一种用于电厂快速调频的电加热熔盐储能装置及方法与流程

本发明属于电加热熔盐领域，具体涉及一种用于电厂快速调频的电加热熔盐储能装置及方法。

背景技术：

1、随着经济社会的发展，传统化石能源消耗量日趋庞大，与之相伴的污染物排放问题也日益严重，可再生能源的利用受到越来越多的关注。风电、太阳能光热、光伏等发电方式普遍具有间歇性和较大波动性。为了弥补因可再生能源并入导致的电网稳定性的降低，火电机组需承担更重的调峰任务，以及需要更快地响应变负荷。通过频繁改变机组工况实现负荷调节的方式不仅灵活性差，而且容易对机组运行可靠性、效率产生影响。因此，对现有机组灵活性和调频提出了更严格的要求。

2、储能技术作为一种改变能量时空分布的技术手段，可大幅提高电站的调频灵活性，缓解电网供需平衡问题。在众多储能方式中，由于熔融盐具有高使用温度、高热稳定性、高比热容、高对流传热系数、低黏度、低饱和蒸气压和低价格，是目前储能领域常用的储热介质。熔融盐储能同时具有储能密度高和储能周期长且成本较低的优势，因而成为具有前景的火电机组调频手段之一。

3、因此，利用电加热熔盐储能技术对于提高火电机组的灵活性，改善电网峰谷差，提高能源利用效率，以及减少环境污染具有重要意义。

4、中国发明专利cn 111306789 a公开了一种加热熔盐的电极式锅炉，包括：壳体，形成容纳腔；低温熔盐分配集箱，伸入容纳腔中竖向布置并且能够向至少一个方向喷射熔盐；电极加热单元，包括能够接电的电极板，沿着与低温熔盐分配集箱平行的方向布置在容纳腔中，其能够在熔盐喷射其上时连通并加热熔盐并且能够在无熔盐喷射其上时切断连通并停止加热。采用熔盐作为导电介质并对熔盐直接加热。

5、中国发明专利cn 113357954 a公开了一种电极加热熔融盐装置和方法，由电源设备、低温熔盐集箱、高温熔盐集箱、压缩空气储箱、电极、疏盐集箱、绝缘连接件、电极锅炉外壳和控制阀门组成。利用熔盐的电阻特性，直接将电能转换为热能用于加热熔盐，功率密度大、造价成本低。

6、中国发明专利cn 102297593 a公开了一种电磁感应加热高温熔盐炉，采用电磁感应加热熔盐坩埚炉体，以液相熔盐为热载体，利用循环泵强制熔盐液相循环，将热能输送给用热设备，继而返回重新加热的直流式特种工业炉，提高能源利用效率，解决对环境的污染。

7、现有的电加热熔盐储能技术主要是通过电阻加热和电极加热两种方式。对于电阻加热，其通高压电时易导致电阻丝烧断，缩短加热器的使用寿命，且电阻丝加热的热滞后性较大，不利于熔盐温度的控制。对于电极加热，由于熔盐本身的导电性，施加过大的电压会导致熔盐被击穿，不仅降低了加热效率，还具有一定的安全隐患。此外，目前已经采用的电磁感应加热熔盐技术是通过电磁感应加热熔盐金属罐的罐体，再通过罐体加热熔盐，这会使靠近罐体边缘的熔盐温度较高，靠近罐体中心的熔盐温度较低，造成熔盐的受热不均匀。因此，开发出一种高效、安全、稳定、加热均匀的，可用于电厂快速调频的电加热熔盐储能装置系统具有工程实际意义。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的问题，本发明提出了一种电磁感应加热熔盐装置及方法。

2、本发明的目的一是：开发一种用于电厂快速调频的电加热熔盐储能装置及方法；二是：实现高压电加热熔融盐储能，提高电厂的灵活性，可用于快速调频，提高加热熔盐的效率以及均匀性。

3、为实现上述目的，本发明提出了一种用于电厂快速调频的电加热熔盐储能装置，其特征在于，所述装置包括：两级加热器、低温熔盐罐、高温熔盐罐、温度控制模块；待加热熔盐储存在低温熔盐罐中，需要对熔盐进行加热时，低温熔盐罐中的待加热熔盐顺次通过两级加热器进行加热，加热后的熔盐最终储存在高温熔盐罐中，温度控制模块用于分别控制两级加热器的加热温度；

4、各级加热器的结构完全相同，均包括加热器罐体、加热器顶盖和若干感应加热棒，加热器罐体外部包裹有加热罐保温层，以减少热量损耗，加热器顶盖固定在加热器罐体上端，加热器顶盖与加热器罐体形成封闭的区域，感应加热棒固定在加热器顶盖上并探入加热器罐体内部；

5、感应加热棒内部设有电磁感应空心铜管，电磁感应空心铜管为螺旋状用作感应加热线圈；电磁感应空心铜管通交变电流时，会使感应加热棒发热，同时电磁感应空心铜管内通冷却水，冷却水进入电磁感应空心铜管内部防止超温。

6、优选的，所述低温熔盐罐、两级加热器和高温熔盐罐之间通过熔盐管道顺次连接，低温熔盐罐与第一级加热器之间的熔盐管道设置有检测熔盐流量的熔盐流量计和推动熔盐流动的熔盐泵，调节熔盐泵的开度控制熔盐流量。

7、优选的，所述加热器罐体的底部设有熔盐入口，侧面上部设有熔盐出口，待加热熔盐从熔盐入口进入加热器罐体内部，被感应加热棒加热后从熔盐出口流出。

8、更优选的，所述的加热器罐体内部靠近熔盐入口处设有导流球，导流球使加热器罐体内的熔盐流场分布更加均匀，增强传热效果，防止熔盐局部超温。

9、更优选的，所述温度控制模块包括出口温度传感器、信号收集器、计算机、电磁感应控制柜和加热棒温度传感器；出口温度传感器布置在加热器罐体内部靠近熔盐出口的位置，用于测量两个加热器熔盐出口处的熔盐温度，信号收集器收集出口温度传感器的数据并传至计算机，计算机记录出口温度传感器的数据；加热棒温度传感器布置在感应加热棒表面，测量感应加热棒表面温度；电磁感应控制柜接收加热棒温度传感器测得的数据，并根据感应加热棒表面温度控制感应加热线圈中交变电流的大小。

10、更优选的，所述电磁感应空心铜管外接水泵，用于提供电磁感应空心铜管中的冷却水流动的动力。

11、优选的，所述感应加热棒还包括加热棒金属壳和加热棒内部绝热层；电磁感应空心铜管位于加热棒金属壳内；电磁感应空心铜管与加热棒金属壳之间设有加热棒内部绝热层，防止两者互相接触导致电磁感应空心铜管温度过高；加热棒金属壳外壁设有一层加热棒外部保护层，防止熔盐腐蚀加热棒金属壳；加热棒外部保护层采用导热材料防止功率过大导致熔盐局部超温。

12、优选的，所述加热棒内部绝热层的材料为硅铝酸棉，所述加热棒外部保护层的材料为sic或氮化硼陶瓷。

13、优选的，所述加热罐保温层的材料为硅铝酸棉与莫来石，所述加热器罐体和感应加热棒的材料为inconel 625合金；所述电磁感应空心铜管的内外表面涂有电绝缘材料。

14、本发明还提出了一种基于所述电加热熔盐储能装置的电厂快速调频方法，其特征在于包括如下步骤：

15、待加热熔盐储存在低温熔盐罐中，电磁感应空心铜管通入冷却水，防止电磁感应空心铜管在工作时超温；

16、打开电磁感应控制柜使电磁感应空心铜管通入交变电流，加热功率通过电磁感应控制柜可以任意调节，电磁感应控制柜进行反馈控制，使得感应加热棒的温度处于设定温度；

17、将低温熔盐罐中的待加热熔盐送入第一级加热器，观察熔盐流量，将熔盐流量调节至所需值；将与出口温度传感器相连的信号收集器数据采集间隔设置为合适值，观察计算机上显示的加热棒温度和熔盐出口温度；根据温度数据来调节电磁感应控制柜的电流功率，控制感应加热棒的温度，使熔盐出口温度达到所需值；熔盐顺次通过两级加热器进行加热，加热后的熔盐最终储存在高温熔盐罐中；

18、电磁感应控制柜通过耦合控制系统与机组负荷耦合，在耦合运行过程中，当电网需要降低负荷时，通过增加电磁感应加热熔盐装置的加热功率，即增大电磁感应空心铜管内部的电流，使加热棒消耗额外的电能，从而达到迅速消耗额外机组负荷的目的；当电网需要增加负荷时，通过降低电磁感应加热熔盐装置的加热功率，即减小感应线圈内部的电流；从而达到电厂快速调频目的。

19、本发明具有积极的效果：

20、(1)采用电磁感应加热的方法，具有快速响应、调节精度高、工作效率高，功率密度大，热滞后性低，避免了电阻丝加热时电阻丝高温老化烧断的问题。

21、(2)采用电磁感应加热的方法，将线圈与熔盐隔绝，因此可以采用高压电来加热熔盐，提高效率，也避免了通高压电时熔盐被击穿的问题。

22、(3)采用加热器内部设置加热棒的方法，加热棒通过电磁感应升温并加热熔盐，加热更均匀，温度也更易于控制。

23、(4)感应加热线圈与加热棒金属壳之间存在绝热层，避免了两者互相接触导致感应加热线圈温度过高。

24、(5)加热棒金属壳外部存在一层有优异热导率以及耐腐蚀性的保护层，即可以防止熔盐腐蚀加热棒金属壳，也可以防止功率过大，加热棒金属壳温度过高导致熔盐局部超温。

25、(6)加热器罐体内部熔盐入口处存在一颗导流球，其可以使熔盐的流场更加均匀，增强传热效果，防止熔盐局部超温。

26、(7)采用两级加热的方式，更高效地利用能量，降低了单个加热器的工作功率，并使熔盐的温度更易于控制。

27、(8)实现了电能向熔盐热能的转化，能快速地响应电厂负荷的变化，进行快速调频，提升了火电机组的灵活性。