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熔盐和导热油蓄热储能技术在光热发电中的应用研究
发布时间:2016/7/12  作者:郑州中威环保设备有限公司   打印  关闭

目前熔盐蓄热储能的槽式光热发电技术已被实践验证为成熟、安全、可靠的技术、但从成本下降的潜力来看,采用熔盐蓄热储能的塔式光热发电技术可能会更具竞争优势。

槽式系统一般由槽式抛物面聚光器、热载体蓄热储能装置、蒸汽发电机组等组成,槽式抛物面将太阳光聚焦在一条线上,在这焦线上安装管状集热器,以吸收聚焦的太阳辐射能,常将众多的槽式聚光器串并成聚光集热器阵列。槽式聚光器对太阳辐射能进行一维跟踪,将太阳光聚集到管状的接收器上,并将管内的熔盐加热,熔融盐释放的热能用来产生蒸汽,推动蒸汽涡轮机发电;而其中有些热能被储存在高温熔盐贮罐内,以便在夜晚或者阴雨天释放出来产生电力。塔式系统是利用定日镜将太阳热能辐射反射到置于高塔顶部的高温熔盐集热器上,加热后的熔融盐可以在更高温度下储存热量,通过熔盐蒸汽发生器产生过热蒸汽,驱动蒸汽涡轮发电机发电。

一.   热载体蓄热储能技术

1.      熔盐蓄热储能技术

以前发热发电中采用三元混合熔盐作为蓄热储能材料,现在光热发电中采用的熔盐是二元混合熔盐,在600℃以下热稳定性非常好,采用加入添加剂可以是二元混合熔盐的熔点大幅度降低,但同时不改变混合熔融盐的热稳定性,甚至还能够进一步提高熔盐的最高使用温度。将来光热发电中会寻找一种更好的熔盐混合物作为传热和蓄热载体,这种熔盐混合物能在更高的温度下储存热能,从而提高发电量;同时能在较低温度下保持液态,进而减少用于避免其固化的能源消耗。

     三元混合熔盐

三元混合熔盐属于优良的传热、储能介质,使用温度为250~550℃,其熔点低,传热效率高,传热稳定;并且不燃烧,无爆炸危险,价格低廉,广泛应用于固碱、三聚氰胺、氧化铝等行业。

     二元混合熔盐A

二元混合熔盐A型属于优良的传热、储能介质,使用温度为230~600℃,其传热效率高,上限温度较高、传热稳定、腐蚀性低;并且相变潜热高,体积收缩率低,特别适合光热发电行业。

     二元混合熔盐B

二元混合熔盐B型属于优良的传热、储能介质,使用温度为240~560℃,其传热效率高,温度可精确控制;并且蒸汽毒性低、腐蚀性低,广泛应用于化工、热处理、石油加工等行业。

2.      导热油蓄热储能技术

导热油分为矿物型导热油和化学合成型导热油,光热发电中使用的导热油应分为化学合成型导油,劣化后通过再生处理还可重复使用,较为经济合算。导热油选择应根据使用条件,既要考虑导热油的使用温度、又要考虑导热油的特性和热稳定性,选择使用寿命长、价格性能较好的导热油。

二.   熔盐蓄热储能的设计分析

1.      熔盐蓄热储能循环系统的工艺流程设计分析

太阳能光热发电站采用冷熔盐储罐和热熔盐储罐存放熔盐,循环系统工作时,冷熔盐储罐内的熔融盐经熔盐泵被输送到太阳能集热器内,吸收热能升温进入热熔盐贮罐中,随后高温将熔融盐从热熔盐储罐流进熔盐蒸汽发生器,加热冷水产生过热蒸汽,驱动蒸汽涡轮机运行发电,而熔融盐温度降低后流回冷熔盐储罐。

在光热发电站的熔盐蓄热之处能循环系统的设计开发时,应当考虑配置多少时间的蓄热储能规模大小,才能达到经济效益的最大化。首先通过计算分析确定出熔盐存贮总量和系统循环流量,并计算出冷熔盐储罐和热熔盐储罐的体积,同时设计出相应的结构型式,绘制出熔盐循环系统的管路图,然后选择熔盐泵规格型号以及阀门仪表的规格型号,再设计计算出熔盐蒸汽发生器与熔盐预热器的熔盐过热器的结构尺寸,并且从设计角度确保熔盐的使用安全,在配备相应的熔盐安全防泄漏装置,同时采用电伴热系统防止熔盐凝固、造成管路的堵塞现象。

2.      熔盐储罐的设计分析

熔盐储罐分为冷熔盐储罐和热熔盐储罐,其内径高度的大小取决于熔盐储罐容量,储罐的壁厚采用薄壁圆筒的壁厚计算公式。另外,在储罐壁厚的设计上还要考虑到地震力、风压力等短时期荷载的影响,也就是因地震而造成壁板的失稳,故在防止对策的设计方法上,采用在储罐外周设置采用双面对接焊,纵向接头采用全焊透型式,圆筒形立式储罐的顶部包边角钢规格要根据储罐的内径大小来决定。

通常为了防止熔盐的热量损失,需要采用使保温材料对熔盐储罐进行隔热保温,首先应根据外部环境气温和储存熔盐温度之间的温差、以及所采用的保温材料的导热系数,计算确定出保温材料的厚度。而熔盐储罐所采用的保温材料为硅酸铝纤维保温材料的导热系数,计算确定出保温材料的厚度。而熔盐储罐所采用的保温材料为硅酸铝纤维保温材料和石棉保温材料叠加组合而成,对于熔盐储罐的侧壁保温,要用类似于罐壁径向形状的保温板或保温毡,沿着储罐外壁的曲面进行保温。对于直径较小的储罐保温层要用镀锌铁丝网;对于直径较大的储罐保温层要用镀锌铁丝网和支承环钢带进行固定。最后采用镀锌铁皮或彩色薄钢板作为储罐的外防护层。

将熔盐蓄热储能循环技术应用在光热发电中,使得太阳能热发电实现了24h持续发电,从而使得太阳能的利用不再受夜间乃至多云天气的影响,这样太阳能光热发电就成为了一种可控的优质绿色电力生产方式。目前我们在熔盐蓄热储能循环系统的光热电站设计上,采用了一些新的设计方法和设计理念,优化光热电站的整体设计,提高光热电站的工作温度,以此来提高发电效率,降低熔盐用量,削减发电成本,并采用先进的熔盐蓄热储能循环技术来降低光热电站的投资成本,使光热电站更加具有成本优势和经济效益。