一种可移动式连续化盐系统及其化盐方法与流程

本发明涉及太阳能热发电技术，具体涉及一种可移动式连续化盐系统及其化盐方法。

背景技术：

国际能源署认为光热电站装机未来将持续上升，并且对未来全球光热装机量及年发电量进行了预测，根据预测至2020年全球光热发电装机量将达到11GW左右，至2020年全球光热电站装机总量预计将翻倍。

储热系统作为光热电站最核心的部分可增强太阳能热发电站对太阳辐射变动的适应性。储热储能系统和该系统的发电能力对于太阳能热发电系统非常重要，不仅要求储热系统有较好的储热能力，还要求储热系统能及时地将热量传递给工质，来实现在太阳辐照减弱的情况下不至于使汽轮机进汽参数骤然下降。熔盐是目前最常用的储热材料，由于常温下熔盐为固体，而使用时熔盐为液体，因此，初始时化盐、灌装就成为系统运行的关键之一。

目前大部分电站都是自建化系统设备，一次投入，一次使用，系统经济性差，初始化盐时，熔盐容易过热，变质。因此，需要开发一种利用率高、熔盐不易过热的新型化盐系统。

技术实现要素：

根据上述领域存在的不足和需求，本发明提供一种可移动式连续化盐系统，具有高度的灵活性，能够反复使用并避免熔盐过热，有效解决当前化盐系统的利用率低、熔盐容易过热的问题。

一方面，本发明提供一种可移动式连续化盐系统，其特征在于，包括用于设置在运载系统上的化盐槽系统、加热系统和和熔盐缓存系统；

所述化盐槽系统和熔盐缓存系统通过熔盐管道连通；所述加热系统设置在所述化盐槽系统底部，用于加热化盐槽中的熔盐；

所述化盐槽系统包括化盐槽；所述化盐槽的顶部设有进料口、搅拌器连接口和温度计连接口；所述搅拌器连接口用于安装搅拌器，使所述搅拌器的搅拌部件位于化盐槽内，搅拌器的控制部件位于化盐槽顶部上方；所述温度计连接口用于安装温度计，使温度计的检测端位于化盐槽内，读数端位于化盐槽顶部上方；

所述化盐槽的一侧槽壁上分别上下设有第1连通口和第2连通口；所述第2连通口设置在靠近化盐槽底板的位置；

所述熔盐缓存系统包括缓冲罐和熔盐泵；所述缓冲罐的顶部设有熔盐泵连接口，用于密封连接安装熔盐泵，所述熔盐泵将所述缓冲罐内熔化的熔盐泵入熔盐罐中；

所述缓冲罐靠近所述化盐槽的一侧罐壁上还分别上下设有第3连通口和第4连通口；

所述管道连通指所述第1连通口通过第1管道与第3连通口连通；所述第2连通口通过第2管道与第4连通口连通；连通状态下，第3连通口的位置低于第1连通口，第4连通口的位置低于第2连通口；所述第2管道上设有第1阀门。

本发明提供的可移动式连续化盐系统，化盐槽是化盐的主要容器，优选为椭圆封头的卧式化盐罐。所述进料口用于向化盐槽内加入固态熔盐和/或水。所述搅拌器的控制部件位于化盐槽的顶部上方，在加热过程中，通过控制部件调节搅拌部件的搅拌速度，使熔盐均匀受热，防止出现局部熔盐过热的现象。所述温度计的读数端位于化盐槽的顶部上方，用于随时监测温度，以便及时调节加热速度和搅拌速度，避免熔盐温度过高而变质。在化盐槽一侧的槽壁上设有第1连通口和第2连通口，用于导出液态熔盐。为了尽量排净化盐槽中的液态熔盐，所述第2连通口优选设置在靠近化盐槽底板的位置。

所述缓冲罐设置在化盐槽具有连通口的一侧，用于临时储存来自化盐槽的液态熔盐。在连续化盐的过程中，通过熔盐泵将液态熔盐不断泵送至熔盐罐中。采用缓冲罐对液态熔盐进行缓存，既可以将熔盐泵与搅拌器、温度计和电加热器等隔离开，避免在运行过程中部件之间发生碰撞，又能够大幅减小熔盐泵的液下轴长，从而可以选用更便宜的泵来节约成本，还能够避免液态熔盐在化盐槽中反复加热而导致熔盐过热。在缓冲罐靠近化盐槽的一侧罐壁上设有第3连通口和第4连通口，用于接收来自化盐槽的液态熔盐。

在化盐初期及连续化盐时，关闭第1阀门，当化盐槽内的熔盐液位高于第1连通口后，液态熔盐可以通过第1连通口自动流出化盐槽并经过第1管道和第3连通口流入缓冲罐中，当缓冲罐中的熔盐液位达到设定位置时，开启熔盐泵，将液态熔盐泵入熔盐罐中，通过控制固态熔盐的进料速率和液态熔盐的泵出速率而实现连续化盐。在化盐后期，不再加入固态熔盐，当熔盐液位低于第1连通口后，打开第1阀门，使液态熔盐通过第2连通口流出化盐槽并经过第2管道和第4连通口流入缓冲罐中。优选地，在连通状态下，所述第3连通口的位置与所述化盐槽底部的位置高度相当，且高于熔盐泵的最低要求液位。

所述化盐槽系统、加热系统和熔盐缓存系统均可设置在运载系统上，可随运载系统灵活移动，给需要化盐的太阳能热发电站提供便利。

优选地，所述进料口处设有第2阀门，所述化盐槽的顶部设有第1泄压阀，所述缓冲罐的顶部设有第2泄压阀。所述第2阀门用于开启和关闭进料口。在一些实施例中，通过进料口加入固体熔盐后，优选加入一定量的水，在化盐初始阶段水分蒸发，通过设置第1泄压阀和第2泄压阀的压力阈值，可以避免系统超压而发生危险。

优选地，所述搅拌器和温度计分别在搅拌器连接口和温度计连接口的位置与化盐槽顶部之间密封连接。使化盐槽在熔盐加热过程中处于密闭状态，防止热量散失。

优选地，所述第1连通口和第2连通口上设有滤网；优选地，所述滤网的孔径为20～200μm。在一些实施例中，所述第1连通口和第2连通口上还分别设有完全覆盖第1连通口和第2连通口的滤网。化盐时，部分固态熔盐漂浮在液态熔盐上方，该滤网可以防止固态熔盐通过第1连通口或第2连通口进入缓冲罐中，并且能够有效防止熔盐中不熔的固体杂质进入熔盐系统中，避免了熔盐管道的堵塞，防止造成重大事故。

优选地，所述化盐槽的内底面呈斜坡面，与所述缓冲罐相邻的一端低于相对端；优选地，所述斜坡面的水平夹角为1～12度。在化盐最后阶段，这种斜坡面可以保证化盐槽内剩余的液态熔盐通过第2连通口全部排入缓冲罐中，避免熔盐的浪费。

优选地，所述化盐槽的顶部还设有氮气口，用于连接氮气供应设备；和/或循环口，用于注入温度降低的熔盐。通过向化盐槽内通入氮气，可以排除空气和水蒸气，防止熔盐成分氧化，并保证系统压力平衡，始终处于微正压状态。大批量化盐时时间较长，熔盐罐中的熔盐温度逐步降低，到一定程度时，通过循环口将温度降低的熔盐抽回到化盐槽中加热。

优选地，所述缓冲罐在靠近底部的罐壁上设有排放口，所述排放口外接排放管，所述排放管上设有第3阀门。在化盐过程中，关闭第3阀门；化盐结束后，打开第3阀门，将缓冲罐中的剩余熔盐排出，然后用水清洗化盐槽和缓冲罐并通过排放管排净污水。

优选地，任一上述的可移动式连续化盐系统，还包括加料系统，所述加料系统包括人工加料台和/或自动机械加料设备。在一些实施例中，操作人员站在人工加料台上，借助于进料斗，通过进料口向化盐槽内手动添加固体熔盐。在另一些实施例中，采用机械加料的方式，利用传送带等方式自动地将固体熔盐送入化盐槽内。

优选地，任一上述的可移动式连续化盐系统，所述加热系统包括外壳，所述加热系统的外壳与所述化盐槽之间通过法兰连接；所述加热系统包括电加热器和/或天然气燃烧室。在一些实施例中，所述加热系统同时设有电加热器和天然气燃烧室，可以采用任何一种热源对熔盐进行加热，避免某种热源发生故障时影响化盐的连续进行。

另一方面，本发明还提供一种连续化盐方法，其特征在于，采用任一上述的可移动式连续化盐系统，包括如下步骤：

(1)化盐初期：在化盐槽中装入固态熔盐；开启搅拌器，开启加热系统使熔盐熔化；

(2)连续化盐：向化盐槽持续加入固态熔盐，当液态熔盐的液位高于第1连通口后，熔盐会自动流入缓冲罐中；当缓冲罐中的熔盐液位达到设定位置时，开启熔盐泵，将液态熔盐泵送至熔盐罐中；控制固态熔盐的添加速率和熔盐泵的泵送速率，使化盐槽中的液态熔盐液面始终高于第1连通口且缓冲罐中的液态熔盐液面始终高于熔盐泵的最低要求液位，使化盐连续进行。

在本发明的一些实施例中，通过自动机械加料设备及加料系统的阀门控制固态熔盐的添加速率，通过熔盐泵的变频电机控制熔盐的泵送速率。

综上，本发明提供的可移动式连续化盐系统及连续化盐方法，与现有技术相比，具有以下优点：

1.解决了系统熔盐容易过热的问题。

2.解决了化盐设备灵活性差问题。借助本发明的可移动式连续化盐系统，发电站不需要自行配备化盐装置，实现了资源的重复利用，节约了经济成本，具有广泛的应用前景。

3.解决化盐加热过程中容易氧化和压力不平衡问题。

4.多种热源化盐，保证了化盐的正常进行。

附图说明

图1.可移动式连续化盐系统的结构示意图；

其中，1-化盐槽，2-进料口，3-搅拌器，4-温度计，5-第1连通口，6-第2连通口，7-化盐槽底板，8-缓冲罐，9-熔盐泵，10-第3连通口，11-第4连通口，12-第1管道，13-第2管道，14-第1阀门，15-第1泄压阀，16-第2泄压阀，17-滤网，18-氮气口，19-循环口，20-排放口，21-电加热器，22-天然气燃烧室，23-运载车。

图2.滤网结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步的详细说明，需要声明的是，下述实施例仅作为解释和说明，不构成对本发明保护范围的限制。

本发明提供一种可移动式连续化盐系统，其特征在于，包括用于设置在运载系统上的化盐槽系统、加热系统和和熔盐缓存系统；所述化盐槽系统和熔盐缓存系统通过熔盐管道连通；所述加热系统设置在所述化盐槽系统底部，用于加热化盐槽中的熔盐；所述化盐槽系统包括化盐槽(1)；所述化盐槽的顶部设有进料口(2)、搅拌器连接口和温度计连接口；所述搅拌器连接口用于安装搅拌器(3)，使所述搅拌器的搅拌部件位于化盐槽内，搅拌器的控制部件位于化盐槽顶部上方；所述温度计连接口用于安装温度计(4)，使温度计的检测端位于化盐槽内，读数端位于化盐槽顶部上方；所述化盐槽的一侧槽壁上分别上下设有第1连通口(5)和第2连通口(6)；所述第2连通口设置在靠近化盐槽底板(7)的位置；所述熔盐缓存系统包括缓冲罐(8)和熔盐泵(9)；所述缓冲罐的顶部设有熔盐泵连接口，用于密封连接安装熔盐泵，所述熔盐泵将所述缓冲罐内熔化的熔盐泵入熔盐罐中；所述缓冲罐靠近所述化盐槽的一侧罐壁上还分别上下设有第3连通口(10)和第4连通口(11)；所述管道连通指所述第1连通口通过第1管道(12)与第3连通口连通；所述第2连通口通过第2管道(13)与第4连通口连通；连通状态下，第3连通口的位置低于第1连通口，第4连通口的位置低于第2连通口；所述第2管道上设有第1阀门(14)。

本发明提供的可移动式连续化盐系统，化盐槽是化盐的主要容器，优选为椭圆封头的卧式化盐罐，椭圆封头能够避免容易残留熔盐的死角。所述进料口用于向化盐槽内加入固态熔盐和/或水。所述搅拌器的控制部件位于化盐槽的顶部上方，在加热过程中，通过控制部件调节搅拌部件的搅拌速度，使熔盐均匀受热，防止出现局部熔盐过热的现象。所述温度计的读数端位于化盐槽的顶部上方，用于随时监测温度，以便及时调节加热速度和搅拌速度，避免熔盐温度过高而变质。在化盐槽一侧的槽壁上设有第1连通口和第2连通口，用于导出液态熔盐。为了尽量排净化盐槽中的液态熔盐，所述第2连通口优选设置在靠近化盐槽底板的位置，优选地，所述第2连通口的下边缘距离化盐槽底板40～100厘米，更优选60～80厘米。

所述缓冲罐设置在化盐槽具有连通口的一侧，用于临时储存来自化盐槽的液态熔盐。在连续化盐的过程中，通过熔盐泵将液态熔盐不断泵送至熔盐罐中。在一些实施例中，所述缓冲罐的外面包裹了厚厚的保温层，防止缓冲罐温度降低过快。采用缓冲罐对液态熔盐进行缓存，具有如下优点：(1)将熔盐泵的轴承与搅拌器、温度计和电加热器等隔离开，避免在运行过程中部件之间发生碰撞；(2)由于缓冲罐的高度比化盐槽的高度低，因此能够大幅减小熔盐泵的液下轴长，从而可以选用更便宜的泵来节约成本；(3)及时地将化盐槽内的液态熔盐导入缓冲罐中，能够有效避免液态熔盐在化盐槽中反复加热而导致熔盐过热。在缓冲罐靠近化盐槽的一侧罐壁上设有第3连通口和第4连通口，用于接收来自化盐槽的液态熔盐。

在化盐初期及连续化盐时，关闭第1阀门，避免化盐槽底部固体物质进入缓冲罐。当化盐槽内的熔盐液位高于第1连通口后，液态熔盐可以通过第1连通口自动流出化盐槽并经过第1管道和第3连通口流入缓冲罐中，当缓冲罐中的熔盐液位达到设定位置时，开启熔盐泵，将液态熔盐泵入熔盐罐中，通过控制固态熔盐的进料速率和液态熔盐的泵出速率而实现连续化盐。在一些实施例中，所述缓冲罐内的熔盐液位达到缓冲罐的熔盐泵最低液位位置以上30cm时，开启熔盐泵。在化盐后期，不再加入固态熔盐，当熔盐液位低于第1连通口后，打开第1阀门，使液态熔盐通过第2连通口流出化盐槽并经过第2管道和第4连通口流入缓冲罐中。优选地，在连通状态下，所述第3连通口的位置与所述化盐槽底部的位置高度相当，且高于熔盐泵的最低要求液位。

所述化盐槽系统、加热系统和熔盐缓存系统均可设置在运载系统上，可随运载系统灵活移动，给需要化盐的太阳能热发电站提供便利。

在一些实施例中，所述进料口处设有第2阀门，所述化盐槽的顶部设有第1泄压阀(15)，所述缓冲罐的顶部设有第2泄压阀(16)。

在一些实施例中，通过进料口加入固体熔盐后，优选加入一定量的水，在化盐初始阶段水分蒸发，通过设置第1泄压阀和第2泄压阀的压力阈值，可以避免系统超压而发生危险。优选地，将第1泄压阀和第2泄压阀的压力阈值设置在0.1～1MPa，更优选0.2～0.7MPa。

在一些实施例中，所述搅拌器和温度计分别在搅拌器连接口和温度计连接口的位置与化盐槽顶部之间密封连接。使化盐槽在熔盐加热过程中处于密闭状态，防止热量散失。

在一些实施例中，所述第1连通口和第2连通口上还分别设有完全覆盖第1连通口和第2连通口的滤网(17)。所述滤网的孔径优选为20～200μm，更优选为20～100μm，最优选为70μm。化盐时，部分固态熔盐漂浮在液态熔盐上方，该滤网可以防止固态熔盐通过第1连通口或第2连通口进入缓冲罐中，并且能够有效防止熔盐中不熔的固体杂质进入熔盐系统中，避免了熔盐管道的堵塞，防止造成重大事故。

在一些实施例中，所述化盐槽的内底面呈斜坡面，与所述缓冲罐相邻的一端低于相对端；所述斜坡面的水平夹角优选为1～12度，更优选为2～10度，最优选为5度。在化盐最后阶段，这种斜坡面可以保证化盐槽内剩余的液态熔盐通过第2连通口全部排入缓冲罐中，避免熔盐的浪费。

在一些实施例中，所述化盐槽的顶部还设有氮气口(18)，用于连接氮气供应设备；和/或循环口(19)，用于注入温度降低的熔盐。通过向化盐槽内通入氮气，可以排除空气和水蒸气，防止熔盐成分氧化，并保证系统压力平衡，始终处于微正压状态。

在一些实施例中，所述化盐槽的顶部还设有循环口，所述循环口通过管道与熔盐罐中的泵出口相连接。大批量化盐时时间较长，熔盐罐中的熔盐温度逐步降低，到一定程度时，通过循环口将温度降低的熔盐抽回到化盐槽中加热。

在一些实施例中，所述缓冲罐在靠近底部的罐壁上设有排放口(20)，所述排放口外接排放管，所述排放管上设有第3阀门。在化盐过程中，关闭第3阀门；化盐结束后，打开第3阀门，将缓冲罐中的剩余熔盐排出，然后用水清洗化盐槽和缓冲罐并通过排放管排净污水。

在一些实施例中，任一上述的可移动式连续化盐系统，还包括加料系统，所述加料系统包括人工加料台和/或自动机械加料设备。操作人员站在人工加料台上，可借助于进料斗，通过进料口向化盐槽内手动添加固体熔盐。或者，采用机械加料的方式，利用传送带等方式自动地将固体熔盐送入化盐槽内。

在一些实施例中，所述机械加料装置包括拆袋机、破碎机、带式承重给料机、波纹挡边带式输送机。系统内设吨袋拆袋机，分别对熔盐进行拆袋作业；拆袋机内设破碎装置，可对板结的物料进行破碎处理。在拆袋机出料斗口下方设置带式称重给料机，可对拆袋后的物料按一定的配比进行给料。物料经一定带宽，倾角60°，带速1m/s的C-1波纹挡边带式输送机送至化盐槽进行混合作业。

在一些实施例中，任一上述的可移动式连续化盐系统，所述加热系统包括外壳，所述加热系统的外壳与所述化盐槽之间通过法兰连接；所述加热系统包括电加热器(21)和/或天然气燃烧室(22)。优选地，所述加热系统同时设有电加热器和天然气燃烧室，可以采用任何一种热源对熔盐进行加热，避免某种热源发生故障时影响化盐的连续进行。

在一些实施例中，所述天然气燃烧室设置在化盐槽底部，处于化盐槽底板下方，外接现场天然气管道；电加热器布置在化盐槽底板上方20-50cm高度的地方，各电加热器均匀布置，电加热器与化盐槽外的电子控制柜连接，通过电子控制柜控制加热功率，防止熔盐过热。化盐时，如选择电加热器加热，熔盐应完全覆盖电加热器。

另一方面，本发明还提供一种连续化盐方法，其特征在于，采用任一上述的可移动式连续化盐系统，包括如下步骤：

(1)化盐初期：在化盐槽中装入固态熔盐；开启搅拌器，开启加热系统使熔盐熔化；

(2)连续化盐：向化盐槽持续加入固态熔盐，当液态熔盐的液位高于第1连通口后，熔盐会自动流入缓冲罐中；当缓冲罐中的熔盐液位达到设定位置时，开启熔盐泵，将液态熔盐泵送至熔盐罐中；控制固态熔盐的添加速率和熔盐泵的泵送速率，使化盐槽中的液态熔盐液面始终高于第1连通口且缓冲罐中的液态熔盐液面始终高于熔盐泵的最低要求液位，使化盐连续进行。

在一个典型的实施例中，包括如下步骤：

(1)化盐初期：关闭第1阀门，开启进料口，采用人工或机械加料的方式，通过进料口加入一定量的固态熔盐，使其覆盖电加热器，同时还可以外接水源，经进料口加入一定量水；然后关闭进料口，开启搅拌器，开启电加热器或燃气炉中的一种，开始化盐；在水分蒸发过程中，罐体中的压力达到一定值时，通过第1泄压阀和第2泄压阀降低系统的压力，避免系统超压发生危险；待熔盐中的水分蒸发完全后，熔盐熔化，添加固体熔盐，开启正式化盐过程；通入氮气，排空系统中的水蒸汽和空气，保证系统微正压。

(2)连续化盐：再开启进料口，持续加入固态熔盐，当液态熔盐的液位超过第1连通口后，熔盐会自动流入缓冲罐中；当缓冲罐中的熔盐液位达到一定位置时，开启熔盐泵，将液态熔盐泵送至熔盐罐中；根据化盐能力，通过自动机械加料设备及加料系统的阀门控制固态熔盐的添加速率，通过熔盐泵的变频电机控制熔盐的泵送速率，使化盐槽中的液态熔盐液面始终高于第1连通口且缓冲罐中的液态熔盐液面始终高于熔盐泵的最低要求液位，保证化盐的连续进行。

(3)化盐后期：固态熔盐添加结束后，关闭进料口；当化盐槽中的液位低于第1连通口时，打开第1阀门，使化盐槽中的液态熔盐通过第2连通口流入缓冲罐中；当缓冲罐中的熔盐液位低于熔盐泵要求的最低液位时，关闭熔盐泵；缓冲罐中最后还存留少量熔盐，可通过排放口排出，由于该部分残留熔盐较少，可直接投入到熔盐罐中；通过进料口冲入清水，清洗设备，清洗完毕后通过排放口排净污水；最后通入热风干燥系统设备，化盐完毕。