一种耐高温固态储热系统蒸水冲洗方法与流程

本发明涉及固态储能领域技术领域，尤其涉及一种耐高温固态储热系统蒸水冲洗方法。

背景技术：

太阳能光热发电的优势在于其可避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本，而且，可以对太阳能转换的热能进行存储，即使是太阳落山后，或阴雨天气环境下，仍能继续发电。

太阳能光热发电站的储热塔便是一种用于存储热能的储热模块。储能时，向储热塔内通入热蒸汽，热蒸汽通过储热塔内管束与储热介质(混凝土)完成热交换，排出冷凝水；供能时，向储热塔内通入水，水与储热塔内储存的热能发生热交换，最终排出热蒸汽。

混凝土作为一种常用的储热介质，在太阳能光热发电站的储热模块得到了广泛的应用，其结构为混凝土中穿入管路，管路的外壁上设置翅片，翅片与混凝土接触，使用时，热蒸汽通入到管路内，通过翅片辅助使热蒸汽与混凝土完成热交换。

其中，储热模块在制造、运输、保管、安装等过程中管路内易存留砂砾、焊渣及腐蚀产物等各种杂质，使用前需要进行清理，同时，混凝土在正式投入使用前，还需要进行干燥处理，干燥的主要手段是令其升温，使混凝土内的游离水(100-110℃蒸发)和结晶水(300℃以上析出)逸散，避免使用时混凝土温度过低和潮湿急剧受热后膨胀不均造成混凝土开裂。

目前，上述两部操作为分步操作，冲洗时，向混凝土的管路中通入热水，通过水将管路内的杂质冲出；干燥时，向管路内通入高温气体，气体温度一般在420-480℃左右，通过高温气体与混凝土进行热交换，达到干燥的目的。上述两步骤分步操作，费时费力，而且由于混凝土在干燥时的起始温度较低，为20℃左右，而一般情况下，干燥后混凝土的温度在300-450℃，前后温度跨度较大，干燥过程中混凝土快速升温，极易造成混凝土开裂，从而影响储热塔的正常使用。

技术实现要素：

本发明提供了一种耐高温固态储热系统蒸水冲洗方法，其目的在于能够实现固态储热介质的冲洗与蒸水同时进行，先使用逐步升温的水对固态储热介质进行蒸水，再通入高温蒸汽可避免固态储热介质开裂。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种耐高温固态储热系统蒸水冲洗方法，包括以下步骤：

向固态储热介质的管路内持续的加入水，并控制加入水的水温逐渐升高，实现所述管路冲洗和固态储热介质热交换蒸水的同步进行；

完成冲洗及热交换蒸水后的水由所述管路末端排出所述固态储热介质；

当所述固态储热介质升温到设定温度后，停止加水操作，向所述固态储热介质的管路内持续的通入高温蒸汽，继续对所述固态储热介质进行升温烘干操作。

进一步的，所述固态储热介质为混凝土、固态盐、陶瓷、固态砂

进一步的，所述固态储热介质为混凝土，向所述混凝土的管路内加入的水由所述混凝土的顶层加入，完成冲洗及热交换蒸水后由所述混凝土的底部排出，加入水的初始温度高于最顶层的所述混凝土的温度。

进一步的，所述混凝土升温到设定温度为所述混凝土中汽水分离器所在层的所述混凝土温度达到200-300℃之后。

进一步的，加入水的温度范围为80-270℃，通入蒸汽的温度范围为350-480℃。

进一步的，所述烘干操作时，当最底部的混凝土的温度达到270℃时烘干操作停止。

进一步的，所述混凝土的管路内加入的水由电站太阳岛产生的蒸汽进行热交换升温，所述混凝土的管路内加入的蒸汽为电站太阳岛产生的蒸汽。

进一步的，搭建临时系统，临时系统包括高压换热器，高压换热器通过临时管路与电站的集热循环水泵及蒸汽输出管路连接；

利用电站的集热循环水箱的水与电站太阳岛产生的蒸汽在临时系统的高压换热器内进行换热，所述高压换热器向储热塔混凝土的管路上部加换热后的高温水。

进一步的，对所述混凝土底部排出的水进行回收，经过滤后输送至电站的集热循环水箱。

进一步的，当加入水的温度在100-110℃区间时，此温度区间的水在所述混凝土的管路内停留72-168小时，之后，对所述混凝土进行采样，对采样样品进行烘干称重。

由以上技术方案可知，本申请中的耐高温固态储热系统蒸水冲洗方法，主要包括两步骤，第一步先向固态储热介质的管路内加入水，水具有一定的温度与固态储热介质发生热交换，使固态储热介质中的水蒸发出；其中，加入水的温度持续提升，使得固态储热介质的温度也逐渐提高，最终达到对固态储热介质蒸水的目的，同时，持续的加水，水在管路内流动，可将管路中存在的杂质带走，达到冲洗的目的；之后，第二步向固态储热介质的管路内通入蒸汽，蒸汽的温度更高，进一步的对固态储热介质进行蒸水干燥。

采用该方法，由于是先通水，再通蒸汽的蒸水干燥方式，通入高温蒸汽时，固态储热介质已经被水提升一定的温度，进行了一段时间的蒸水干燥，因此，再通入高温蒸汽时不会出现固态储热介质急剧受热而开裂的状况，避免固态储热介质损坏；同时，在通水对固态储热介质进行蒸水时，也可对管路进行冲洗，可将管路中的杂质冲洗排出，为后续的吹扫创造条件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的储热塔蒸水冲洗方法的实施例一的流程图；

图2为本发明提供的储热塔蒸水冲洗方法的实施例二的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施方式中提供的蒸水冲洗方法，可对储热装置的固态储热介质进行烘干操作，采用水与蒸汽相结合的方式，可对固态储热介质进行逐步的升温，具体的，一种耐高温固态储热系统蒸水冲洗方法，包括以下步骤：

向固态储热介质的管路内持续的加入水，并控制加入水的水温逐渐升高，实现所述管路冲洗和固态储热介质热交换蒸水的同步进行；

完成冲洗及热交换蒸水后的水由所述管路末端排出所述固态储热介质；

当所述固态储热介质升温到设定温度后，停止加水操作，向所述固态储热介质的管路内持续的通入高温蒸汽，继续对所述固态储热介质进行升温烘干操作。

优选的，所述固态储热介质为混凝土、固态盐、陶瓷、固态砂。以下两个实施例以固态储热介质为混凝土为例，具体的：

实施例一如图1所示，一种耐高温固态储热系统蒸水冲洗方法，包括以下步骤：

向储热塔混凝土的管路内持续的加入水，并控制加入水的水温逐渐升高，实现所述管路冲洗和所述混凝土热交换蒸水的同步进行；

完成冲洗及热交换蒸水后的水由所述管路末端排出所述储热塔；

当混凝土升温到设定温度后，停止加水操作，向储热塔混凝土的管路内持续的通入高温蒸汽，继续对所述混凝土进行升温烘干操作。

混凝土升温到设定温度为，储热塔中汽水分离器所在层的混凝土温度达到200-300℃之后。混凝土的管路内通水目的是使混凝土逐步升温，避免混凝土突然高温而开裂，当汽水分离器所在层的混凝土升温至200-300℃之后，一般为14层，停止通水操作，切换为通蒸汽。

作为优选的实施方案，操作时，向所述储热塔混凝土的管路内加入的水/蒸汽由所述储热塔的顶层加入，完成冲洗及热交换蒸水后水/蒸汽由所述储热塔的底部排出，加入水的初始温度高于所述储热塔内最顶层的所述混凝土的温度。

优选的，加入水的温度范围为80-270℃，通入蒸汽的温度范围为350-480℃。

当储热塔顶部混凝土温度在55℃以下时，控制加入水的温度不超过80℃，随着持续的加水，当储热塔顶部温度超过55℃以后，控制进入储热塔水温与储热塔顶层温度差在25℃以内；加入水由给水泵控制，当储热塔顶部混凝土温度在80℃以上后，控制给水泵按照每条管路内水流速大于1.5m/s流速输出功率，以保证储热塔加入水、排出水效果、冲洗效果及升温速率稳定和相对均衡。

通入蒸汽继续对混凝土继续进行烘干操作，当储热塔最底部的混凝土的温度达到270℃时烘干操作停止。储热塔的混凝土结构包括多层结构，一般为18层，两步骤中，高温水及蒸汽均是由顶部通入，底部排出，在水/蒸汽流动换热蒸水过程中，换热逐层完成，底部的温度低于顶部温度，因此，当底部温度达到270℃时，可相应的推理出，顶部的温度均高于270℃，因此，可只监测最底部的混凝土温度即可。

实施例二如图2所示，对于加入混凝土管路内的水及蒸汽，可外接设备提供持续升温水及蒸汽，或者，可利用电站已有的结构，以提供持续升温水及蒸汽。

具体的，搭建临时系统，临时系统包括高压换热器，高压换热器通过临时管路与电站的集热循环水泵及蒸汽输出管路连接；

利用电站的集热循环水箱的水与电站太阳岛产生的蒸汽在临时系统的高压换热器内进行换热，所述高压换热器向储热塔混凝土管路上部加换热后的高温水。

电站的集热循环水泵将集热循环水箱内的水输送至高压换热器，镜场吸热产生的高温蒸汽输送至高压换热器，高压换热器内水与蒸汽换热，水升温后排出输送至储热塔的混凝土管路的上部。其中，通过调节集热循环水箱内的水的温度，可调节高压换热器输出高温水的水温。

临时系统向混凝土内通入水之前，需要对临时系统的高压换热器及相应的管路进行排气、冲洗处理，临时系统的管路上包括排气阀及疏水阀门，排气、冲洗处理时，将排气阀及疏水阀门开启，以最小频率向高压换热器及与其连接的管路内通水，带排气阀有连续的水滴后关闭排气阀，疏水阀门排出的水变无色透明后关闭，同时停止供水。此过中，临时管路内的压力不超过4mpa。

排气处理之后可向混凝土的管路内加入水，向储热塔混凝土的管路内持续的加入水，并控制加入水的水温逐渐升高，实现所述管路冲洗和所述混凝土热交换蒸水的同步进行；

完成冲洗及热交换蒸水后的水由所述管路末端排出所述储热塔；

当混凝土升温到设定温度后，停止加水操作，向储热塔混凝土的管路内持续的通入高温蒸汽，继续对所述混凝土进行升温烘干操作。

储热塔包括多座模块，每座模块包括多层，例如，储热塔由6座模块组成，每座模块包括18层，各层、各座之间均相互连通。

所述混凝土管路内满水的状态下，其内部压力为4-5mpa。使用时，如果储热塔内的水量足，可同时开启6座储热塔的排污口，如果水量不足，排污口交替开关，且排污口的开启时间基本相同。其中，能够保持储热塔内的压力在范围指内证明水量足，反之则属于水量不足。

储热塔单座塔的排污量不低于85t/h，6座同时排污时，排污总量不低于510t/h，保证储热塔内水流速不低于1.5m/s。

进一步优选的技术方案，对所述储热塔底部排出的水进行回收。储热塔冲洗过程中，前期储热塔排污口排出的水较为浑浊，一段时间后，排污口排出的水会逐渐清澈，当排出的水达到一定的标准时，可回收利用，避免资源浪费，节约成本。优选的，定期对所述储热塔底部排出的水进行采集并化验，如，每间隔2小时，进行一次采集、化验，当排出的水中氯离子含量小于25ppm且全铁含量小于50mg/l时，对排出水进行回收利用。

同时，储热塔排出的再利用的水回收到集热循环水箱中，从而使储热塔、集热循环水箱及高压换热器形成一闭式循环结构。通过控制镜场投入的回路数量和控制方式来控制进入高压换热器的蒸汽量，同时控制集热循环水泵的投入数量和频率，实现从高压换热器出口进入储热塔的水温高于储热塔顶层温度同时具有较大的循环量，以保证储热塔内的水流速足够，储热塔中的流速足够的情况下，利于储热塔中混凝土整体的均温，避免顶部及底部的温差较大。

在实施例一和实施例二中，持续的加入水进行冲洗、蒸水过程中，当加入水的温度在100-110℃区间时，此温度区间的水在所述混凝土的管路内停留72-168小时(3-7天)，之后，对所述混凝土进行采样，对采样样品进行烘干称重。在初级蒸水干燥阶段主要蒸发掉混凝土中的游离水，其中，游离水蒸发的温度区间在100-110℃之间，因此，在此温度区间内停留充足的时间，可使游离水蒸发充分。

其中，具体的采样方式为，采集所述混凝土两边缘及中部的样品，采集样品的重量不低于30g，烘干加热温度不低于600℃。加热后样品的总重量减少6％(混凝土中结晶水含量约为6％)以内视为合格。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。