熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器的制作方法

本发明涉及熔盐储能，具体涉及一种熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器。

背景技术：

1、熔盐储能是一种将化学能转化为热能，然后再转化为电能或其他介质热能的技术；其基本原理是将熔盐加热至高温，储存热能(以三元盐为例，储存温度为535℃时，1吨熔盐可以储存热能120kwh左右)，当需要电能或其他介质热能时，将热能转化为电能或其他介质热能。熔盐储能的核心是盐类的高温熔融特性，使得能量能够以高温高热效率进行转换和储存，灵活性较高，能够快速响应能源波动，并平滑维持系统稳定。熔盐储能作为一种先进的高温储能技术，具备低成本、无污染等优势，除光热发电领域外，在供暖、供蒸汽、火电机组灵活改造等领域有着广阔的应用前景。

2、传统的熔盐储热技术主要采取冷热双罐系统(热熔盐罐与冷熔盐罐)储热的方式，储热时将冷熔盐罐里面的熔盐进行加热，加完热的熔盐导入热熔盐罐；释热时将热熔盐罐里的熔盐导出进行换热，换完热的熔盐再回到冷熔盐罐内。目前双罐熔盐储热技术应用较为成熟，但是其存在投资成本高，投资回收周期长，设备占地面积大，运行管理繁琐，产汽速度慢，维修困难等缺点。鉴于此，很多生产厂家开始研究单罐熔盐储热技术，例如中国专利201610168408.9中就公开了一种熔盐储热的单罐内置换热谷电热水锅炉；其采用单罐内置的换热方案，使得加热的熔盐在熔盐罐中流动，并在熔盐罐中实现与换热管之间的换热，从而有效节约材料成本。但是，该热水锅炉将熔盐罐的内部分隔成低温区、电加热区、换热区和低温抽吸区，并通过设置熔盐泵及熔盐传输管道来实现熔盐在熔盐罐内的流动循环，整体体积较大，而且熔盐的凝固点通常在120-220℃，熔盐传输管道存在凝固冻堵风险，后期维护成本高。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的上述问题，本申请提供了一种熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器。本申请的单罐熔盐储热蒸发器将电加热器和换热管集成设于熔盐罐的内部，并在电加热器和换热管之间设置上下开口的导流围栏，将熔盐罐内部划分成高温区和低温区，从而使得在熔盐放热时，可以利用冷热熔盐的密度差形成压力差，促使熔盐流动，实现熔盐在熔盐罐内部的自然循环，此时不需要再另外设置熔盐泵及管道，无熔盐凝固冻堵风险；此外，本申请的蒸发器运行稳定，可以实现长时间储能和放热，而且其绝大部分设备布置在熔盐罐内部，结构紧凑、占地面积小，能够满足大部分厂区的储能需求，成本低、投资回收周期短、后期检修方便。

2、本申请的技术方案为：

3、熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器，包括熔盐罐；所述熔盐罐的顶部设有注盐口，底部设有排盐口；所述熔盐罐的内部设有换热管和一组沿周向均匀间隔分布的电加热器；所述电加热器环绕于所述换热管的外侧，用于对熔盐罐中的熔盐进行加热；所述换热管和电加热器之间设有导流围栏；所述导流围栏上下开口，包围于换热管的外侧，将熔盐罐内部空间划分为高温区和低温区；所述导流围栏内部的空间为低温区，所述熔盐罐和导流围栏之间的空间为高温区；所述电加热器位于高温区内，所述换热管位于低温区内；熔盐放热时，低温区的熔盐与换热管进行换热，将换热管内的水加热变成蒸汽，此时熔盐温度下降，密度增大，向熔盐罐底部流动，而高温区内的熔盐由于温度相对较高、密度较小，向熔盐罐顶部流动，并从导流围栏上方开口进入导流围栏内，从而使得熔盐在熔盐罐内部进行自然循环。

4、与现有技术相比，本申请的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器，将电加热器和换热管集成设于熔盐罐的内部，并在电加热器和换热管之间设置上下开口的导流围栏，将熔盐罐内部划分成高温区和低温区，从而使得在熔盐放热时，可以利用冷热熔盐的密度差形成压力差，促使熔盐流动(即热熔盐温度高、密度低，向上走；相应冷熔盐温度低、密度大，向下走)，实现熔盐在熔盐罐内部的自然循环，此时不需要再另外设置熔盐泵及管道，无熔盐凝固冻堵风险；此外，本申请的蒸发器运行稳定，可以实现长时间储能和放热，而且其绝大部分设备布置在熔盐罐内部，结构紧凑、占地面积小，能够满足大部分厂区的储能需求，成本低、投资回收周期短、后期检修方便。

5、作为优化，前述的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器中，所述换热管的出水口处连接有减温器；所述减温器的进口和出口分别设有b热电偶和c热电偶，喷水口设有减温水调节阀，所述减温水调节阀通过给水管道连接至给水泵的出水口；在检测到从换热管出水口流出的蒸汽超过设定温度时，减温水调节阀开启，向减温器内部喷入冷却水，使之蒸发为水蒸气并与内部的过热蒸汽混合，使输出的蒸汽温度符合设定要求。减温器的设置能够保证输出蒸汽的温度稳定性；在蒸发器的实际工作中，可以将其输出蒸汽的工作温度设定为微过热，避免蒸汽带水严重，以保证蒸汽品质。

6、作为优化，前述的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器中，所述换热管固定于中心管板上；所述中心管板与熔盐罐的上盖板可拆连接。由此，当换热管损坏需要更换时，可以直接将中心管板向上提起，把换热管从顶部拉出，而不需要切割熔盐罐罐体，检修非常方便。进一步的，所述中心管板顶部对称设有两个吊环。由此，在后期检修时，可以将吊绳装入吊环内，然后使用行车将中心管板吊起、移动，操作较为方便。

7、作为优化，前述的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器中，所述熔盐罐的顶部对称设有液位计，用于实时监测熔盐罐内熔盐的液位，确保蒸发器运行的安全性；而且液位计设置两个，可以保证测量准确性。进一步的，所述液位计可以为超声波液位计。

8、作为优化，前述的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器中，所述注盐口的上方设有排气管，所述排气管与所述熔盐罐的内部相连通。由此，在熔盐加热过程中体积膨胀时，可通过排气管排气，平衡内外压力，进一步保证蒸发器的运行安全性；此外，将排气管设于注盐口的上方，可以减少占用空间。进一步的，所述排气管以可拆的方式安装。此时，结构简单、装配方便。

9、作为优化，前述的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器中，所述熔盐罐的外壁上设有保温层，保温层的材料为气凝胶，用于减少熔盐罐的散热损失。

10、作为优化，前述的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器中，所述换热管的进水口处以及减温器的进水口处分别设有一个安全阀。当压力超过安全阀整定值时，安全阀自动起跳，使用可靠性高。

11、作为优化，前述的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器中，所述导流围栏呈圆柱状，其外侧壁上沿周向间隔均匀分布有一组倾斜翅片，内侧壁上设有螺旋叶片；所述导流围栏安装于回转支承上；所述回转支承通过支撑脚安装于熔盐罐的底部；当高温区内的熔盐向熔盐罐的顶部运动时，熔盐对倾斜翅片的作用力使导流围栏转动，转动的导流围栏通过螺旋叶片将低温区内的熔盐向下输送，加速低温区内的熔盐向熔盐罐的底部流动，从而加速熔盐在熔盐罐内的循环流动，进而能够更高效的产生蒸汽，提高蒸汽输出能力，满足更大的蒸汽需求。

技术特征：

1.熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器，其特征在于：包括熔盐罐(1)；所述熔盐罐(1)的顶部设有注盐口(101)，底部设有排盐口(102)；所述熔盐罐(1)的内部设有换热管(2)和一组沿周向均匀间隔分布的电加热器(3)；所述电加热器(3)环绕于所述换热管(2)的外侧，用于对熔盐罐(1)中的熔盐进行加热；所述换热管(2)和电加热器(3)之间设有导流围栏(5)；所述导流围栏(5)上下开口，包围于换热管(2)的外侧，将熔盐罐(1)内部空间划分为高温区和低温区；所述导流围栏(5)内部的空间为低温区，所述熔盐罐(1)和导流围栏(5)之间的空间为高温区；所述电加热器(3)位于高温区内，所述换热管(2)位于低温区内；熔盐放热时，低温区的熔盐与换热管(2)进行换热，将换热管(2)内的水加热变成蒸汽，此时熔盐温度下降，密度增大，向熔盐罐(1)底部流动，而高温区内的熔盐由于温度相对较高、密度较小，向熔盐罐(1)顶部流动，并从导流围栏(5)上方开口进入导流围栏(5)内，从而使得熔盐在熔盐罐(1)内部进行自然循环。

2.根据权利要求1所述的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器，其特征在于：所述换热管(2)的出水口处连接有减温器(8)；所述减温器(8)的进口和出口分别设有b热电偶(801)和c热电偶(802)，喷水口设有减温水调节阀(804)，所述减温水调节阀(804)通过给水管道连接至给水泵(6)的出水口；在检测到从换热管(2)出水口流出的蒸汽超过设定温度时，减温水调节阀(804)开启，向减温器(8)内部喷入冷却水，使之蒸发为水蒸气并与内部的过热蒸汽混合，使输出的蒸汽温度符合设定要求。

3.根据权利要求1所述的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器，其特征在于：所述熔盐罐(1)的顶部设有两个液位计(9)，用于实时监测熔盐罐(1)内熔盐的液位。

4.根据权利要求1所述的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器，其特征在于：所述注盐口(101)的上方设有排气管(10)，所述排气管(10)与所述熔盐罐(1)的内部相连通。

5.根据权利要求4所述的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器，其特征在于：所述排气管(10)以可拆的方式安装。

6.根据权利要求1所述的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器，其特征在于：所述换热管(2)固定于中心管板(11)上；所述中心管板(11)与熔盐罐(1)的上盖板(103)可拆连接。

7.根据权利要求6所述的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器，其特征在于：所述中心管板(11)顶部对称设有两个吊环(12)。

8.根据权利要求1所述的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器，其特征在于：所述熔盐罐(1)的外壁上设有保温层(13)，保温层(13)的材料为气凝胶。

9.根据权利要求2所述的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器，其特征在于：所述换热管(2)的进水口处以及减温器(8)的进水口处分别设有一个安全阀(14)。

10.根据权利要求1-9任一权利要求所述的熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器，其特征在于：所述导流围栏(5)呈圆柱状，其外侧壁上沿周向间隔均匀分布有一组倾斜翅片(501)，内侧壁上设有螺旋叶片(502)；所述导流围栏(5)安装于回转支承(20)上，所述回转支承(20)通过支撑脚(19)安装于熔盐罐(1)的底部；当高温区的熔盐向熔盐罐(1)的顶部流动时，熔盐对倾斜翅片(501)的作用力使导流围栏(5)转动，转动的导流围栏(5)通过螺旋叶片(502)将低温区的熔盐向下输送，加速低温区的熔盐向熔盐罐(1)的底部流动。

技术总结本发明公开了一种熔盐无动力自然循环的单罐熔盐储热蒸发器，包括熔盐罐；所述熔盐罐的内部设有换热管和一组沿周向均匀间隔分布的电加热器；电加热器环绕于换热管的外侧，用于对熔盐罐内的熔盐进行加热；所述换热管和电加热器之间设有导流围栏；所述导流围栏上下开口，包围于换热管的外侧，将熔盐罐内部空间划分为高温区和低温区；电加热器位于高温区内，换热管位于低温区内；熔盐放热时，低温区的熔盐会与换热管进行换热，将换热管内的水加热变成蒸汽，此时熔盐温度下降，密度增大，向熔盐罐底部流动，而高温区内的熔盐由于温度相对较高、密度较小，向熔盐罐顶部流动，并从导流围栏上方开口进入导流围栏内，使熔盐在熔盐罐内部进行自然循环。技术研发人员：张宏,李成磊,翁新军,沈航,陈保全,宋二乔,周文,黄诚蔚受保护的技术使用者：浙江大通清洁能源装备制造有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26