一种双熔盐太阳能热发电传热蓄热系统技术方案

一种基于双熔盐的太阳能热发电传热蓄热系统，属于热力装置技术领域。该专利包括：本实用新型专利技术利用低熔点的熔融盐作为太阳能聚光集热系统的传热工质，同时在蓄热及蒸汽发生器换热结构中采用普通廉价的二元盐直接作为蓄热、传热工质，这样就形成了新型的基于双熔盐的双罐盐盐蓄热、传热系统。本实用新型专利技术专利的特点是利用低熔点的熔融盐取代常规系统合成油，同时降低了吸热器冻堵几率。在蓄热及蒸汽发生器换热结构中直接采用普通廉价的熔融盐作为工质，形成了新型的盐盐蓄热、传热系统。该系统提高了热发电效率，设计结构简洁，减少了熔盐泵，阀门，管路的用量，增加了系统的可靠性，节约了投资成本，简化了系统运行方式，减少了系统运行维护量。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种双熔盐太阳能热发电传热蓄热系统
本技术专利是一种用于聚光太阳能热发电系统的传热蓄热系统，是一种间接蓄热，直接传热的新型基于聚光太阳能热发电的传热蓄热系统，所实现的功能满足太阳能热发电系统有关传热蓄热的要求，同时提高了系统效率、减小系统安全隐患，特别适合大规模太阳能热利用领域，尤其是基于熔盐的聚光太阳能热发电系统。
技术介绍
由于能源危机及大气污染，世界各国加大了对太阳能研究开发的投入，太阳能热水、太阳能建筑、太阳能光伏发电、太阳能热发电等项目发展迅速，规模逐渐扩大。太阳能热发电系统主要有4种类型:槽式、塔式、碟式以及线性菲涅耳形式。目前，常规太阳能热发电系统是利用反射镜将太阳光反射聚焦至集热器上，由集热器将聚集的太阳辐射能转变为热能并传至集热器内工质，被加热的工质可以直接蒸发(如水)产生动力来推动发电设备发电或通过相应的换热设备将热能传至蓄热系统和蒸汽动力系统。由于直接用水作为传热做功工质存在系统水力动力设计上的复杂性，以及蓄热方面的困难，所以当前太阳能热发电系统一般用合成油或熔盐作为传热蓄热工质，再通过与蒸汽发生器换热产生适合相应汽轮发电机组的动力蒸汽。由此可以看出，太阳能热发电系统的中间传热蓄热系统的设计至关重要。用合成油作为传热蓄热工质是常用的方法，但是合成油价格昂贵，寿命短，使用的上限温度低于400°C，不利于整体系统性能的提高，并且管路还将承受十几个大气压的压力，这些不利因素导致新型工质的研发与使用。熔融盐作为传热蓄热工质是一种很好的选择，可以将镜场输出温度提高到450-500°C，使动力循环效率大于40%，蓄热温差大于2.5倍。但是目前该类应用的是常规的二元盐(NaNO3, KNO3)，该盐熔点高，易凝结冻堵，给系统带来了巨大的安全隐患。
技术实现思路
针对现有的传热蓄热系统的缺点，本技术提出了利用低温熔点的熔融盐作为聚光镜场集热器的传热工质，利用廉价的二元盐作为蓄热以及蒸汽发生传热工质这样一种系统设计结构，可以使整体系统安全、廉价、高效。本技术专利的目的在于提供了一种用于太阳能热发电系统的传热蓄热设计结构，可用于当前槽式、塔式、线性菲涅耳等聚光太阳能热发电系统，可以提高系统的安全性、改善系统的性能、兼顾系统成本问题。本技术专利设计了基于低熔点熔融盐的新颖的盐盐蓄热传热系统，在蓄热及蒸汽发生器换热结构中直接采用普通廉价的二元盐作为工质，这样就形成了新型的盐盐蓄热、传热系统。本技术采用如下技术方案:一种双熔盐太阳能热发电传热蓄热系统，其包括有基于低熔点熔盐的镜场传热装置和基于廉价熔盐的直接双罐蓄热传热装置；所述的基于低熔点熔盐的镜场传热装置中，缓冲罐9设有注入低熔点熔盐的注盐口，缓冲罐9内置有将低熔点熔盐进行加热融化的电加热，融化后的低熔点熔盐经熔盐泵I从缓冲罐9抽出，通过阀门Vll进入聚光镜场，在聚光镜场中吸收太阳能后，低熔点熔盐升温至500°C，经由阀门V12，阀门V15进入盐盐换热器，与普通二元盐在盐盐换热器中换热降温后流入缓冲罐9，完成工质的集热，传热循环；所述阀门V12为双向阀，所述阀门V15为止回阀。钼电阻温度传感器Tl，钼电阻温度传感器T2安装于镜场的入口和出口处用于检测镜场进出口的温度，根据镜场进出口的温度来调节熔盐泵I的转速，流量计Fl安装于阀门V12和阀门V15之间；流量计Fl作为熔盐泵I转速控制的反馈，流量计Fl最终精确控制镜场出口熔盐的温度；缓冲罐9中安装有液位传感器LI和温度传感器钼电阻T3，用于检测缓冲罐9的液位与温度；缓冲罐9通过阀门V13与真空泵11相连，阀门V13与缓冲罐9之间还安装有用于限制缓冲罐9加热过程中的压力的限压阀V14，真空泵11与阀门V13用于缓冲罐9的检测排空。基于廉价熔盐的直接双罐蓄热传热装置，，其采用双罐直接蓄热传热设计，冷盐罐6设置有二元盐注入的注盐口，，所述的冷盐罐6含有加热融化二元盐的电加热丝,冷盐罐6的出口连接到高温熔盐泵II 2，高温熔盐泵II 2的出口经过阀门V21连接到盐盐热交换器4的二元盐的输入口，盐盐热交换器4的二元盐输出口通过阀门V22连接到热熔盐罐5，热熔盐罐5通过高温熔盐泵III 3及阀门V26连接到蒸汽发生器8中，蒸汽发生器8的出口经过缓冲罐I 7中。在盐盐热交换器4的二元盐入口设置钼电阻温度传感器T4，在盐盐热交换器4的出口设置钼电阻温度传感器T5，在热熔盐罐5、蒸汽发生器8的入口分别设置有熔盐流量传感器F2和熔盐流量传感器F3，在热熔盐罐5中设置有液位传感器L3和钼电阻温度传感器T7，在冷熔盐罐6中设置有液位传感器L2和钼电阻温度传感器T6。真空泵I 10与冷熔盐罐6相连用于给冷熔盐罐6排真空，真空泵I 10与冷熔盐罐6之间还连接有用于限制冷熔盐罐6内压力的限压阀V24和阀门V23。在镜场出口温度达到设置值后，由熔盐泵II 2抽出，经阀门V21流入盐盐换热器4，换热后温度升高，经阀门V22流入热熔盐罐5，当热熔盐罐5内温度、液位均达到要求值后，高温熔盐经高温熔盐泵III3抽出，经阀门V26进入蒸汽发生器8，换热后温度下降，由缓冲罐I 7流入冷熔盐罐6，完成传热、蓄热工质的循环。图3中T4，T5用于检测盐盐换热器二元盐侧的进出口温度，通过调节熔盐泵2的转速来调节工质的流速，以使Τ5维持相对恒定的温度。图中F2，F3用于流速调节的反馈与系统检测，V24，V25用于冷热熔盐罐内的压力限制，L2、L3、T6、T7分别用于冷热盐罐的温度与液位的检测与控制。真空泵10与V23用于冷盐罐9的检测排空。上述结构无需专用的放热、蓄热通道，使蒸汽发生传热回路的设计结构简洁，减少了熔盐泵，阀门，管路的用量，增加了系统的可靠性，节约了投资成本，简化了系统运行方式，减少了系统运行维护量。【附图说明】图1本技术专利的结构示意图；图2本技术专利的镜场集热传热结构图；图3本技术专利的蓄热、蒸汽发生传热结构图；图4本技术专利的系统启动流程图；图5短时云遮，蓄热充分运行过程流程图；图6短时云遮，蓄热不足运行过程流程图；图7夜间运行方式流程图；图中:I高温熔盐泵I，2高温熔盐泵II，3高温熔盐泵III，4盐盐热交换器，5热熔盐罐，6冷熔盐罐，7缓冲罐1、8蒸汽发生器，9缓冲罐11，10真空泵I，11为真空泵II ；Tl?T7为钼电阻温度传感器，Fl?F3为熔盐流量传感器，Vll?V13为阀门，V14为限压阀，V15为止回阀，V21?V23、V26为阀门，V24、V25为限压阀，LI?L3液位传感器。【具体实施方式】结合图2?3，对本专利的具体实施作进一步说明:I系统启动过程太阳能热发电系统对太阳辐照度的要求较高，所以整个系统启动前，需要较好的天气条件，如果预测天气条件满足要求，便可以提前准备系统运行。系统启动的流程图如图4所示。系统运行准备主要有如下步骤，首先将图2中的缓冲罐9与图3中的冷盐罐6注入各自所需的相应量的熔盐，启动各自的电加热系统，通过对温度传感器T3与T6的检测，使其达到各自的熔点温度，继续加热，最终使其达到相应的可靠运行温度，例如T3达到150°C, T6达到290°C。此时，启动管路及聚光集热器的伴热系统，对管路进行预热，以免高温熔盐流动时带来管路热应变损坏以及熔盐散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双熔盐太阳能热发电传热蓄热系统，其包括有基于低熔点熔盐的镜场传热装置和基于廉价熔盐的直接双罐蓄热传热装置；其特征在于：所述的基于低熔点熔盐的镜场传热装置中，缓冲罐Ⅱ（9）设有注入低熔点熔盐的注盐口，缓冲罐Ⅱ（9）内置有将低熔点熔盐进行加热融化的电加热，融化后的低熔点熔盐经熔盐泵（1）从缓冲罐Ⅱ（9）抽出，通过阀门V11进入聚光镜场，在聚光镜场中吸收太阳能后，低熔点熔盐升温至500℃，经由阀门V12，阀门V15进入盐盐换热器，与普通二元盐在盐盐换热器中换热降温后流入缓冲罐Ⅱ（9），完成工质的集热，传热循环；所述阀门V12为双向阀，所述阀门V15为止回阀；铂电阻温度传感器T1，铂电阻温度传感器T2安装于镜场的入口和出口处用于检测镜场进出口的温度，根据镜场进出口的温度来调节高温熔盐泵Ⅰ（1）的转速，流量计F1安装于阀门V12和阀门V15之间；流量计F1作为高温熔盐泵Ⅰ（1）转速控制的反馈，流量计F1最终精确控制镜场出口熔盐的温度；缓冲罐Ⅱ（9）中安装有液位传感器L1和温度传感器铂电阻T3，用于检测缓冲罐Ⅱ（9）的液位与温度；缓冲罐（9）通过阀门V13与真空泵Ⅱ(11）相连，阀门V13与缓冲罐Ⅱ（9）之间还安装有用于限制缓冲罐Ⅱ（9）加热过程中的压力的限压阀V14，真空泵Ⅱ(11）与阀门V13用于缓冲罐Ⅱ(9）的检测排空；所述的基于廉价熔盐的直接双罐蓄热传热装置采用双罐直接蓄热传热设计，冷盐罐(6）设置有二元盐注入的注盐口，所述的冷盐罐(6）含有加热融化二元盐的电加热丝，冷盐罐(6）的出口连接到高温熔盐泵Ⅱ(2），高温熔盐泵Ⅱ(2）的出口经过阀门V21连接到盐盐热交换器(4）的二元盐的输入口，盐盐热交换器(4）的二元盐输出口通过阀门V22连接到热熔盐罐(5），热熔盐罐(5）通过高温熔盐泵Ⅲ(3）及阀门V（26）连接到蒸汽发生器(8）中，蒸汽发生器(8）的出口经过缓冲罐Ⅰ(7）中；在盐盐热交换器(4）的二元盐入口设置铂电阻温度传感器T4,在盐盐热交换器(4）的出口设置铂电阻温度传感器T5，在热熔盐罐(5）、蒸汽发生器Ⅱ（8）的入口分别设置有熔盐流量传感器F2和熔盐流量传感器F3，在热熔盐罐Ⅱ（5）中设置有液位传感器L3和铂电阻温度传感器T7,在冷熔盐罐Ⅱ（6）中设置有液位传感器L2和铂电阻温度传感器T6；真空泵Ⅰ(10）与冷熔盐罐(6）相连用于给冷熔盐罐(6）排真空，真空泵Ⅰ(10）与冷熔盐罐(6）之间还连接有用于限制冷熔盐罐(6）内压力的限压阀V24和阀门V23。...

【技术特征摘要】
1.一种双熔盐太阳能热发电传热蓄热系统，其包括有基于低熔点熔盐的镜场传热装置和基于廉价熔盐的直接双罐蓄热传热装置；其特征在于: 所述的基于低熔点熔盐的镜场传热装置中，缓冲罐II O)设有注入低熔点熔盐的注盐口，缓冲罐II (9)内置有将低熔点熔盐进行加热融化的电加热，融化后的低熔点熔盐经熔盐泵(I)从缓冲罐II (9)抽出，通过阀门Vll进入聚光镜场，在聚光镜场中吸收太阳能后，低熔点熔盐升温至500°C，经由阀门V12，阀门V15进入盐盐换热器，与普通二元盐在盐盐换热器中换热降温后流入缓冲罐II (9)，完成工质的集热，传热循环；所述阀门V12为双向阀，所述阀门V15为止回阀； 钼电阻温度传感器Tl，钼电阻温度传感器T2安装于镜场的入口和出口处用于检测镜场进出口的温度，根据镜场进出口的温度来调节高温熔盐泵I(I)的转速，流量计Fl安装于阀门V12和阀门V15之间；流量计Fl作为高温熔盐泵I (I)转速控制的反馈，流量计Fl最终精确控制镜场出口熔盐的温度；缓冲罐II (9)中安装有液位传感器LI和温度传感器钼电阻T3，用于检测缓冲罐II (9)的液位与温度；缓冲罐(9)通过阀门V13与真空泵II (11)相连，阀门V13与缓冲罐II (9)之间还安装有用于限制缓冲罐II (9)加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜春旭，吴玉庭，马重芳，张业强，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：新型
国别省市：北京;11