槽式光热电站熔盐注入工艺的制作方法

本发明属于槽式光热电站技术领域，特别涉及一种槽式光热电站熔盐注入工艺。

背景技术：

近几年，随着新能源的开发利用，太阳能光热发电技术不断得到推广及应用，其中以槽式光热电站的应用最广泛。同时熔盐以其熔点低、温度上限高、传热效率高、传热稳定、储热性能好的特点，逐渐成为槽式光热电站项目的主要储热介质，并在逐渐向吸热储热介质发展的趋势。而熔盐有较高的结晶点238℃，因此如何做好在熔盐注入过程中对温度的控制及工序优化成为亟待研究解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种槽式光热电站熔盐注入工艺，根据机组装机容量、同时综合考虑熔盐特殊的物理特性，对熔盐注入整个操作流程以及控制措施进行了优化，包括温度的控制(熔盐的温度和存储设备的温度)、熔盐与设备间传热速率的控制、工序的优化，从而保证了熔盐注入的快速、安全。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

槽式光热电站熔盐注入工艺，包括以下步骤：

a.注盐前准备的步骤；

b.冷熔盐罐预热的步骤；

c.熔盐融化的步骤；

d.冷熔盐罐注盐及冷罐氮气置换的步骤，包括以下阶段，注盐至电加热器启动液位，启动电加热器；注盐至熔盐泵启动液位，启动熔盐泵，通过再循环管道和熔盐分配管道进行自循环；持续注盐至最高液位；冷熔盐罐注盐完成后，用氮气置换罐内残余气体；

e.热熔盐罐预热的步骤，与冷熔盐罐预热的步骤相同；

f.油盐换热器注盐的步骤，包括油盐换热器及排盐罐氮气置换；油盐换热器预热及注油；油盐换热器注盐；

g.热熔盐罐注盐的步骤，与冷熔盐罐注盐步骤相同；

h.热熔盐罐氮气置换的步骤，与冷熔盐罐相同，待热熔盐注满后，开始氮气置换。

进一步的，步骤a注盐前准备的步骤包括注盐的作业指导书编制完成并审批通过、所有参与注盐工作的人员需熟知操作的每个细节以及各项安全注意事项、所有参与注盐的附属设备调试完毕并到位、确认达到注盐条件。

进一步的，步骤b冷熔盐罐预热的步骤包括预热设备布置、管线连接、预热系统自动调节预热的步骤。

进一步的，预热系统自动调节进入燃烧器的空气和气体流量以及将与热燃烧气体混合的空气，在进入罐之前达到200℃-600℃；预热过程中实时监测盐罐各位置的热电偶，确保盐罐内各位置温度均匀上升，并保证温度在预警范围内；罐内温度达到350℃-370℃，预热完成，停止预热设备，燃烧器熄灭，风机继续运转10分钟冷却预热设备，关闭阀门防止热空气回流至设备，注入压缩空气冷却设备。

进一步的，步骤c熔盐融化的步骤包括预储存固态熔盐、固体盐的粉碎和传输、入炉预热、熔融盐转移，融化后的熔盐液位将随不断输入的固态熔盐加入而升高液位，熔融盐通过溢流管线流入预加热完成的转移罐，直到液位达到输盐泵启动液位，开始连续运转注盐。

进一步的，固体盐的粉碎和传输步骤包括，

混合配比：60％的硝酸钠和40％的硝酸钠，将按照3:2的比例同时在两台预处理机上进行上料和粉碎，与熔炉连接的两台胶带机尾部配有电子秤，称重信息将传送到熔炉的plc进行计算，由plc控制每条胶带机的运转速度，达到预设的混合比例要求。

开袋破碎：固体盐经叉车由储存区调运到胶带机自带的起重提升机区域，经由皮带输送机的起重机将成袋的固体盐提升至自动夹碎机上部，通过操作员的操作完成开袋；固体大块的盐将被大块破碎机的夹具进行挤压完成初步破碎；

传输：破碎后的大块颗粒落入底部的粉碎机进行粉碎，经粉碎合格的固体盐落入胶带机；

除尘：破碎和传输产生的粉尘将由布置在末端的除尘器吸附并再返回到胶带机上。

进一步的，步骤f中油盐换热器氮气置换步骤具体是：开启油盐换热器n2入口门，向油盐换热器内注入n2，同时开启油盐换热器排气口至排盐罐，检测排盐罐出口氧气浓度，直至无氧气排出，即为置换完成；排盐罐氮气置换与油盐换热器操作相同；

油盐换热器预热及注油步骤具体是：油盐换热器预热经电伴热加热至约290℃；油盐换热器温度达到与导热油允许温度差后(初次导热油注入温度约300℃)，开始注入导热油；当油盐换热器出口温度接近或略高于冷盐罐内熔盐温度(冷盐罐熔盐温度292℃)后，即满足注盐要求；

油盐换热器注盐步骤具体是：开启一台熔盐泵，并以调节至最小转速，同时开启出口阀门10％，缓慢注盐，当熔盐管道内压力上升后,开启阀门20％-25％；待油盐换热器排气口热电偶温度显示265-350℃时，代表油盐换热器已注满盐；此时连续运转盐泵，将经换热器的加热的盐注入热罐。

与现有技术相比，本发明优点在于：

根据机组装机容量、同时综合考虑熔盐特殊的物理特性，对熔盐注入整个操作流程以及控制措施进行了优化，包括温度的控制(熔盐的温度和存储设备的温度)、熔盐与设备间传热速率的控制、工序的优化，从而保证了熔盐注入的快速、安全。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明的烟囱布置示意图；

图3为预热设备布置示意图；

图4为盐罐预热空气流动方式简图；

图5为熔盐预处理及注入示意图。

图中，1.烟囱；2.渐缩喷嘴；3熔盐罐。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

本发明所需要的材料及设备均为现有技术，本领域技术人员熟知其结构及使用方法，主要材料及设备见表1。

表1材料与设备表

下面具体介绍本发明槽式光热电站熔盐注入工艺，包括以下步骤：

一、注盐前准备

注盐的准备工作主要从人、机、料、法、环五个方面入手，包括注盐的作业指导书编制完成并审批通过、所有参与注盐工作的人员需熟知操作的每个细节以及各项安全注意事项、所有参与注盐的附属设备调试完毕并到位、确认达到注盐条件。

注盐条件：

1.熔盐罐按照图纸施工完成，水压试验合格，内部清理完成，保温完成；

2.熔盐附属系统(熔盐泵、罐底通风、临时预热器、电加热、伴热、温度液位压力监控系统安装并调试完成)；

3.氮气、压缩空气、工业水系统可用；

4.临时熔盐预处理系统施工、调试完成；

5.临时熔盐炉及输送系统施工调试完成；

6.临时燃料系统通气且调试完成。

二、冷熔盐罐预热

概述：高温融化后的熔盐(350℃-370℃)注入冷盐罐之前，必须对冷盐罐进行预热，防止盐结晶，同样预热过程必须缓慢，保证各部分的温度基本一致，各点温差不超过25℃，最高温度不超过盐罐的设计温度400℃(-20)，并且罐体的热应力不超过极限。

具体包括以下步骤：

1.预热设备布置

盐罐预热设备主要包括:燃烧器、排气管气动蝶阀、渐缩喷嘴烟囱(低温烟气排出)。

燃烧器(燃料为丙烷和丁烷各50％的混合物)应包含风机、排气管，放置在盐泵平台上；渐缩喷嘴2末端中心线与竖直方向成45度夹角，渐缩喷嘴2安装时与罐壁切线成60度夹角，以保证烟气在熔盐罐3内各部分温度缓慢均匀上升的空气动力场控制技术实现。烟囱1底部开有的孔。烟囱及布置图详见图2和图3，盐罐预热空气流动方式见图4。

2.管线连接

盐罐相关连接的所有管线必须用盲板封堵，连接完成的管线必须将阀门隔离，确保所有隔离点严密无泄漏。

3.预热系统自动调节预热

(1)预热系统燃烧温度高达600℃，为了不使过高的热气进入盐罐，可以通过设备的plc调节燃烧器并注入一定量的新鲜空气来控制。

(2)预热系统自动调节进入燃烧器的空气和气体流量以及将与热燃烧气体混合的空气，从而在进入罐之前达到合适的温度(200℃-600℃)；

(3)预热过程中实时监测盐罐各位置的热电偶，确保盐罐内各位置温度均匀上升，并保证温度在预警范围内(各测点温差≯25℃)；

(4)预热完成(罐内温度达到350℃-370℃)，停止预热设备，燃烧器熄灭，风机继续运转10分钟冷却预热设备，蝶阀关闭防止热空气回流至设备，注入压缩空气冷却设备。

预热系统的燃烧温度高达600℃，排气量约为2000-16000m³/h，在12天内(～280h)之后罐内温度达到320-350℃，温升速率需控制在1～1.2℃/h，最大不能超过3℃/h。

过程中实时监测：

a、罐壁相邻的热电偶温差最大不超过25℃

b、罐顶相邻的热电偶温差最大不超过25℃

c、罐底所有热电偶任意两个的温差最大不超过35℃

d、罐顶所有热电偶任意两个的温差最大不超过35℃

e、整个罐内所有热电偶任意两个的温差最大不超过60℃

罐内所有热电偶不能超过设计温度400℃

f、罐内压力不超过设计压力20mbar

注：温差保护是为了不使过高的热气进入盐罐，可以通过设备的plc调节燃烧器并注入一定量的新鲜空气来控制。预热系统能够自动调节进入燃烧器的空气和气体流量以及将与热燃烧气体混合的空气，从而在进入罐之前达到合适的温度。

三、熔盐融化

熔盐到货后为固态颗粒，需经过捣碎及高温融化(350℃-370℃)后，经泵通过注盐管道注入盐罐。盐融化系统包括固体处理设备、融化装置、转移罐等设备。固体处理设备是将固态的盐通过一系列传送带筛选出来的盐输送至一个小的漏斗，确保盐流入熔炉。为确保融盐炉有连续不断的固体盐输入，设置3套100％容量固体熔盐处理线(2运一备)，2条处理后的盐输送胶带机(硝酸钾、硝酸钠各一条)。该装置还具有袋式除尘过滤器，负责收集在两条线产生的粉尘，并返回到系统。融化装置由一个25立方米的熔盐炉子组成，并配有12个气体调节燃烧器，热气体由一些管线通过容器内部导向其底部，并由侧烟囱抽出。已经熔化的盐通过炉子的溢流口溢流至转移罐。转移罐容量9m³，融化后的盐进入转移罐后经一个25m³/h的泵输送至已经预热好的熔盐罐。(过程中使用的设备均为现有设备)

1.盐融化设备包括：固体处理设备(提升装置、破碎装置、过滤回收装置(布袋除尘器)、传送装置、融化装置(熔化炉、控制箱、搅拌器、燃料(丙烷)储存罐、烟囱)、熔盐缓冲罐(熔融罐、输盐泵、排污池)。盐融化系统出力在25t/h-30t/h。

熔盐注入流程见图5所示，固态盐预处理—融化—缓冲罐—泵入熔盐罐——停炉排污。

2.操作步骤

(1)预储存固态熔盐。

(2)固体盐的粉碎和传输

组成部分：固体盐处理车间由3台盐预处理机(提升机、开袋机&大块液压破碎机及滚筒粉碎机组成)及2条胶带机组成，盐预处理机2运1备。

混合配比：60％的硝酸钠和40％的硝酸钠，将按照3:2的比例(3袋硝酸钠，2袋硝酸钾，每袋1.2t)同时在两台预处理机上进行上料和粉碎。与熔炉连接的两台胶带机尾部配有电子秤，称重信息将传送到熔炉的plc进行计算，由plc控制每条胶带机的运转速度，达到预设的混合比例要求。

开袋破碎：固体盐经叉车由储存区调运到胶带机自带的起重提升机区域，经由皮带输送机的起重机将成袋(1.2t)的固体盐提升至自动夹碎机上部，通过操作员的操作完成开袋(底部开缝)；固体大块的盐将被大块破碎机的夹具进行挤压完成初步破碎。

传输：破碎后的大块颗粒落入底部的粉碎机进行粉碎，经粉碎合格的固体盐落入胶带机。

除尘：破碎和传输产生的粉尘将由布置在末端的除尘器吸附并再返回到胶带机上。

(3)入炉预热：破碎后的固态盐进入熔融炉连续加热至380℃，为保证熔炉完全均匀受热，以上步骤完成后，将停止熔盐静置24h。

完成上述操作后固体盐方可开始连续进入融盐炉。

(4)熔融盐转移：融化后的熔盐液位将随不断输入的固态熔盐加入而升高液位，熔融盐通过溢流管线流入预加热完成的转移罐，直到液位达到输盐泵启动液位，开始连续运转注盐。

3.过程排污处理

熔盐在融化期间，混入炉内的杂质如砂子、安装遗留物、泥土等杂质在熔盐成为液体时将因重力沉入炉底，在搅拌器的搅动下经炉底排污阀排出。

4.停炉及排污

(1)在加入完成最后一袋熔盐时，等熔炉液位出现下降时停止排盐泵的运行并及时关闭排出阀门防止熔盐倒流，并停止熔炉加热。

(2)打开熔炉底部的排污阀排出约1m³熔盐，停止熔炉的搅拌器。

(3)熔炉排空：

①调整熔盐排出泵的最小启动液位，开启排盐泵并打开出口阀门。待液位达到最低时停止排出泵并关闭泵出口阀门。

②开启熔炉底部与缓冲罐相连的的安全排出阀，检查缓冲罐液位上升至上限时关闭阀门。

③重复①和②直至熔炉、缓冲罐液位达到下限300mm。

④开启熔炉及缓冲罐排污，直至排空。

⑤保持排污阀开启状态，让空气自下而上流入，自然冷却熔炉及缓冲罐。

四、冷熔盐罐注盐及冷罐氮气置换

冷熔盐罐整个注盐过程分为以下几个阶段：

1.注盐至电加热器启动液位：开始向盐罐中注盐，直至电加热器启动液位533mm以上，启动电加热器。

2.注盐至熔盐泵启动液位：熔盐注入液位达到1.5m后，启动熔盐泵，期间预先启动熔盐泵相连管道电伴热约350℃预热熔盐管道。接下来启动熔盐泵通过再循环管道和熔盐分配管道进行自循环，从而实现罐内液态盐混合充分避免分层，同时也可防止熔盐加热器启动后局部温度过高。

3.注盐至最高液位：按照以上步骤持续注盐至最高液位14.7m。

4.冷盐罐氮气置换：冷熔盐罐注盐完成后，用氮气置换罐内残余气体(氧气)。

待冷盐罐注盐达到最高液位14.7m后，开始向罐内导入n2，同时开启盐罐排气口阀门进行排气，直到罐内压力略高于大气压力，同时出口检测无氧气排出，标志着氮气置换完毕，关闭排气口及n2注入口阀门

五、热熔盐罐预热

此工序为热熔盐罐注盐做准备(冷盐罐熔盐液位达到1.5m时，预热设备可移至热熔盐罐，冷盐罐熔盐液位达到极限液位一半时(约7m)，便可开始熔盐罐预热)，此工序步骤与冷熔盐罐预热的步骤相同。

六、油盐换热器注盐

此工序包括油盐换热器及排盐罐氮气置换；油盐换热器预热及注油；油盐换热器注盐。

油盐换热器氮气置换步骤具体是：开启油盐换热器n2入口门，向油盐换热器内注入n2，同时开启油盐换热器排气口至排盐罐，检测排盐罐出口氧气浓度，直至无氧气排出，即为置换完成。排盐罐氮气置换与油盐换热器操作相同。

油盐换热器预热及注油步骤具体是：油盐换热器预热经电伴热加热至约290℃；油盐换热器温度达到与导热油允许温度差后(初次导热油注入温度约300℃)，开始注入导热油；当油盐换热器出口温度接近或略高于冷盐罐内熔盐温度(冷盐罐熔盐温度292℃)后，即满足注盐要求。

油盐换热器注盐步骤具体是：开启一台熔盐泵，并以调节至最小转速，同时开启出口阀门10％，缓慢注盐，当熔盐管道内压力上升后,开启阀门20％-25％；待油盐换热器排气口热电偶温度显示265-350℃时，代表油盐换热器已注满盐；此时连续运转盐泵，将经换热器的加热的盐注入热罐。

七、热熔盐罐注盐

冷罐内的熔盐，经系统管道进入油盐换热器加热后直接注入热罐。

此工序步骤与冷熔盐罐注盐步骤相同；注入液位达到1.5m即可宣告热罐注盐完成。

八、热熔盐罐氮气置换

待热熔盐注满后，开始氮气置换，步骤与冷盐罐相同。

下面通过案例进行效益分析

燃料消耗

本工法根据机组装机容量，统筹策划施工工序，提高了施工效率、缩短了施工工期(根据以上注盐实际工期与计划工期对比，共计节约工期17天)、减少了施工成本，创造了巨大的经济效益。

综上所述，本工法在工期、质量、成本和社会效益等方面都具有较高的水准，具有较高的推广价值。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。