一种用于太阳能光热电站的熔盐储热系统及其热交换方法与流程

本发明属于太阳能光热发电领域，具体涉及一种用于太阳能光热电站的熔盐储热系统及其热交换方法。

背景技术：

太阳能高温热发电技术是太阳能规模利用的一个重要方向，对人类解决化石能源危机、空气污染等问题具有深远的意义。太阳能高温热发电采用的工质有水(水蒸汽)、熔盐、空气、导热油、液态金属和其他导热介质等。其中，由于太阳光照的波动性及不连续性，太阳能光热发电系统中必须有大规模储热系统才能连续稳定发电。熔盐有使用温度高、温度范围宽、流动特性好、热容量大等特性，作为储热工质应用到储热系统中正好可以弥补太阳光照不稳定的问题，是目前应用最为广泛的太阳能储热工质。

传统太阳能槽式光热发电系统由于受到导热油安全使用温度的限制，致使系统工作温度不能超过400℃，影响系统整体运行效率；在实际运行中，由于外部环境温度的影响或者电网负荷变化调度的要求，致使蒸汽发生器经常偏离设计工况点运行，容易造成汽水侧预热器熔盐出口温度过低，预热器存在冻堵的风险；夜间运行时，由于外部环境温度等因素的影响，致使从低温熔盐储罐流出的熔盐在镜场回路中温度过低，容易发生冻堵事故。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种用于太阳能光热电站的熔盐储热系统及其热交换方法，该系统利用混合器将高温熔盐储罐的高温熔盐与蒸汽发生器出口的低温熔盐进行混合，提高了进入预热器进口熔盐温度降低了因负荷调整及环境等因素导致的预热器冻堵的风险；夜间工况下，镜场管路回流的低温熔盐经混合器与高温熔盐进行混合，提高了流入镜场管路中的熔盐温度，提高了夜间镜场回路中熔盐安全运行的裕量，降低了镜场回路中熔盐冻堵的风险。

实现上述目的的技术方案如下：

一种用于太阳能光热电站的熔盐储热系统，其改进之处在于，所述熔盐储热系统包括：高温熔盐储罐(1)、混合器(7)、预热器(4)、低温熔盐储罐(2)、镜场(13)以及多个管道；

所述低温熔盐储罐(2)、镜场(13)、混合器(7)和低温熔盐储罐(2)由管道依次连接；所述高温熔盐储罐(1)、混合器(7)、预热器(4)和低温熔盐储罐(2)由管道依次连接；

所述混合器(7)用于将由所述镜场(13)进入所述混合器(7)的熔盐和由所述高温熔盐储罐(1)进入所述混合器(7)的熔盐进行混合。

优选，所述熔盐储热系统还包括：多个控制阀门；所述阀门均为隔离阀。

优选，所述控制阀门包括：阀门(9)、阀门(10)、阀门(11)和阀门(12)；

所述镜场(13)还与所述高温熔盐储罐(1)通过管道连接，所述阀门(9)设置于所述镜场(13)和所述高温熔盐储罐(1)之间的管道上；

所述阀门(10)设置于所述镜场(13)和所述混合器(7)之间的管道上；

所述阀门(11)设置于所述混合器(7)和镜场(13)之间的管道上；

所述阀门(12)设置于所述高温熔盐储罐(1)和混合器(7)之间的管道上；

所述阀门(12)一直处于打开状态。

优选，所述阀门(9)关闭时，所述阀门(10)和阀门(11)打开；

所述低温熔盐储罐(2)依次通过镜场(13)、阀门(10)、混合器(7)、阀门(11)和低温熔盐储罐(2)连接构成第一回路。

所述高温熔盐储罐(1)、过热器(6)、蒸发器(5)、混合器(7)、预热器(4)、低温熔盐储罐(2)由管道依次连接构成第二回路；

优选，还包括蒸发器(5)和过热器(6)；

所述混合器(7)和高温熔盐储罐(1)之间还通过蒸发器(5)和过热器(6)连接；

所述阀门(9)打开，所述阀门(10)和阀门(11)关闭；

所述镜场(13)、阀门(9)、高温熔盐储罐(1)、过热器(6)、蒸发器(5)、混合器(7)、预热器(4)、低温熔盐储罐(2)和镜场(13)由管道依次连接构成第三回路；

所述第一、二和三回路均供熔盐流通。

优选，所述预热器(4)、蒸发器(5)和过热器(6)由管道依次连接构成第四回路；所述第四回路供水工质流通；

所述预热器(4)用于水工质和所述熔盐进行热交换；

所述蒸发器(5)用于通过所述熔盐对水工质加热产生蒸汽；

所述过热器(6)用于通过所述熔盐将所述蒸汽进行再加热。

优选，所诉第四回路还包括低压加热器(3)和汽轮机(8)；所述过热器(6)通过汽轮机(8)和低压加热器(3)连接预热器(4)。

优选，所述高温熔盐储罐(1)和所述低温熔盐储罐(2)的罐顶设置有熔盐泵。

优选，所述的熔盐泵为液下式熔盐泵。

优选，所述方法包括：如权1-7任一项所述的用于太阳能光热电站的熔盐储热系统；

当晚上运行时，高温熔盐储罐(1)储存的高温熔盐与来自镜场(13)的低温熔盐在混合器(7)中进行混合升温后分别通过预热器(4)进入低温熔盐储罐(2)或直接进入(11)后再返回到(13)。

优选，所述方法还包括：

当白天运行时，来自镜场(13)的高温熔盐进入高温熔盐储罐(1)，然后流经过热器(6)和蒸发器(5)；

所述高温熔盐与过热器(6)中的蒸汽进行热交换，所述高温熔盐进行第一次降温，然后再将蒸发器(5)中的水加热为蒸汽，所述高温熔盐进行第二次降温，得到中低温熔盐；

所述中低温熔盐与直接来自高温熔盐储罐(1)的高温熔盐在混合器(7)进行混合；再经由预热器(4)进行第三次降温后流入镜场(13)。

优选，所述方法还包括：

在夜间运行时，所述阀门(9)关闭；白天运行时，所述阀门(9)打开。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

(1)本发明提供的技术方案，包括：高温熔盐储罐(1)、预热器(4)、混合器(7)、低温熔盐储罐(2)、镜场(13)以及用于相互连接的多个管道；所述低温熔盐储罐(2)、镜场(13)、混合器(7)和低温熔盐储罐(2)依次连接构成第一回路；所述低温熔盐储罐(2)、预热器(4)、混合器(7)和高温熔盐储罐(1)依次连接；所述混合器(7)用于低温熔盐和高温熔盐的混合。通过混合器将高温熔盐与低温熔盐进行混合，提高了进入预热器和镜场的熔盐温度，从而降低了预热器以及镜场冻堵的风险。

(2)本发明提供的技术方案，在白天及夜间运行时，利用混合器将高温熔盐储罐的高温熔盐与蒸汽发生器出口的低温熔盐进行混合，提高了进入预热器进口熔盐温度，降低了因负荷调整及环境等因素导致的预热器冻堵的风险。

(3)本发明提供的技术方案，夜间工况下，镜场管路回流的低温熔盐经混合器与高温熔盐进行混合，提高了流入镜场管路中的熔盐温度，提高了夜间镜场回路中熔盐安全运行的裕量，降低了镜场回路中熔盐冻堵的风险。

(4)本发明提供的技术方案，降低了光热发电厂伴热用自耗电量，提高电厂经济收益。

附图说明

图1为本发明的设备连接示意图；

图中，1-高温熔盐储罐，2-低温熔盐储罐，3-低压加热器，4-预热器，5-蒸汽发生器，6-过热器，7-混合器，8-汽轮机，9-控制阀门，10-控制阀门，11-控制阀门，12-控制阀门，13-镜场。

具体实施方式

低压加热器3、预热器4、蒸发器5、过热器6以及各设备之间的管路、阀门、仪表构成主要的汽水回路，水工质依次通过汽水管路被熔盐加热成为过热蒸汽进入汽轮机8做功发电。

高温熔盐储罐1、低温熔盐储罐2、熔盐泵、混合器7以及各设备之间的管路、阀门、仪表构成主要的熔盐回路。白天运行时，打开阀门9和12，关闭阀门10、11，高温熔盐储罐中的熔盐通过罐顶的液下式熔盐泵加压输送至热器及蒸汽发生器后，与高温熔盐储罐的高温熔盐在混合器中进行混合升温，再依次流经预热器、低温熔盐储罐、镜场回路。夜间运行时，关闭阀门9，打开阀门10、11、12，高温熔盐储罐中的熔盐通过罐顶的液下式熔盐泵加压输送至过热器及蒸汽发生器后，与来自高温熔盐储罐的熔盐在混合器中进行混合升温，再依次流经预热器、低温熔盐储罐，镜场回路夜间无法吸收太阳能，镜场管路回流的低温熔盐经混合器与高温熔盐进行混合升温后流回镜场，以维持镜场回路熔盐循环。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。