CN106940147B - 双罐熔盐储热快速启动***以及快速启动方法 - Google Patents

双罐熔盐储热快速启动***以及快速启动方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种双罐熔盐储热快速启动***以及快速启动方法，快速启动***包括n个串联的油盐换热器，每个油盐换热器与排盐罐之间布置排盐管线和输盐管线；排盐罐与所述热熔盐罐之间布置有热熔盐输送管线。本发明提供的双罐熔盐储热快速启动***以及快速启动方法具有以下优点：利用原有排盐***，以排盐罐为容器，热盐罐的热熔盐为热源，独立建立每个油盐换热器与排盐罐之间的熔盐循环，将对应油盐换热器内熔盐温度提升至运行工况下所需的温度，从而可有效提高双罐熔盐储热***启动速度，简化***启动操作流程。还能有效利用熔盐的热量维持排盐罐温度，降低排盐***电伴热耗能，提高排盐***在运行阶段的利用率。

Description

双罐熔盐储热快速启动***以及快速启动方法
技术领域
本发明属于熔盐储热技术领域，具体涉及一种双罐熔盐储热快速启动***以及快速启动方法。
背景技术
常规双罐熔盐储热***主要由冷熔盐罐、热熔盐罐、油盐换热器、冷熔盐泵、热熔盐泵、排盐罐等设备组成，图1为常规双罐储热***的结构示意图，在图1中，HEX为油盐换热器，每台油盐换热器均有至排盐罐的排盐管线，发明人对图1进行了简化处理，以其中1台油盐换热器的排盐管线作为代表示意。目前，排盐罐只作为事故状态下油盐换热器及熔盐管线排盐使用。氮气管线用于将排盐罐内剩余的熔盐排入冷熔盐罐。
常规双罐熔盐储热***，在每日运行过程中，需要根据太阳辐射和***运行情况多次起停，特别是在储热***长时间停运后需要启动前，油盐换热器内温度低于正常运行工况，需要进行预热，从而满足油盐换热器温升限制。
例如，以三台盐换热器串联组成油盐换热***为例，将串联的三台油盐换热器依次记为油盐换热器A、油盐换热器B和油盐换热器C。在正常储热运行工况下，冷熔盐罐内储存286℃冷熔盐；286℃冷熔盐输入到油盐换热器A冷熔盐进口，在油盐换热器A中，冷熔盐与从油盐换热器B输送的导热油进行换热，冷熔盐温度升高到设计温度，如319℃；然后，油盐换热器A将319℃熔盐输送到油盐换热器B，在油盐换热器B中，319℃熔盐与从油盐换热器A输送的导热油进行换热，319℃熔盐温度升高到设计温度，如352℃；然后，油盐换热器B将352℃熔盐输送到油盐换热器C，在油盐换热器C中，352℃熔盐与从导热油进行换热，352℃熔盐温度升高到设计温度，如386℃，最后，386℃熔盐输送到热熔盐罐。可见，在正常工况下，油盐换热器A、油盐换热器B和油盐换热器C均大约具有33℃的温升，从而将286℃冷熔盐加热为386℃熔盐。此处需强调的是，每个油盐换热器均具有温升限制。正常放热工况与正常储热运行工况相反，原理基本一致，在此不再赘述。
而在储热***长时间停运后需要启动前，油盐换热器A、油盐换热器B和油盐换热器C的出口熔盐温度均低于正常运行工况，例如，对于油盐换热器C，其出口熔盐温度可降低到286℃；此时，如果按正常工况向油盐换热器C注入大量高温导热油，会导致油盐换热器C所承受的温差达到100℃，远大于设计温差，因此，需要进行预热，从而满足每台油盐换热器温升限制。
具体的，预热过程为：
储热工况启动时，冷熔盐泵启动，冷熔盐开始小流量循环，通过旁路回到冷熔盐罐。遵循等比例热平衡调节的原则，并考虑油盐换热器和冷熔盐罐升温限制，热导热油从小流量逐渐增大，直至熔盐温度升高至386℃，熔盐与导热油***进出口温度、流量匹配，储热***启动预热完成，可以开始进行储热。
放热工况启动时，热熔盐泵启动，热熔盐小流量从热熔盐罐流向冷熔盐罐，冷导热油从冷端流向热端。遵循等比例热平衡调节的原则，同时考虑尽量保持油盐换热器温度梯度和油盐换热器升温限制，热熔盐流量和冷导热油流量均从小流量逐渐增大，直至导热油温度升高至380℃，熔盐与导热油***进出口温度、流量匹配，储热***启动预热完成，可以开始进行放热。
由此可见，在储热和放热模式的启动预热过程中，需要精确控制导热油和熔融盐的温度和流量，以达到***能量平衡并满足油盐换热器温升限制，操作运行过程复杂、耗时较长，对运行人员经验要求较高。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种双罐熔盐储热快速启动***以及快速启动方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种双罐熔盐储热快速启动***，包括n个串联的油盐换热器，将n个串联的油盐换热器依次记为油盐换热器1、油盐换热器2…油盐换热器n；其中，油盐换热器1的冷熔盐进口与冷熔盐罐连通；油盐换热器n的热熔盐出口与热熔盐罐连通；还包括排盐罐和总控制器；所述排盐罐与油盐换热器1之间布置第1排盐管线和第1输盐管线；所述排盐罐与油盐换热器2之间布置第2排盐管线和第2输盐管线；依此类推，所述排盐罐与油盐换热器n之间布置第n排盐管线和第n输盐管线；并且，所述第1排盐管线安装有第1-1阀门；所述第1输盐管线安装有第1-2阀门；所述第2排盐管线安装有第2-1阀门；所述第2输盐管线安装有第2-2阀门；依此类推，所述第n排盐管线安装有第n-1阀门；所述第n输盐管线安装有第n-2阀门；所述排盐罐与所述热熔盐罐之间布置有热熔盐输送管线，所述热熔盐输送管线安装有热熔盐阀门；所述油盐换热器1、所述油盐换热器2…所述油盐换热器n的熔盐侧分别布置有第1温度传感器、第2温度传感器…第n温度传感器；
所述总控制器分别与第1-1阀门至第n-1阀门、第1-2阀门至第n-2阀门、热熔盐阀门、第1温度传感器至第n温度传感器连接。
本发明还提供一种根据上述的一种双罐熔盐储热快速启动***的快速启动方法，包括以下步骤：
步骤S1，总控制器根据运行工况需求以及串联的油盐换热器的数量，分别计算出每个油盐换热器正常工况下的热熔盐出口温度值，将n个串联的油盐换热器的正常热熔盐出口温度依次记为T1、T2…Tn；其中，T1＜T2…＜Tn；
总控制器预设置调节温度值△T；将T1、T2…Tn分别减去△T，由此得到预热热熔盐出口温度值，依次记为t1、t2…tn；
步骤S2，排盐罐与油盐换热器1建立独立盐循环回路，使油盐换热器1内熔盐温度升高到t1值；
具体方法为：总控制器仅打开热熔盐阀门、第1-1阀门和第1-2阀门；排盐罐原储存冷熔盐；热熔盐罐向排盐罐输入设计量的热熔盐，油盐换热器1内的冷熔盐通过第1排盐管线逐步排入排盐罐，与排盐罐内的熔盐进行混合；然后，启动排盐罐上的熔盐泵，熔盐泵将排盐罐内的混合后的熔盐通过第1输盐管线输送回油盐换热器1，通过对热熔盐阀门、第1-1阀门和第1-2阀门开度的调节，最终使油盐换热器1内熔盐温度升高到t1值；在此过程中，排盐罐所储存的熔盐温度相比初始状态升高；通过油盐换热器1传热，同步完成了油盐换热器1的导热油侧的预热升温；
步骤S3，排盐罐再继续与油盐换热器2建立独立盐循环回路，使油盐换热器2内熔盐温度升高到t2值；在此过程中，排盐罐所储存的熔盐温度进一步升高；通过油盐换热器2传热，同步完成了油盐换热器2的导热油侧的预热升温；
步骤S4，依此类推，直到排盐罐再继续与油盐换热器n建立独立盐循环回路，使油盐换热器n内熔盐温度升高到tn值；在此过程中，排盐罐所储存的熔盐温度进一步升高；通过油盐换热器n传热，同步完成了油盐换热器n的导热油侧的预热升温。
优选的，步骤S1中，当串联的油盐换热器的数量为n时，由于冷熔盐罐储存的冷熔盐的温度为286℃，热熔盐罐储存的热熔盐的温度为386℃，总温度差为100℃，因此，每个油盐换热器正常运行工况下的温度差为100/n；因此，T1＝286℃+100/n；，T2＝286℃+(100/n)*2，依此类推，Tn＝286℃+(100/n)*n＝386℃。
优选的，步骤S1中，△T＝5～20℃。
本发明提供的双罐熔盐储热快速启动***以及快速启动方法具有以下优点：
(1)可有效提高双罐熔盐储热***启动速度，简化***启动操作流程。
(2)能有效利用熔盐的热量维持排盐罐温度，降低排盐***电伴热耗能，提高排盐***在运行阶段的利用率。
附图说明
图1为现有技术提供的常规双罐储热***的结构示意图；
图2为本发明提供的双罐熔盐储热快速启动***的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
常规熔盐储热***启动时，需要同时控制导热油和熔融盐两种介质的温度和流量，并考虑油盐换热器温升限制，操作过程复杂，***启动时间长，对操作人员经验和熟练程度要求很高。使用本发明改进后的设计，只需要对熔盐侧温度、流量进行控制，使每个油盐换热器内熔盐温度接近正常工况温度；然后，在熔盐储热***温度建立后，直接引入导热油即可。因此，运行操作大大简化，可有效缩短运行时间，运行操作人员容易掌握。排盐***在***运行阶段多次充排熔盐，能有效利用熔盐的热量维持排盐罐温度，降低排盐***电伴热耗能，提高排盐***在运行阶段的利用率。
因此，本发明提供的一种双罐熔盐储热快速启动***以及快速启动方法，可有效提高双罐熔盐储热***启动速度，简化***启动操作流程。具体的，常规的双罐熔盐储热***中，排盐***只作为事故状态下油盐换热器及熔盐管线排盐使用，通过本发明改进后，可进行熔盐***预热。利用原有排盐***，再通过额外增加一些管线，以排盐罐为容器，热盐罐的热熔盐为热源，独立建立每个油盐换热器与排盐罐之间的熔盐循环，将对应油盐换热器内熔盐温度提升至运行工况下所需的温度。
本发明提供的双罐熔盐储热快速启动***，包括n个串联的油盐换热器，将n个串联的油盐换热器依次记为油盐换热器1、油盐换热器2…油盐换热器n；其中，油盐换热器1的冷熔盐进口与冷熔盐罐连通；油盐换热器n的热熔盐出口与热熔盐罐连通；还包括排盐罐和总控制器；所述排盐罐与油盐换热器1之间布置第1排盐管线和第1输盐管线；所述排盐罐与油盐换热器2之间布置第2排盐管线和第2输盐管线；依此类推，所述排盐罐与油盐换热器n之间布置第n排盐管线和第n输盐管线；并且，所述第1排盐管线安装有第1-1阀门；所述第1输盐管线安装有第1-2阀门；所述第2排盐管线安装有第2-1阀门；所述第2输盐管线安装有第2-2阀门；依此类推，所述第n排盐管线安装有第n-1阀门；所述第n输盐管线安装有第n-2阀门；所述排盐罐与所述热熔盐罐之间布置有热熔盐输送管线，所述热熔盐输送管线安装有热熔盐阀门；所述油盐换热器1、所述油盐换热器2…所述油盐换热器n的熔盐侧分别布置有第1温度传感器、第2温度传感器…第n温度传感器；
所述总控制器分别与第1-1阀门至第n-1阀门、第1-2阀门至第n-2阀门、热熔盐阀门、第1温度传感器至第n温度传感器连接。
图2为本发明提供的双罐熔盐储热快速启动***的结构示意图，在图2中，HEX为油盐换热器，共有6个串联的油盐换热器；每台油盐换热器均有至排盐罐的排盐管线和输盐管线，图2对流程图做了简化处理，通过其中1台油盐换热器的排盐管线和输盐管线为例进行示意。
本发明提供的应用上述双罐熔盐储热快速启动***的快速启动方法，包括以下步骤：
步骤S1，总控制器根据运行工况需求以及串联的油盐换热器的数量，分别计算出每个油盐换热器正常工况下的热熔盐出口温度值，将n个串联的油盐换热器的正常热熔盐出口温度依次记为T1、T2…Tn；其中，T1＜T2…＜Tn；
总控制器预设置调节温度值△T；将T1、T2…Tn分别减去△T，由此得到预热热熔盐出口温度值，依次记为t1、t2…tn；
步骤S2，排盐罐与油盐换热器1建立独立盐循环回路，使油盐换热器1内熔盐温度升高到t1值；
具体方法为：总控制器仅打开热熔盐阀门、第1-1阀门和第1-2阀门；排盐罐原储存冷熔盐；热熔盐罐向排盐罐输入设计量的热熔盐，油盐换热器1内的冷熔盐通过第1排盐管线逐步排入排盐罐，与排盐罐内的熔盐进行混合；然后，启动排盐罐上的熔盐泵，熔盐泵将排盐罐内的混合后的熔盐通过第1输盐管线输送回油盐换热器1，通过对热熔盐阀门、第1-1阀门和第1-2阀门开度的调节，最终使油盐换热器1内熔盐温度升高到t1值；在此过程中，排盐罐所储存的熔盐温度相比初始状态升高；通过油盐换热器1传热，同步完成了油盐换热器1的导热油侧的预热升温；
步骤S3，排盐罐再继续与油盐换热器2建立独立盐循环回路，使油盐换热器2内熔盐温度升高到t2值；在此过程中，排盐罐所储存的熔盐温度进一步升高；通过油盐换热器2传热，同步完成了油盐换热器2的导热油侧的预热升温；
步骤S4，依此类推，直到排盐罐再继续与油盐换热器n建立独立盐循环回路，使油盐换热器n内熔盐温度升高到tn值；在此过程中，排盐罐所储存的熔盐温度进一步升高；通过油盐换热器n传热，同步完成了油盐换热器n的导热油侧的预热升温。
由此可见，本发明主要思路为：从热盐罐向排盐罐注入部分386℃热熔盐，首先将熔盐出口设计温度最低的油盐换热器内熔盐逐步排入排盐罐，启动排盐罐上的熔盐泵，通过排盐罐与这台油盐换热器建立独立盐循环，将这台油盐换热器的熔盐温度升高至接近对应工况下额定温度。随后按照熔盐出口设计温度由低到高的顺序，依次进行其余油盐换热器熔盐预热升温。排盐罐最终剩余的熔盐通过氮气排至冷盐罐。熔盐侧预热升温的过程中，通过油盐换热器传热，同步完成了导热油侧预热升温。油盐换热器温度建立完成后，热导热油或冷导热油均可直接注入油盐换热***，完成储热或放热工况的启动。
以三台盐换热器串联组成油盐换热***为例，将串联的三台油盐换热器依次记为油盐换热器A、油盐换热器B和油盐换热器C，进行本发明预热原理：
在正常运行工况下，油盐换热器A进出口熔盐温度分别为286℃和319℃；油盐换热器B进出口熔盐温度分别为319℃和352℃；油盐换热器C进出口熔盐温度分别为352℃和386℃。即，三台油盐换热器的正常热熔盐出口温度依次为T1＝319℃、T2＝352℃、T3＝386℃
在本例中，假设△T＝10℃，因此，t1＝309℃、t2＝342℃、t3＝376℃。
因此，首先排盐罐与油盐换热器1建立独立盐循环回路，使油盐换热器1内熔盐温度升高到309℃。然后，排盐罐与油盐换热器2建立独立盐循环回路，使油盐换热器2内熔盐温度升高到342℃。最后，排盐罐与油盐换热器3建立独立盐循环回路，使油盐换热器3内熔盐温度升高到376℃。至此***预热过程结束。
然后，以储热过程为例，由于通过预热，油盐换热器A、油盐换热器B和油盐换热器C内的熔盐温度均非常接近正常运行工况时的温度值，因此，油盐换热器C可按正常工况注入高温导热油，由于油盐换热器C内的熔盐温度已达到376℃，因此，油盐换热器C所承受的温差很小，在设计温差以内。同样的，油盐换热器B和油盐换热器A所承受的温差也很小，均在设计温差以内。
本发明提供的双罐熔盐储热快速启动***以及快速启动方法具有以下优点：
(1)将储热***启动预热过程中复杂的导热油、熔融盐双侧调节控制，简化为熔盐侧单侧调节控制，即：只需要使油盐换热器的熔盐温度预热到接近正常工况温度即可。
(2)熔盐侧预热升温的过程中，通过油盐换热器传热，同步完成了导热油侧预热升温。油盐换热器温度建立完成后，热导热油或冷导热油均可直接注入油盐换热***，完成储热或放热工况的启动，便于运维人员操作。
(3)根据***运行需要，能提前进行油盐换热器盐侧预热，可有效缩短双罐熔盐储热***启动时油盐换热器温度梯度建立时间，有利于储热***在不同工况下快速具备储热和放热温度梯度条件，相应提高储热***能量利用效率。
(4)排盐罐在***运行过程中使用率较低，且需要电伴热维持设备及管线温度。采用本发明方案，储热***每日多次启动预热，能有效利用熔盐循环维持排盐罐温度，降低排盐***电伴热耗能，提高排盐***在运行阶段的利用率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种双罐熔盐储热快速启动***，包括n个串联的油盐换热器，将n个串联的油盐换热器依次记为油盐换热器1、油盐换热器2…油盐换热器n；其中，油盐换热器1的冷熔盐进口与冷熔盐罐连通；油盐换热器n的热熔盐出口与热熔盐罐连通；其特征在于，还包括排盐罐和总控制器；所述排盐罐与油盐换热器1之间布置第1排盐管线和第1输盐管线；所述排盐罐与油盐换热器2之间布置第2排盐管线和第2输盐管线；依此类推，所述排盐罐与油盐换热器n之间布置第n排盐管线和第n输盐管线；并且，所述第1排盐管线安装有第1-1阀门；所述第1输盐管线安装有第1-2阀门；所述第2排盐管线安装有第2-1阀门；所述第2输盐管线安装有第2-2阀门；依此类推，所述第n排盐管线安装有第n-1阀门；所述第n输盐管线安装有第n-2阀门；所述排盐罐与所述热熔盐罐之间布置有热熔盐输送管线，所述热熔盐输送管线安装有热熔盐阀门；所述油盐换热器1、所述油盐换热器2…所述油盐换热器n的熔盐侧分别布置有第1温度传感器、第2温度传感器…第n温度传感器；
所述总控制器分别与第1-1阀门至第n-1阀门、第1-2阀门至第n-2阀门、热熔盐阀门、第1温度传感器至第n温度传感器连接；
从热盐罐向排盐罐注入部分热熔盐，首先将熔盐出口设计温度最低的油盐换热器内熔盐逐步排入排盐罐，启动排盐罐上的熔盐泵，通过排盐罐与这台油盐换热器建立独立盐循环，将这台油盐换热器的熔盐温度升高至接近对应工况下额定温度；随后按照熔盐出口设计温度由低到高的顺序，依次进行其余油盐换热器熔盐预热升温；油盐换热器温度建立完成后，热导热油直接注入油盐换热***，完成储热工况的启动。
2.一种根据权利要求1所述的一种双罐熔盐储热快速启动***的快速启动方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，总控制器根据运行工况需求以及串联的油盐换热器的数量，分别计算出每个油盐换热器正常工况下的热熔盐出口温度值，将n个串联的油盐换热器的正常热熔盐出口温度依次记为T1、T2…Tn；其中，T1＜T2…＜Tn；
总控制器预设置调节温度值△T；将T1、T2…Tn分别减去△T，由此得到预热热熔盐出口温度值，依次记为t1、t2…tn；
步骤S2，排盐罐与油盐换热器1建立独立盐循环回路，使油盐换热器1内熔盐温度升高到t1值；
具体方法为：总控制器仅打开热熔盐阀门、第1-1阀门和第1-2阀门；排盐罐原储存冷熔盐；热熔盐罐向排盐罐输入设计量的热熔盐，油盐换热器1内的冷熔盐通过第1排盐管线逐步排入排盐罐，与排盐罐内的熔盐进行混合；然后，启动排盐罐上的熔盐泵，熔盐泵将排盐罐内的混合后的熔盐通过第1输盐管线输送回油盐换热器1，通过对热熔盐阀门、第1-1阀门和第1-2阀门开度的调节，最终使油盐换热器1内熔盐温度升高到t1值；在此过程中，排盐罐所储存的熔盐温度相比初始状态升高；通过油盐换热器1传热，同步完成了油盐换热器1的导热油侧的预热升温；
步骤S3，排盐罐再继续与油盐换热器2建立独立盐循环回路，使油盐换热器2内熔盐温度升高到t2值；在此过程中，排盐罐所储存的熔盐温度进一步升高；通过油盐换热器2传热，同步完成了油盐换热器2的导热油侧的预热升温；
步骤S4，依此类推，直到排盐罐再继续与油盐换热器n建立独立盐循环回路，使油盐换热器n内熔盐温度升高到tn值；在此过程中，排盐罐所储存的熔盐温度进一步升高；通过油盐换热器传热，完成油盐换热器的导热油侧对熔盐侧的升温。
3.根据权利要求2所述的双罐熔盐储热快速启动***的快速启动方法，其特征在于，步骤S1中，当串联的油盐换热器的数量为n时，由于冷熔盐罐储存的冷熔盐的温度为286℃，热熔盐罐储存的热熔盐的温度为386℃，总温度差为100℃，因此，每个油盐换热器正常运行工况下的温度差为100/n；因此，T1＝286℃+100/n，T2＝286℃+(100/n)*2，依此类推，Tn＝286℃+(100/n)*n＝386℃。
4.根据权利要求2所述的双罐熔盐储热快速启动***的快速启动方法，其特征在于，步骤S1中，△T＝5～20℃。
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