防爆稳定型高温熔盐集热场及注盐方法与流程

本发明涉及光热电技术领域，特别是涉及一种防爆稳定型高温熔盐集热场及注盐方法。

背景技术：

太阳能抛物面槽式发电是通过跟踪太阳运动的线形抛物面反射镜将太阳辐射聚集到位于抛物面焦线处的吸热管中加热传热流体进行发电的技术。槽式电站集热场的关键设备主要包括集热器、吸热管和储热器等。驱动跟踪系统是集热器逐日的核心，是光热采集器充分利用太阳能的保障。借助驱动跟踪系统，光热采集器可以从日出至日落跟踪太阳。

如cn105545618a公开了一种采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统及热发电方法，系统包括槽式集热器、盐水换热器、汽轮发电机、低温蓄热罐、高温蓄热罐和排熔融盐系统；槽式集热器由多列独立的子槽式集热器组成，每个所述子槽式集热器由多个集热管按自下而上顺序串接。

但是现有的集热场因为场地大，往返长度达800m，在初次注盐时会导致诸多问题，如何设计集热场并有效完成初次注盐成为急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种防爆稳定型高温熔盐集热场及注盐方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种防爆稳定型高温熔盐集热场，包括依次连通的冷罐、第一槽式集热器、桥段连接管、第二槽式集热器以及热罐，所述的热罐经管路或者经蒸汽发生机构后与冷罐连通，所述的第一槽式集热器和第二槽式集热器分别包括多个子槽式集热器，两个所述的子槽式集热器的集热管之间以及集热管与冷罐或热罐间分别设置有经由高温波纹管连通的旋转接头，所述的桥段连接管与所述的第一槽式集热器对应处设置有防爆片，在所述的防爆片后部的桥段连接管上设置有传感器，所述的传感器为流量变送器和/或压力变送器。

所述的桥段连接管经高温金属波纹管与所述的旋转接头连接。

在所述的桥段连接管上串接有三通管，在三通管的其中一个管口上设置有防爆片，在所述的防爆片对应的管口下方设置有收集罐。

所述的旋转接头包括连接外筒、以及两根内筒，所述的内筒包括一端与所述的高温波纹管固定连接的接引管，固定设置在接引管另一端的对接波纹管，以及固定设置在对接波纹管端部的密封环，所述的两根内管的密封环保持密封接触地设置于所述的连接外筒内部，所述的接引管分别与连接外筒可转动固定连接并使两个所述的密封环保持预定压力。

在所述的接引管上形成有定位台阶，在所述的定位台阶处套设有轴套或轴承，与所述的连接外筒固定连接的压环顶持在所述的轴承或轴套上使两个密封环压紧。

在所述的连接外筒外部或内部于内筒外部设置有电加热器，在所述的连接外筒底部设置有漏盐口。

对接波纹管的长度在30-80mm，刚度大于100n/mm，所述的密封环为对应的平面、坡面或弧面密封副。

所述的冷罐和热罐内分别设置有多点温度传感器，所述的桥段连接管上设置有探针式温度传感器以探测其管壁温度，在所述的桥段连接管上及所述的高温波纹管上设置有电加热机构，所述的电加热机构为缠绕其上的电伴热带或者多段间隔设置的电磁加热圈，在所述的桥段连接管上及所述的高温波纹管上包覆有保温层。

一种所述的防爆稳定型高温熔盐集热场的注盐方法，包括以下步骤，

1)控制阀门，使从冷罐泵出然后环经镜场最后直接回流至冷罐的流路畅通，

2)检测温度，其中，管道和阀门电伴热300℃或以上，旋转接头的电加热器加热至500℃或以上，集热管的焦耳加热器350℃或以上，冷罐电加热器350℃或以上，冷罐冷盐温度320℃或以上；

3)关闭旋转接头的电加热器，启动冷盐泵，以最低频率运行30秒后更改频率，如果冷盐泵出口无流量显示，逐渐增加冷泵频率1％/30s，直至限定值；如果频率加至最大频率或额定频率65％还无流量显示，停冷盐泵，在流量变送器或压力变送器有显示后，则以3％/分钟频率增加，使流量逐渐增加至最小流量，即60％额定流量；

4)监控冷盐罐液位下降值、镜场管道温度、压力变送器、温度传感器、流量变送器是否稳定；

5)出现稳定回流后，确定冷罐液位稳定并保持冷盐泵最小流量运行，完成冷罐注盐。

在所述的步骤1)中，还包括冷罐熔盐注入步骤，首先确认冷盐罐通风流畅，温度检测合格后，将硝酸钠和硝酸钾按照一定的比例投入熔岩炉中溶化后用泵从冷罐注盐口注入冷罐，注意观察冷罐液位是否逐渐上涨，若液位不上长则停止注盐检查是否有泄漏或其他原因，冷罐内液位上涨至设定高度后，启动冷盐泵。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在第一槽式集热器的出口处的地方加装了爆破片，这样当有盐锤时首先冲破爆破片而不是损坏管道，提高了整体防护性。同时，多处采用高温波纹管，利用两个波纹管和旋转接头实现两个集热管间的连接，利用两个波纹管和旋转头实现集热管与固定管路的连接，所述的固定管路指桥段连接管或者连接至冷罐或热罐的管路，利用两个波纹管和旋转接头的组合，保证各自独立运动的同时，而且高温波纹管还能有效缓冲管路压力，提高集热管的安全及使用寿命。

附图说明

图1所示为本发明的防爆稳定型高温熔盐集热场结构示意图。

图2所示为旋转接头结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术中，采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统包括两组槽式集热器、盐水换热器、汽轮发电机、冷罐、热罐和排熔融盐系统；槽式集热器由多个独立的子槽式集热器组成，每个子槽式集热器均包括可旋转地设置在基架上的托臂，由托臂定位支撑的反射银镜、与所述的托臂固定连接且设置于反射银镜焦点处的集热管，每组槽式集热器的多个子槽式集热器的集热管依次串接，两组槽式集热器平行前后设置，其一端由桥段连接管连接连通，另一端分别由管路与冷罐或热罐连通，同时热罐经由管路或经由盐水换热器后与冷罐连通，以此构成回路。

如图所示，本发明的防爆稳定型高温熔盐集热场，包括依次连通的冷罐1、第一槽式集热器2、桥段连接管3、第二槽式集热器4以及热罐5，述的热罐5经管路或者经蒸汽发生机构8后与冷罐连通，所述的第一槽式集热器和第二槽式集热器分别包括多个子槽式集热器，所述的子槽式集热器的集热管之间以及集热管与冷罐或热罐间分别设置有经由高温波纹管6连通的旋转接头7，所述的桥段连接管与所述的第一槽式集热器对应处设置有防爆片。以熔盐来自方向为前，流往方向为后，于所述的防爆片后部的桥段连接管上设置有传感器8，如压力变送器或流量变送器。同时，所述的桥段连接管经高温金属波纹管与所述的旋转接头连接，充分利用高温波纹管的自身特性，缓冲首次注盐时的冲击，提高防爆效果。

本发明中第一槽式集热器和第二槽式集热器为前后平行设置的两组，并通过管路连接沟通回路，为避免管道转弯处出现盐锤导致破裂，尤其是在第一槽式集热器的出口处的地方加装了爆破片，这样当有盐锤时首先冲破爆破片而不是损坏管道，提高了整体防护性。同时，多处采用高温波纹管，利用两个波纹管和旋转接头实现两个集热管间的连接，利用两个波纹管和旋转头实现集热管与固定管路的连接，所述的固定管路指桥段连接管或者连接至冷罐或热罐的管路，利用两个波纹管和旋转接头的组合，保证各自独立运动的同时，而且高温波纹管还能有效缓冲管路压力，提高集热管的安全及使用寿命。

因为从冷盐泵出口到集热场在到冷罐整个八百米不是直线，有的地方出现拐弯，如果高频率大流量将会使盐在此次处的冲击力增加有时还会出现盐锤，通过在防爆片后部设置压力变送器或流量变送器，刚开始是因低频率小流量带盐通过拐弯处后便可缓慢加频率，有效防止盐锤对管路的损伤。

具体来说，在所述的桥段连接端的端部串接有三通管，在三通管的其中一个管口上设置有防爆片，在所述的防爆片对应的管口处设置有收集罐以便进行漏盐的回收。

其中，所述的冷罐和热罐内分别设置有多点温度传感器，多个温度传感器环周设置且在高度空间上呈多环设置，所述的桥段连接管上设置有探针式温度传感器以探测其管壁温度，在所述的桥段连接管上及所述的高温波纹管上设置有电加热机构，所述的电加热机构为缠绕其上的电伴热带或者多段间隔设置的电磁加热圈，在所述的桥段连接管上及所述的高温波纹管上包覆有保温层。各变送器或传感器等可利用zeegbee等网络进行数据传输，当然也可采用有线网络等进行数据或控制传送。

作为其中一个具体实施方式，所述的旋转接头7包括用以与基架固定连接的连接外筒71、以及两根内筒72，所述的内筒包括一端与高温波纹管固定连接的接引管73，固定设置在接引管另一端的对接波纹管74，固定设置在对接波纹管端部的密封环75，所述的两根内管的密封环保持面接触并密封地设置与所述的连接外筒71内部，所述的接引管分别与连接外筒可转动固定连接并使两个所述的密封环保持预定压力。所述的接引管为不锈钢管，用以实现压力传递和固定连接。

其中，在所述的接引管上形成有定位台阶，在所述的定位台阶处套设有轴套或轴承76，与所述的连接外筒法兰式固定连接的压环77顶持在所述的轴承或轴套上使两个密封环压紧。即，连接外筒两端形成有法兰环，所述的压环包括可插入所述的连接外筒内部的压紧环以及与所述的压紧换固定连接有用于与所述的法兰环通过螺栓固定连接的连接法兰。进一步地，为提高装配和居中定位效果，所述的压环为对开环，即将筒状压环沿轴向居中剖开为两半的设计，这样便于两侧波纹管的设计，同样能提高整体的密封对接效果，对接固定后的压环的内表面与接引管直接保持间隙配合。

在所述的连接外筒外部或内部于内筒外部设置有电加热机构，在所述的连接外筒底部设置有漏盐口。

本发明的旋转接头的接引管对接处分别焊接一定长度和刚度的对接波纹管，并在对接波纹管的另一端再焊接耐磨材料密封圈，旋转接头装配完成后，密封环对接并使对接波纹管有一定的压缩量，进而将热膨胀后伸缩量有效利用，提供给密封接触所需轴向预紧力，同时将工作介质和轴承等旋转组件的工作空间独立开来。即，采用管路直接密封对接的结构形式，消除了轴承等组件对密封性能的依赖性；在高温工作环境下，对接波纹管不仅可吸收旋转接头内管路的伸缩量，进而增加对接波纹管的压缩量，积极地利用高温环境下各组件材料的伸缩量来提高密封性能，更要改善装配结构，以消除轴承等组件在酸碱工作介质中对密封性能的依赖。

其中，对接波纹管的长度在30-80mm，刚度大于100n/mm。其中，为保证整体的密封效果，在装配后密封环间的压紧压强较大，一般在2mpa或以上，当内部流过高温熔盐，如580℃高温熔盐时，两密封环间的压强能达到4mpa甚至以上。该对接波纹管材质由耐高温不锈钢，如304h制成，对接波纹管的壁厚厚度在0.6-1mm，如0.8mm，节距在8-12mm，如10mm，整体对接波纹管长度在30-80mm，优选40-70cm，如50cm，60cm，对接波纹管刚度大于100n/mm，刚度范围内伸缩属于弹性变形，无疲劳影响，可满足长时间使用，对接波纹管长度与计算所需压缩量有关，密封环材质为硬质合金，如，司太力不锈钢，对接波纹管与连接管的固定连接采用专业焊接实现。

所述的密封环为对应的平面、坡面或弧面密封副。即所述的密封环有三种结构：第一种是平面密封结构，即接触密封面为平面对接形式；第二种是锥面密封结构，即接触密封面为锥面配合形式；第三种是球面密封结构，即接触密封面为环形凸、凹球面配合形式，密封环对应面的设计，再加上密封环与柔性波纹管焊接后的自对中性，更是提高了密封环接触面的摩擦力和密封性能。

同时，本发明还公开了一种所述的防爆稳定型高温熔盐集热场的首次或者空管注盐方法，其中，第二子槽式集热器回流后的管路分别经支路连通至冷罐和热罐，并由支路上的控制阀进行流路切换，各阀门的设置如图所示。当需要进行注盐时，具体操作步骤如下，

1)控制各阀门，使从冷罐泵出然后环经镜场最后直接回流至冷罐的流路畅通，

2)检测温度，其中，管道和阀门电伴热300℃或以上，旋转接头的电加热器加热至500℃或以上，集热管的焦耳加热器350℃或以上，冷罐电加热器350℃或以上，冷罐冷盐温度320℃或以上；

3)关闭旋转接头电加热器，启动冷盐泵11，以最低频率运行30秒后更改频率，如最低频率为最大频率或额定频率50％，如果冷盐泵后端的流量计无显示，逐渐增加冷泵频率1％/30s，直至限定值；如果频率加至最大频率或额定频率的65％还无流量显示，停冷盐泵，在流量变送器或压力变送器有显示后，为防止盐锤，则以3％/分钟频率增加，3％/分钟是指每分钟增大最大频率或额定频率的3％，使流量逐渐增加至最小流量，即60％额定流量，如10t/h。

4)监控冷盐罐液位下降值、镜场管道温度、压力变送器、温度变送器、流量变送器是否稳定；

5)出现稳定回流后，确定冷罐液位稳定并保持冷盐泵最小流量运行，完成冷罐注盐。

在所述的步骤1中，还包括冷罐熔盐注入步骤，确认冷盐罐通风流畅，温度检测合格后，将硝酸钠和硝酸钾按照一定的比例投入熔岩炉中溶化后用泵从冷罐注盐口注入冷罐，注意观察冷罐液位是否逐渐上涨，若液位不上长则停止注盐检查是否有泄漏或其他原因，冷罐内液位上涨至设定高度后，启动冷盐泵。

冷盐泵运行时，注意调整集热场至冷盐罐电动调阀的开度，最高75％，控制出口压力在0.1mpa以上，冷盐泵出口压力＜1mpa，冷盐泵出口流量≥10t/h。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。