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3.1、熔盐储热技术的应用
熔盐热储能技术由于工作温度高,比热容高,热稳定性好,蒸汽压力低的优势,已经在太阳能光热发电领域得到了广泛应用,如由多元硝酸无机盐组成的Solar salt盐,Hitec盐和HitecXL盐等,另外,美国Sandia国家实验室和Halotechnics公司以及国内的北京工业大学等单位在积极研制新型的低熔点熔盐,希望能够进一步拓展熔盐温度利用范围,降低热储能成本。这些熔盐的主要参数如下表1所示:
表1:熔盐技术参数表
以上熔盐体系中,熔点在100℃以下的熔盐配方中均含有价格较高的LiNO3,而且含有Ca(NO3)2的混合熔盐在熔点温度附近的粘度较大,适宜的工作温度均在100℃以上;另外美国Halotechnics公司的熔盐具有较低的熔点,但含有价格昂贵的CsNO3,因此这些熔盐虽然有熔点低的优势,但普遍存在价格较高、推广应用难度大的问题。
从火电厂蒸汽生产流程及熔盐的储热换热特点来看,熔盐热储能适用于高温高压蒸汽的热能存储,可以在汽轮机高压旁路或者再热器出口设置熔盐储热系统,如下图3所示。
图3:熔盐热储能在汽轮机旁路系统的应用示意图
在实际中,无论是高温高压的主蒸汽还是过热度很高的再热蒸汽,载热密度低,且蒸汽高温潜热需要维持高压,向熔盐换热需要采用换热面积较大的高压厚壁换热器,导致换热效率低下且成本高;如果为减小换热器设计制造难度和降低成本,增大换热温差,则会减小熔盐温度利用区间,带来熔盐用量的大幅增加,从而导致热储能成本大幅增加,因此,利用高温高压蒸汽向熔盐换热储热,工程实施难度大且成本高,技术经济可行性低。
相对于换热难度较大的高温高压蒸汽,回热系统的锅炉给水是一个相对理想的热源,在高加旁路安装熔盐储热装置,如下图4所示,进行热能的存储和释放,可快速调节汽轮机负荷,能够实现电力调频和调峰。
图4:熔盐热储能在火电厂回热系统的应用
在汽轮机抽汽回热系统的给水旁路设置熔盐热储能系统,利用调节流经高加的锅炉给水流量,改变各级高加的抽汽量,从而快速调节汽轮机输出功率;当降负荷时,增加给水流量,更多蒸汽抽入高加,汽轮机出力减少,多余的锅炉给水经过换热器将热能存储到熔盐罐;当增加负荷时,减少流经高加的给水流量,减小汽轮机抽汽,增加汽轮机功率输出,其余的锅炉给水经由熔盐罐加热后送入锅炉,从而满足调峰需求。
值得注意的是,目前大型热电厂低负荷时的锅炉给水温度一般不超过250℃,即使采用价格较贵的低熔点熔盐,熔盐储热系统的工作温度利用范围仅为100℃~120℃左右,熔盐显热利用效率较低,导致熔盐用量和储能成本增加,热储能经济性较差。
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