面，能够在地面设置集热系统，相较于常规塔式，降低了在近200米塔顶设置集热系统的技术难度。不论从设计施工还是运行维护上，地面设置集热系统带来的优势较为明显：集热部件可采用容积式，具备较大的热容量，能有效避免光能输入波动导致的熔盐超温；缓冲罐能够采用异形设计，具备较大的动态缓冲能力，为各工况的切入/切出提供友好的弛豫时间；熔盐泵能够采用低扬程，降低了厂用电功耗；施工上也极大降低了设备吊装难度，土建结构的难度也相应降低，施工难度的降低也同步影响到安装费用的降低；在运行维护上，设备、仪表等高空作业必然没有在地面上高效。有了这些技术优势，采用系统总成的思想，将集热系统各部件集约设计，成为接近于单体设备的高度集成的单体系统，能有效节约成本、减少占地、增强系统稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对目前地面集热系统部件过于分散，不能充分满足集约化的发展需要，提供一种闭口管排式的高集成度地面集热系统，通过对集热部件、异形缓冲罐、熔盐泵三类主部件的外形、功能进行系统上的整合优化，达到集约紧凑、一体总成的目的，成为接近于单体设备的高度集成的单体系统，能有效节约成本、减少占地、增强系统稳定性。

本实用新型所采用的技术方案是：一种闭口管排式的高集成度地面集热系统，包括集热部件、异形缓冲罐、浮动隔板和液下熔盐泵，所述的集热部件为闭口管排式结构，采用多支薄壁管并列布置，熔盐一端进一端出，其位于异形缓冲罐的上端通过支撑结构进行支撑，集热部件的底部与异形缓冲罐之间设有隔热材料，集热部件的一端通过集热部件进口与异形缓冲罐下部空间相联通，集热部件的另一端通过集热部件出口与异形缓冲罐的上部空间联通；异形缓冲罐的中部位置设有浮动隔板，并通过在异形缓冲罐内表面设有浮动隔板上挡圈和浮动隔板下挡圈来对浮动隔板进行限位；异形缓冲罐的下部空间承受浮动隔板与上部空间熔盐的下压，以及系统熔盐进口压力，始终保持低正压运行；异形缓冲罐的上部空间设有呼吸口，上部空间通过呼吸口与大气相连，始终保持常压运行；

所述集热部件进口与异形缓冲罐下部空间相联通的管线上设有集热部件进口流量计、集热部件进口流量调节阀、集热部件进口增压泵、集热部件进口压力计，并通过集热部件进口流量计、集热部件进口流量调节阀、集热部件进口增压泵组成的进口流量调节回路进行流量控制，并维持异形缓冲罐内压力的稳定；所述的液下熔盐泵通过熔盐出口经中间输送热盐管线分别与集热系统外中央热罐、中央冷罐进口相连，并通过液下熔盐泵出口流量计、液下熔盐泵出口调节阀、缓冲罐上部压力计组成的控制回路调节出口流量。

在本实用新型中：所述集热部件进口增压泵的进/出口压差由缓冲罐下部压力计、集热部件进口压力计的测量差值得到。

在本实用新型中: 所述异形缓冲罐的下部设置防凝电加热器，通过设定防凝目标温度，由温度信号控制电加热启停，保证熔盐温度不低于280℃。

在本实用新型中：所述异形缓冲罐的壁面外侧敷设一定厚度的保温材料，底部设有隔热基础，通过隔热基础保持异形缓冲罐与地面进行隔离，保温材料及隔热基础能有效降低集热系统散热，保证系统运行效率，隔热基础还避免了罐底300℃熔盐对自然地面承载力的不利影响。

在本实用新型中：所述支撑结构以一定坡度斜放在异形缓冲罐顶部上，利于集热部件的管道排盐，支撑结构由耐高温材料制成。

在本实用新型中：所述的异形缓冲罐的下方一侧经缓冲罐进口管线及中间输送冷盐管线与集热系统外中央冷泵出口相连，缓冲罐进口管线上设有缓冲罐进口管线流量计。

在本实用新型中：所述缓冲罐进口管线上靠近异形缓冲罐的一端设有缓冲罐下部进口管线调节阀，并在所述缓冲罐进口管线上设有通往异形缓冲罐上部空间的缓冲罐进口支管线，所述的缓冲罐进口管线上设有缓冲罐上部进口管线调节阀。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型结构简单、设计合理，将多个分散设备整合成接近于单体设备的高度集成的单体系统，能有效节约成本、减少占地、增强系统稳定性，相应的，对工艺流程、控制方案都进行了简化，带来了施工、运维成本的降低；

2、可直接利用集热系统外的中央冷泵作为动力，相对于常规的一罐一泵的配置，能够节约一台熔盐泵，降低系统成本；

3、采用了异形缓冲罐的设计，将冷、热缓冲罐合并，减少了设备及罐间连接的管线阀门等附属部件，降低了设备、管线费用的同时，提高了系统稳定性；

4、由于异形缓冲罐内有浮动隔板，集热运行时，浮动隔板上升，受缓冲罐上挡圈阻挡，在缓冲罐上部形成稳定的热盐缓冲区，液下熔盐泵仅需要常规轴长（3～4米）即可满足运行要求，降低了液下熔盐选型难度及设备成本；

5、系统内设置多处压力计，既能监控系统压力特征，也能间接测量液位，简化了控制回路的传感器配置。

附图说明

图1是本实用新型的系统的示意图；

图2是本实用新型的集热部件排空后保温运行工况示意图。

图中：1.集热部件；1-A.集热部件进口；1-B.集热部件出口； 1-D.集热部件进口流量计；1-E.集热部件进口流量调节阀；1-F.集热部件进口增压泵；1-G.集热部件进口压力计；2.隔热材料；3.异形缓冲罐；3-A.浮动隔板上挡圈；3-B.浮动隔板；3-E.呼吸口；3-G.浮动隔板下挡圈；3-H.缓冲罐上部压力计；3-I.缓冲罐下部压力计；4.液下熔盐泵；4-A.液下熔盐泵出口调节阀；4-B. 液下熔盐泵出口流量计；5.电加热器；6.隔热基础；8.支撑结构；9.缓冲罐进口管线；9-A.缓冲罐进口管线流量计；9-B.缓冲罐下部进口管线调节阀；9-C.缓冲罐上部进口管线调节阀；CP.集热系统外中央冷泵；CT.集热系统外中央冷罐；HT.集热系统外中央热罐。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1-2所示，一种闭口管排式的高集成度地面集热系统，包括集热部件1、异形缓冲罐3、浮动隔板3-B和液下熔盐泵4，所述的集热部件1为闭口管排式结构，采用多支薄壁管并列布置，熔盐一端进一端出，其位于异形缓冲罐3的上端通过支撑结构8进行支撑，集热部件1的底部与异形缓冲罐3之间设有隔热材料2，集热部件1的一端通过集热部件进口1-A与异形缓冲罐3下部空间相联通，集热部件1的另一端通过集热部件出口1-B与异形缓冲罐3的上部空间联通；异形缓冲罐3的中部位置设有浮动隔板3-B，并通过在异形缓冲罐3内表面设有浮动隔板上挡圈3-A和浮动隔板下挡圈3-G来对浮动隔板3-B进行限位；异形缓冲罐3的下部空间承受浮动隔板3-B与上部空间熔盐的下压，以及系统熔盐进口压力，始终保持低正压运行；异形缓冲罐3的上部空间设有呼吸口3-E，上部空间通过呼吸口3-E与大气相连，始终保持常压运行；

所述集热部件进口1-A与异形缓冲罐3下部空间相联通的管线上设有集热部件进口流量计1-D、集热部件进口流量调节阀1-E、集热部件进口增压泵1-F、集热部件进口压力计（1-G），并通过集热部件进口流量计1-D、集热部件进口流量调节阀1-E、集热部件进口增压泵1-F组成的进口流量调节回路进行流量控制，并维持异形缓冲罐内压力的稳定；所述的液下熔盐泵4通过熔盐出口经中间输送热盐管线分别与集热系统外中央热罐HT、中央冷罐CT进口相连，并通过液下熔盐泵出口流量计4-B、液下熔盐泵出口调节阀4-A、缓冲罐上部压力计3-H组成的控制回路调节出口流量。

所述集热部件进口增压泵1-F的进/出口压差由缓冲罐下部压力计3-I、集热部件进口压力计1-G的测量差值得到。所述异形缓冲罐3的下部设置防凝电加热器5, 通过设定防凝目标温度，由温度信号控制电加热启停，保证熔盐温度不低于280℃。所述异形缓冲罐3的壁面外侧敷设一定厚度的保温材料，底部设有隔热基础6，通过隔热基础6保持异形缓冲罐3与地面进行隔离, 保温材料及隔热基础能有效降低集热系统散热，保证系统运行效率，隔热基础还避免了罐底300℃熔盐对自然地面承载力的不利影响。所述支撑结构8以一定坡度斜放在异形缓冲罐3顶部上，利于集热部件1的管道排盐，支撑结构8由耐高温材料制成，且注意密封，防止管排的光照背面散热过大，影响集热效率。所述的异形缓冲罐3的下方一侧经缓冲罐进口管线9、中间输送冷盐管线与集热系统外中央冷泵CP出口相连，缓冲罐进口管线9上设有缓冲罐进口管线流量计9-A。所述缓冲罐进口管线9上靠近异形缓冲罐3的一端设有缓冲罐下部进口管线调节阀9-B，并在所述缓冲罐进口管线9上设有通往异形缓冲罐3上部空间的缓冲罐进口支管线，所述的缓冲罐进口管线上设有缓冲罐上部进口管线调节阀9-C。

本实用新型采用了异形缓冲罐1作为缓冲容器，缓冲罐中间设置浮动隔板3-B，浮动隔板密度介于高温（570℃）与低温（300℃）熔盐之间，还应具备良好的隔热能力，降低隔板两侧熔盐的传热，保证高温熔盐品质，由浮动隔板3-B将异形缓冲罐1分为上下两个空间，上部空间通过呼吸口3-E与大气相连，始终保持常压运行，下部空间承受浮动隔板3-B与上部空间熔盐的下压，以及系统熔盐进口压力，始终保持低正压运行。在集热工况时，异形缓冲罐1的上部空间为热盐缓冲区（570℃），下部空间为冷盐缓冲区（300℃），在非集热工况时，异形缓冲罐1的上部空间为保温运行区（300~400℃），下部空间为冷盐保留区（300℃），浮动隔板3-B根据各工况熔盐的运行容量动态调整工作位置，且必须保证各功能区相应的安全容积，为此设置了浮动隔板上挡圈3-A、下挡圈3-G，以及通过缓冲罐上部压力计3-H、缓冲罐下部压力计3-I设置DCS压力报警，防止功能区失效。

在具体实施时，熔盐进口1-A先与异形缓冲罐1的下部空间连通，异形缓冲罐1的下部空间再与系统熔盐进口（图1缓冲罐下部进口管线调节阀9-B下游）连通，热盐缓冲区、保温运行区与大气连通，而集热部件、冷盐缓冲区或冷盐保留区不与大气连通，闭口管排式采用多支薄壁管并列布置，熔盐一端进一端出，光能照射在薄壁管上侧表面，通过辐射换热加热薄壁管壁面，薄壁管通过热传导及热对流将热量传递到内部流动的熔盐，熔盐在薄壁管内带压运行，流量通过集热部件进口增压泵1-F、集热部件进口流量调节阀1-E、集热部件进口流量计1-D实现调节，最终使出口得到高温熔盐，高温熔盐进入缓冲罐上部热盐缓冲区。集热部件不论何种形式，集热部件出口1-B均与异形缓冲罐3的上部空间连通。对于本实用新型的集热系统，冷盐缓冲区或冷盐保留区正常运行均为低正压，当出现负压时，说明进出口流量不平衡，通过在异形缓冲罐3的下部设置负压（由缓冲罐下部压力计3-I提供信号）联锁停集热部件进口增压泵1-F或联锁开缓冲罐下部进口管线调节阀9-B报警回路保证系统安全运行。

如图1所示，由非集热工况切入集热工况时，操作员下达系统开机指令，系统进口流量调节回路调整进口流量至集热工况设定值，由于集热部件经一个非集热工况时间的散热，整体温度较低，为避免熔盐进入管排发生冻堵，需光能输入一定能量先将集热部件预热至300℃，再开启集热部件进口流量调节回路，给集热部件上盐，300℃的熔盐通过集热部件被加热至570℃进入热盐缓冲区，此时，系统进/出口流量控制回路缓慢调整缓冲罐冷/热盐缓冲区容积，待热盐缓冲区得到稳定的570℃熔盐，液下熔盐泵4再将570℃熔盐输出系统，最终送至集热系统外中央热罐HT，即达到集热稳定运行状态。当电厂上空出现暂时性的来云，导致光能输入能量呈阶梯减小或波动，集热系统自动切入来云工况，利用集热部件进口流量调节回路，随光能输入的变化情况，提高系统进/出口流量控制回路流量调节频率，以尽量产出570℃熔盐为基准，允许±20℃的产出温度波动以及一定的集热部件流量波动，来云工况消失后，自动切出，降低流量调节频率并稳定集热部件流量。

如图2所示，由集热工况切入非集热工况时，操作员下达系统关机指令，停止光能输入，系统进口流量调节回路根据热盐缓冲区液位情况，延迟一定时间后调整出口流量至非集热工况设定值，以保证570℃热盐的充分产出，停止集热部件进口流量调节回路，集热部件依靠重力自动排空，关闭缓冲罐下部进口管线调节阀9-B，打开缓冲罐上部进口管线调节阀9-C，300℃的熔盐被送入保温运行区，通过系统进/出口流量控制回路缓慢调整缓冲罐保温运行区、冷盐保留区容积，热盐缓冲区570℃熔盐也随之逐渐被置换成300～400℃熔盐，液下熔盐泵将300～400℃熔盐输出系统，经中间输送冷盐管线最终送至集热系统外中央冷罐CT，即达到保温运行稳定状态。

以上对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但本实用新型并不限于以上描述。对于本领域的技术人员而言，任何对本技术方案的同等修改和替代都是在本实用新型的范围之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。

Claims (7)

1.一种闭口管排式的高集成度地面集热系统，其特征在于：包括集热部件（1）、异形缓冲罐（3）、浮动隔板（3-B）和液下熔盐泵（4），所述的集热部件（1）为闭口管排式结构，采用多支薄壁管并列布置，熔盐一端进一端出，其位于异形缓冲罐（3）的上端通过支撑结构（8）进行支撑，集热部件（1）的底部与异形缓冲罐（3）之间设有隔热材料（2），集热部件（1）的一端通过集热部件进口（1-A）与异形缓冲罐（3）下部空间相联通，集热部件（1）的另一端通过集热部件出口（1-B）与异形缓冲罐（3）的上部空间联通；异形缓冲罐（3）的中部位置设有浮动隔板（3-B），并通过在异形缓冲罐（3）内表面设置浮动隔板上挡圈（3-A）和浮动隔板下挡圈（3-G）来对浮动隔板（3-B）进行限位；异形缓冲罐（3）的下部空间承受浮动隔板（3-B）与上部空间熔盐的下压，以及系统熔盐进口压力，始终保持低正压运行；异形缓冲罐（3）的上部空间设有呼吸口（3-E），上部空间通过呼吸口（3-E）与大气相连，始终保持常压运行；

所述集热部件进口（1-A）与异形缓冲罐（3）下部空间相联通的管线上设有集热部件进口流量计（1-D）、集热部件进口流量调节阀（1-E）、集热部件进口增压泵（1-F）、集热部件进口压力计（1-G），并通过集热部件进口流量计（1-D）、集热部件进口流量调节阀（1-E）、集热部件进口增压泵（1-F）组成的进口流量调节回路进行流量控制，并维持异形缓冲罐内压力的稳定；所述的液下熔盐泵（4）通过熔盐出口经中间输送热盐管线分别与集热系统外中央热罐（HT）、中央冷罐（CT）进口相连，并通过液下熔盐泵出口流量计（4-B）、液下熔盐泵出口调节阀（4-A）、缓冲罐上部压力计（3-H）组成的控制回路调节出口流量。

2.根据权利要求1所述的一种闭口管排式的高集成度地面集热系统，其特征在于：所述集热部件进口增压泵（1-F）的进/出口压差由缓冲罐下部压力计（3-I）、集热部件进口压力计（1-G）的测量差值得到。

3.根据权利要求1所述的一种闭口管排式的高集成度地面集热系统，其特征在于：所述异形缓冲罐（3）的下部设置防凝电加热器（5），通过设定防凝目标温度，由温度信号控制电加热启停，保证熔盐温度不低于280℃。

4.根据权利要求1所述的一种闭口管排式的高集成度地面集热系统，其特征在于：所述异形缓冲罐（3）的壁面外侧敷设一定厚度的保温材料，底部设有隔热基础（6），通过隔热基础（6）保持异形缓冲罐（3）与地面进行隔离，保温材料及隔热基础能有效降低集热系统散热，保证系统运行效率，隔热基础还避免了罐底300℃熔盐对自然地面承载力的不利影响。

5.根据权利要求1所述的一种闭口管排式的高集成度地面集热系统，其特征在于：所述支撑结构（8）以一定坡度斜放在异形缓冲罐（3）顶部上，利于集热部件（1）的管道排盐，支撑结构（8）由耐高温材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种闭口管排式的高集成度地面集热系统，其特征在于：所述的异形缓冲罐（3）的下方一侧经缓冲罐进口管线（9）及中间输送冷盐管线与集热系统外中央冷泵（CP）出口相连，缓冲罐进口管线（9）上设有缓冲罐进口管线流量计（9-A）。

7.根据权利要求6所述的一种闭口管排式的高集成度地面集热系统，其特征在于：所述缓冲罐进口管线（9）上靠近异形缓冲罐（3）的一端设有缓冲罐下部进口管线调节阀（9-B），并在所述缓冲罐进口管线（9）上设有通往异形缓冲罐（3）上部空间的缓冲罐进口分支管线，所述的缓冲罐进口管线上设有缓冲罐上部进口管线调节阀（9-C）。