具有氮气预热功能的熔融盐储热产汽系统

本技术涉及太阳能发电及储热。

背景技术：

1、太阳能热发电具有环保、可再生等优点，是重要的清洁能源，对于未来能源安全具有重要意义。

2、太阳能发电具有间歇性和波动性的问题。熔融盐具有高热稳定性和低成本等优势，在热能收集、贮存和转换过程中发挥重要作用，能够有效解决太阳能固有的间歇性和波动性的问题，受到越来越多的关注和应用。

3、现有的太阳能熔融盐塔式发电系统包括塔式太阳能集热器和发电系统，发电系统包括产汽机构，太阳能集热器用于加热熔融盐，产汽机构利用熔融盐的热量将水加热为蒸汽，蒸汽用于推动汽轮机转动，汽轮机带动发电机发电。

4、现有的太阳能熔融盐塔式发电系统的缺陷是：以凝固点较高的熔融盐作为吸热储热介质，当熔融盐直接通入未预热管路，存在着熔融盐凝固堵塞管路的风险。同时在低温环境下，热熔融盐粘度较大、流动性较差导致传递效率较差。因此，在太阳能光热电站启动前需要对系统中的设备及管路进行预热。

5、目前主要的预热方式为电伴热预热方式或者通过传统预热罐进行预热。其中电伴热预热方式存在电能消耗量大、设备故障率高等缺陷，传统预热罐预热方式存在体积大、成本较高等缺陷。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种具有氮气预热功能的熔融盐储热产汽系统，能够对绝大部分熔融盐流经的管路进行预热，防止熔融盐凝固堵塞管路。

2、为实现上述目的，本实用新型的具有氮气预热功能的熔融盐储热产汽系统包括塔式太阳能集热器、热熔融盐储罐、低温熔融盐储罐和蒸汽发生器；低温熔融盐储罐的出口连接有熔融盐泵，

3、熔融盐泵的出口通过第一两位三通阀选择连通第一管路或预热总回流管路；第一管路连通塔式太阳能集热器的进口管路和第一预热回流管路；第一预热回流管路上设有第一预热阀门；塔式太阳能集热器的出口管路连接有储热管路和第一放热管路；储热管路连接所述热熔融盐储罐的顶部，储热管路上设有第一调节阀；热熔融盐储罐的底部连接有第二放热管路，第二放热管路通过第三两位三通阀选择连接第一预热管或氮盐换热箱，第一放热管路通过第四两位三通阀选择连通氮盐换热箱或第一预热回流管路；第三两位三通阀与热熔融盐储罐之间的第二放热管路还设有第一阀门；氮盐换热箱的底部通过管路连接低温熔融盐储罐的顶部；

4、氮盐换热箱内设有第一螺旋换热器，第一螺旋换热器的进口管路和出口管路分别伸出氮盐换热箱并作为氮气循环机构的一部分，所述蒸汽发生器串联在第一螺旋换热器的出口管路上并利用氮气的热量加热水产生蒸汽；第一预热管与第一螺旋换热器的进口管路相连接，预热总回流管路与第一螺旋换热器的出口管路相连接。

5、所述氮气循环机构包括风机，风机的进口通过第一三通阀连通氮气罐和第一螺旋换热器的出口管路；

6、以流体的流动方向为下游方向，第一螺旋换热器的出口管路沿上游向下游的方向依次串联有第二两位三通阀和蒸汽发生器；蒸汽发生器内设有用于将水加热为蒸汽的蒸汽换热器，蒸汽发生器通过其蒸汽换热器串联在第一螺旋换热器的出口管路沿上；预热总回流管路连接第二两位三通阀并通过第二两位三通阀与第一螺旋换热器的出口管路相连接；第二两位三通阀选择连通蒸汽发生器内的蒸汽换热器或预热总回流管路；

7、风机的出口连接所述第一螺旋换热器的进口管路，第一螺旋换热器的进口管路上由上游向下游方向串联有氮气预热器和煤甘油预热单元；煤甘油预热单元包括第五两位三通阀，第五两位三通阀选择连接煤甘油储罐或旁通管，旁通管连接煤甘油储罐的出口；煤甘油储罐内存储有煤甘油且其内设有用于氮气通过的预热螺旋换热器，煤甘油储罐通过其预热螺旋换热器串联在第一螺旋换热器的进口管路上；第五两位三通阀选择连通旁通管或预热螺旋换热器；煤甘油储罐内存储有用来存储热量的煤甘油；第一预热管与煤甘油预热单元下游方向的第一螺旋换热器的进口管路相连接；

8、第五两位三通阀与煤甘油储罐之间的第一螺旋换热器的进口管路上设有第一温度表，煤甘油储罐上设有第二温度表，预热总回流管路上设有第三温度表。

9、蒸汽发生器连接有进水管和出汽管，进水管用于连接水源，进水管上设有进水调节阀。

10、氮气罐的出口处设有压力调节阀。

11、本实用新型具有如下的优点：

12、本实用新型能够对绝大部分熔融盐流经的管路进行全面预热，减少预热死角，防止熔融盐在管路中遇冷凝固堵塞管路，保障熔融盐在系统中顺畅流动。

13、氮气的热传导效率和单位体积储热量均高于空气，因而本实用新型采用氮气罐可以提高传热效率。

14、第一两位三通阀和预热总回流管路使氮气可以通至熔融盐泵的出口附近，使氮气可以流经熔融盐泵和塔式太阳能集热器之间的全部熔融盐管路；第四两位三通阀以及第一预热回流管路则使氮气可以通至氮盐换热箱附近的熔融盐管路，使氮气能够有效流经并加热绝大部分熔融盐循环所需要流经的管路，大幅加大有效预热范围。

15、氮气循环机构结构简单合理，能够利用氮气进行预热循环和产气循环，通过预热循环加热几乎全部熔融盐流经的管路，通过产气循环高效将热量由熔融盐转移至蒸汽发生器，产生蒸汽推动汽轮机转动进而驱动发电机发电。

16、煤甘油储罐和氮气预热器两级预热氮气，可以确保氮气被预热至合适的温度。进水调节阀用于调节蒸汽发生器的进水速度。压力调节阀用于调节氮气出口压力或关闭氮气罐。

技术特征：

1.具有氮气预热功能的熔融盐储热产汽系统，包括塔式太阳能集热器、热熔融盐储罐、低温熔融盐储罐和蒸汽发生器；低温熔融盐储罐的出口连接有熔融盐泵，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的具有氮气预热功能的熔融盐储热产汽系统，其特征在于：所述氮气循环机构包括风机，风机的进口通过第一三通阀连通氮气罐和第一螺旋换热器的出口管路；

3.根据权利要求1所述的具有氮气预热功能的熔融盐储热产汽系统，其特征在于：蒸汽发生器连接有进水管和出汽管，进水管用于连接水源，进水管上设有进水调节阀。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的具有氮气预热功能的熔融盐储热产汽系统，其特征在于：氮气罐的出口处设有压力调节阀。

技术总结
本技术公开了一种具有氮气预热功能的熔融盐储热产汽系统，包括塔式太阳能集热器、热熔融盐储罐、低温熔融盐储罐、蒸汽发生器、熔融盐泵、第一两位三通阀、第一管路、预热总回流管路、第一预热回流管路、第一预热阀门、储热管路、第一放热管路、第一调节阀、第二放热管路、第三两位三通阀、第一预热管、氮盐换热箱、第四两位三通阀、第一预热回流管路、第一阀门、第一螺旋换热器和氮气循环机构。本技术能够对绝大部分熔融盐流经的管路进行全面预热，防止熔融盐凝固堵塞管路，保障熔融盐在系统中顺畅流动。氮气循环机构结构简单合理，能够支持预热循环和产气循环两种工作模式。

技术研发人员：王俊皓,张昌娟,高保彬,闫鹏飞,蒋建峰,胡俊超,王振宇,曹永静
受保护的技术使用者：河南理工大学
技术研发日：20230509
技术公布日：2024/1/25