大型储罐底板的预热装置的制作方法

本发明属于储能电站、太阳能光热电站的储能系统技术领域，特别涉及一种大型储罐底板的预热装置。

背景技术：

目前，非化石能源发电有多重途径，其中风能发电、光伏发电、太阳能光热发电、核能发电都已经广泛商用。但这些新兴的新能源电站都可能受天气等外部因素影响，电站出力不能按照电网的用电负荷进行匹配。熔盐储能技术是解决新能源发电与电网匹配的重要途径，在新兴的光热电站中已经开始应用。大型熔盐储罐作为储能核心设备，其寿命和安全直接关系到电站的安全和经济效益。

熔盐储罐的寿命和安全不仅与设备本身的结构设计有关，还与初次启动时的预热有关。预热不充分或者罐体筒壁与底板温差过大，都可能损伤设备本体，缩短设备寿命，留下安全隐患。国内外光热电站中的大型熔盐储罐通常采用烟道气直接通入罐内进行预热，这种方法有如下不足：

1、烟道气直接罐内预热为大空间空气自然对流换热，烟道气在罐内的流动由密度差推动，无法做到精确控制，在开车过程中，即使监测到温度不均匀，也无法及时有效的调节。

2、预热时储罐底角易出现流动死区，导致底板和筒壁受热不均，局部热应力过高可能导致罐体局部受损。

3、烟道气预热由于储罐直径大，流速极低（通常0.01m/s），传热系数低，能量利用率低，预热能耗高，时间长。

4、烟道气直接进入罐内并会存留，将来会污染熔盐。

5、烟道气预热只能在空罐状态下进行，当储罐进入带料生产阶段，要对储罐进行补热防凝，还需要设置浸没式电加热器。这种浸没式电加热器在储罐筒壁开4～8个孔安装总功率约400kw～800kw用于补热防凝，造成储罐筒壁结构不连续，高温及温度变化状态下容易造成应力集中，增加焊缝开裂、高温熔盐泄露的风险。

目前世界上仅有的两个投入商业化运营的太阳能光热塔式发电站的熔盐储罐都发生了事故：美国的新月沙丘电站高温熔盐储罐2016年10月发生了泄漏，停运几个月；同样的，位于西班牙塞维利亚的全球首座可实现24小时发电的太阳能电站gemasolar光热电站，也在2017年初因高温熔盐储罐发生事故导致电站停运数月有余。这些事故都是发生在电站开始发电的初期，与储罐本身的设计寿命相去甚远。储罐初次充盐之前没有科学、安全的预热是最可能的原因之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够确保罐体结构的连续，极大的减小泄漏风险，并有利于罐内温度分布均匀的大型储罐底板的预热装置。

本发明的技术方案是这样实现的：大型储罐底板的预热装置，其特征在于：包括设置在储罐底板下方的加热机构，所述加热机构为设置在储罐外部的外置式结构，且用于对储罐底板进行预热和补热。

本发明所述的大型储罐底板的预热装置，其在所述加热机构下方设置有隔热组件。

本发明所述的大型储罐底板的预热装置，其所述加热机构包括加热电缆，所述加热电缆均匀地布置在储罐底板下方构成发热单元，所述发热单元通过供电电缆与控制单元连接。

本发明所述的大型储罐底板的预热装置，其在所述储罐底板底部设置有多个测温元件，所述测温元件与控制单元连接，所述控制单元能够对发热单元进行分区域控制，在预热结束后的正常生产阶段，所述加热机构能够通过切换，用于作为储罐的防凝补热措施使用。

本发明所述的大型储罐底板的预热装置，其在所述加热电缆外周套接有保护管。

本发明所述的大型储罐底板的预热装置，其在所述保护管内、加热电缆与保护管内壁之间设置有绝缘层。

本发明所述的大型储罐底板的预热装置，其在所述绝缘层与保护管内壁之间设置有耐高温合金铠装层。

本发明所述的大型储罐底板的预热装置，其在所述隔热组件上表面设置有导热胶泥层，套接有加热电缆的保护管嵌装在导热胶泥层内，其整体形成平板状发热体，所述发热单元与罐体无直接连接且不接触介质，所述储罐底板安装在导热胶泥层上。

本发明所述的大型储罐底板的预热装置，其在所述隔热组件上表面设置有用于安装发热单元的凹槽，套接有加热电缆的保护管设置在凹槽内，所述保护管与凹槽之间的间隙填充有导热胶泥。

本发明所述的大型储罐底板的预热装置，其所述隔热组件包括底部隔热层以及浇注在底部隔热层上方的耐火浇注料层，所述用于安装发热单元的凹槽设置在耐火浇注料层上表面，所述凹槽沿同一方向平行布置，所述套接有加热电缆的保护管在凹槽内采用直通式布置或往复式布置。

本发明通过在储罐底部设置外置式的加热机构，相较于传统的侧壁开孔安装的浸没式电加热器，其避免了在储罐本体开孔，从而确保了罐体结构的连续性，极大的减小了泄漏风险，而且热量从储罐底部输入，底部熔盐受热后的浮升有利于罐内温度分布均匀，达到对储罐底板均匀预热和补热的工艺目标。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中加热机构的结构示意图。

图3是本发明中加热电缆的直通式布置示意图。

图4是本发明中加热电缆的往复式布置示意图。

图中标记：1为储罐底板，2为加热机构，3为加热电缆，4为保护管，5为绝缘层，6为耐高温合金铠装层，7为导热胶泥层，8为供电电缆，9为控制单元，10为底部隔热层，11为耐火浇注料层，12为通风管，13为混凝土基础。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

如图1-4所示，一种大型储罐底板的预热装置，包括设置在储罐底板1下方的加热机构2，所述加热机构2为设置在储罐外部的外置式结构，且用于对储罐底板1进行预热和补热，所述加热机构能够与测温元件配合，做到完全可控的程序升温，为储罐底板加热，在所述加热机构2下方设置有隔热组件。所述储罐底板升温过程中，底部空气升温产生密度差，使罐内空气产生自然对流，使筒壁和罐顶也受热升温，而且加热机构的电加热功率可以无极调节，以控制底板的升温速率，使整个储罐同步预热，筒壁和底板间不出现较大温差，预热完成后，底板加热机构还可以作为正常生产时补热防凝措施继续使用。

在本实施例中，所述加热机构2包括加热电缆3，所述加热电缆3均匀地布置在储罐底板1下方构成发热单元，所述发热单元通过供电电缆8与控制单元9连接，在所述加热电缆3外周套接有保护管4，在所述保护管4内、加热电缆3与保护管4内壁之间设置有氧化镁绝缘层5，在所述绝缘层5与保护管4内壁之间设置有耐高温合金铠装层6，所述加热电缆安装于保护管中，抽芯检修方便，检修时不影响储罐的正常操作。

其中，所述隔热组件包括底部隔热层10以及浇注在底部隔热层10上方的耐火浇注料层11，在所述耐火浇注料层11上表面设置有用于安装发热单元的凹槽，所述凹槽沿同一方向平行布置，且相邻凹槽的间距为15cm～80cm，套接有加热电缆3的保护管4设置在凹槽内且采用直通式布置或往复式布置，所述保护管4与凹槽之间的间隙填充有导热胶泥，同时在耐火浇注料层11上表面涂抹有一层导热胶泥层7，套接有加热电缆3的保护管4嵌装在导热胶泥层7内，其整体形成平板状发热体，所述发热单元与罐体无直接连接且不接触介质，所述储罐底板1安装在导热胶泥层7上，在所述底部隔热层10下部设置有通风管12。

在本实施例中，储罐底板下方的加热机构是利用高温矿物绝缘加热电缆，通过合理的布置和安装，制作出一个加热均匀、升温可控、且检修方便的平板状发热体，对储罐的底板进行预热和补热。

如图1所示，熔盐储罐的底板安装于保温隔热组件之上，在储罐底部隔热材料的最上层为耐火浇注料，在耐火浇注料上同一方向平行开槽，间距为15cm～80cm（按需要的总加热功率确定）。选用内径略大于加热电缆外径的不锈钢圆形管或钜形管作为保护管，并安装于槽内，管内预留辅助安装钢丝。用可固化的导热胶泥填充钢管与槽之间的空隙，并均匀涂抹一层导热胶泥在耐火浇注料表面，如图2所示，导热胶泥表面找平后，进行储罐底板的安装。

待储罐本体施工完毕后，开始在保护管内安装铠装高温矿物绝缘加热电缆，加热电缆的外径略小于保护管内径，确保可以抽芯检修。加热电缆插入管内后，将保护管两端进行封堵，避免热量损失。依据底部热损和储罐操作温度不同，加热电缆功率可选为50w/m～200w/m。

如图3和4所示，根据储罐直径大小，加热电缆可采用“直通式”安装或“往复式”安装两种基本方式，也可以采用两种安装方式相结合。加热电缆安装时的弯曲半径大于电缆允许的最小弯曲半径。

所述加热电缆通过控制单元进行控制，根据电加热回路布置情况，配合罐底安装的多个测温点，依据设置的升温程序和反馈的温度信号，实现分区域控制。在plc中可设置升温速率，自动无极调节加热功率，确保整个底板按工艺要求的速率升温并均匀预热。

预热结束后，在正常生产阶段，加热机构设置为自限温模式，作为储罐防凝补热措施使用，实现预热和防凝补热两种功能。当监测到温度高于设定温度，则自动断电；低于设定温度则启动对应位置的加热电缆进行补热。

其中，保护管的端头处为可拆卸的轻质保温结构，当出现某个回路的加热电缆出现故障，可以打开对应位置的保护管外的保温层，在不影响正常生产的情况下进行抽芯更换。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。