一种单罐熔盐储热装置及其使用方法与流程

本发明属于储热，具体涉及一种单罐熔盐储热装置及其使用方法。

背景技术：

1、熔盐储热技术是一种极具潜力的大规模储能手段，正在火电机组灵活性改造领域发挥重要作用。目前，比较成熟的是双罐熔盐技术，即由冷、热两个熔盐储罐组成。但该技术存在系统体积储热密度小，成本下降困难等问题。单罐熔盐技术是采用一个储罐同时储存冷、热熔盐，可以有效降低熔盐储热的占地面积和建造成本，是熔盐储热发展的重要方向之一。

2、但是，单罐熔盐技术由于热熔盐和冷熔盐相互之间会发生显著的传热现象，导致热熔盐的温度快速衰减，所储存的热能损失往往很大，给实际应用造成了很大的阻碍。因此，如何阻碍储罐内冷、热区域之间的传热，使单罐熔盐保持稳定长久的热分层效果，使单罐熔盐技术应用的关键。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种单罐熔盐储热装置及其使用方法，用于解决单罐熔盐技术存在的内部热损失大的技术问题。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种单罐熔盐储热装置，包括复合隔热板，复合隔热板设置在罐体的内部，将罐体内部分为上侧的热熔盐区域和下侧的冷熔盐区域，复合隔热板在浮力作用下自然悬停于热熔盐和冷熔盐之间，罐体的侧壁设置为多层壁面，罐体顶部的热熔盐出入口处，以及罐体底部的冷熔盐出入口处均设置有整流栅。

4、优选地，复合隔热板包括支撑框架，支撑框架的外侧设置有第一外隔热层。

5、更优选地，第一外隔热层为气相二氧化硅板材。

6、优选地，复合隔热板的体密度为冷熔盐密度和热熔盐密度的算数平均值-20～平均值+20kg/m3。

7、优选地，复合隔热板的厚度为200～1000mm。优选地，多层壁面由外至内依次包括第二外隔热层、钢材层和多段隔热层。

8、更优选地，多段隔热层采用机械方式固定在钢材层的内表面。

9、优选地，整流栅为多孔流道。

10、优选地，罐体采用竖直方式布置。

11、本发明的另一个技术方案是，一种单罐熔盐储热装置使用方法，充热过程中，冷熔盐从底部被泵出，经外部换热器加热后从罐体顶部的热熔盐出入口流入，经整流栅后进入热熔盐区域；复合隔热板因上侧热熔盐流入、下侧冷熔盐的流出向下移动；

12、放热过程中，热熔盐从顶部被泵出，经外部热换器冷却，从罐体底部的冷熔盐出入口流入，经整流栅后进入冷熔盐区域；复合隔热板因下侧冷熔盐流入、上侧热熔盐流出向上移动。

13、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

14、一种单罐熔盐储热装置，其中复合隔热板用于阻止罐内冷、热熔盐之间热量交换，可使内部热损失减小90％以上；设计复合隔热板的体密度，使其介于冷熔盐密度和热熔盐密度的平均值附近，可使复合隔热板在浮力作用下自然地悬停于冷、热熔盐界面，避免使用其他机械位移机构。罐壁采用多层设计，可使罐体具备良好的隔热效果，同时主支撑结构钢材层免受冷、热熔盐大温差引起的热应力影响。整流栅通过多空通道设计，限制了流体横向的扰动，使流体流动更趋于纵向平行流，该设计可使熔盐流体作用于复合隔热板上的力分布更加均匀，避免其产生大幅度的旋转导致其卡在罐体内部不能移动。

15、进一步的，支撑框架为闭口的多孔金属泡沫结构或密封的空腔结构(空腔结构含必要的梁柱结构)等，用于提供复合隔热板的强度和刚度；通过调节支撑框架的实体材料与孔隙体积，实现复合隔热板的体密度调节。第一外隔热层为复合隔热板提供隔热作用，即使冷、热熔盐区域形成物理隔热层。

16、进一步的，第一外隔热层采用气相二氧化硅板材，该材料具有隔热好、成本低的优势。

17、进一步的，复合隔热板实际主要通过增加厚度来增加支撑框架的孔隙体积，从而实现调节体密度的目的。同时复合隔热板需要具备一定厚度，与罐体内壁之间形成足够的面接触，从而进一步约束其沿罐体轴向进行直线运动。复合隔热板的厚度与复合隔热板直径呈正相关，一般介于200～1000mm之间。

18、进一步的，复合隔热板体体密度设置为冷、热熔盐密度的平均值，可使复合隔热板在浮力作用下，正好自然悬停于冷、热熔盐的界面区域。考虑到实际工程设计裕量，体密度设计值应控制在±20kg/m3误差。

19、进一步的，为了避免冷、热熔盐温差太大，使罐体钢材产生显著的热应力，从而给储罐安全可靠运行带来隐患。罐体避免采用多层设计，内层采用多段隔热层，以减小冷、热熔盐温差给实际起支撑作用的钢材层的热应力影响。多段隔热层采用螺丝等机械固定手段固定于钢材层。钢材层外部进一步铺设隔热层，以降低罐体向周边环境的散热损失。

20、进一步的，整流栅采用多孔流道设计，可抑制入口来流的横向扰动，促使熔盐流体沿罐体轴向进行平行流动，使熔盐流体作用在复合隔热板上的力分布均匀。

21、一种单罐熔盐储热装置使用方法，整个罐体充满熔盐流体，可减小单罐熔盐储热装置运行过程中的泵功耗。充热过程中，返回的热熔盐作用于复合隔热板，可有助于冷熔盐流出，减小泵出功耗；放热过程中，返回的冷盐作用于复合隔热板，可有助于热熔盐流出，同样可减小泵出功耗。

22、综上所述，本发明通过复合隔热板设计，实现稳定良好的热分层效果，有效减小了单罐熔盐储热过程中的内部热损失，并且使用方法简单，运行功耗和费用低廉；熔盐罐多层壁面设计，使熔盐热分层对罐壁面钢材的热应力减小，保证充、放热过程中熔盐罐安全可靠运行。

23、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种单罐熔盐储热装置，其特征在于，包括复合隔热板(1)，复合隔热板(1)设置在罐体的内部，将罐体内部分为上侧的热熔盐区域和下侧的冷熔盐区域，复合隔热板(1)在浮力作用下自然悬停于热熔盐和冷熔盐之间，罐体的侧壁设置为多层壁面(2)，罐体顶部的热熔盐出入口(5)处，以及罐体底部的冷熔盐出入口(4)处均设置有整流栅(3)。

2.根据权利要求1所述的单罐熔盐储热装置，其特征在于，复合隔热板(1)包括支撑框架(7)，支撑框架(7)的外侧设置有第一外隔热层(6)。

3.根据权利要求2所述的单罐熔盐储热装置，其特征在于，第一外隔热层(6)为气相二氧化硅板材。

4.根据权利要求1所述的单罐熔盐储热装置及其使用方法，其特征在于，复合隔热板(1)的体密度为冷熔盐密度和热熔盐密度的算数平均值-20～平均值+20kg/m3。

5.根据权利要求1所述的单罐熔盐储热装置，其特征在于，复合隔热板(1)的厚度为200～1000mm。

6.根据权利要求1所述的单罐熔盐储热装置，其特征在于，多层壁面(2)由外至内依次包括第二外隔热层(9)、钢材层(10)和多段隔热层(11)。

7.根据权利要求6所述的单罐熔盐储热装置，其特征在于，多段隔热层(11)采用机械方式固定在钢材层(10)的内表面。

8.根据权利要求1所述的单罐熔盐储热装置及其使用方法，其特征在于，整流栅(3)为多孔流道。

9.根据权利要求1所述的单罐熔盐储热装置及其使用方法，其特征在于，罐体采用竖直方式布置。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的单罐熔盐储热装置使用方法，其特征在于，充热过程中，冷熔盐从底部被泵出，经外部换热器加热后从罐体顶部的热熔盐出入口流入，经整流栅后进入热熔盐区域；复合隔热板因上侧热熔盐流入、下侧冷熔盐的流出向下移动；

技术总结
本发明公开了一种单罐熔盐储热装置及其使用方法，通过设计复合隔热板，使其密度介于高温熔盐和低温熔盐密度之间，并具有良好的隔热性能。因为浮力的作用，该复合隔热层在单罐熔盐罐中，会自然悬停于高温熔盐和低温熔盐之间，并使高温熔盐和低温熔盐之间形成良好的热分层效果。通过整流栅设计，使熔盐进入罐内后快速减少扰动形成稳定的平行流，促使复合隔热板近水平的上下移动。通过熔盐罐多层壁面设计，使熔盐热分层对罐壁面钢材的热应力减小，保证充、放热过程中熔盐罐安全可靠运行。

技术研发人员：冯鹏辉,韩伟,宋晓辉,付康丽,杨晓,白锐槐,姚明宇
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15