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摘 要

当 今 社 会 ， 能 源 需 求 增 长 强 劲 ， 供 需 矛 盾 日 趋 紧 张 ， 追 求 能 量 的 高 效 利 用 ， 开 发 利 用 太 阳 能 、 风 能 等 可 再 生 能 源 对 于 解 决 能 源 短 缺 问 题 有 着 极 其 重 要 的 意 义 。 其 中 ， 太 阳 能 是 发 展 的 重 点 。 鉴 于 太 阳 能 间 歇 供 应 的 特 点 ， 寻 找 成 本 较 低 的 储 热 介 质 进 行 替 代 具 有 很 大 的 意 义 。 提 高 储 热 效 率 ， 降 低 过 程 中 能 量 耗 损 ， 有 助 于 解 决 利 用 太 阳 能 时 转 换 和 输 运 效 率 低 下 的 问 题 。

储 热 系 统 选 取 熔 融 盐 作 储 热 介 质 时 ， 具 有 比 热 容 大 、 对 流 传 热 系 数 大 、 黏 度 低 、 价 格 低 等 特 点 ， 兼 具 储 热 与 传 热 的 功 能 ， 近 年 来 是 储 热 技 术 发 展 的 重 点 。 目 前 对 于 熔 融 盐 双 罐 储 热 技 术 的 研 究 已 比 较 成 熟 ， 但 相 较 而 言 双 罐 系 统 的 成 本 较 大 。 本 着 降 低 成 本 、 提 高 性 能 的 原 则 ， 单 罐 斜 温 层 储 热 的 方 法 应 运 而 生 。

本 文 基 于 斜 温 层 间 接 接 触 储 热 的 原 理 ， 对 于 一 种 小 容 量 电 蒸 汽 锅 炉 的 熔 盐 单 罐 储 热 系 统 进 行 了 优 化 设 计 。 本 次 设 计 内 容 分 为 以 下 三 点 ： 第 一 ， 针 对 单 罐 式 储 热 罐 斜 温 层 建 立 二 维 数 学 模 型 ， 对 储 热 罐 进 行 传 热 分 析 ， 并 利 用 F L U E N T 软 件 对 储 热 罐 建 立 相 应 的 数 值 模 型 ， 完 成 模 拟 过 程 后 对 所 设 计 的 单 罐 储 热 罐 的 静 态 散 热 性 能 进 行 了 分 析 。第 二 ， 给 定 锅 炉 的 实 际 运 行 参 数 ， 可 计 算 出 储 热 罐 的 容 积 保 持 一 定 ； 改 变 储 热 罐 的 高 度 ， 将 影 响 储 热 罐 的 结 构 设 计 。 于 是 ， 本 文 的 优 化 方 案 将 储 热 罐 的 高 度 作 为 变 量 ， 依 据 罐 体 、 保 温 层 、 罐 底 等 设 计 成 本 ， 对 该 单 罐 系 统 进 行 了 优 化 。 依 照 所 建 立 的 模 型 ， 对 于 70 k W 的 电 蒸 汽 锅 炉 ， 得 出 了 最 佳 储 热 罐 高 度 为 2.7 m 的 结 论 。 第 三 ， 完 成 单 罐 系 统 的 盐 - 水 换 热 器 的 选 型 。 本 系 统 采 用 固 定 管 板 式 换 热 器 ， 两 台 换 热 器 以 串 联 方 式 连 接 。

该 储 热 系 统 可 将 夜 晚 低 谷 电 转 化 成 热 量 存 储 起 来 ， 在 白 天 平 峰 电 价 时 放 出 热 量 以 供 小 型 商 业 和 办 公 使 用 。 既 能 减 少 环 境 污 染 ， 又 能 提 高 储 能 效 率 ， 参 与 电 网 调 峰 ， 减 少 弃 风 弃 光 现 象 ， 具 有 良 好 的 社 会 效 益 和 经 济 效 益 。

关键词：熔融盐储热，斜温层，优化设计

Abstract

In today's society, the growth of energy demand is strong and the tension between supply and demand is becoming increasingly tense. For the aim of pursuit of efficient use of energy, the development and utilization of renewable sources of energy such as wind energy and solar power are extremely important for solving energy shortages. Among them, solar energy is the focus of development. In view of the characteristics of intermittent supply of solar energy, it is of great significance to look for alternatives to lower-cost heat storage media. Increasing heat storage efficiency and reducing energy consumption during the process will help solve the problem of low conversion and transport efficiency when using solar energy.

When molten salt is used as a heat storage medium, it has the characteristics of large specific heat capacity, large convective heat transfer coefficient, low viscosity and low price. It also has the function of heat storage and heat transfer. In recent years, it has been the focus of heat storage technology development. At present, the research on the thermal storage technology of the molten salt double tank is relatively mature, but the cost of the double tank system is relatively large. Based on the principle of reducing costs and increasing performance, a single-tank method for heat storage at the incline temperature layer has emerged.

Based on the principle of indirect contact heat storage at the inclined temperature layer, the optimized design of the molten salt single-tank heat storage system for a small capacity electric steam boiler is carried out. The design content is divided into the following three points: First, a two-dimensional mathematical model is built for the inclined tank of a single-tank heat storage tank, and the heat storage tank is analyzed for heat transfer. The FLUENT software is used to establish a corresponding numerical model for the heat storage tank. After the simulation process was completed, the designed single tank storage was completed. The static heat dissipation performance of the hot tank was analyzed. Second, given the actual operating parameters of the boiler, it can be calculated that the volume of the thermal storage tank is kept constant; changing the height of the thermal storage tank will affect the structural design of the thermal storage tank. Therefore, the optimization scheme of this paper uses the height of the heat storage tank as a variable, and optimizes the single tank system based on the design costs of the tank body, heat preservation layer, and tank bottom. According to the established model, for the 70 kW electric steam boiler, the conclusion is that the optimum heat storage tank height is 2.6 m. Third, complete the selection of salt-water heat exchangers for single tank systems. The system uses a fixed tube plate heat exchanger, two heat exchangers connected in series.

The heat storage system can convert the night trough electricity into heat and store it, and heat can be released during the daytime for the purpose of small-scale commercial and office use. It can not only reduce environmental pollution, but also increase energy storage efficiency, participate in the peak adjustment of the power grid, reduce the phenomenon of abandoning wind and light, and has good social and economic benefits.

KEY WORDS:molten salt heat storage,oblique temperature layer, optimized design

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研制背景及意义 1

1.1.1 能源及环境的新形势 1

1.1.2 储热技术的研究与发展 1

1.2 文献综述 4

1.3 本课题研究内容 5

第二章 单罐熔融盐斜温层储热系统传热模型的建立 6

2.1 数学模型的建立 6

2.1.1 储热系统控制方程 6

2.1.2 边界条件和初始条件的确定 7

2.2 传热模型的数值模拟 8

2.2.1 数值模拟过程 8

2.2.2 模型模拟结果 9

2.3 结果分析 9

2.4 本章小结 9

第三章 单罐储热系统的优化设计 11

3.1 初始参数的确定 11

3.1.1 储热介质参数的确定 11

3.1.2 系统初始参数的确定 12

3.2 储热罐体的设计成本 13

3.2.1 壁厚计算值 13

3.2.2 壁厚附加值的计算 14

3.3 储热罐保温层的设计 15

3.3.1 表面允许散热量的计算 15

3.3.2 保温层厚度的计算 16

3.3.3 储热罐高度与保温层厚度的关系 16

3.4 罐体底部的优化设计 16

3.4.1 底部钢衬板的成本 16

3.4.2 底部保温层的成本 17

3.4.3 环形墙的成本 18

3.4.4 底部钢筋混凝土结构的成本 18

3.5 传送泵的成本 18

3.6 占地成本 19

3.7 70kW电蒸汽锅炉单罐式储热系统的具体设计 19

3.7.1 系统初始参数的确定 19

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