Strength analysis of molten salt tanks for concentrating solar power plants

Promoting the development of concentrating solar power(CSP)is critical to achieve carbon peaking and carbon neutrality.Molten salt tanks are important thermal energy storage components in CSP systems.In this study,the cold and hot tanks of a 100 MW CSP plant in China were used as modeling prototypes.The materials and geometric models were determined based on related specifications and engineering experience.Mechanical characteristics of the tanks under steady condition,including the deformation,stress distribution,and stress concentration,were simulated and calculated.Furthermore,the strength of the tank walls was evaluated.The findings can be used as a reference for designing the molten salt storage tank and reducing the risk during the operation.

高温熔盐储罐基础中陶粒的材料性能试验研究

高温熔盐储罐中储热介质温度约600℃,要求每天温降不超过1℃,为满足保温要求,储罐基础常以陶粒作为保温材料。通过对不同级配下5种典型陶粒的化学成分、材料特性和高温热工参数等进行试验研究,得到了陶粒的物理力学性能、相变温度、热膨胀系数和不同温度(20~600℃)下的导热系数等关键参数,揭示了陶粒的导热特性和变形机理。

光热电站熔盐储罐热应力分析

基于光热电站熔盐储罐结构建立了储罐的三维计算模型,通过载荷施加及边界条件设置进行热应力耦合分析,得到不同斜温层位置储罐的热应力及位移分布情况。根据不同斜温层厚度、位置获得储罐罐壁热应力变化趋势。斜温层厚度越大,储罐罐壁热应力越小。斜温层位置由罐底上升到罐顶,罐壁热应力先增大后减小。这些结果不仅有助于深入了解储罐的工作性能和安全性,还为储罐的优化设计和改进提供了重要的理论依据和实践指导。

耦合熔融盐储热的火电机组灵活调峰系统关键技术研究进展

基于国家“双碳”目标及能源转型的战略需求,火电机组参与电网调峰已趋于常态。为了大幅提升现有机组调峰能力,可将熔融盐储热系统与火电机组汽水流程进行正、逆循环耦合。详细梳理了耦合熔融盐储热的火电机组灵活调峰系统关键技术及其储热系统流程设计的研究进展。首先,围绕储热工质综述了现有常用熔融盐的制备配方、物化性质的研究现状,重点阐述了火电机组储热系统对于熔融盐的特性要求。其次,详细阐述了储热系统的关键设备部件,总结了单罐与双罐熔融盐储热系统及其辅机的原理、特性,从系统安全性、成本、技术成熟度、调峰响应速率等角度分析了前二者对火电机组储热调峰系统的适用性。其后,归纳了当前熔融盐换热器的研究现状,从多个角度重点分析了熔融盐-汽水管壳式换热器的研究成果与不足之处。随后,梳理了熔融盐储热系统的设计方案,对比总结了不同类型火电机组储热系统的设计特点,归纳了储热灵活调峰系统设计需要进一步开展的研究工作。最后,对熔融盐储热系统的设计及其实际应用进行了展望。

50 MWe光热电站填充床储罐的高温蠕变与机械性能研究

针对光热电站填充床储罐在高温蠕变与交变应力作用下存在断裂失效致熔盐泄漏的现象,在综合考虑罐体真实结构与应力荷载的基础上,发展了可用于分析大型商用填充床储热器蠕变与机械性能的热-力耦合数值方法,并模拟获得了不同储-放热时刻下典型347H材质储罐蠕变损伤时间与机械应力的动态变化规律。结果显示:储-放热过程中,罐体壁面的温度变化速率明显低于填充床区域,壁板1-4(4.2<H<12.5 m)在储热6 h结束时刻与壁板5-6(H<4.2 m)在储热结束8 h后均会产生高温蠕变损伤现象;热盐顶部流入、冷盐底部流入的运行方式使得罐体各壁板的蠕变时间不尽相同,单次循环下,最顶端壁板的蠕变时间为18.5 h,约为最底端壁板的7.4倍;壁面应力受温度梯度影响显著,储热时较高的温度梯度易导致较大的峰值应力;大部分壁板(2.1 m<H<12.5 m)均处于低应力水平状态(<30 MPa),但大角焊缝位置极易产生由应力集中导致的塑性损伤现象。

低熔点熔盐蓄热罐内温度分布与散热损失实验

为了研究熔盐蓄热罐内的温度分布变化与散热规律,采用课题组搭建的槽式聚光熔盐集热、传热与蓄热实验台中的熔盐罐作为实验装置,通过加热、内循环及冷却等实验,得到了罐体在各运行状态下的温度分布数据,并分析拟合得到了自然冷却降温阶段熔盐罐散热功率随时间和温度的变化曲线。实验结果表明:加热时,加热器下部熔融盐出现明显的温度分层现象。混合均匀后的冷却降温过程,熔融盐基本不出现温度分层现象。

太阳能单罐蓄热系统的数值模拟与性能分析研究

文章以太阳能单罐蓄热系统为研究模型,以新型三元熔融盐KNO3-Na NO3-Na NO2为传热、蓄热介质,利用Fluent软件对熔融盐在斜温层蓄热单罐中的流动规律和传热特性进行数值模拟研究。研究结果表明:随着熔融盐入口流速的增大,斜温层厚度逐渐增加,蓄热效率逐渐降低,但过低的入口流速会延长蓄热周期;冬季、夏季工况下,应对罐体进行保温,并减少蓄热进程的中断,以降低热损失,提高蓄热单罐的蓄热效率。研究结果为单罐蓄热系统蓄热效率的提高指明了一条新思路,并为更加复杂的单罐传热以及蓄热模型的改进与研究奠定基础。

填充床熔盐蓄热器的动态温度与应力特性

建立了填充床熔盐蓄热器的热-力耦合数值模型,基于此模型,研究了多次蓄-放热循环下罐体壁面温度与应力的动态变化特性,并探讨了蓄热罐体产生高温蠕变与塑性屈服的失效区域。结果表明:单次蓄-放热循环中,①壁面温度呈4个阶段的变化趋势,即蓄热时的急剧温升与稳定阶段,放热时的缓慢温降与急剧下降阶段,且大部分罐壁均会产生蠕变现象;②筒节1~5的壁面处于低应力水平的弹性状态,壁板底端存在应力集中导致的塑性屈服现象,且峰值应力在蓄热时呈逐渐上升、放热时逐渐下降的变化趋势;多次蓄-放热循环中,①罐壁最高温度在631~836 K之间呈周期性变化,随着循环次数的增加,处于弹性状态的壁面在低应力与蠕变的作用下损伤累积,增加了蓄热器失效的风险;②内壁面峰值应力在275~423 MPa之间呈周期性变化,使得蓄热罐体可能会产生高应力(大于屈服强度)引起的低周疲劳断裂失效现象。本研究可为开展填充床蓄热器的动态应力疲劳寿命评估提供有效参考方法。

单罐式储能换热系统在热风无纺布工艺中的应用

电费是无纺布纤维定型过程中除原料外的第二大生产成本,如何使其降低成为提高产品盈利的关键措施之一。基于国家为鼓励电力的削峰填谷实施的“峰谷平电价”用电策略,提出一种基于储能技术的纤维定型用单罐式储能换热系统,并对其关键部分的设计方法进行了阐述。结合河北某纺织企业的应用案例,通过理论计算,若采用储能换热系统与传统纤维加热装置相比可节省用电成本约为38%;而实际上,由于单罐工质的循环使得换热器出力下降,必须采用电加热器方可保证工艺运行,实际节省用电成本为25%左右,经济性良好。本文为储能技术在纺织工业的应用和设计方法提供支持。

太阳能熔盐蓄热罐蓄热过程的性能研究

对太阳能熔盐蓄热罐的熔化和蓄热过程进行了数值模拟研究,结果表明相同蓄热罐不同的加热内管间距对熔化和蓄热过程有着显著影响。其中,200 mm管间距的蓄热罐熔化和蓄热过程较管间距为120 mm的蓄热快,并且温度分布比较均匀。研究结论对蓄热罐的结构设计和优化运行具有一定的参考价值。

温度分层对小型熔盐单罐释热过程影响

为了探究温度分层对小型熔盐单罐释热过程的影响,对释热前单罐内熔盐有、无温度分层两种工况下的释热过程进行了实验研究。通过对隔板内外侧熔盐温度、换热器出口处水温、释热过程累积释热效率等参数进行分析发现:释热过程中维持熔盐稳定的温度分层是提高单罐释热效率的关键因素,而浸没式换热器取热时产生的扰动会破坏熔盐温度分层,影响释热效率,需要对其进行优化。研究结果为内置浸没式换热器的小型熔盐单罐系统的优化提供了有效依据。

熔盐储罐预热过程的实验和模拟研究

利用1MW(th)中试光热电站的储热系统研究了熔盐储罐预热过程的热特性。通过在罐体内部、罐壁和地基等处布置热电偶进行实验,得到了预热过程的温度变化及所需预热时间,同时利用ANSYS FLUENT进行瞬态计算模拟了熔盐储罐的预热过程。结果表明,热空气能够有效预热熔盐储罐,流量为480m^3/h、温度为350℃的热空气流通1470min后,直径为1600mm、高度为2500mm的罐体壁面和罐内空气温度由室温升至240℃左右。预热过程中,罐体侧壁面和顶面温度升高较快,罐底壁面和罐体底部空气温度升高较慢,罐内壁面不同高度的温差达38℃;地基温度升高缓慢,在罐体壁面温度达到热平衡时,地基还远未达到热平衡状态。

大型熔盐罐结构设计、温度分布与强度分析

熔盐蓄热是目前太阳能热发电中应用最广泛的蓄热技术.为了进一步研究高温熔盐储罐的安全性,采用API(The American Petroleum Institute)650标准中规定的变点设计法及其相关规定,对储盐量约为1.65×10^(4) m^(3)大型高温熔盐罐进行了结构设计;利用计算流体力学软件Fluent软件对大型高温熔盐储罐进行了温度场分布模拟,验证了储罐保温结构的合理性,得到了罐内熔盐及罐体内部温度场分布规律;通过有限元分析软件ABAQUS对大型高温熔盐储罐进行了静力分析;根据顺序耦合法,对大型高温熔盐储罐稳定工况下的热应力进行了模拟计算,确定了稳定工况时温度梯度对罐体结构应力的影响,并根据第三强度理论完成了储罐应力评价.

单罐熔融盐蓄热装置蓄热特性数值模拟

针对单罐熔融盐蓄热装置的斜温层厚度增加导致蓄热效率降低的问题,采用Fluent仿真软件,对蓄热流体在不同进口流速、进口温度、多孔介质的比热和导热系数下的斜温层厚度进行数值模拟。模拟仿真结果表明:增大进口流速会增大斜温层厚度,而增大进口温度会略微降低斜温层厚度;添加多孔介质可以降低斜温层的厚度,并且多孔介质材料的比热越大、导热系数越小,蓄热效率降低效果越明显;在进口温度700 K、进口速度0.01 m/s时,添加比热为2000 J/(kg·K)、导热系数为1 W/(m·K)的多孔介质材料,可以使斜温层厚度由32.5 cm降至22.5 cm;同样情况下,比热为1600 J/(kg·K)、导热系数为10 W/(m·K)的多孔介质材料只能使斜温层厚度降至29.5 cm。因此,选用进口速度较小、进口温度较大的蓄热流体或者选用比热较大、导热系数较小的多孔介质材料更有利于减小斜温层厚度并提高蓄热效率。

熔盐储罐预热过程优化研究

基于CFD方法研究阶梯式预热过程中熔盐储罐温度分布和热应力分布,并分析温度端差和预热气体入口流量等参数对预热时间和罐体最大热应力的影响。结果表明:温度端差和质量流量各增加1倍时,预热时间分别缩短78.1%和61.5%,温度端差比质量流量对熔盐储罐预热过程的影响更显著。

50MW槽式太阳能光热电站储热系统建模

储热系统的热功转换使得太阳能热发电技术与其他可再生能源发电技术相比具有独特的优势。在太阳能热发电领域,槽式聚光集热发电技术与双罐熔盐间接储热系统应用最为广泛,并已成功商业化。以德令哈50 MW槽式太阳能光热电站为研究对象,基于集总参数法建立了其双罐熔盐间接储热系统的动态仿真模型,在iSimu仿真平台上对模型进行了验证。在此基础上,在充热、放热过程中进行了导热油质量流量阶跃扰动模拟仿真,研究了导热油/盐管壳式换热器中导热油出口温度、熔盐出口温度和熔盐储罐内熔盐高度的变化。仿真结果表明,所建立的模型能很好地模拟双罐熔盐间接热能储存系统的充放热动态特性,对系统设计、调峰控制和安全运行策略制订具有指导意义。

光热电站熔盐储罐散热损失特性研究

针对光热电站熔盐储罐罐底、罐壁和罐顶绝热保温层的设计特点,从热平衡的角度出发建立了熔盐储罐热性能计算模型。首先将模型计算结果与典型试验数据进行对比,二者吻合良好,从而验证了计算模型的适用性和准确性。在此基础上分别对低温和高温熔盐储罐的传热性能、散热损失以及散热损失主要影响因素进行了对比分析。结果表明,储罐罐壁和罐顶的单位面积散热量基本一致,罐底的单位面积散热量明显高于罐壁和罐顶;环境温度对储罐散热损失的影响较为显著,而环境风速的影响相对较小。

光热电站储热系统设计及储罐预热方案研究

储热系统是光热电站的重要子系统及事故高发系统之一,是光热电站能够持续稳定运行的关键,储热系统的精细化设计对光热电站成本控制及安全稳定运行具有重要意义。提出了光热电站储热系统储罐熔盐量及壁厚的精细化设计方法,通过数值模拟烟气和熔盐在储罐内的流动过程和储罐的实时壁温,获得不超过储罐允许最大壁温差的预热方案,用于减少储罐预热过程中的热应力,降低储罐的风险和故障率。该预热方案在实际项目中应用取得了良好的效果。

太阳能光热熔盐发电技术的研究与开发

介绍了三元混合熔盐和二元混合熔盐的配方比例,对光热发电中熔盐蓄热储能系统的工艺流程进行了设计开发,介绍了熔盐设备和管道的制作材料,总结了熔盐循环系统在开车启动和停车过程中进行熔盐预热融化以及伴热保温的注意事项,分析了高温熔盐液下泵的结构型式和设计方法。最后,对光热发电站中熔盐贮罐的设计进行了分析研究,讨论了防止熔盐凝固的电伴热系统的设计方案,分析了光热发电站系统的整体与远程温度监测和控制方法。

熔盐储热罐散热试验研究

熔盐储热罐是储热系统中的重要设备,对熔盐储热罐内熔盐温度的监测,掌握熔盐温度随时间的变化规律是储热技术的关键工作。通过利用熔盐储热实验平台,连续记录了30 d熔盐在自然冷却条件下,温度随时间变化的数据,经过统计分析,获取了储热罐内熔盐的温降规律和影响温降的主要因素,为后续对熔盐储热罐的研究提供一些借鉴。