一种附着热障涂层的高温熔盐储罐制造技术

本实用新型专利技术涉及储能型太阳能光热装置领域，具体是一种附着热障涂层的高温熔盐储罐，包括罐顶、罐壁以及罐底，所述罐壁由内向外依次包括第一陶瓷层、第一粘结剂层、第一碳钢层以及保温层；所述罐底由上至下依次包括第二陶瓷层、第二粘结剂层、第二碳钢层、砂砾层、第一耐火砖层、泡沫玻璃层以及耐热混凝土层，所述泡沫玻璃层位于罐底中部，位于泡沫玻璃层外围环向设置有第二耐火砖层，所述第二耐火砖层位于第一耐火砖层以及耐热混凝土层之间。本实用新型专利技术利用粘结剂层将陶瓷层粘结到第一碳钢层与第二碳钢层内表面，熔盐在储

【技术实现步骤摘要】
一种附着热障涂层的高温熔盐储罐


[0001]本技术涉及储能型太阳能光热装置领域，具体是一种附着热障涂层的高温熔盐储罐。

技术介绍

[0002]太阳能光热发电技术(concentrating solar power，CSP)是一种应用前景广阔的能源利用方式，截止2021年底，全球已有142个光热项目并网发电，累计装机容量约6.8GW。目前，我国已有8座商业化光热电站成功并网发电，且拟建的熔盐储能型CSP项目已超过2.16GW。值得注意的是，由于云层遮挡引起太阳辐射能时空间歇不稳定、以及昼夜循环引起发电与用电周期不匹配的运行特点致使CSP系统急需解决储热问题，以提高整个系统的稳定性与连续性，使得电站在无法接收太阳能资源的情况下仍能继续满足发电的需求。
[0003]目前，储能型光热电站均采用双罐（高温罐、低温罐）熔盐储热方式，以应用前景最为广阔的塔式CSP系统为例具体来说，储热时，从吸热器过来的565℃热态熔盐被泵送至高温罐体内。放热时，热态熔盐再进入蒸汽发生器释放热量，推动汽轮机做功并发电。然后，温度降低至290℃的冷态熔盐再回到低温罐，待光照充足的时候再进入吸热器被加热至高温状态，以此循环往复，可满足24h不间断发电的需求。
[0004]然而，对于高温熔盐储罐而言，其在长周期、多循环、高温度的运行过程中仍面临如下问题：（1）目前运行温度565℃的高温储罐常选用造价高昂的347H不锈钢作为罐体材料，其蠕变温度为538℃。储热时，在565℃高温熔盐的长周期作用下，不锈钢罐体壁面极易产生缓慢塑性变形的不可逆蠕变损伤，给罐体的运行造成安全隐患。（2）储
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放热过程中，罐体内会留存液位高度不低于1m的高温熔盐，使得罐体底板与最下方的壁板始终处于高温蠕变状态，进一步增加了储罐失效的风险。（3）CSP电站中的储罐均为立式圆筒形钢制焊接结构，壁板与底板连接的大角焊缝位置易产生应力集中。特别地，较高的壁面温度梯度会进一步提升角焊缝位置的应力水平，使得焊缝结构产生应力塑性损伤；在长周期的储
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放热循环中，动态的应力塑性损伤累积易致使罐体壁面产生低周或高周的疲劳失效现象。（4）高温蠕变与应力疲劳的协同作用会加快高温熔盐储罐的断裂失效速率，极易造成熔盐泄露。例如，美国Crescent Dunes与西班牙GemaSolar塔式电站的高温储罐在2016年与2017年均产生了蠕变与疲劳导致的熔盐泄露事故，并造成了上百万美元的经济损失。特别地，随着低成本、高效率的耦合超临界二氧化碳布雷顿循环的第四代CSP技术的不断发展，熔盐介质的工作温度将达到700℃左右。基于此，面对成本高昂的罐体材料、不断升高的熔盐运行温度，如何能够在满足储
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放热能力的前提下有效降低储罐壁面的温度水平，以改善壁面由高温带来的蠕变与疲劳损伤现象，从而提高整个系统运行的安全性能，已成为CSP系统亟待解决的问题之一。

技术实现思路

[0005]本技术为了减少罐材的高温蠕变时间、进而削弱高温蠕变损伤对储罐安全性
能的影响，提供了一种附着热障涂层的高温熔盐储罐。
[0006]本技术是通过以下技术方案实现的：一种附着热障涂层的高温熔盐储罐，包括罐顶、罐壁以及罐底，
[0007]所述罐壁由内向外依次包括第一陶瓷层、第一粘结剂层、第一碳钢层以及保温层；
[0008]所述罐底由上至下依次包括第二陶瓷层、第二粘结剂层、第二碳钢层、砂砾层、第一耐火砖层、泡沫玻璃层以及耐热混凝土层，所述泡沫玻璃层位于罐底中部，位于泡沫玻璃层外围环向设置有第二耐火砖层，所述第二耐火砖层位于第一耐火砖层以及耐热混凝土层之间。
[0009]作为本技术技术方案的进一步改进，所述第二陶瓷层的外缘延伸至第一陶瓷层下表面。
[0010]作为本技术技术方案的进一步改进，所述第二碳钢层的外缘与保温层的外壁齐平，且第二碳钢层与第一碳钢层之间焊接连接。
[0011]作为本技术技术方案的进一步改进，所述第一碳钢层包括由上而下依次设置的上环板以及下环板，所述上环板和下环板的内壁齐平，且下环板的厚度大于上环板的厚度。
[0012]作为本技术技术方案的进一步改进，所述第二碳钢层包括由内向外依次设置的内环板以及外环板，所述内环板和外环板的上表面齐平，且外环板的厚度大于内环板的厚度。
[0013]作为本技术技术方案的进一步改进，所述耐热混凝土层内设置有冷却风管。
[0014]作为本技术技术方案的进一步改进，所述砂砾层、第一耐火砖层、第二耐火砖层以及耐热混凝土层的外缘均延伸至罐壁外围。
[0015]作为本技术技术方案的进一步改进，所述上环板和下环板之间焊接连接。
[0016]作为本技术技术方案的进一步改进，所述内环板和外环板之间焊接连接。
[0017]作为本技术技术方案的进一步改进，所述罐顶包括拱顶以及支架，所述拱顶通过支架支撑于罐壁顶部，支架与第一碳钢层之间通过角钢焊接连接。
[0018]本技术所述的附着热障涂层的高温熔盐储罐，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0019]1、本技术利用粘结剂层将陶瓷层粘结到第一碳钢层与第二碳钢层内表面，熔盐在储
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放热过程中不会使罐壁产生较大的温度梯度，进而削弱高温蠕变与峰值应力造成损伤的程度，提升储罐的服役寿命。
[0020]2、本技术在罐壁内壁附着陶瓷层，在运行过程中能有效将罐体与熔盐流体隔离，通过降低壁面温度水平以达到保温隔热效果，使运行热效率更高。通过降低壁面温度以削弱大角焊缝的峰值应力水平，进而降低应力塑性损伤对储罐安全性能的影响。
[0021]3、本技术在罐壁内壁附着陶瓷层，能够降低罐壁温度，会降低罐体的抗高温蠕变性能、抗应力损伤性能与抗熔盐腐蚀性能的要求，增大罐体的选材范围，减少初投资费用。
[0022]4、本技术中所述陶瓷层目前已广泛使用于航空发动机热端部件上，在降温隔热方面已取得不俗的效果，故本技术具有良好的应用前景，是一种可实现在复杂苛刻环境下延长罐体服役寿命的一种热防护技术。
[0023]5、本技术所提供的罐底基础结构，既满足了储罐的承重要求，又减少了系统的热量损失。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本技术所述的附着热障涂层的高温熔盐储罐的罐顶和罐壁的连接示意图（图中未画保温层）。
[0026]图2为所述罐壁和罐底的连接示意图。
[0027]图中：1
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罐顶，101
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拱顶，102
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支架，103
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种附着热障涂层的高温熔盐储罐，包括罐顶（1）、罐壁（2）以及罐底（3），其特征在于，所述罐壁（2）由内向外依次包括第一陶瓷层（201）、第一粘结剂层（202）、第一碳钢层（203）以及保温层（204）；所述罐底（3）由上至下依次包括第二陶瓷层（301）、第二粘结剂层（302）、第二碳钢层（303）、砂砾层（304）、第一耐火砖层（305）、泡沫玻璃层（306）以及耐热混凝土层（307），所述泡沫玻璃层（306）位于罐底（3）中部，位于泡沫玻璃层（306）外围环向设置有第二耐火砖层（308），所述第二耐火砖层（308）位于第一耐火砖层（305）以及耐热混凝土层（307）之间。2.根据权利要求1所述的一种附着热障涂层的高温熔盐储罐，其特征在于，所述第二陶瓷层（301）的外缘延伸至第一陶瓷层（201）下表面。3.根据权利要求1所述的一种附着热障涂层的高温熔盐储罐，其特征在于，所述第二碳钢层（303）的外缘与保温层（204）的外壁齐平，且第二碳钢层（303）与第一碳钢层（203）之间焊接连接。4.根据权利要求1所述的一种附着热障涂层的高温熔盐储罐，其特征在于，所述第一碳钢层（203）包括由上而下依次设置的上环板（213）以及下环板（223），所述上环板（213）和下环板（223）的内壁齐平，且下环板...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜保存，贾凡，孙嘉伟，李秀峰，郭一帆，雷勇刚，王飞，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：新型
国别省市：