阅读说明：本技术 一种气封自循环加热装置 (Air seal self-circulation heating device ) 是由 唐娟 毕文剑 余志勇 周楷 高越 孙峰 于 2019-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种气封自循环加热装置,包括第一高温熔盐储罐、第二高温熔盐储罐、低温熔盐储罐、补气罐；其中,第一高温熔盐储罐、第二高温熔盐储罐的上部均设置第一气体输入管路和气体输出管路,第一气体输入管路和气体输出管路均与补气罐的上部连接,低温熔盐储罐的上部设有第二气体输入管路,第二气体输入管路与第一气体输入管路连接；第一高温熔盐储罐的底部设置第一加热管,第二高温熔盐储罐的底部设置第二加热管,低温熔盐储罐的底部设置第三加热管；第一加热管、第二加热管、第三加热管的气体进口与补气罐底部气体出口通过管道连接,第一加热管、第二加热管、第三加热管的气体出口与补气罐底部气体进口通过管道连接。(The invention discloses a gas seal self-circulation heating device which comprises a first high-temperature molten salt storage tank, a second high-temperature molten salt storage tank, a low-temperature molten salt storage tank and a gas supplementing tank, wherein the first high-temperature molten salt storage tank is connected with the second high-temperature molten salt storage tank; the upper parts of the first high-temperature molten salt storage tank and the second high-temperature molten salt storage tank are respectively provided with a first gas input pipeline and a gas output pipeline, the first gas input pipeline and the gas output pipeline are respectively connected with the upper part of the gas supplementing tank, the upper part of the low-temperature molten salt storage tank is provided with a second gas input pipeline, and the second gas input pipeline is connected with the first gas input pipeline; the bottom of the first high-temperature molten salt storage tank is provided with a first heating pipe, the bottom of the second high-temperature molten salt storage tank is provided with a second heating pipe, and the bottom of the low-temperature molten salt storage tank is provided with a third heating pipe; the gas inlets of the first heating pipe, the second heating pipe and the third heating pipe are connected with the gas outlet at the bottom of the gas supplementing tank through pipelines, and the gas outlets of the first heating pipe, the second heating pipe and the third heating pipe are connected with the gas inlet at the bottom of the gas supplementing tank through pipelines.)

一种气封自循环加热装置

技术领域

本发明属于太阳能热发电领域，尤其涉及一种气封自循环加热装置。

背景技术

太阳能有着取之不尽，用之不竭，安全可靠的优势，太阳能热发电不受能源危机和燃料市场不稳定的冲击，不用燃料，运行成本很低，发电过程中不易产生污染废弃物，是理想的清洁能源，可以根据负荷的增减，任意添加或减少镜场的投运，避免浪费。

在太阳能光热电站储、换热系统中，熔盐储罐的设计基本采用平底拱顶单层罐外保温结构，由于储罐内熔盐介质常压，所以顶部采用直接放空的结构形式，高温熔盐储罐内的熔盐温度高达560℃，直接放空后，能量浪费，经济性差。

发明内容

本发明提供了一种气封自循环加热装置，采用微压气体对熔盐储罐顶部进行正压封存，降低储罐顶部散热，同时第一高温熔盐储罐、第二高温熔盐储罐均与补气罐连通，储存高温气体，对储罐底板进行循环加热。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种气封自循环加热装置，包括第一高温熔盐储罐、第二高温熔盐储罐、低温熔盐储罐、补气罐；

其中，所述第一高温熔盐储罐、所述第二高温熔盐储罐的上部均设置第一气体输入管路和气体输出管路，所述第一气体输入管路和所述气体输出管路均与所述补气罐的上部连接，所述低温熔盐储罐的上部设有第二气体输入管路，所述第二气体输入管路与所述第一气体输入管路连接；

所述第一气体输入管路、第二气体输入管路上均设置有进气阀，所述气体输出管路上设有出气阀；

所述第一高温熔盐储罐的底部设置第一加热管，所述第二高温熔盐储罐的底部设置第二加热管，低温熔盐储罐的底部设置第三加热管；

所述第一加热管、所述第二加热管、所述第三加热管均设置有气体进、出管及阀门，所述补气罐的底部设有气体进、出管及阀门，所述第一加热管、所述第二加热管、所述第三加热管的气体进管均与所述补气罐底部的气体出管连接，所述第一加热管、所述第二加热管、所述第三加热管的气体出管均与所述补气罐底部的气体进管连接。

优选实施例中，所述补气罐设置在所述第一高温熔盐储罐和所述第二高温熔盐储罐之间，所述第一高温熔盐储罐和所述第二高温熔盐储罐通过高温罐连通管连通，且所述高温罐连通管穿过所述补气罐；

所述高温罐连通管包括第一直管、第二直管、第一波纹管、第一弯管、第二弯管，所述第一直管的一端连接所述第一波纹管的一端，所述第一波纹管的另一端连接所述第二直管的一端，所述第一直管的另一端穿出所述补气罐并伸入所述第一高温熔盐储罐内部，所述第二直管的另一端穿出所述补气罐并伸入所述第二高温熔盐储罐内部，所述第一直管在所述第一高温熔盐储罐内部的一端连接第一弯管，所述第二直管在所述第二高温熔盐储罐内部的一端连接第二弯管。第一高温熔盐储罐和第二高温熔盐储罐采用高温罐连通管连通能够降低成本，节约熔盐泵的使用数量，由于第一高温熔盐储罐、第二高温熔盐储罐的温度高，膨胀量大，所以高温罐连通管采用波纹管与直管连接结构，补偿储罐由于膨胀产生的伸缩量，波纹管会随着盐温的变化而周期性的压缩和伸长，且波纹管内部有熔盐通过，所以波纹管与直管段处的连接质量非常重要。

优选实施例，为了降低高温罐连通管渗漏引起的熔盐渗漏，把高温罐连通管固定在补气罐内部，所述第一直管和所述第二直管与所述补气罐接触的部分为第二波纹管、第三波纹管结构，所述第一直管穿过第二波纹管，所述第二直管穿过第三波纹管，所述第二波纹管靠近所述补气罐内部的一端与所述补气罐罐体焊接，所述第二波纹管的另一端与环形盖板焊接；所述第三波纹管靠近所述补气罐内部的一端与所述补气罐罐体焊接，所述第三波纹管的另一端与环形盖板焊接，在正常运行时，补气罐内的高温气体会对高温罐连通管内部的熔盐进行保温作用。

优选实施例，所述补气罐中下部的罐壁上设置视镜，如果高温罐连通管内熔盐发生渗漏，可以通过补气罐罐壁上的视镜观测到，尽快采取措施补救。

优选实施例，所述视镜的材料为耐高温高硼硅玻璃。

优选实施例，所述第一直管在所述第一高温熔盐储罐和所述补气罐之间的管道处设置第一关断阀，所述第二直管在所述第二高温熔盐储罐和所述补气罐之间的管道处设置第二关断阀。

优选实施例，所述第一加热管、所述第二加热管、所述第三加热管均为螺旋盘管结构或分布管结构。

优选实施例，所述补气罐包括上封头、下封头、筒体、支座，所述上封头和所述筒体的上部焊接连接，所述下封头和所述筒体的下部焊接连接，所述支座安装在所述下封头的外表面。

优选实施例，所述第一高温熔盐储罐、所述第二高温熔盐储罐、所述低温熔盐储罐、所述补气罐外部均设有保温层，所述高温罐连通管裸露在外部的部分设有保温层。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明通过设置补气罐，将补气罐与第一高温熔盐储罐、第二高温熔盐储罐的第一气体输入管路、气体输出管路连接，将第一高温熔盐储罐、第二高温熔盐储罐上部分放空的热值加以利用，补气罐内充满气体，通过第一气体输入管路向第一高温熔盐储罐和第二高温熔盐储罐充入气体，对内部熔盐正压封存，通过高温熔盐对气体加热，加热后的气体通过气体输出管路进入到补气罐内，通过这样的循环直到第一高温熔盐储罐、第二高温熔盐储罐内的气体和补气罐内的压力平衡，此时补气罐内充满高温气体，压力不高于 0.01Mpa；

补气罐内充满高温气体，光热发电系统停机后，由于第一高温熔盐储罐、第二高温熔盐储罐、低温熔盐储罐内熔盐温度会缓慢降低，且熔盐的密度与温度成反比，温度越低密度越大，低温熔盐会沉积在储罐底部，逐渐形成分层，如果长期阴雨天不运行，由于时间的加长，底部熔盐存在凝固的风险，所以在第一高温熔盐储罐、第二高温熔盐储罐罐、低温熔盐储罐的底部设计有第一加热管、第二加热管、第三加热管，三个加热管的进管与补气罐的出管连通，三个加热管的出管与补气罐的进管连通，这样可循环的将补气罐内的高温气体输送到每个加热管内，然后每个加热管出来的低温气体进入到补气罐，低温气体再通过第一气体输入管路进入第一高温熔盐储罐和第二高温熔盐储罐进行加热，加热后的气体通过气体输出管路回到补气罐内，通过循环加热的设置对第一高温熔盐储罐、第二高温熔盐储罐、低温熔盐储罐进行加热，防止熔盐形成分层，底部熔盐进行凝固。因此本发明将第一高温熔盐储罐、第二高温熔盐储罐顶部的热量储存在补气罐内，通过各管路，对储罐底部及补气罐进行循环加热保温，降低储罐散热量，减少能耗。

附图说明

图1为本发明实施例的氮封自循环加热装置示意图；

图2为本发明实施例的熔盐储罐底部加热管结构示意图一；

图3为本发明实施例的熔盐储罐底部加热管结构示意图二；

图4为本发明实施例的熔盐储罐底部加热管结构示意图三。

附图标记说明：1-低温熔盐储罐；2-第一高温熔盐储罐；3-第二高温熔盐储罐；4-视镜；5-第二加热管；6-高温罐连通管；7-第三波纹管；8-第一波纹管；9-补氮罐；10-环形盖板；11-第一关断阀；12-第二关断阀；13-上封头；14-筒体；15-下封头；16-支座；17-第一加热管；18-第三加热管；19- 第二波纹管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种气封自循环加热装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

本发明中气体封存熔盐储罐以及参与自循环的气体可以是惰性气体或化学性能稳定的气体，例如氮气，本实施例中提供的是氮封自循环加热结构，即采用氮气。

参看图1，在一个实施例中，一种氮封自循环加热装置，包括第一高温熔盐储罐2、第二高温熔盐储罐3、低温熔盐储罐1、补氮罐9；补氮罐9可以是类似熔盐储罐的平底拱顶的结构，也可以是圆柱形结构，也可以是如图 1所示的具有上封头13、下封头15、筒体14、支座16的结构，上封头13 和筒体14焊接连接，下封头15和筒体14焊接连接，支座16安装在下封头 15外表面，用于支撑整个补氮罐9；第一高温熔盐储罐2、第二高温熔盐储罐3、低温熔盐储罐1的顶部还设有放空阀，用于检测储罐顶部的气体是否全是氮气；高温熔盐储罐内的熔盐温度一般高达560℃，低温熔盐储罐内的熔盐温度一般在290～400℃；

其中，第一高温熔盐储罐2、第二高温熔盐储罐3的上部均设置第一氮气输入管路和氮气输出管路，第一氮气输入管路和氮气输出管路均与补氮罐 9的上部连接，低温熔盐储罐1的上部设有第二氮气输入管路，第二氮气输入管路与第一氮气输入管路连接；第一氮气输入管路、第二氮气输入管路上均设置有进气阀，氮气输出管路上设有出气阀；如图1所示，补氮罐9的上封头设有氮气进、出口，补氮罐9的氮气出口连接第一氮气输入管路，第一氮气输入管路分别连接第一高温熔盐储罐2的上部氮气进口和第二高温熔盐储罐3的上部氮气进口，在补氮罐9的氮气出口设置阀门V3，第一高温熔盐储罐2氮气进口设置阀门V14，第二高温熔盐储罐3氮气进口设置阀门V4，第二氮气输入管路连接第一氮气输入管路，在第二氮气输入管路上设置阀门 V13；补氮罐9的氮气进口连接氮气输出管路，在氮气输出管路上第一高温熔盐储罐2氮气出口附近设置阀门V1，第二高温熔盐储罐3氮气出口附近设置阀门V2；

补氮罐9内的氮气压力优选不超过0.01MPa，限制补氮罐9内的氮气压力目的是考虑补氮罐9的罐体成本，氮气压力越大，补氮罐9的罐体越厚，成本会越大，在能够保证后续的高温氮气尽量的保温的情况下，补氮罐9设置合适的厚度，因此氮气压力限制在0.01Mpa；

第一高温熔盐储罐2的底部设置第一加热管17，第二高温熔盐储罐3的底部设置第二加热管5，低温熔盐储罐1的底部设置第三加热管18，第一加热管17、第二加热管5、第三加热管18内均充满高温氮气，用于加热相应的熔盐储罐；

第一加热管17、第二加热管5、第三加热管18均设置有氮气进、出管及阀门，补氮罐9的底部设有氮气进、出管及阀门，第一加热管17、第二加热管5、第三加热管18的氮气进管均与补氮罐9底部的氮气出管连接，第一加热管17、第二加热管5、第三加热管18的氮气出管均与补氮罐9底部的氮气进管连接；如图1所示，第一加热管17的氮气出管上设置阀门V10，第二加热管5的氮气出管上设置阀门V11，第三加热管18的氮气出管上设置阀门V12，三个加热管的氮气出管通过四通与补氮罐9的氮气进管连通，补氮罐9的氮气进管上设置阀门V9；第一加热管17的氮气进管上设置阀门V6，第二加热管5的氮气进管上设置阀门V7，第三加热管18的氮气进管上设置阀门V8, 三个加热管的氮气进管通过四通与补氮罐9的氮气出管连通，补氮罐9的氮气出管上设置阀门V5。

本实施例通过设置补氮罐9，将补氮罐9与第一高温熔盐储罐2、第二高温熔盐储罐3的第一氮气输入管路、氮气输出管路连接，将第一高温熔盐储罐2、第二高温熔盐储罐3上部分放空的热值加以利用，补氮罐9内充满氮气，通过第一氮气输入管路向第一高温熔盐储罐2和第二高温熔盐储罐3充入氮气，对内部熔盐正压封存，通过高温熔盐对氮气加热，加热后的氮气通过氮气输出管路进入到补氮罐9内，通过这样的循环直到第一高温熔盐储罐 2、第二高温熔盐储罐3内的氮气和补氮罐9内的压力平衡，此时补氮罐9 内充满高温氮气，压力不高于0.01Mpa；

补氮罐9内充满高温氮气，光热发电系统停机后，由于第一高温熔盐储罐2、第二高温熔盐储罐3、低温熔盐储罐1内熔盐温度会缓慢降低，且熔盐的密度与温度成反比，温度越低密度越大，低温熔盐会沉积在储罐底部，逐渐形成分层，随着时间的加长，如果长期阴雨天不运行，底部熔盐存在凝固的风险，所以在第一高温熔盐储罐2、第二高温熔盐储罐3、低温熔盐储罐1 的底部设计有第一加热管17、第二加热管5、第三加热管18，三个加热管的氮气进管与补氮罐9的氮气出管连通，三个加热管的氮气出管与补氮罐9的氮气进管连通，这样可循环的将补氮罐9内的高温氮气输送到每个加热管内，然后每个加热管出来的低温氮气进入到补氮罐9，低温氮气再通过第一氮气输入管路进入第一高温熔盐储罐2和第二高温熔盐储罐3进行加热，加热后的氮气通过氮气输出管路回到补氮罐9内，通过循环加热的设置对第一高温熔盐储罐2、第二高温熔盐储罐3、低温熔盐储罐1进行加热，防止熔盐形成分层，底部熔盐发生凝固。因此实施例将第一高温熔盐储罐2、第二高温熔盐储罐3顶部的热量储存在补氮罐9内，通过各管路，对储罐底部及补氮罐 9进行循环加热保温，降低储罐散热量，减少能耗。

优选实施例中，补氮罐9设置在第一高温熔盐储罐2和第二高温熔盐储罐3之间，第一高温熔盐储罐2和第二高温熔盐储罐3通过高温罐连通管6 连通，且高温罐连通管6穿过补氮罐9；将第一高温熔盐储罐2和第二高温熔盐储罐3连通，是为了降低成本，由于每个高温熔盐储罐都配备一个熔盐泵，由于采用的熔盐泵价格偏贵，为了降低使用熔盐泵的数量，降低成本，将两个高温熔盐储罐连通；

高温罐连通管6包括第一直管、第二直管、第一波纹管8、第一弯管、第二弯管，第一直管的一端与第一波纹管8的一端焊接，第一波纹管8的另一端焊接连接第二直管的一端，第一直管的另一端穿出补氮罐9并伸入第一高温熔盐储罐2内部，第二直管的另一端穿出补氮罐9并伸入第二高温熔盐储罐3内部，第一直管在第一高温熔盐储罐2内部的一端连接第一弯管，第二直管在第二高温熔盐储罐3内部的一端连接第二弯管。由于第一高温熔盐储罐2、第二高温熔盐储罐3的温度高，膨胀量大，所以高温罐连通管6采用波纹管与直管连接结构，补偿储罐由于膨胀产生的伸缩量，波纹管会随着盐温的变化而周期性的压缩和伸长，且波纹管内部有熔盐通过，所以波纹管与直管段处的连接质量非常重要。

优选实施例，为了降低高温罐连通管6渗漏引起的熔盐渗漏，把高温罐连通管6固定在补氮罐9内部，第一直管和第二直管与补氮罐9接触的部分设置第二波纹管19、第三波纹管7结构，第一直管穿过第二波纹管19，第二直管穿过第三波纹管7，第二波纹管19靠近补氮罐9内部的一端与补氮罐9 罐体焊接，第二波纹管19的另一端与环形盖板10焊接，即第一直管穿过环形盖板10，第一波纹管8套设在第一直管外边面与环形盖板10焊接；第三波纹管7靠近补氮罐9内部的一端与补氮罐9罐体焊接，第三波纹管7的另一端与环形盖板10焊接，保证第一直管和第二直管可以自由的伸缩，不存在受力问题，在正常运行时，补氮罐9内的高温氮气会对高温罐连通管6内部的熔盐进行加热。

优选实施例，补氮罐9中下部的罐壁上设置视镜4，如果高温罐连通管6 内熔盐发生渗漏，可以通过补氮罐9罐壁上的视镜4观测到，尽快采取措施补救。

优选实施例，视镜4的材料为耐高温高硼硅玻璃。

优选实施例，第一直管在第一高温熔盐储罐和补氮罐9之间的管道处设置第一关断阀11，第二直管在第二高温熔盐储罐和补氮罐9之间的管道处设置第二关断阀12。

优选实施例，如图2、图3、图4所示，第一加热管17、第二加热管5、第三加热管18均为螺旋盘管结构或分布管结构，但并不限制为这三种结构。

优选实施例，第一高温熔盐储罐2、第二高温熔盐储罐3、低温熔盐储罐 1、补氮罐9外部均设有保温层，高温罐连通管6裸露在外部的部分设有保温层。

本实施例提供的装置工作过程为：

正常运行时，首先将氮气充入补氮罐9，待补氮罐9内氮气压力达到 0.01MPa时，关闭氮气进气阀，补氮罐9内充满干燥纯净的氮气，然后打开阀门V3、V4、V14、V13，补氮罐9内的氮气进入第一高温熔盐储罐2、第二高温熔盐储罐3、低温熔盐储罐1的顶部，同时打开第一高温熔盐储罐2、第二高温熔盐储罐3、低温熔盐储罐1的放空阀，通过熔盐储罐顶部的气体取样检测到顶部的气体全部为氮气为止，关闭放空阀，此时关闭阀门V13，打开阀门V1、V2，第一高温熔盐储罐2和第二高温熔盐储罐3的高温氮气进入到补氮罐9内，由于补氮罐9内的氮气充入到熔盐储罐顶部，所以再次对补氮罐9进行充入氮气，直到高温熔盐储罐和补氮罐9压力平衡，但不高于 0.01MPa，此时，补氮罐9内充满高温氮气，第一高温熔盐储罐2、第二高温熔盐储罐3、低温熔盐储罐1的顶部均充满低压氮气，对内部熔盐正压封存；

补氮罐9内充满高温氮气，光热系统停机后，由于熔盐储罐保温不能绝对保证熔盐储罐没有散热，罐内熔盐温度会缓慢降低，且熔盐的密度与温度成正比，温度越低密度越大，低温熔盐会沉积在储罐底部，逐渐形成分层，随着时间的加长，如果长期阴雨天不运行，底部熔盐存在凝固的风险，所以，晚间停机后，打开补氮罐9氮气出口阀门V5，打开第一加热管17、第二加热管5、第三加热管18的氮气进口阀门V6、V7、V8，同时打开补氮罐9的氮气进口阀门V9，打开第一加热管17、第二加热管5、第三加热管18的氮气出口阀门V10、V11、V12，高温氮气进入加热管，对熔盐储罐底部进行加热，从加热管出口出来的氮气变为低温，回到补氮罐9，然后利用补氮罐9与第一高温熔盐储罐2和第二高温熔盐储罐3的氮气循环对氮气加热。对于高温熔盐罐和对补氮罐9内氮气的补充，要根据补氮罐9内的压力进行打开关闭调节，控制各路的流量、气速和压力，满足整个系统的稳定循环加热。

低温熔盐储罐1顶部只设置氮气正压封存的管路，由于低温熔盐储罐1 顶部气体温度不如高温罐高，所以只采用低温氮气对内部熔盐进行封存而不取热，并且低温熔盐储罐1充满氮气后，就开始关闭阀门V13，对低温熔盐储罐1进行充氮气的氮封处理，而不会在补氮罐9已经是高温氮气的时候对低温熔盐储罐1进行补氮，因为低温熔盐储罐1的罐体材料不能耐受高温氮气的压力；低温熔盐储罐1底部设置第三加热管18，利用补氮罐9内的热氮气对第三加热管18进行循环加热，提升低温熔盐储罐1底部熔盐温度。

需要说明的是图1中两条或多条气体管路交叉时，若图中线条有断开说明这两条气体管路不连通，若是没有断开说明交叉的气体管路是连通的。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。