探討熔鹽電加熱儲熱技術在工業園區供熱中的運用

近年來，在大力發展綠色清潔能源的背景下，非化石能源裝機在全國發電裝機中的比例持續提升，但風、光等可再生綠電在實際運行中存在穩定性、持續性不佳的問題。對此，可以選擇熔鹽作為優良的傳熱儲能介質，在工業園區建設中加強供熱發電系統與熔鹽儲能技術耦合，開展熔鹽低碳供熱項目。

1.熔鹽電加熱儲熱技術的基本原理

熔鹽儲能技術是以熔鹽儲能材料為儲能介質，將太陽能光熱、光伏、地熱、工業余熱、低品位廢熱、谷電等能量來源以熱能的形式儲存起來，通過加熱系統將低溫熔鹽加熱成高溫熔鹽，進而以高溫熔鹽顯熱的形式實現能量存儲，在用能時段通過與用熱介質換熱釋放能量，解決由于時間、空間或強度上的熱能供給與需求不匹配所帶來的問題，最大限度地提高整個系統的能源利用率而逐漸發展起來的一種新興儲能技術[。熔鹽儲能系統常與光伏、風電、核能等系統相耦合。熔鹽通過電加熱將低溫熔鹽加熱至高溫離子熔體狀態進行儲熱。熔鹽儲能時間長、成本低、電網輔助服務功能完善、無地理條件限制、安全性高，是長時儲能的理想技術之一。

2.熔鹽電加熱儲熱技術在工業園區供熱中的系統應用

2.1熔鹽選擇

熔鹽作為實現熔鹽電加熱儲熱技術的儲熱媒介，包括低熔點熔鹽、二元熔鹽、三元熔鹽等多種類型，在實際應用中，需根據各熔鹽特性（如熔鹽特定的熔點、分解溫度、比熱容、粘度、密度、腐蝕、結晶、共晶和工作溫度范圍等）和儲熱系統的工況需求，進行專業的匹配設計，選擇合適的熔鹽作為儲熱媒介。在工業園區供熱中的熔鹽電加熱儲熱技術運用中，需綜合考慮熔鹽本身作為蓄熱工質，在長期使用過程中物化性能穩定性和熱物性參數波動大小，密切關注熔鹽對熔鹽罐、熔鹽泵、熔鹽管路、測試設備、預熱器、換熱器、過熱器、再熱器、閥門等過流部件與設備的影響[2]。在熔鹽產品的品質界定中，可通過產品組分檢測界定其主成分含量以及其他雜質離子含量，關注熔鹽產品含水量高低對其采購成本與儲熱能力產生的影響，并根據產品顆粒均勻度、色澤等粗略判斷熔鹽復配工藝及精細度，進而再對熔鹽產品性能做進一步測試。

2.2電加熱器

在實現從電能到熱能的能量轉換過程中，熔鹽電加熱器作為其中的核心部件，根據當前熔鹽電加熱儲熱技術的發展與應用來看，可按照不同的分類標準將其劃分為多種類型。

2.2.1按安裝方式分

浸入式電加熱器。這種加熱器直接插入熔鹽中進行加熱，通常設計為棒狀或管狀，以便直接與熔鹽接觸，將電能轉化為熱能，適用于小型或中型的熔鹽儲能系統，具有加熱均勻、熱效率高的特點。

板式電加熱器。由一系列平行的加熱板組成，熔鹽在板間流動，通過電熱板將電能轉化為熱能，適用于大型的熔鹽儲能系統，優點是結構緊湊、占地面積小且易于維護和清潔。

循環式電加熱器。利用泵將熔鹽循環通過加熱元件進行加熱，適用于需要連續加熱或大規模加熱的應用場景，如太陽能熱發電站的熔鹽儲能系統。

插入式電加熱裝置。這種裝置插入輔助熱套管內，常用于輔助加熱熔鹽，通常設置在循環儲罐的內底部，通過電輔助加熱裝置對熔鹽進行輔助加熱。

每種類型的熔鹽電加熱器都有其特定的應用場景和優缺點，選擇時需根據具體需求和系統規模來確定最合適的類型。此外，為了確保安全和使用壽命，選擇高質量的加熱器和進行定期的維護保養也非常重要。

2.2.2按照電加熱方式分

常見的熔鹽電加熱器包括電磁式、電阻式等。其中熔鹽電阻加熱器與傳統槽式電加熱的原理相同，其利用特殊管狀電熱元件結合法蘭集束的形式與壓力容器組成供熱整體，主要由法蘭封頭、電加熱芯、擾流板、外殼筒體和集線槽等組成，熔鹽電阻加熱器系統利用電能對電加熱芯進行通電加熱，對筒體內的熔鹽液態工質進行強制對流加熱升溫，熱量直接作用于熔鹽介質，極大地提升了電-熱轉換效率，減少了能源浪費。

2.2.3按照供電側電壓分

結合現階段國內熔鹽電加熱儲熱技術發展的成熟程度、絕緣材料的限制性和電氣特性等可分為低電壓380V/690V電阻加熱器、中高電壓6KV/10KV電阻加熱器和電磁感應加熱器。

目前，中高電壓電阻加熱器逐漸成為熔鹽儲能加熱器系統中新的技術路線之一。中高電壓電阻加熱器從高電壓電網直接并網供電，具有設備占地面積小、總體成本和電能損耗更低等優點，但其對電氣性能的要求高，電氣元件間安全間隙要加大，高壓安全防護等級需要大大提高，故其結構設計、材料選型、制造工藝及設備需要特殊開發和匹配，并需要經過充分測試驗證其可靠性，使其滿足工業園區儲熱供熱需求及安全要求。

2.3熔鹽儲罐

在設置熔鹽儲罐時，應以避免熔鹽泄漏為關鍵，重點關注高溫熔鹽儲罐本身直徑大、沉降量大、液體附加壓力大等基礎特點，綜合考慮其在工業園區供熱應用中因儲存溫度高、基礎保溫與不均勻沉降要求等造成的安全隱患，總結熔鹽儲罐焊接質量、膨脹受限、基礎沉降等泄漏影響因素，在設計溫度下合理選擇熔鹽儲罐材料。根據功能的不同，可將熔鹽儲罐分為高溫熔鹽儲罐與低溫熔鹽儲罐。綜合對比TP347H、S31608、Q345R、16MnDR幾種常見壓力容器材料的抗拉強度、屈服強度、使用溫度范圍、許用應力、密度等參數，結合熔鹽儲罐正常工作溫度，可分別選擇S31608與Q345R作為高溫熔鹽儲罐與低溫熔鹽儲罐的罐體材料[3]。除此之外，在應用熔鹽儲罐的過程中，積極做好溫度檢測工作，防止因溫度過高導致熔鹽變質進而對設備造成腐蝕。

2.4熔鹽泵

在熔鹽系統中主要利用熔鹽泵實現傳熱介質輸送、轉移的循環功能。作為熔鹽系統的主循環泵，高溫熔鹽泵在實際運行期間，由于其輸送溫度最高可達 ，且工作環境十分復雜，因此，選擇API610濕坑型立式懸吊泵作為熔鹽泵選型。與此同時，考慮到工業園區供熱系統中熔鹽電加熱儲熱與傳統塔式光熱電站的區別，在設置低溫熔鹽泵時，無需將低溫熔鹽輸送到超過百米的聚光塔中，而是以克服設備高度、系統管道與電加熱器助力損失即可，選擇與啟動熔鹽泵相近的揚程。由于啟動系統可利用水泵出口回流調節管與旁路管實現，故在設置熔鹽泵的過程中僅需高溫熔鹽泵與低溫熔鹽泵即可，無需專門設置啟動熔鹽泵。

2.5蒸汽發生系統

基于工業園區低碳供熱的需求，在運用熔鹽電加熱儲熱技術的過程中，應明確供熱儲能電站設置的自的是以供熱為主，同時以發電作為系統的輔助功能。因此，在設置蒸汽發生系統的過程中，可重點把握好預熱器、蒸發器、汽包、過熱器設置的合理性，取消系統中多余的載熱器。根據運用熔巖電加熱儲熱技術的工業園區供熱實際運行參數來看，蒸汽發生系統中熔鹽側壓力在0.3至0.5MPa之間，同時該系統汽水側壓力還與系統整體發電和供熱需求存在聯系，通常處于較高水平，一般在5MPa以上，在這一方面與光熱電站存在較大的不同[4]。對此，除了應用U形管換熱器模式完成蒸汽發生系統預熱器、蒸發器、過熱器的合理設置外，還要采用汽水走管程、熔鹽走殼程的模式，將熔鹽與汽水分離開來，并為后續系統運行中的設備檢修環節疏放熔鹽創造有利條件。

2.6熔鹽管道與閥門

從工業園區低碳供熱系統運行穩定性、可靠性的角度出發，由于熔鹽本身在低溫環境下容易出現凝結現象，且清除難度較高，因此，為了滿足系統在長期運行中后續檢修工作的實際需求，在系統設置時還要注重熔鹽管道與閥門的科學設置。在水平連接與臥式設備的安裝設置過程中，應以合理選型為前提，并在一般情況下設置1 % 左右的坡度，通過這種熔鹽管道與閥門系統的設置方式，可以有效避免因熔鹽凝結造成的不利影響，使其在自身重力作用下自動進入疏鹽罐中。

3.結束語

綜上所述，在將熔鹽電加熱儲熱技術用于工業園區供熱系統時，雖然可充分發揮熔鹽在儲熱方面的性能優勢，但從經濟性的層面來看，該技術在實際應用中的成本介于燃煤供熱與燃氣供熱之間，且存在容量電費、用電屬性等問題。因此，在工業園區供熱領域，還可對該技術做更深入的探索。

參考文獻：

[1]陳曉彤。基于高溫熔鹽儲熱系統的電加熱器對比及分析[J].西部資源，2024（2）：128-131.

[2]常東鋒、趙四海、張國龍等。電阻式熔鹽加熱器內部傳熱特性研究[J].可再生能源，2024，42（11）：1477-1483.

[3]彭家輝、倪永中、王元良等。基于熔鹽儲熱的燃煤機組調峰可行性分析[J].熱力發電，2024，53（1）：99-106.

[4]吳俊芬、虞啟義、李達。熔鹽電加熱儲熱技術在園區供熱中的應用[J].科技創新與應用，2024，14（35）：183-186.作者單位：杭州佐帕斯工業有限公司