基于CFD方法的熔盐储罐预热分析

doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2021.07.012

华电技术 ›› 2021, Vol. 43 ›› Issue (7): 75-81.doi: 10.3969/j.issn.1674-1951.2021.07.012

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基于CFD方法的熔盐储罐预热分析

王鼎¹(), 肖虎¹, 陈宇轩¹, 岳松², 张燕平¹^,^*()

1.华中科技大学能源与动力工程学院,武汉 430074
2.湖北省电力勘探设计院有限公司,武汉 430040

收稿日期:2021-05-05 修回日期:2021-06-15 出版日期:2021-07-25 发布日期:2021-07-27
通讯作者: 张燕平
作者简介:王鼎（1997—）,男,安徽滁州人,在读硕士研究生,从事太阳能光热发电中传热与储热装置模拟方面的研究工作（E-mail： 741099174@qq.com）。
基金资助:
国家重点研发计划项目(2018YFE0127500)

Preheating analysis on molten salt storage tank based on CFD method

WANG Ding¹(), XIAO Hu¹, CHEN Yuxuan¹, YUE Song², ZHANG Yanping¹^,^*()

1. School of Energy and Power Engineering,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China
2. Hubei Electric Engineering Corporation Limited,Wuhan 430040,China

Received:2021-05-05 Revised:2021-06-15 Online:2021-07-25 Published:2021-07-27
Contact: ZHANG Yanping

摘要/Abstract

摘要：

在碳中和背景下,构建新型电力系统需要储能技术的支撑。熔盐储罐预热是保证光热电站储热系统安全运行的重要环节之一。以某实际光热电站中的熔盐储罐为研究对象,采用等阶梯式升温预热方案,基于计算流体动力学（CFD）方法,对预热过程中储罐的温度分布进行数值模拟,探究了预热气体喷射角和储罐尺寸对预热过程的影响。结果表明：预热过程中,罐体底板与侧壁交界的边缘处温度最低。减小预热气体喷射竖直角或增大喷射周向角均可有效缩短储罐预热时间。相同预热气体进出口条件下,储罐内径的增大会导致预热时间的大幅增加。

关键词: 光热电站, 储热系统, 熔盐储罐, 预热, 数值模拟, 热损失, 碳中和, 储能

Abstract:

Construction a modern power system to pursue carbon neutrality need the support of energy storage technology. The preheating for molten salt storage tanks is an important link to ensure the safe operation of thermal storage system in CSP plants. Taking the molten salt storage tank of a CSP plant as the research object, the temperature distribution in the tank during the equal-step preheating process is numerically simulated based on the computational fluid dynamics （CFD） method. The influences of the preheating gas injection angle and tank size on the preheating process are explored. The results show that the temperature at the junction of the bottom plate and the side wall is the lowest during preheating. Decreasing the vertical injection angle of preheating gas or increasing its circumferential angle can effectively shorten the preheating time of the storage tank. Under the same preheating gas inlet and outlet conditions, the increase in the inner diameter of the storage tank can result in a substantial increase in the preheating time.

Key words: CSP plants, heat storage system, molten salt storage tank, preheating, numerical simulation, heat loss, carbon neutrality, energy storage

中图分类号:

TK514

王鼎, 肖虎, 陈宇轩, 岳松, 张燕平. 基于CFD方法的熔盐储罐预热分析[J]. 华电技术, 2021, 43(7): 75-81.

WANG Ding, XIAO Hu, CHEN Yuxuan, YUE Song, ZHANG Yanping. Preheating analysis on molten salt storage tank based on CFD method[J]. Huadian Technology, 2021, 43(7): 75-81.

图/表 15

图1

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参考文献 14

[1]	高肖肖. 熔盐储罐的结构设计与性能研究[D]. 西安:西北大学, 2018.
[2]	PELAY U, LUO L, FAN Y, et al. Thermal energy storage systems for concentrated solar power plants[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2017, 79:82-100.
[3]	岳松, 李明. 光热发电储能技术及系统分析[J]. 应用能源技术, 2019 (7):54-56.
	YUE Song, LI Ming. Solar thermal power energy storage technology and system analysis[J]. Applied Energy Technology. 2019 (7):54-56.
[4]	导致新月沙丘光热电站熔盐泄漏事故的七个原因分析[EB/OL]. ( 2016-12-06)[2021-05-02]. http://www.cspplaza.com/article-8519-1.html.
[5]	SCHULTE-FISCHEDICK J, TAMME R, HERRMANN U. CFD analysis of the cool down behaviour of molten salt thermal storage systems[C]// ASME 2008 2nd International Conference on Energy Sustainability Collocated with the Heat Transfer. Jacksonville,USA:ASME, 2008.
[6]	ZAVERSKY F, GARCÍA-BARBERENA J, SANCHEZ M, et al. Transient molten salt two-tank thermal storage modeling for CSP performance simulations[J]. Solar Energy, 2013, 93:294-311. doi: 10.1016/j.solener.2013.02.034
[7]	顾清之, 张艳梅, 关弘扬, 等. 熔盐储罐冷却过程的瞬态分析[J]. 储能科学与技术, 2017, 6(4):782-788.
	GU Qingzhi, ZHANG Yanmei, GUAN Hongyang, et al. Transient analyses of a molten salt heat storage tanks[J]. Energy Storage Science and Technology, 2017, 6(4):782-788.
[8]	崔凯平, 韩伟, 倪煜, 等. 熔盐储罐热分层混温过程研究[J]. 华电技术, 2020, 42(5):8-13.
	CUI Kaiping, HAN Wei, NI Yu, et al. Research on the thermal stratification and temperature mixing process of molten salt storage tanks[J]. Huadian Technology, 2020, 42(5):8-13.
[9]	BRADSHAW R W, DAWSON D B, ROSA W, et al. Final test and evaluation results from the solar two project[J]. Energy Storage, 2002.
[10]	ZHANG X, WU Y, MA C, et al. Experimental study on temperature distribution and heat losses of a molten salt heat storage tank[J]. Energies, 2019, 12(10):1-14. doi: 10.3390/en12010001
[11]	时华, 方文峰, 朱义凡, 等. 熔盐储罐预热过程的实验和模拟研究[J]. 中国电机工程学报, 2020, 40(18):5972-5979.
	SHI Hua, FANG Wenfeng, ZHU Yifan, et al. Experimental and simulation study on preheating process of molten salt storage tank[J]. Proceedings of the CSEE. 2020, 40(18):5972-5979.
[12]	韩伟, 崔凯平, 赵晓辉, 等. 光热电站储热系统设计及储罐预热方案研究[J]. 华电技术, 2020, 42(4):42-46.
	HAN Wei, CUI Kaiping, ZHAO Xiaohui, et al. Energy storage system design for the CSP plants and tank preheating strategy research[J]. Huadian Technology, 2020, 42(4):42-46.
[13]	陶文铨. 数值传热学[M]. 西安: 西安交通大学出版社, 2001.
[14]	ZOU C . Geometric optimization model for the solar cavity receiver with helical pipe at different solar radiation[J]. Frontiers in Energy, 2019, 13(2):1-12. doi: 10.1007/s11708-017-0458-6

项目	罐体材料	保温材料
密度/(kg·m^-3)	7 750	128
比热容/[J·(kg·K)^-1]	309.3+0.437 3T	640
导热率/[W·(m·K)^-1]	73.857-0.043 0T	0.042+0.000 2T

进风时间/h	预热气体温度/℃	预热气体流量/(m³·h^-1)
0~9	150	6 000
10~21	200	6 430
22~40	250	6 890
41~54	300	7 320
55~79	350	7 750
80~104	400	8 180
105~128	450	8 600
129~172	500	9 050
173~245	550	9 480

预热时间/h	实际罐体温度/℃	模拟罐体温度/℃	相对误差/%
25	76.56	89.32	16.67
50	111.63	132.59	18.78
75	156.44	172.12	10.02
100	183.75	206.73	12.51
125	223.31	239.57	7.28
150	258.35	273.94	6.03
175	269.04	297.48	10.57
200	312.43	323.94	3.68

罐体平均温度/℃	不同竖直角下的预热时间/h
罐体平均温度/℃	35˚	45˚	55˚
50	3.3	3.4	3.4
100	7.8	8.2	8.1
150	14.2	15.1	14.9
200	22.8	24.5	24.0
250	33.3	35.9	35.0
300	45.5	49.4	48.4
350	59.1	65.3	64.4
380	66.5	72.9	73.1

罐体平均温度/℃	不同周向角下的预热时间/h
罐体平均温度/℃	30˚	40˚	50˚
50	3.4	3.4	3.2
100	8.3	8.2	7.8
150	15.6	15.1	14.4
200	24.9	24.5	22.8
250	36.2	35.9	33.3
300	49.9	49.4	46.2
350	66.1	65.3	61.4
380	73.8	72.9	69.7

基于CFD方法的熔盐储罐预热分析

Preheating analysis on molten salt storage tank based on CFD method

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设计参数	50 MW, 6 h	50 MW, 8 h	50 MW,12 h	100 MW,12 h
储罐内径/m	23.22	25.00	29.04	36.38
储罐高度/m	11.61	12.50	14.52	18.19
保温层厚度/mm	500	500	500	500
钢板厚度1/mm	30	30	46	72
钢板厚度2/mm	26	26	40	64
钢板厚度3/mm	20	20	34	56
钢板厚度4/mm	16	16	28	48
钢板厚度5/mm	12	12	22	42
钢板厚度6/mm	12	12	16	34
钢板厚度7/mm	—	—	12	26
钢板厚度8/mm	—	—	12	18
钢板厚度9/mm	—	—	—	12
钢板厚度10/mm	—	—	—	12
钢板宽度/mm	1 980	1 980	1 980	1 980
钢材总质量/t	198	225	393	829

[1]	韩世旺, 赵颖, 张兴宇, 玄承博, 赵田田, 侯绪凯, 刘倩倩. 面向碳中和的新型电力系统氢储能调峰技术研究[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(9): 20-26.
[2]	江婷, 赵雅姣. 基于燃气分布式的综合能源系统碳减排分析[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(9): 27-32.
[3]	张旭, 张浩浩, 顾吉浩. 室温空间特性差异性分析及抽样推断方法研究[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(9): 51-58.
[4]	姜曙, 刘芳芳, 刘媛媛, 陈启召, 连丽, 任梦楠. “地热能+”在工程实践中的综合梯级应用[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(9): 59-64.
[5]	余果, 吴军, 夏热, 陈逸珲, 郭子辉, 黄文鑫. 构网型变流器技术的发展现状与趋势研究[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(9): 65-70.
[6]	唐琦雯, 沈琪, 祝俊, 苏宜靖. 浙江调频辅助服务市场机制设计及运营实践[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(9): 71-77.
[7]	杨莹, 张雁祥, 闫牧夫. 中低温固体氧化物燃料电池电解质制备方法研究进展[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(8): 50-57.
[8]	陈晗钰, 周晓亮, 刘立敏, 钱欣源, 王宙, 何非凡, 绳阳. 质子导体固体电解池电解水制氢研究进展[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(8): 75-85.
[9]	李华, 郑洪纬, 周博文, 李广地, 杨波. 综合智慧能源系统中抽水蓄能电站两部制电价研究[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(7): 10-18.
[10]	王盛, 谈健, 史文博, 邹风华, 陈光, 王林钰, 惠红勋, 郭磊. 英国新型电力系统建设经验以及对我国省级电网发展启示[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(7): 19-32.
[11]	冶兆年, 赵长禄, 王永真, 韩恺, 刘超凡, 韩俊涛. 基于纳什议价的共享储能能源互联网络双目标优化[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(7): 40-48.
[12]	张荣权, 李刚强, 卜思齐, 刘芳, 朱玉祥. 基于自适应学习率萤火虫算法的多能源系统联合优化调度[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(7): 49-57.
[13]	郭祚刚, 袁智勇, 徐敏, 雷金勇, 李朋岳, 谈赢杰. 多能互补综合能源系统混合能流计算方法及算例[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(7): 58-65.
[14]	路尧, 顾晓希, 尹硕, 陈兴, 金曼. 考虑断面负载率的县域内部新能源电力自平衡交易调度策略研究[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(7): 66-72.
[15]	谢典, 高亚静, 芦新波, 刘天阳, 赵良, 赵勇. 能耗“双控”向碳排放“双控”转变的实施路径研究[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(7): 73-80.