一种新型熔盐储能系统

技术领域

本发明涉及熔盐储能技术领域，具体涉及一种新型熔盐储能系统。

背景技术

针对熔盐与火电机组结合的技术，不同的专利给出了不同的解决方案，例如：在专利《一种燃煤机组蒸汽加热熔盐的储放热系统》CN 114718676A中公布了一种利用燃煤机组蒸汽加热熔盐的方法。主要是通过抽取机组的部分主蒸汽和再热蒸汽对熔盐进行加热，主蒸汽和再热蒸汽被冷却后回到给水系统重新进入锅炉进行加热。在需要放能的时候使用热熔盐将机组的部分给水进行加热进入汽轮机系统进行发电。

在专利《一种循环流化床机组耦合熔盐储能的深度调峰系统》CN 217274099U中公布了一种熔盐储能技术与流化床机组相结合的储能方式，主要是利用循环流化床低负荷时循环的灰对熔盐进行加热然后降低循环灰的温度同时将热量储存到熔盐中；在机组发电高峰时放能，热熔盐加热汽水工质，到汽轮机做功发电。

在专利《一种火电厂熔融盐储热调峰供热系统设备》CN114838398A中公布了一种采用电加热与火电厂相结合的加热熔盐方法。利用谷电加热熔盐蓄热工业供汽，在夜间利用价格优惠的低谷电加热熔盐蓄热，白天用热时将高温熔盐抽出，经熔盐-水换热器加热水用于工业供汽。

目前熔盐储能与火电机组相结合的方式主要有以上几种：抽汽加热、高温灰加热以及电加热。这几种方式中抽汽加热熔盐是目前与电厂结合较多的方式，采用的是抽取主蒸汽和再热蒸汽，然后被冷却的蒸汽回到机组。这种方式一般只能将熔盐加热到380℃左右，很难发挥熔盐的高温特性。并且这种方式一般采用的是三元盐作为储能介质，但三元盐在使用过程容易发生盐流失，存在一定的安全性问题。高温灰加热熔盐对于换热器要求较高，在使用过程中容易造成换热器磨损，导致熔盐泄漏。如果熔盐泄漏进入高温灰中，随着高温灰返回至炉膛中与煤粉接触。由于熔盐具有强氧化性，容易导致煤粉爆燃，造成炉膛燃烧不稳定。最后一种方式是采用电加热与锅炉相结合，这种方式较前两种方式来说安全性和灵活性都更高，能够加热到的温度也更高。但电加热这种方式是通过先将电转化为热，再将热转化为电或者直接加热蒸汽。这种储能方式在能量转化过程中因为能量形式的改变造成能量损失，储能效率较低。

另外，常规的汽水循环系统为化石燃料锅炉产生的蒸汽进入汽轮机进行发电，然后膨胀降压、冷却后再重新进行加热加压进入化石燃料锅炉加热变为合格的蒸汽。系统在工作过程中要严格控制锅炉系统出口的蒸汽品质，来保证汽轮机的安全运行和发电效率。以直流炉为例，系统在启动时流程较为复杂，需要考虑各受热面和锅炉与汽轮机之间工质状态的配合。汽轮机处于冷态，为了防止温度不高的蒸汽进入汽轮机后凝结成水底，造成叶片的水击，启动系统应起到固定蒸发受热面终点，实现汽水分离的作用。锅炉启动过程中需要完成干湿态的转化，而这一过程操作复杂，并且需要严格控制汽水分离器的水位。

发明内容

目前熔盐储能技术与化石燃料锅炉相结合最好的方式是通过化石燃料锅炉产生的蒸汽直接加热熔盐进行储能。这种方式安全性比较高，并且直接采用蒸汽加热熔盐避免了热电转化的效率问题。本发明通过设计一种新型化石燃料锅炉产生高温高压的蒸汽来加热熔盐，将熔盐加热至常规塔式太阳能热发电系统的热熔盐温度进行储能。熔盐采用目前性质最稳定价的Solar Salt，Solar Salt由NaNO3和KNO3以质量比6:4组成，具有良好流动性、经济性和稳定性，是常用的高温传热储热流体，已在全球多国太阳能热发电系统中获得广泛应用。

在本技术中采用化石燃料锅炉产生的蒸汽不进入汽轮机系统，而是全部进入熔盐加热系统。锅炉产生的高温高压的蒸汽，直接加热熔盐系统，然后蒸汽被冷却后再次进入锅炉系统进行再次加热。在此过程中不存在水蒸气做功过程，因此水蒸气只进行换热没有动能转换过程。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型熔盐储能系统，包括化石燃料锅炉和热熔盐储罐，所述化石燃料锅炉对锅炉受热面内水进行加热，所述锅炉受热面加热后产生的蒸汽输入进第一蒸汽管道，所述第一蒸汽管道的输出端连接有第一加热熔盐换热器，所述第一加热熔盐换热器的输出端连接有第二蒸汽管道，所述第二蒸汽管道的输出端连接有锅炉受热面，所述锅炉受热面的输出端连接有第三蒸汽管道，所述第三蒸汽管道的输出端连接有第二加热熔盐换热器，所述第二加热熔盐换热器的输出端连接有第三加热熔盐换热器，所述第三加热熔盐换热器的输出端连接有第六蒸汽管道，所述第六蒸汽管道上设置有给水循环增压泵，所述第六蒸汽管道的输出端连接有锅炉受热面，完成水循环；

所述热熔盐储罐中热熔盐通过热熔盐泵和热熔盐管道泵入熔盐冷却换热器中，所述熔盐冷却换热器的输出端连接有冷熔盐管道，所述冷熔盐管道的输出端连接有冷熔盐储罐，所述冷熔盐储罐通过冷熔盐泵泵出经由第二冷熔盐管道进入第三加热熔盐换热器中，所述第三加热熔盐换热器中热熔盐的经由第二热熔盐管道和熔盐三通阀后，分别进入第三热熔盐管道和第四热熔盐管道，最后经由第一加热熔盐换热器和第二加热熔盐换热器对热熔盐加热，加热后的热熔盐分别经由第五热熔盐管道和第六热熔盐管道汇总至第二熔盐三通阀后，进入第七热熔盐管道中，所述第七热熔盐管道的输出端连接有热熔盐泵，所述热熔盐最终进入热熔盐泵中，完成热熔盐储热放热过程。

更进一步的，所述第一蒸汽管道中进入的水蒸汽为超临界压力，温度t1≥590℃。

更进一步的，所述第一蒸汽管道中的蒸汽被第一加热熔盐换热器冷却后进入第二蒸汽管道。

更进一步的，所述第三蒸汽管道中进入的蒸汽为超临界压力，温度t3≥590℃，并通过第二加热熔盐换热器冷却，然后再经过第三加热熔盐换热器冷却到t5＝300℃。

更进一步的，所述给水循环增压泵用来克服水和水蒸汽的流动阻力使其在系统中正常循环流动。

更进一步的，所述热熔盐储罐中热熔盐的温度达到常规塔式太阳能热发电系统的热熔盐温度，并通过熔盐冷却换热器冷却到常规塔式太阳能热发电系统的冷熔盐温度后，再经过第三加热熔盐换热器加热。

更进一步的，所述第一加热熔盐换热器出口熔盐温度为t10为常规塔式太阳能热发电系统的热熔盐温度，第二加热熔盐换热器出口熔盐温度为t11为常规塔式太阳能热发电系统的热熔盐温度。

更进一步的，所述水循环系统中的温度变化情况为t1≥t3＞t2≥t4＞t6＞t5；熔盐系统的温度变化情况为t7＞t10≥t11＞t9＞t8；整个系统的温度变化为t1＞t10，t3＞t11，t4＞t9。

在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

本发明的优点在于，全新设计的化石燃料锅炉或者利用已有的化石燃料锅炉进行改造，系统水循环过程中无明显减压过程，产生的蒸汽不直接进入汽轮机系统。产生的蒸汽直接用来加热熔盐，不存在热电转化能量损失的问题，储能效率更高。本发明采用相应参数的蒸汽对熔盐进行加热，保证熔盐的使用安全，不会发生分解、气化、结晶等安全事故。本系统可以按照不同参数进行合计，配合不同成分的熔盐进行使用。熔盐与蒸汽进行换热，不与燃烧系统直接接触，不存在燃烧爆燃的问题，大大提高了系统的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为发明系统流程图；

标号说明；化石燃料锅炉1、锅炉受热面2-2、锅炉受热面2-1、第一蒸汽管道3-1、第二蒸汽管道3-2、第三蒸汽管道3-3、第四蒸汽管道34、第五蒸汽管道3-5、第六蒸汽管道3-6、第一加热熔盐换热器4-1、第二加热熔盐换热器4-2、第三加热熔盐换热器4-3、热熔盐储罐5-1、冷熔盐储罐5-2、热熔盐泵6-1、冷熔盐泵6-2、热熔盐管道7-1、冷熔盐管道7-2、第二冷熔盐管道7-3、第二热熔盐管道7-4、熔盐三通阀7-5、第三热熔盐管道7-6、第四热熔盐管道77、第五热熔盐管道7-8、第六热熔盐管道7-9、第二熔盐三通阀7-10、第七热熔盐管道7-11、熔盐冷却换热器8、给水循环增压泵9。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明做进一步的详细介绍。

本发明提供了如图1所示的本系统主要组成如下：本实例中，化石燃料锅炉1对锅炉受热面2-1中的水进行加热，产生t1＝590℃、p1＝36.2MPa参数的蒸汽进入第一蒸汽管道3-1。第一蒸汽管道3-1中的蒸汽被第一加热熔盐换热器41冷却至t2＝478℃、p2＝36MPa之后进入第二蒸汽管道3-2。第二蒸汽管道3-2中的蒸汽重新进入锅炉受热面2-2再次进行加热至t3＝590℃、p3＝35MPa，然后经由第三蒸汽管道3-3进入第二加热熔盐换热器4-2冷却至t4＝475℃、p4＝34.8MPa，再进入第三加热熔盐换热器43冷却至t5＝300℃、p5＝34.6MPa，经由给水循环增压泵9增压变为t6＝302℃、p6＝37.2MPa后再次进入锅炉受热面2-1或锅炉受热面2-2完成水循环。热熔盐罐5-1中的热熔盐t7＝565℃由热熔盐泵6-1通过热熔盐管道7-1泵入熔盐冷却器8，熔盐被冷却至t8＝290℃后经冷熔盐管道7-2进入冷熔盐储罐5-2。冷熔盐储罐5-2中的冷熔盐由冷熔盐泵6-2泵出，经第二冷熔盐管道7-3进入第三加热熔盐换热器4-3进行加热至t9＝458℃。被第三加热熔盐换热器4-3加热之后的熔盐通过第二热熔盐管道7-4和熔盐三通阀7-5分别进入第三热熔盐管道7-6和第四热熔盐管道7-7。然后分别经由第一加热熔盐换热器4-1和第二加热熔盐换热器4-2对熔盐再次进行加热，热熔盐换热器4-1出口熔盐温度为t10＝565℃，热熔盐加热器4-2出口熔盐温度为t11＝565℃。加热后的熔盐分别经第五热熔盐管道7-8和第六热熔盐管道7-9汇合至第二熔盐三通阀7-10后进入第七热熔盐管道7-11，最后进入热熔盐罐6-1，完成熔盐储热放热过程。在本方案中水循环系统中的温度变化情况为t1≥t3＞t2≥t4＞t6＞t5；熔盐系统的温度变化情况为t7＞t10≥t11＞t9＞t8；整个系统的温度变化为t1＞t10，t3＞t11，t4＞t9。

本系统中化石燃料锅炉产生的蒸汽直接加热熔盐，熔盐不与燃烧系统接触，避免燃烧系统发生爆燃，存在安全隐患。

本系统中化石燃料锅炉产生的蒸汽不去直接做功，蒸汽的热源也可以是其他燃气锅炉，不仅限于燃煤锅炉。

本系统设计的化石燃料锅炉采用超超临界参数运行，无明显减压系统，不与汽轮机系统关联。

本系统中产生的蒸汽为超超临界参数，系统使用的熔盐为二元盐Solar Salt(60％NaNO3+40％KNO3)。

冷熔盐经过第三加热熔盐换热器4-3进行预热后进入第一加热熔盐换热器4-1和第二加热熔盐换热器4-2。

进入第一加热熔盐换热器4-1和第二加热熔盐换热器4-2可以通过熔盐三通阀75进行调节，可以与进入对应换热器的水蒸气的温度相匹配，保证换热器出口的熔盐温度。

进入第一加热熔盐换热器4-1和第二加热熔盐换热器4-2可以通过熔盐三通阀711进行调节，可以与进入对应换热器的水蒸气的温度相匹配，保证换热器出口的熔盐温度。

化石燃料锅炉系统采用超超临界参数，蒸汽温度设计最高值为590℃，低于二元盐Solar Salt(60％NaNO3+40％KNO3)的分解温度，系统能够保证熔盐不会因分解、气化造成熔盐流失。

系统循环完成之后的蒸汽参数为300℃，高于二元盐Solar Salt(60％NaNO3+40％KNO3)的凝结温度，不会导致熔盐在系统中凝结。

10、图1中化石燃料锅炉产生蒸汽之后有两个加热循环，分别为第一蒸汽管道3-1和第三蒸汽管道3-3对应的循环。在实际应用时不限于两个循环，可以增加更多的循环提高熔盐的加热温度。

系统中的温度、压力参数仅为举例，并非固定不变。根据加热原理，可以有多个温度、参数选取。

系统中的压力变化主要是因为换热器以及锅炉系统存在阻力，在实际应用时与系统阻力有关。

本专利所提供的方案不仅限于超超临界参数的化石燃料锅炉和二元盐SolarSalt(60％NaNO3+40％KNO3)，可以衍生出多种参数的化石燃料锅炉提供不同参数的蒸汽配合不同组分的熔盐。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。