一种熔盐系统应急冷却装置及运行方法与流程

1.本技术涉及熔盐储能技术领域，尤其涉及一种熔盐系统应急冷却装置及运行方法。


背景技术：

2.目前风能、太阳能等可再生能源逐年迅猛发展，加之全社会用电量逐年攀升，电网用电峰谷差日益增大，电网对低成本、长寿命储能技术的需求越来越强。熔盐储能技术可以将电能转化为热能进行储存，具有平均成本低、使用寿命长、清洁无污染的优势，是未来应对新能源发展的主要储能手段之一。
3.熔盐是一种优秀的中高温储热介质，蒸汽压低、流动性好、储热温度高，目前工程应用规模最大的熔盐是太阳盐(硝酸钾+硝酸钠)，太阳盐的最大优点是热稳定性好、腐蚀性小，缺点是凝固点过高，约220℃。化盐过程是熔盐储热系统的必要环节，是将粉状或颗粒状固体无机盐通过加热的方式融化为液体，然后输送至熔盐储罐。当熔盐储罐因设计缺陷或者材料兼容等问题出现泄露而被迫检修时，成千上万吨的高温液态无机盐无处存放，熔盐不同于水，它自身价值高、占储热系统的投资比例高，不能随意舍弃，其次熔盐属于危化品管理范畴，处置方式和存放地点都有特殊要求，高温液体无机盐还存在高温伤人安全风险，因此解决事故情况下高温液态无机盐的冷却存放问题具有重要意义。


技术实现要素：

4.本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本技术的目的在于提出一种熔盐系统应急冷却装置及运行方法，该装置通过对液态无机盐进行分级冷却、最终使其凝固成颗粒，能防止凝固过程中无机盐对设备的粘附，保证冷却过程能够连续进行。因此本技术能解决熔盐储热系统事故情况下高温液态无机盐的冷却存放问题，在熔盐储热系统出现紧急事故时将液体熔盐及时冷却成固体，便于后期重新利用。
6.为达到上述目的，本技术提出一种熔盐系统应急冷却装置，包括：
7.水冷组件，其用于对输送管道内的液体熔盐降温冷却，包括水冷器和布液器；其中所述水冷器中容置冷却液，所述输送管道包括换热盘管；所述换热盘管浸入所述水冷器的冷却液内；所述布液器设置在所述输送管道的输出端；
8.风冷组件，包括内部设置漏板的风冷器和由上到下依次设置在所述风冷器内的二级布风器、一级布风器和旋转盘；其中所述漏板将所述风冷器在上下方向分割为上部空间和下部空间；所述布液器位于所述二级布风器的上方，所述漏板位于所述二级布风器的下方；所述二级布风器低于所述漏板上液体熔盐的液位，用于将通入的冷风分散在液体熔盐内；所述一级布风器位于所述漏板的下方，用于将通入的冷风分散在所述下部空间；所述旋转盘通过旋转用于将落在其上方的固体熔盐击碎并将液体熔盐甩至所述风冷器的内壁上。
9.在一些实施例中，所述风冷组件还包括风道；所述风道的入口位于所述漏板下方
的所述风冷器壁上，其出口位于所述漏板上方的所述风冷器壁上；将所述上部空间和所述下部空间连通，用于将所述下部空间内的冷风通入所述上部空间。
10.在一些实施例中，所述风冷组件还包括设置在风冷器外壁周侧的水冷腔，其内通入冷却水用于凝固所述风冷器内壁上的液体熔盐。
11.在一些实施例中，所述水冷腔的顶端距离所述风冷器底部的竖直距离与所述旋转盘距离所述风冷器底部的竖直距离相当；且所述水冷腔的底部位于所述风冷器底部的上方。
12.在一些实施例中，所述风冷组件还包括除盐环，其中所述除盐环外部与所述水冷器的内壁接触连接并沿上下方向移动，其始终位于所述旋转盘的下方，用于防止未凝固的液体熔盐在所述水冷器的内壁上积累。
13.在一些实施例中，所述旋转盘的上表面设有呈现离心形状的凸起结构，用于将凝固后的固体熔盐击碎，同时将部分未凝固的熔盐甩向风冷器的内壁面上。
14.在一些实施例中，所述风冷器的顶部设置有间断性物理振动的过滤网，其位于所述布液器的上方，用于捕获空气携带的无机盐并除掉凝固在过滤网上的无机盐。
15.在一些实施例中，所述风冷器底部设置有出盐口；所述出盐口位于所述水冷腔底部的下方。
16.在一些实施例中，进入所述换热盘管内的液体熔盐在所述水冷器内由下向上流动，且在所述换热盘管的出口处设置测温点，用于监测经过所述水冷器冷却后的液体熔盐的温度。
17.在一些实施例中，所述输送管道上设置熔盐泵和第一阀门；其中所述熔盐泵与熔盐罐连接，用于加压泵送液体熔盐；沿液体熔盐在输送管道的输送方向，第一阀门位于所述熔盐泵的下游和所述换热盘管的上游，用于控制液体熔盐的流量。
18.在一些实施例中，还包括换热组件，包括空压机和换热器；其中空压机将通入的空气压缩后，其出口与所述换热器的热侧进口连通；所述换热器的热侧出口分别与所述二级布风器和所述一级布风器连接；所述换热器的冷侧进口通入冷却水，且所述换热器的冷侧出口与所述水冷腔的入口连接。
19.在一些实施例中，所述换热组件还包括干燥器；其中所述干燥器的入口连接所述换热器的热侧出口，所述干燥器的出口分别与所述二级布风器和所述一级布风器连接。
20.在一些实施例中，所述干燥器分别与所述二级布风器和所述一级布风器连接的管路上设置有第二阀门和第三阀门，用于控制进入所述二级布风器和所述一级布风器内的冷风。
21.在一些实施例中，提出了一种熔盐泵装置用于从熔盐罐体内泵送液体熔盐的运行方法，包括以下步骤
22.将上述任一实施例中所述的冷却装置组装；
23.液体熔盐经过熔盐泵加压抽出并经过水冷器冷却，冷却后的液体熔盐温度比其凝固点至少高20℃；后通入风冷器内的布液器并流至漏板上方且保持一定的液位；
24.二级布风器内通入冷气对液体熔盐冷却，冷却后的液体熔盐经漏板滴落到风冷器的下部空间；一级布风器内通入冷气使得部分液体熔盐凝固成固体熔盐后掉落至旋转的旋转盘上；所述旋转盘击碎固体熔盐并将液体熔盐甩至风冷器的内壁上；水冷腔内通入冷却
水进一步冷却风冷器的内壁上的液体熔盐；
25.除盐环上下移动清理粘附在风冷器内壁面上的固体熔盐，固体熔盐通过出盐口排出。
26.在一些实施例中，从所述一级布风器通入所述风冷器的下部空间内的冷风通过风道传输至所述漏板上液体熔盐内或所述漏板上液体熔盐的上方空间内。
27.本技术相较于现有技术具有以下优点：
28.本技术通过水冷器和风冷器两级冷却液体熔盐；并利用冷却水和压缩空气对高温的体熔盐进行了多级冷却，保证液体熔盐能快速凝固成固体熔盐颗粒，并防止液体熔盐在凝固过程中对冷却设备的粘附，保证冷却过程能够连续进行。
29.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
30.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
31.图1是本技术一实施例提出的熔盐系统应急冷却装置的结构示意图；
32.图2是本技术一实施例提出的熔盐系统应急冷却装置的结构示意图；
33.图3是本技术一实施例提出的熔盐系统应急冷却装置的结构示意图；
34.图4是本技术一实施例提出的熔盐系统应急冷却装置的结构示意图；
35.图5是本技术一实施例提出的熔盐系统应急冷却装置的结构示意图；
36.图中，1、熔盐罐；2、熔盐泵；3、第一阀门；4、水冷器；5、换热盘管；6、测温点；7、布液器；8、第二阀门；9、第三阀门；10、一级布风器；11、风冷器；12、过滤网；13、二级布风器；14、旋转盘；15、除盐环；16、水冷腔；17、出盐口；18、风道；19、第四阀门；20、空压机；21、换热器；22、干燥器；23、漏板。
具体实施方式
37.下面详细描述本技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。相反，本技术的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
38.为达到上述目的，参见图1本技术提出为达到上述目的，本技术提出一种熔盐系统应急冷却装置，包括：水冷组件和风冷组件；
39.其中水冷组件包括水冷器4和布液器7，其中液体熔盐经过输送管道输送，且在输送管道的输出端布设布液器7。沿液体熔盐的输送方向水冷器4设置在布液器7的上游。其中水冷器4为其内部容置冷却液且上端开放的罐体结构，输送管道包括换热盘管5，换热盘管5浸入水冷器4的冷却液内，液体熔盐经过换热盘管5时与换热盘管5外的冷却液换热，可冷却换热盘管5内的液体熔盐；可选的，水冷器4的冷却液可理解为水溶液。
40.优选的，进入换热盘管5内的液体熔盐在水冷器4内由下向上流动，可理解的换热盘管5的输入端位于水冷器4的底部，其输出端位于水冷器4的上部，此外为了提高换热效
率，本实施例中的换热盘管5为回字形，具体如图1所示。优选的，在换热盘管5的出口处设置测温点6，用于监测经过水冷器4冷却后的液体熔盐的温度。
41.此外为实现一级水冷器4内高温液体熔盐由低处向高处流动提高换热盘管5外冷却液的换热效果，还能通过调整水冷器4内的水位保证换热盘管5出口的液体熔盐在合适温度，防止液体熔盐在换热盘管5内堵塞或凝固，其中换热盘管5出口处液体熔盐的温度至少比其凝固点高20℃。
42.在一些实施例中，输送管道上设置熔盐泵2和第一阀门3；其中熔盐泵2与熔盐罐1连接，用于加压泵送液体熔盐；沿液体熔盐在输送管道的输送方向，第一阀门3位于熔盐泵2的下游和换热盘管5的上游，用于控制液体熔盐的流量。
43.具体的的如图2所示，熔盐罐1内存放有大量的液体熔盐，高温的液体熔盐经过与熔盐罐1连接的熔盐泵2加压泵送，将熔盐罐1内的液体熔盐输入至输送管道内。优选的输送管道上设置有第一阀门3，其中沿液体熔盐在输送管道的输送方向，第一阀门3位于熔盐泵2的下游和换热盘管5的上游，用于控制液体熔盐的流量，提高液体熔盐在水冷器4中的冷却效果。
44.在一些实施例中，风冷组件包括内部设置漏板23的风冷器11和由上到下依次设置在风冷器11内的二级布风器13、一级布风器10和旋转盘14；其中漏板23将风冷器11在上下方向分割为上部空间和下部空间；布液器7位于二级布风器13的上方，漏板23位于二级布风器13的下方；二级布风器13低于漏板23上液体熔盐的液位，用于将通入的冷风分散在液体熔盐内；一级布风器10位于漏板23的下方，用于将通入的冷风分散在下部空间；旋转盘14通过旋转用于将落在其上方的固体熔盐击碎并将液体熔盐甩至风冷器11的内壁上。
45.具体的，风冷器11可理解为其内部具有容纳空间且上端开放的罐体结构；其中在风冷器11内设置有漏板23，其中可知的漏板23将风冷器11在上下方向上分割为上部空间和下部空间，此外漏板23上开设多个小孔，因此漏板23上的液体熔盐能通过小孔流入到漏板23下的下部空间内。
46.本实施例中在风冷器11内由上到下依次设置在风冷器11内的二级布风器13、一级布风器10和旋转盘14；其中布液器7和二级布风器13位于上部空间内，且布液器7位于二级布风器13的上方，布液器7将经过水冷器4冷却后的液体熔盐分布到漏板23上，并在漏板23上形成一定的高度的液位，二级布风器13位于漏板23的上方且浸没在液体熔盐内，即二级布风器13低于漏板23上液体熔盐的液位，将二级布风器13内通入冷风时，冷风可分散在液体熔盐内进行冷却液体熔盐。
47.冷却后的液体熔盐经漏板23上的小孔向下滴落，一级布风器10内通入冷风对下部空间内的液体熔盐进行再一次冷却，随后绝大部分液体熔盐凝固成型并向下掉落在高速旋转的旋转盘14上；高速旋转的旋转盘14将凝固成型的熔盐击碎，防止熔盐大块聚集，少量未完全凝固的液体熔盐受旋转盘14上的离心作用力甩向风冷器11的内壁面。优选的，旋转盘14的上表面设有呈现离心形状的凸起结构能够增强对凝固后的固体熔盐击碎作用，并使得少量未完全凝固的液体熔盐受旋转盘14上离心凸起的作用力甩向风冷器11的内壁面。
48.在一些实施例中，风冷组件还包括风道18；风道18的入口位于漏板23下方的风冷器11壁上，其出口位于漏板23上方的风冷器11壁上；将上部空间和下部空间连通，用于将下部空间内的冷风通入上部空间。
49.具体的，风冷组件还包括风道18，风道18的入口和出口均设置在风冷器11壁上，其中风道18的入口位于漏板23下方的风冷器11壁上，其出口位于漏板23上方的风冷器11壁上；风道18将上部空间和下部空间连通，用于将下部空间内的冷风通入上部空间。示例性的如图3所示，从一级布风器10通入风冷器11的下部空间内的冷风，在对其内部的液体熔盐进行冷却后，通过风道18传输至漏板23上液体熔盐的上方空间内。优选的，在一些实施例中，还可以将下部空间内的冷风通过风道18传输至漏板23上液体熔盐内，其中在风道18的出口与漏板23上液体熔盐内连接一根通风管即可完成。本实施例中风道18的设置可对输入至下部空间内的冷风进一步利用，再通入到风冷器11的上部空间内，实现了冷风的多级利用，节约了冷却资源。
50.在一些实施例中，风冷组件还包括设置在风冷器11外壁周侧的水冷腔16，其内通入冷却水用于凝固风冷器11内壁上的液体熔盐。
51.具体的，在风冷器11外壁周侧可设置水冷腔16，通过在水冷腔16内通入冷却水，可对风冷器11内壁上的液体熔盐进一步冷却使其凝固。具体的如图3所示，水冷腔16设置在风冷器11外壁周侧的底部，且其顶端与风冷器11底部的竖直距离与旋转盘14与风冷器11底部的竖直距离相当；当固体熔盐掉落在旋转盘14上时，其中少量未完全凝固的液体熔盐受旋转盘14上的离心作用力甩向风冷器11的内壁面，并可以通过在与旋转盘14高度相当的风冷器11外壁上设置水冷腔16，可进一步对风冷器11内壁面上的液体熔盐进行冷却使其完全凝固。
52.此外水冷腔16的底部位于与风冷器11底部的上方，且水冷腔16出口安装有第四阀门19。可知的第四阀门19的开度的调节可调整水冷腔16内冷却水的流量，用于提高对风冷器11内壁面上液体熔盐的冷却效果；而水冷腔16的底部位于与风冷器11底部的上方，主要更为方便在一些实施例中在风冷器11底部设置出盐口17，完全凝固后的固体熔盐通过出盐口17排出。
53.在一些实施例中，风冷组件还包括除盐环15，其中除盐环15外部与水冷器4的内壁接触连接并沿上下方向移动，其始终位于旋转盘14的下方，用于防止未凝固的液体熔盐在水冷器4的内壁上积累。
54.具体的，除盐环15为环状结构并横向设置在下部空间内，可理解的，环状的除盐环15的面积与圆柱形状的风冷器11的横截面积相同，即除盐环15在圆柱形状的风冷器11底部的投影与风冷器11底部重合。除盐环15的外部边缘水冷器4的内壁接触连接并在旋转盘14与风冷器11底部之间，在上下方向上移动，防止未充分凝固的液体熔盐在风冷器11的内壁面持续积累。
55.在一些实施例中，风冷器11的顶部设置有间断性物理振动的过滤网12，其位于布液器7的上方，用于捕获空气携带的无机盐并除掉凝固在过滤网12上的无机盐。
56.具体的如图4所示，风冷器11的开放的顶部设置有间断性物理振动的过滤网12，其中过滤网12设置在布液器7的上方，即在本实施例中过滤网12、布液器7、二级布风器13、漏板23、一级布风器10、旋转盘14和除盐环15在风冷器11内从上向下依次布置，由一级布风器10和二级布风器13流出的空气通过风冷器11上部的过滤网12后排向环境，可用于捕获空气携带的固体熔盐，投入运行后，过滤网12采用间断性物理振动的方法除掉凝固在过滤网12上的固体熔盐。
57.在一些实施例中，还包括换热组件，包括空压机20和换热器21；其中空压机20将通入的空气压缩后，其出口与换热器21的热侧进口连通；换热器21的热侧出口分别与二级布风器13和一级布风器10连接；换热器21的冷侧进口通入冷却水，且换热器21的冷侧出口与水冷腔16的入口连接。
58.具体的，本实施例中的熔盐系统应急冷却装置还包括换热组件，其中换热组件空压机20和换热器21，其中空气进入空压机20中被压缩生成压缩空气，而压缩空气具有较高的温度，本实施例中利用换热器21对高温的压缩空气冷却，使其成为冷风并分别通入一级布风器10和二级布风器13中。具体的，空压机20的进口通入常温常压的空气，其出口与换热器21的热侧进口连通并与换热器21的冷侧通入的冷却水换热，换热后的压缩空气成为冷风；而换热器21的冷侧出口可与水冷腔16的入口连接，将与压缩空气换热后的冷却水通入水冷腔16，用于风冷器11内壁面上液体熔盐的进一步凝固。本实施例中换热器21利用冷却水对压缩空气进行冷却，使压缩空气在一级布风器10和二级布风器13中膨胀后的温度更低，能提高对熔盐的冷却效果。
59.在一些实施例中，换热组件还包括干燥器22；其中干燥器22的入口连接换热器21的热侧出口，干燥器22的出口分别与二级布风器13和一级布风器10连接。
60.具体的，如图5所示，在干燥器22的入口连接换热器21的热侧出口，干燥器22的出口分别与二级布风器13和一级布风器10连接，且干燥器22分别与二级布风器13和一级布风器10连接的管路上设置有第二阀门8和第三阀门9。在本实施例中换热器21中利用冷却水对高压的压缩空气进行冷却，压缩空气中的水分受冷凝结，利用干燥器22过滤掉压缩空气中的水分生成高压干燥的压缩空气，其再经第二阀门8控制送至二级布风器13和经第三阀门9控制送至一级布风器10。
61.在一些实施例中，提出了一种熔盐泵2装置用于从熔盐罐1体内泵送液体熔盐的运行方法，包括以下步骤
62.将上述任一实施例中的冷却装置组装；
63.液体熔盐经过熔盐泵2加压抽出并经过水冷器4冷却，冷却后的液体熔盐温度比其凝固点至少高20℃；后通入风冷器11内的布液器7并流至漏板23上方且保持一定的液位；
64.二级布风器13内通入冷气对液体熔盐冷却，冷却后的液体熔盐经漏板23滴落到风冷器11的下部空间；一级布风器10内通入冷气使得部分液体熔盐凝固成固体熔盐后掉落至旋转的旋转盘14上；旋转盘14击碎固体熔盐并将液体熔盐甩至风冷器11的内壁上；水冷腔16内通入冷却水进一步冷却风冷器11的内壁上的液体熔盐；
65.除盐环15上下移动清理粘附在风冷器11内壁面上的固体熔盐，固体熔盐通过出盐口17排出。
66.利用熔盐泵2将熔盐罐1中的熔盐加压抽出，根据风冷器11中熔盐的冷却效果控制第一阀门3开度进而控制熔盐的流量；高温熔盐流入水冷器4中的换热盘管5释放热量，外部的水吸热蒸发生成水蒸气；低温熔盐通过布液器7流至漏板23上方并保持一定的液位，二级布风器13位于液位底部，由二级布风器13提供的低温空气对熔盐进行冷却，冷却后的熔盐经漏板23上的小孔向下滴落，由一级布风器10提供的低温空气对熔盐进行再一次冷却，随后绝大部分熔盐凝固成型向下掉落在旋转盘14上；高速旋转的旋转盘14将凝固成型的熔盐击碎，防止熔盐大块聚集，少量未完全凝固的熔盐受旋转盘14上离心凸起的作用力甩向风
冷器11的内壁面，在外部水冷腔16的冷却作用下完全凝固，通过除盐环15的上下移动清理粘附在风冷器11内壁面上的固体无机盐，最终完全凝固后的无机盐通过出盐口17排出；环境空气通过空压机20后压力和温度同时升高，在换热器21中利用冷却水对高压空气进行冷却，空气中的水分受冷凝结，利用干燥器22过滤掉空气中的水分，高压干燥空气经第二阀门8控制送至二级布风器13、经第三阀门9控制送至一级布风器10；冷却水在换热器21中吸收空气的热量后被送至水冷腔16，用于冷却未完全凝固的无机盐，冷却水的流量通过控制第四阀门19的开度进行调节；一级布风器10流出的空气在对熔盐进行冷却后通过风道18引入风冷器11上部，当其温度较低时可将该部分空气导入漏板23上方熔盐页面以下；由一级布风器10和二级布风器13流出的空气通过风冷器11上部的过滤网12后排向环境。
67.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
68.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
69.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
70.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。