本發(fā)明涉及IPC分類中F24J2/00太陽熱的利用技術(shù)或者IPC分類中C09K5/00傳熱、熱交換或儲熱的材料，尤其是太陽能光熱電站熔鹽傳蓄熱介質(zhì)化鹽方法及設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前，光熱發(fā)電在中國太陽能發(fā)電政策規(guī)劃中的地位開始顯著提升。太陽能光熱發(fā)電是太陽能利用中的重要項(xiàng)目之一，只要將太陽能聚集起來，加熱工質(zhì)，驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)即能發(fā)電。光熱發(fā)電是利用太陽能轉(zhuǎn)化成熱能，產(chǎn)生高壓蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電。光熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電原理與火電系統(tǒng)基本相同，都是通過產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)運(yùn)動，從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。光熱電站通常由太陽能集熱場、儲能系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)三大模塊組成。在將來技術(shù)成熟之后，甚至可應(yīng)用于沙漠地區(qū)，生產(chǎn)干凈清潔的綠色能源。太陽能光熱發(fā)電具備儲能調(diào)峰作用優(yōu)勢獨(dú)特，可有效解決光伏、風(fēng)電等嚴(yán)重的棄光棄風(fēng)現(xiàn)象。

與普通的太陽能發(fā)電廠相比，熔鹽則是儲存大規(guī)模電量的最佳方案。如附圖1所示，只要將熔鹽儲存進(jìn)大的容器內(nèi)，就幾乎可以無限期地保存，進(jìn)而陽光產(chǎn)生的大量能量也能無限期保存。在熔鹽發(fā)電廠內(nèi)，巨型鏡子反射陽光，將熱量導(dǎo)入裝有作為傳熱和儲熱介質(zhì)的熔鹽的高塔中。熔鹽受熱開始流動，并在流經(jīng)接收裝置時(shí)加熱裝置中的水，產(chǎn)生強(qiáng)大的蒸汽以推動汽輪機(jī)或斯特林發(fā)電工作。蒸汽中含大量能量，能夠輕易驅(qū)動與接收器相連的渦輪機(jī)。渦輪機(jī)的機(jī)械運(yùn)動產(chǎn)生電力。因此，熔鹽太陽能發(fā)電廠是利用熾熱的熔鹽發(fā)電。兩者相比，熔鹽的最大優(yōu)勢在于它一旦冷卻就可以重新利用，更可貴的是，熔鹽易于儲存。這種太陽能發(fā)電方法操作簡單，能量轉(zhuǎn)化效率高，沒有熱量從管中損失，操作溫度極限值也較大。

光熱發(fā)電作為調(diào)峰利器與其他形式新能源良性互補(bǔ)。和常規(guī)的新能源形式如光伏/風(fēng)電相比，光熱作為調(diào)峰利器，具有兩大獨(dú)特的優(yōu)勢，可與其他能源形勢形成良性互補(bǔ)：1)儲能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電站調(diào)峰。光熱電站作為基礎(chǔ)負(fù)荷和調(diào)峰電源，具有比光伏/風(fēng)電等新能源更獨(dú)特的優(yōu)勢。光熱電站通過將白天產(chǎn)生的多余熱量通過熔鹽或?qū)嵊偷冉橘|(zhì)儲存，在夜間釋放熱量，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽、驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電。儲熱時(shí)間根據(jù)電站設(shè)計(jì)要求設(shè)定。2)利用余熱進(jìn)行熱電聯(lián)供。光伏直接由光轉(zhuǎn)換成電，無熱量產(chǎn)生；而光熱發(fā)電會產(chǎn)生大量熱量，因此可通利用剩余熱量進(jìn)行熱電聯(lián)供。例如張家口示范區(qū)70％是冬天采暖的熱能需求，采用光熱電站可實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供的方式，實(shí)現(xiàn)零碳采暖，節(jié)約能源。

在現(xiàn)有技術(shù)條件下，光熱電站的成本在190-250$/MWh之間；而與一般光熱發(fā)電規(guī)模相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)的化石能源的發(fā)電成本只有37-50$/MWh。雖然目前光熱電站與傳統(tǒng)化石能源相比，在價(jià)格上不具備競爭力，但根據(jù)報(bào)告預(yù)測，太陽能熱發(fā)電很有可能在十到十五年內(nèi)，有能力把成本降低到50-75$/MWh之間。我國光熱資源的1％，就可以解決100％的電力需求。另外，從光照條件來看，全國有三分之二以上的面積可以達(dá)到年光照時(shí)間2000小時(shí)以上。其中有條件發(fā)展太陽能電站的沙漠和戈壁面積約為30萬平方公里，占我國沙漠面積的33％。僅10萬平方公里的年發(fā)電量便可達(dá)60000億千瓦時(shí)，高于2014年全年的用電需求。另外，從光照條件來看，全國有三分之二以上的面積可以達(dá)到年光照時(shí)間2000小時(shí)以上。其中有條件發(fā)展太陽能電站的沙漠和戈壁面積約為30萬平方公里，占我國沙漠面積的33％。僅10萬平方公里的年發(fā)電量便可達(dá)60000億千瓦時(shí)，高于2014年全年的用電需求。

現(xiàn)有技術(shù)中，硝酸鉀和硝酸鈉是制成熔鹽的兩種主要化學(xué)物質(zhì)，隨著光熱發(fā)電行業(yè)的飛速發(fā)展，60％硝酸鈉40％硝酸鉀二元熔鹽是經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的適合于光熱發(fā)電系統(tǒng)的成熟儲熱介質(zhì)，該熔鹽溫度高達(dá)600℃，并且是有毒物質(zhì)，并且對設(shè)備密封可靠性要求更高。在熔鹽傳熱和儲熱介質(zhì)熱工循環(huán)系統(tǒng)中，化鹽技術(shù)尤為重要。

中國專利申請201420005098.5利用太陽能聚光裝置為化學(xué)蓄電池提供熱能的裝置通過太陽能聚光裝置為化學(xué)蓄電池提供熱源，可以優(yōu)化化學(xué)蓄電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高化學(xué)蓄電池功率密度，為建立大型功率型化學(xué)蓄電站創(chuàng)造條件；太陽能光熱發(fā)電站配置大型功率型化學(xué)蓄電池，可以由電站為化學(xué)蓄電池提供熱源，同時(shí)減少電站對外來電力的依賴，為電站增加新的儲能蓄電手段；配有太陽能聚光裝置的化學(xué)蓄電池還可以單獨(dú)作為整體儲能裝置配置給風(fēng)力或光伏發(fā)電站，用以平滑電力參數(shù)，提高電力質(zhì)量。

中國專利申請201210210082.3涉及一種光熱發(fā)電熔鹽加熱和排放系統(tǒng)，包括熔鹽儲罐設(shè)備、換熱系統(tǒng)以及熔鹽加熱排放設(shè)備，所述的三者之間通過管路形成一個(gè)密閉的系統(tǒng)；所述的熔鹽加熱排放設(shè)備包括熔鹽槽和熔鹽爐，所述的熔鹽槽和熔鹽爐兩者之間通過管路連通；所述的熔鹽儲罐設(shè)備為一個(gè)或兩個(gè)或兩個(gè)以上的熔鹽儲罐；多個(gè)熔鹽儲罐之間通過管路連接，所述的管路上設(shè)置有換熱系統(tǒng)。

中國專利申請201410536906.5公開了一種太陽能光熱發(fā)電用的熔鹽及其制備方法，所述熔鹽由兩種不同的硝酸鹽組成，所述兩種不同的硝酸鹽為硝酸鈉和硝酸鉀。制備方法，以氯化鉀、硝酸鹽為原料，其包括以下方法步驟：(1)原料溶解，(2)冷卻結(jié)晶，(3)晶體沖洗，(4)結(jié)晶體熱溶解，(5)過濾，(6)成品脫水、烘干。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種太陽能光熱電站熔鹽傳蓄熱介質(zhì)化鹽方法及設(shè)備，運(yùn)行穩(wěn)定節(jié)能。

本發(fā)明的目的將通過以下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)：包括煙囪、鼓風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器、燃燒機(jī)、熔鹽爐、熔鹽循環(huán)泵、熔鹽輸送泵、熔鹽儲槽、螺旋輸送機(jī)、料倉、電動葫蘆和熔鹽罐；熔鹽儲槽中安裝熔鹽循環(huán)泵和熔鹽輸送泵，從熔鹽循環(huán)泵連接進(jìn)入熔鹽爐底部，并從熔鹽爐頂部連接出再接回熔鹽儲槽，熔鹽爐上安裝燃燒機(jī)，燃燒機(jī)的煙道連接進(jìn)入熔鹽爐并且從熔鹽爐外壁下部的出煙口接出，在熔鹽爐旁安裝空氣預(yù)熱器、鼓風(fēng)機(jī)和煙囪，鼓風(fēng)機(jī)連接進(jìn)入空氣預(yù)熱器，并且從出煙口連接出進(jìn)入空氣預(yù)熱器后連接出至煙囪；熔鹽輸送泵連接進(jìn)入熔鹽罐，熔鹽儲槽旁安裝螺旋輸送機(jī)，在螺旋輸送機(jī)進(jìn)料端上方安裝料倉，料倉上方安裝電動葫蘆。

尤其是，從熔鹽爐中連接出直接進(jìn)入燃燒機(jī)。

尤其是，熔鹽爐外壁下部的出煙口接出三個(gè)支路管線，其一接入空氣預(yù)熱器后再接出到煙囪，其二直接連接到煙囪，其三直接接入燃燒機(jī)，并且這三個(gè)支路管線上均安裝自控閥。

尤其是，熔鹽輸送泵至熔鹽罐管線用電伴熱保溫，保溫溫度300℃。

尤其是，熔鹽爐的熔鹽出口溫度與燃燒機(jī)安裝自控聯(lián)鎖，通過控制燃?xì)饬窟M(jìn)行自動控制。

尤其是，輸送系統(tǒng)由熔鹽輸送泵和相關(guān)管道組成，熔鹽輸送泵采用變頻控制，并與熔鹽儲槽液位聯(lián)鎖，保持熔鹽儲槽液位穩(wěn)定。

尤其是，化鹽系統(tǒng)啟動：

A：第一次啟動：向熔鹽儲槽加水，啟動熔鹽循環(huán)泵，熔鹽爐點(diǎn)爐；當(dāng)熔鹽儲槽內(nèi)水溫升至60℃時(shí)啟動熔鹽儲槽的攪拌器，按60％硝酸鈉和40％硝酸鉀配比緩慢加入硝酸鹽，同時(shí)緩慢升溫，溫度升至90℃后開始有大量氣體蒸發(fā)，至180℃水分基本蒸出，開始快速升溫至350℃；繼續(xù)向熔鹽儲槽按配比加入硝酸鹽，控制熔鹽爐熔鹽出口溫度穩(wěn)定，至熔鹽儲槽液位升至目標(biāo)液位；啟動熔鹽輸送泵并與熔鹽儲槽液位聯(lián)鎖，將熔鹽送至熔鹽罐；

B.停車后再次啟動：停車后，在熔鹽凝固前，將熔鹽循環(huán)泵及熔鹽輸送泵提出熔鹽儲罐；再次啟動時(shí)，由熔鹽循環(huán)泵口向熔鹽儲槽內(nèi)加入水，同時(shí)將熔鹽循環(huán)泵安裝位置熔鹽化開；安裝并啟動熔鹽循環(huán)泵，啟動燃燒機(jī)和熔鹽爐，緩慢升溫，溫度升至85℃時(shí)確認(rèn)熔鹽儲槽內(nèi)熔鹽全部溶化，安裝熔鹽輸送泵，啟動熔鹽儲槽的攪拌器，完成系統(tǒng)再次啟動。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果：經(jīng)過預(yù)熱管線結(jié)構(gòu)優(yōu)化后設(shè)備工作穩(wěn)定，原材料利用率和生產(chǎn)收率高，減少硝酸鉀、硝酸鈉的流失，工作溫度穩(wěn)定較高，工藝調(diào)整自控精確，熱效率高；運(yùn)行控制和安全檢測可靠便捷。支持連續(xù)循環(huán)生產(chǎn)，節(jié)約設(shè)備投資，大幅度降低生產(chǎn)成本，提高了工藝化水平。

附圖說明

圖1為光熱發(fā)電原理示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中的化鹽設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記包括：煙囪1、鼓風(fēng)機(jī)2、空氣預(yù)熱器3、燃燒機(jī)4、熔鹽爐5、熔鹽循環(huán)泵6、熔鹽輸送泵7、熔鹽儲槽8、螺旋輸送機(jī)9、料倉10、電動葫蘆11、噸袋加料平臺12、熔鹽罐13、攪拌器14。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明原理在于，化鹽系統(tǒng)包括顆粒鹽加料系統(tǒng)、熔鹽加熱系統(tǒng)和熔鹽輸送系統(tǒng)。顆粒鹽加料系統(tǒng)包括電動葫蘆、料倉和螺旋輸送機(jī)，噸袋裝硝酸鈉和硝酸鉀按比例用電動葫蘆加入到料倉中，經(jīng)螺旋輸送機(jī)定量加入熔鹽儲槽中。熔鹽加熱系統(tǒng)由熔鹽循環(huán)泵、燃?xì)馊埯}爐系統(tǒng)、熔鹽儲槽組成，熔鹽經(jīng)熔鹽循環(huán)泵送入熔鹽爐加熱升溫，返回熔鹽儲槽與加入的固體硝酸鹽混合并將其熔融。熔鹽儲槽設(shè)攪拌器以使加入的顆粒狀硝酸鹽與熔鹽混合良好迅速熔融。熔鹽輸送系統(tǒng)包括熔鹽輸送泵和熔鹽罐。

本發(fā)明包括：煙囪1、鼓風(fēng)機(jī)2、空氣預(yù)熱器3、燃燒機(jī)4、熔鹽爐5、熔鹽循環(huán)泵6、熔鹽輸送泵7、熔鹽儲槽8、螺旋輸送機(jī)9、料倉10、電動葫蘆11和熔鹽罐13。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：以燃?xì)馊埯}爐系統(tǒng)為例，如附圖1所示，熔鹽儲槽8中安裝熔鹽循環(huán)泵6和熔鹽輸送泵7，從熔鹽循環(huán)泵6連接進(jìn)入熔鹽爐5底部，并從熔鹽爐5頂部連接出再接回熔鹽儲槽8，熔鹽爐5上安裝燃燒機(jī)4，燃燒機(jī)4的煙道連接進(jìn)入熔鹽爐5并且從熔鹽爐5外壁下部的出煙口接出，在熔鹽爐5旁安裝空氣預(yù)熱器3、鼓風(fēng)機(jī)2和煙囪1，鼓風(fēng)機(jī)2連接進(jìn)入空氣預(yù)熱器3，并且從出煙口連接出進(jìn)入空氣預(yù)熱器3后連接出至煙囪1；熔鹽輸送泵7連接進(jìn)入熔鹽罐13，熔鹽儲槽8旁安裝螺旋輸送機(jī)9，在螺旋輸送機(jī)9進(jìn)料端上方安裝料倉10，料倉10上方安裝電動葫蘆11。

前述中，從熔鹽爐5中連接出直接進(jìn)入燃燒機(jī)4。

前述中，料倉10上和電動葫蘆11旁安裝噸袋加料平臺12。

前述中，熔鹽儲槽8中部安裝攪拌器14。

前述中，熔鹽爐5外壁下部的出煙口接出三個(gè)支路管線，其一接入空氣預(yù)熱器3后再接出到煙囪1，其二直接連接到煙囪1，其三直接接入燃燒機(jī)4，并且這三個(gè)支路管線上均安裝自控閥。

前述中，熔鹽輸送泵7至熔鹽罐13管線需用電伴熱保溫，保溫溫度300℃。

本實(shí)施例中，助燃空氣由鼓風(fēng)機(jī)2提供并引入空氣預(yù)熱器3，經(jīng)空氣預(yù)熱器3與熔鹽爐5的出煙口煙氣換熱預(yù)熱后進(jìn)入燃燒機(jī)4，燃燒機(jī)4可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)庾詣优滹L(fēng)。熔鹽爐5的熔鹽出口溫度與燃燒機(jī)4安裝自控聯(lián)鎖，通過控制燃?xì)饬窟M(jìn)行自動控制。輸送系統(tǒng)由熔鹽輸送泵7和相關(guān)管道組成，熔鹽輸送泵7采用變頻控制，并與熔鹽儲槽8液位聯(lián)鎖，保持熔鹽儲槽8液位穩(wěn)定。

本實(shí)施例在工作時(shí)，化鹽系統(tǒng)啟動：

A：第一次啟動：向熔鹽儲槽8加水，啟動熔鹽循環(huán)泵6，熔鹽爐5點(diǎn)爐；當(dāng)熔鹽儲槽8內(nèi)水溫升至60℃時(shí)啟動熔鹽儲槽8的攪拌器，按60％硝酸鈉和40％硝酸鉀配比緩慢加入硝酸鹽，同時(shí)緩慢升溫，溫度升至90℃后開始有大量氣體蒸發(fā)，至180℃水分基本蒸出，開始快速升溫至350℃；繼續(xù)向熔鹽儲槽8按配比加入硝酸鹽，控制熔鹽爐5熔鹽出口溫度穩(wěn)定，至熔鹽儲槽8液位升至目標(biāo)液位；啟動熔鹽輸送泵7并與熔鹽儲槽8液位聯(lián)鎖，將熔鹽送至熔鹽罐13；

B.停車后再次啟動：停車后，在熔鹽凝固前，將熔鹽循環(huán)泵6及熔鹽輸送泵7提出熔鹽儲罐8；再次啟動時(shí)，由熔鹽循環(huán)泵6口向熔鹽儲槽8內(nèi)加入水，同時(shí)將熔鹽循環(huán)泵6安裝位置熔鹽化開；安裝并啟動熔鹽循環(huán)泵6，啟動燃燒機(jī)4和熔鹽爐5，緩慢升溫，溫度升至85℃時(shí)確認(rèn)熔鹽儲槽8內(nèi)熔鹽全部溶化，安裝熔鹽輸送泵7，啟動熔鹽儲槽8的攪拌器，完成系統(tǒng)再次啟動。

本實(shí)施例中，化鹽系統(tǒng)由靜止啟動至滿負(fù)荷需72小時(shí)。

本實(shí)施例中，熔鹽爐5是以熔鹽為介質(zhì)，經(jīng)過熔鹽泵強(qiáng)制液相循環(huán)將高溫熔鹽輸送給用熱設(shè)備繼而返回加熱爐重新加熱的特種工業(yè)爐。燃料經(jīng)過燃燒裝置充分燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓暂椛浜蛯α鲀煞N換熱型式與爐內(nèi)熔鹽充分進(jìn)行換熱。熔鹽爐5為600X10⁴kcal/h燃?xì)馊埯}爐，熔鹽爐5主要由供熱系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)及控制系統(tǒng)構(gòu)成，燃燃燒機(jī)4包括氣供給系統(tǒng)、燃燒器，熔鹽爐5包括加熱爐、煙道防爆門及控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)分為動力控制和儀表顯示控制兩部分。動力控制主要控制熔鹽泵、助燃空氣風(fēng)機(jī)、燃燒器等設(shè)備的起動與停止，同時(shí)熔鹽泵與燃燒器之間進(jìn)行聯(lián)鎖控制以保證加熱爐進(jìn)行安全運(yùn)行。儀表顯示控制通常采用出口鹽溫控制燃燒器進(jìn)行鹽溫調(diào)節(jié)、進(jìn)出口鹽溫顯示及最終排煙溫度顯示，采用溫度信號控制燃燒器，使其達(dá)到自動控制功能。

本實(shí)施例中，熔鹽循環(huán)泵6為330GY-40高溫液下泵，流量330m³/h，揚(yáng)程40m，電機(jī)轉(zhuǎn)速1450r/min，電機(jī)功率132kW。主體材質(zhì)0Cr18Ni10Ti(SS321)不銹鋼；配高海拔電機(jī)，電氣設(shè)備防護(hù)等級：IP55；一開一備。

本實(shí)施例中，熔鹽輸送泵7為20GY-20高溫液下泵，流量40m³/h，揚(yáng)程20m，電機(jī)轉(zhuǎn)速1450r/min，電機(jī)功率22kW；主體材質(zhì)0Cr18Ni10Ti(SS321)不銹鋼；配高海拔電機(jī)，電氣設(shè)備防護(hù)等級：IP55；一開一備。

本實(shí)施例中，熔鹽貯槽8為直徑2.8m臥式儲槽，全容積70m³，含地槽總重40噸，常壓操作，設(shè)備材質(zhì)15CrMoR。

本實(shí)施例中，由料倉10全容積5m³、螺旋輸送機(jī)9和3噸電動葫蘆11組成進(jìn)料系統(tǒng)。料倉10和螺旋輸送機(jī)9材質(zhì)為SS304不銹鋼。

本實(shí)施例中，熔鹽是由硝酸鉀(KNO₃)及硝酸鈉(NaNO₃)的混合物。最高工作溫度可達(dá)600℃的高溫。

在本實(shí)施例中，熔鹽規(guī)格：硝酸鈉和硝酸鉀，1t/袋；混合配比：60％硝酸鈉和40％硝酸鉀；化鹽系統(tǒng)的化鹽能力：30t/h，日化鹽720t，整個(gè)注鹽化鹽時(shí)間約50天；熔鹽進(jìn)罐溫度：350℃；熔鹽爐5工作溫度150～580℃，工作壓力為常壓，設(shè)計(jì)壓力為1MPa，供熱能力360～14000kW，燃燒方式為燃煤、燃油或燃?xì)?，適用燃料包括：煙煤、重油、輕油、柴油、渣油、天然氣、液化氣和城市煤氣，自動控制包括機(jī)械化、全自動控制、比例調(diào)節(jié)、PLC可編程及觸摸屏控制技術(shù)。

本發(fā)明中，在自動控制系統(tǒng)的管理下，通過各系統(tǒng)的互相協(xié)調(diào)，可實(shí)現(xiàn)以下功能：

1)穩(wěn)定高溫?zé)嵩礉M足負(fù)荷要求；

2)保持整個(gè)熱系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)不間斷連續(xù)運(yùn)行；

3)實(shí)現(xiàn)熱負(fù)荷自動調(diào)節(jié)；

4)實(shí)現(xiàn)在非正常工況下的安全連鎖反饋保護(hù)；

5)具有各種非正常情況下的預(yù)警、報(bào)警、故障鎖定等功能；

6)實(shí)現(xiàn)熔鹽爐5開爐、停爐時(shí)風(fēng)機(jī)自動吹掃功能；

7)可實(shí)現(xiàn)自動無人運(yùn)行。