一种静态高温熔盐罐制造技术

本发明专利技术公开了一种静态高温熔盐罐，其包括：罐体，其为不锈钢—镍复合材料所构成的密闭容器，用于盛放熔盐，所述不锈钢—镍复合材料中的镍层作为罐体内壁；加热单元，用于加热罐体内的熔盐；换热器，其为由罐体顶部插入罐体内部的镍金属管，镍金属管中充有气态换热介质；热循环单元，其与所述换热器连接，用于控制气态换热介质流动以实现热循环；该热循环单元包括热风输出管道、冷风回流管道以及与冷风回流管道连接的风机；控制单元，用于对熔盐温度、热风输出管道内热风温度、冷风回流管道内冷风温度进行监控，并根据监控结果对加热单元和风机进行控制。本发明专利技术集储能、换热、加热功能为一体，且安全可靠性更高，实现成本更低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种静态高温熔盐罐
本专利技术涉及一种静态高温熔盐罐，属于储能、储热

技术介绍
熔盐是一种低成本、长寿命、传热储热性能好的高温、高热通量和低运行压力的传热储热介质。采用熔盐作为光热发电、储能技术、核反应堆的传热和储热工质，可显著提高发电、储能系统的热效率、系统的可靠性和经济性。光热发电(CSP)作为光伏发电另外一种有效的太阳能发电形式，近年来已成为能源圈的新宠。采用熔盐工质可以提高设备运行温度，对于提高CSP发电效率非常重要。德国储能协会(BVES)发布的一组最新研究数据(表1)显示，分别储存1kWhel和1kWhth的能量时，锂离子电池储电成本约为熔盐储热成本的33倍。其成本优势推动了熔盐储能的发展。表1另一方面，目前我国北方地区取暖使用的能源以燃煤为主，燃煤取暖面积约为总取暖面积的83％，天然气、电、地热能、生物质能、太阳能、工业余热等合计约占17％，清洁能源取暖面积占比较低，缺少统筹规划与管理、清洁能源供应存在短板且成本普遍较高、商业模式创新不足是制约清洁取暖推广的关键。太阳能供暖是几乎不受地域限制的，最有大规模普及可能性的清洁能源供暖方式，但其缺点也很明显，无光时段就无能量输出，因此必须搭配储能装置以满足24小时供热。采用熔盐工质可以在常压前提下，提高储热温度，进而提高热存储效率。然而采用熔盐作为换热工质，必然存在以下问题：(1)高成本涉盐动设备的研发与制造。高温熔盐动设备主要包括熔盐泵、熔盐阀门等。这些动设备本身存在结构复杂，材料昂贵、设计难度高、运行不稳定、寿命低等问题。这无疑加大了整个系统的运行难度。(2)设备及管路运行过程中的熔盐泄漏与冻堵。在室温状态下熔盐为固态，因此当设备及管路由于极端天气和局部冷点的产生，非常容易导致局部冻堵，冻堵本身并不危险，危险的是因为冻堵会导致整个系统停滞，甚至损坏昂贵的设备。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种集储能、换热、加热为一体的静态高温熔盐罐，且安全可靠性更高，实现成本更低廉。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种静态高温熔盐罐，包括：罐体，其为不锈钢—镍复合材料所构成的密闭容器，用于盛放熔盐，所述不锈钢—镍复合材料中的镍层作为罐体内壁；加热单元，用于加热罐体内的熔盐；换热器，其为由罐体顶部插入罐体内部的镍金属管，镍金属管中充有气态换热介质；热循环单元，其与所述换热器连接，用于控制气态换热介质流动以实现热循环；该热循环单元包括热风输出管道、冷风回流管道以及与冷风回流管道连接的风机；控制单元，用于对熔盐温度、热风输出管道内热风温度、冷风回流管道内冷风温度进行监控，并根据监控结果对加热单元和风机进行控制。优选地，所述不锈钢—镍复合材料的室温剪切强度为250MPa～350MPa，界面结合率不低于99％。进一步优选地，所述不锈钢—镍复合材料为304系列不锈钢-Ni复合材料、347系列不锈钢-Ni复合材料或316系列不锈钢-Ni复合材料，且所述不锈钢的碳含量在0.04～1.00％范围内。优选地，所述加热单元为设置于罐体底部的电磁加热器。优选地，所述镍金属为Ni200或Ni201。优选地，所述气态换热介质包括以下气体中的至少一种：空气、氮气、氦气、二氧化碳。优选地，所述罐体使用以下工艺加工而成：(1)制备罐体上封头、罐体下封头、筒体；所述罐体上封头、罐体下封头采用冲压工艺制备，所述筒体使用卷制+焊接工艺制备，并对冲压完成后的罐体上封头和罐体下封头以及卷制焊接完成后的筒体进行次固溶热处理，所述次固溶热处理的热处理温度为1000～1035℃，在400℃以上的升温速率和降温速率不大于100℃/h，次固溶热处理的保温时间根据材料最大厚度按照1.2-1.8min/mm的单位厚度保温时间计算确定，但保温时间不低于30min；(2)将罐体上封头、罐体下封头分别焊接于筒体的顶端和底端，并在焊接完成后进行去应力和尺寸稳定化热处理，所述热处理的热处理温度为660～750℃，在400℃以上的升温速率和降温速率不大于100℃/h，热处理的保温时间根据材料最大厚度按照2.5-3.0min/mm的单位厚度保温时间计算确定，但保温时间不低于20min。优选地，所述换热器使用以下工艺加工而成：将镍金属管弯制为所需的尺寸和形状，然后进行固溶热处理，所述固溶热处理的热处理温度为700～1040℃，在400℃以上的升温速率不大于100℃/h，热处理的保温时间根据材料最大厚度按照0.8-1.0min/mm的单位厚度保温时间计算确定，但保温时间不低于10min，自然冷却降温。相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：本专利技术采用静态熔盐设计思路，高温熔盐由熔盐罐体容纳，整个工作过程中熔盐不需流出熔盐罐，因而整个装置的结构简单合理，无冻堵、无泄漏风险，极大的提高了熔盐热利用系统的安全性。本专利技术大幅减少了熔盐环境下的动设备，例如熔盐泵、熔盐阀等，免除这些设备，可以在提高系统安全可靠性的同时，很大程度上降低系统成本，提高系统的经济性。本专利技术针对高温熔盐的特性，有针对性地选择静态高温熔盐罐所使用的材料，很好地平衡了安全可靠性与经济性之间的关系，并进一步通过优化的制备工艺提高了安全可靠性，降低了生产成本。附图说明图1为本专利技术静态高温熔盐罐一个优选实施例的结构原理示意图；图中包含：电磁加热器1、罐体2、熔盐3、计算机4、变频风机5、温度传感器6、热风输出管道7、冷风回流管道8、熔盐注入排出孔9、换热器10、基座11；图2为计算机的控制流程示意图。具体实施方式针对现有技术不足，本专利技术采用静态熔盐设计思路，高温熔盐由熔盐罐体容纳，整个工作过程中熔盐不需流出熔盐罐；采用单罐设计，不需要配备冷罐；并针对高温熔盐的特性，有针对性地选择静态高温熔盐罐所使用的材料，以平衡安全可靠性与经济性之间的关系。具体而言，本专利技术的静态高温熔盐罐，包括：罐体，其为不锈钢—镍复合材料所构成的密闭容器，用于盛放熔盐，所述不锈钢—镍复合材料中的镍层作为罐体内壁；加热单元，用于加热罐体内的熔盐；换热器，其为由罐体顶部插入罐体内部的镍金属管，镍金属管中充有气态换热介质；热循环单元，其与所述换热器连接，用于控制气态换热介质流动以实现热循环；该热循环单元包括热风输出管道、冷风回流管道以及与冷风回流管道连接的风机；控制单元，用于对熔盐温度、热风输出管道内热风温度、冷风回流管道内冷风温度进行监控，并根据监控结果对加热单元和风机进行控制。所述罐体作为高温熔盐的直接载体，为了满足安全可靠性，其必须具有优异的抗高温熔盐腐蚀特性，但如果采用HastlloyN、HastelloyC22、HastelloyC276等耐高温耐熔盐腐蚀合金，则又存在材料成本高昂和制备工艺复杂的问题。为了解决这一问题，本专利技术提出采用不锈钢—镍复合材料作为罐体材料，其中的镍层作为直接接触高温熔盐的罐体内壁。其优点体现在如下方面：1、不锈钢作为耐热结构材料ASME标准中指出其最高可以用在825℃，采用不锈钢作为结构承力材料可以满足熔盐罐高温使用的要求。2、纯镍金属具有天然的耐高温熔盐腐蚀能力，在熔盐环境下几乎不腐蚀，因此采用纯镍作为复层材料，与高温熔盐接触可以方便的解决高温熔盐的腐蚀现象。3、不锈钢材料作为常见的耐热合金其价格仅有Ha本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静态高温熔盐罐，其特征在于，包括：罐体，其为不锈钢—镍复合材料所构成的密闭容器，用于盛放熔盐，所述不锈钢—镍复合材料中的镍层作为罐体内壁；加热单元，用于加热罐体内的熔盐；换热器，其为由罐体顶部插入罐体内部的镍金属管，镍金属管中充有气态换热介质；热循环单元，其与所述换热器连接，用于控制气态换热介质流动以实现热循环；该热循环单元包括热风输出管道、冷风回流管道以及与冷风回流管道连接的风机；控制单元，用于对熔盐温度、热风输出管道内热风温度、冷风回流管道内冷风温度进行监控，并根据监控结果对加热单元和风机进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种静态高温熔盐罐，其特征在于，包括：罐体，其为不锈钢—镍复合材料所构成的密闭容器，用于盛放熔盐，所述不锈钢—镍复合材料中的镍层作为罐体内壁；加热单元，用于加热罐体内的熔盐；换热器，其为由罐体顶部插入罐体内部的镍金属管，镍金属管中充有气态换热介质；热循环单元，其与所述换热器连接，用于控制气态换热介质流动以实现热循环；该热循环单元包括热风输出管道、冷风回流管道以及与冷风回流管道连接的风机；控制单元，用于对熔盐温度、热风输出管道内热风温度、冷风回流管道内冷风温度进行监控，并根据监控结果对加热单元和风机进行控制。2.如权利要求1所述静态高温熔盐罐，其特征在于，所述不锈钢—镍复合材料的室温剪切强度为250MPa～350MPa，界面结合率不低于99%。3.如权利要求2所述静态高温熔盐罐，其特征在于，所述不锈钢—镍复合材料为304系列不锈钢-Ni复合材料、347系列不锈钢-Ni复合材料或316系列不锈钢-Ni复合材料，且所述不锈钢的碳含量在0.04～1.00%范围内。4.如权利要求1所述静态高温熔盐罐，其特征在于，所述加热单元为设置于罐体底部的电磁加热器。5.如权利要求1所述静态高温熔盐罐，其特征在于，所述镍金属为Ni200或Ni201。6.如权利要求1所述静态高温熔盐罐，其特征在于，所述气态换热介质包括以下气体中的至少一种：空气、氮气、氦气、二氧化碳。7.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：成莉，
申请(专利权)人：上海冀晟能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31