一种高温熔盐储罐的制作方法

1.本实用新型属于太阳能利用的高温颗粒储热技术领域，具体涉及一种高温颗粒储热用大型复合储罐。


背景技术：

2.太阳能热发电技术是一种绿色可持续的清洁能源技术，其最大的优势在于配置了一套大规模廉价储能系统，因而出力稳定持续可调度，是未来一种理想的调峰和基荷电源。目前太阳能吸储热系统采用的介质为二元熔盐(60％nano3 40％kno3)，但是其适用温度限制在600℃以下，严重限制了太阳能光电效率的提升。因此寻找一种更高温度(≥650℃)且廉价的吸热储热介质成为目前的重点研究方向。
3.固体颗粒吸储热技术是一种新型太阳能吸储热技术，由于颗粒吸热温度高，且价格低廉，是成为第三代光热发电技术的一种理想高温吸热和储热介质。储热系统是太阳能热发电的关键技术之一，其成本占整个系统成本的15％以上，因此如何降低高温储罐的成本是第三代技术的研究重点之一。
4.目前市场上尚未出现专门用于高温颗粒储存的大型储罐，大型高温储罐的设计难点在于既要考虑储料堆积产生的结构应力，又要考虑高温环境带来的热应力，因此对储罐钢板的要求极高。吸热后的高温颗粒温度通常高于650℃，传统熔盐储罐采用的不锈钢在该温度下强度急剧下降，因而需要采用昂贵的镍基合金，大大增加了储热系统成本。同时，颗粒的硬度较高，储罐内壁被颗粒反复冲刷后极易磨损，导致罐壁厚度设计时磨损裕量较大，进一步增加了储罐的成本。
5.因此为降低高温颗粒储罐成本，需设计开发一种新型的高温颗粒储罐，在满足大型储罐设计要求的同时降低成本，为第三代太阳能热发电技术应用打下基础。


技术实现要素：

6.本实用新型实施例提供了一种高温熔盐储罐，可以解决现有技术中的上述缺陷。
7.本实用新型实施例的技术方案如下：
8.一种高温熔盐储罐，包括罐体侧壁、罐体底部和罐顶，罐体侧壁包括主结构层、位于所述主结构层内的耐磨层和绝热连接件，所述绝热连接件一端固定至所述耐磨层，另一端固定至所述主结构层，其中，所述耐磨层被构造为具有用于承受热应力的膨胀缝隙。
9.其中，整体的机械应力和热应力主要分别通过主结构层和耐磨层承受，耐磨层配置有膨胀缝隙，在受高温作用时产生膨胀以消除高温热应力，并通过绝热连接件将静压力和应力传递给主结构层，降低了对储罐材料的要求，使该熔盐储罐无须采用昂贵的高性能金属，成本大大降低。
10.在一些实施例中，所述耐磨层包括若干耐磨单元，至少一个所述耐磨单元通过一绝热连接件固定至所述主结构层，其中，相邻所述耐磨单元之间均配置有所述的膨胀缝隙。
11.在一些实施例中，所述耐磨层包括若干耐磨单元，每一所述耐磨单元分别通过一
绝热连接件固定至所述主结构层，其中，相邻所述耐磨单元之间均配置有所述的膨胀缝隙。这样的结构，通过若干耐磨单元之间拼接形成的耐磨层，降低了耐磨层整体的构造难度，相邻耐磨单元均构造有所述的膨胀缝隙，使力分散均匀。
12.在一些实施例中，所述耐磨单元构造为朝向储罐内侧凹陷，其中，相邻所述耐磨单元的边缘之间搭接连接。即耐磨单元构造为朝向内侧凹陷的曲面结构，因此任意两个相邻的耐磨单元的搭接处均能够形成有所述的膨胀缝隙，因而当储罐内储存有高温颗粒时，耐磨单元的搭接处可以产生活动并消除膨胀缝隙，以承受热应力和静压力。
13.自熔盐储罐顶部至其底部，静压力逐渐增大，因而在一些实施例中，位于熔盐储罐上部的耐磨单元的凹陷程度小于熔盐储罐下部的耐磨单元的凹陷程度，在一些实施例中，位于熔盐储罐上部的膨胀缝隙小于熔盐储罐下部的膨胀缝隙，以适应不同大小的静压力，从而保证膨胀缝隙随着颗粒高度的增加逐渐闭合，防止颗粒堵塞膨胀缝隙。
14.在一些实施例中，自熔盐储罐顶部至其底部，不同耐磨单元的凹陷程度递增。
15.在一些实施例中，自熔盐储罐顶部至其底部，不同膨胀缝隙的厚度递增。
16.在一些实施例中，所述耐磨层与所述罐体底部之间还配置有所述的膨胀缝隙，以及所述耐磨层与所述罐顶之间配置有所述的膨胀缝隙。当熔盐储罐内储存有高温熔盐时，该膨胀缝隙可以承受罐体底部和罐顶产生的膨胀与形变，降低了罐体底部和罐顶材料的需求，降低了储罐成本。
17.在一些实施例中，所述主结构层与所述耐磨层之间设置有第二保温层，起到保温的作用，同时将耐磨层所受的静压力传递给主结构层。
18.在一些实施例中，所述熔盐储罐的底部构造为锥形结构。既能减小罐顶卸料颗粒下落产生的冲击损失，也能使储罐有效排空。
19.在一些实施例中，所述主结构层外设置有第一保温层。使该熔盐储罐具有双层保温结构，因而可以在不同温度区间选用适宜该温度的材料，相比于单层保温可以实现材料性能利用最大化，降低保温厚度。
20.与现有技术相比，本实用新型实施例的有益效果如下：
21.第一，本实用新型实施例的高温熔盐储罐，机械应力和热应力分别通过主结构层和耐磨层承受，耐磨层配置有膨胀缝隙，耐磨层配置于罐体侧壁，耐磨层与罐体底部之间、耐磨层与罐顶之间分别配置有膨胀缝隙；使得储罐内壁在受高温作用时产生膨胀以消除高温热应力，耐磨层通过绝热连接件将静压力和应力传递给主结构层，从而使该熔盐储罐无须采用昂贵的高性能金属，成本大大降低。
22.第二，本实用新型实施例的高温熔盐储罐，所述熔盐储罐的底部构造为锥形结构，既能减小罐顶卸料颗粒下落产生的冲击损失，也能使储罐有效排空。
23.第三，本实用新型实施例的高温熔盐储罐，主结构层与耐磨层之间设置第二保温层，起到保温的作用，同时将耐磨层的静压力传递至主结构层；所述主结构层外还设置有第一保温层，使该熔盐储罐具有双层保温结构，因而可以在不同温度区间选用适宜该温度的材料，相比于单层保温可以实现材料性能利用最大化，降低保温厚度。
24.当然，实施本实用新型实施例的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
25.图1是本实用新型实施例1的高温熔盐储罐的纵剖结构示意图；
26.图2是本实用新型实施例1的高温熔盐储罐的横剖结构示意图。
27.附图标记：第一保温层1；主结构层2；第二保温层3；绝热连接件4；耐磨层5；罐顶6；罐体底部7；膨胀缝隙10；第一耐磨单元51；第二耐磨单元52；第三耐磨单元53；第四耐磨单元54；罐顶内壁61；第三保温层62；储罐底壁71；耐火砖层72。
具体实施方式
28.在本实用新型的描述中，需要说明的是，高温熔盐储罐，也记作熔盐储罐，也记作储罐。
29.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
31.下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。
32.实施例1
33.本实施例提供一种高温熔盐储罐，参见图1、图2，为本实施例的高温熔盐储罐的结构示意图，所述熔盐储罐包括罐体侧壁、罐体底部7和罐顶6，所述罐体侧壁包括用于承受整体机械应力的主结构层2、位于所述主结构层2内的耐磨层5和绝热连接件4，所述绝热连接件4一端固定至所述耐磨层5，另一端固定至所述主结构层2，其中，所述耐磨层5被构造为具有用于承受热应力的膨胀缝隙10。
34.本实施例的熔盐储罐，其主结构层2用于承受机械应力，耐磨层5用于承受热应力，耐磨层5配置的膨胀缝隙10在受热膨胀以消除高温热应力，并且通过绝热连接件4将静压力、热应力传递给主结构层2，从而降低了主结构层2、耐磨层5对材料的需求，不需要使用昂贵的镍基合金以达到储热需求，降低了熔盐储罐的成本。
35.在一些实施例中，所述主结构层2与所述耐磨层5之间设置有第二保温层3，第二保温层3起到保温的作用，同时还将耐磨层5所承受的热应力和静压力传递至主结构层2。其中，耐磨层5在膨胀形变时会有一部分的应力通过第二保温层3传递给主结构层2，因此第二保温层3在具有较好保温性能的同时还需具有一定的结构强度，耐压强度通常需要高于10mpa，可以采用纳米保温材料。其中，第二保温层3外壁温度不得高于400℃，主结构层2应保证在400℃以下仍旧具有较好的强度，可以采用碳钢材料制成，绝热连接件4采用高强度、低导热系数的材料。
36.在一些实施例中，所述耐磨层5包括若干耐磨单元，至少一个所述耐磨单元通过一
绝热连接件4固定至所述主结构层2，其中，相邻所述耐磨单元之间均配置有所述的膨胀缝隙10。
37.在一些实施例中，所述耐磨层5包括若干耐磨单元，每一所述耐磨单元分别通过一绝热连接件4固定至所述主结构层2，其中，相邻所述耐磨单元之间均配置有所述的膨胀缝隙10。通过若干耐磨单元之间形成若干膨胀缝隙，承担热应力和高温颗粒的静压力，使力分散均匀，进一步降低耐磨层5材料的要求，同时降低了耐磨层5安装难度。
38.在一些实施例中，所述耐磨单元构造为朝向储罐内侧凹陷，即耐磨单元构造为凹陷的曲面，其中，相邻所述耐磨单元的边缘之间搭接连接，使得任意两个相邻的耐磨单元的搭接处均形成有所述的膨胀缝隙10。当高温颗粒进入储罐时，在热应力和颗粒静压力作用下，耐磨单元的凹陷程度减小，相邻耐磨单元的搭接边缘之间产生活动，消除膨胀缝隙10。
39.具体的，参见图1所示的实施例，沿储罐高度方向，耐磨层5包括第三耐磨单元53和第四耐磨单元54，第三耐磨单元53和第四耐磨单元54交错布设，其中，第四耐磨单元54的上下两个边缘分别搭接在相邻第三耐磨单元53的边缘之上。这样的结构，使得耐磨层5中耐磨单元布设均匀，使得各耐磨单元所承受的静压力和热应力分布均匀，使传递至主结构层2的力也更加均匀和分散，同时降低了耐磨层5的安装难度。当然，在一些实施例中，第三耐磨单元53沿高度方向的上下两侧边缘，可以其中一个边缘搭接在相邻第四耐磨单元54边缘之下，另一个边缘搭接在另一第四耐磨单元54边缘之上，此处不再限制。
40.由于储罐内颗粒深度的不同，产生的静压力不同，因此，在一些实施例中，位于熔盐储罐上部的耐磨单元的凹陷程度小于熔盐储罐下部的耐磨单元的凹陷程度。如图1所示的实施例中，自熔盐储罐罐顶6至罐体底部7，所述耐磨单元的凹陷程度递增，靠近罐体底部7的耐磨单元承受更大的静压力，产生的形变相对更大。
41.在一些实施例中，位于熔盐储罐上部的膨胀缝隙10小于熔盐储罐下部的膨胀缝隙10。如图1所示，自熔盐储罐罐顶6至罐体底部7，所述膨胀缝隙10的厚度t递增，即第三耐磨单元53和第四耐磨单元54搭接边缘之间的缝隙增大。靠近罐体底部的耐磨单元承受更大的静压力，保证膨胀缝隙10随着颗粒高度的增加逐渐闭合，防止颗粒堵塞膨胀缝隙10。其中，膨胀缝隙10设计时其厚度t不应大于颗粒最小粒径。
42.如图2所示的实施例中，沿储罐周向方向，耐磨层5包括第一耐磨单元51和第二耐磨单元52，第一耐磨单元51和第二耐磨单元52交错布设，其中，第二耐磨单元52的沿周向两侧边缘分别搭接在相邻第一耐磨单元51的边缘之上，从而使搭接边缘处形成所述的膨胀缝隙10，能够使得每一耐磨单元所承受的热应力、静压力分布均匀，传递至主结构层2的应力和静压力也分布均匀。当然，在一些实施例中，第一耐磨单元51沿储罐周向的两侧边缘，可以其中一个边缘搭接在相邻第二耐磨单元52边缘之下，另一个边缘搭接在另一第二耐磨单元52边缘之上，此处不再限制。
43.在一些实施例中，所述熔盐储罐的罐体底部7构造为锥形结构，既能减小罐顶卸料颗粒下落产生的冲击损失，也能使储罐有效排空。其中，罐体底部7包括耐火砖层72和储罐底壁71，耐火砖层72构造为锥形结构，既具有保温功能，也能作为储罐底部基础承受荷载，储罐底壁71固定于耐火砖层72上方。
44.在一些实施例中，罐顶6可采用平顶、锥顶或伞顶，如图1所示的实施例中，罐顶6采用平顶。其中，罐顶6包括罐顶内壁61与第三保温层62，第三保温层62固定于罐顶内壁61上
方。第三保温层62可以采用高性能轻质保温材料，以减小罐顶重量；第三保温层62可以为单层结构，也可以为双层结构，此处不做限制。
45.进一步的，所述耐磨层5与所述罐体底部7之间还配置有所述的膨胀缝隙10，以及所述耐磨层5与所述罐顶6之间配置有所述的膨胀缝隙10。当熔盐储罐内储存有高温熔盐时，罐体底部7和灌顶6产生膨胀与形变，以承受热应力和静压力。其中，储罐底壁71安装在耐磨层5下方，储罐底壁71与耐磨层5之间留有膨胀缝隙10，罐顶内壁61安装于耐磨层5上方，罐顶内壁61与耐磨层5之间预留有膨胀缝隙10。其中，储罐底壁71、罐顶内壁61可以采用与耐磨层5相同或不同的材料，此处不做限制。
46.在一些实施例中，所述主结构层2外还设置有第一保温层1，进一步起到保温的作用，第一保温层1可以采用岩棉、硅酸铝等保温材料。本实施例的熔盐储罐具有双层保温结构，因而可以在不同温度区间选用适宜该温度的材料，相比于单层保温可以实现材料性能利用最大化，降低保温厚度。
47.以上公开的仅为本实用新型优选实施例，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，应该理解，这些实施例仅用于说明本实用新型，而不用于限定本实用新型的保护范围，本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
48.本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属领域技术人员能很好地利用本实用新型。在实际应用中本领域技术人员根据本实用新型做出的改进和调整，仍属于本实用新型的保护范围。此外，以上不同实施例中的技术特征在不发生相互冲突的前提下可以任意的结合。