CN111442645B - 一种用于制备液态氯化盐的加热炉及加热系统 - Google Patents

Abstract

一种用于制备液态氯化盐的加热炉及加热系统，加热炉包括炉体，所述炉体内设置有坩埚，所述坩埚的外壁上设置有加热组件，炉体上可拆卸地设置有炉盖，所述炉盖上设置有进气管和第一排气管，所述进气管和第一排气管与坩埚内部连通，还包括卸料管，所述卸料管延伸至坩埚内部，卸料管上设置有第二排气管。加热系统包括加热炉和气体处理系统。本发明能够实现较大质量的粉料预处理以及特定温度的熔融材料制备，同时结合特殊设计的气体控制系统及卸料系统，在无额外机械结构的条件下，实现腐蚀性熔融氯化盐的导出。该装置成本低廉，加热稳定性好，熔融物纯度高，具有较好的工业应用前景。

Description

一种用于制备液态氯化盐的加热炉及加热系统

技术领域

本发明涉及太阳能发电、储能领域，具体涉及一种用于制备液态氯化盐的加热炉及具有该加热炉的加热系统，可用于大容量熔盐蓄热系统的腐蚀性熔盐制备及补充。

背景技术

随着人类现代工业的发展，空气中的温室气体含量逐年上升，太阳能、风能、潮汐能等可再生能源逐渐成为了能源的重要来源。但多数可再生能源存在不稳定的特点，难以作为电网的基础负荷，一定程度上限制了可再生能源的高效利用。储热技术作为可再生能源的重要辅助技术，可以保证可再生能源供应的持续性，提高可再生能源的使用效率。

在储热技术中，相变材料储热作为储热技术的重要途径，具有储能密度高，储能成本低的优点，在储能系统中已经得到了广泛的应用。但目前常用的炉体，难以应用于熔融氯盐为工质的储能系统中，因此需要针对熔融氯盐等腐蚀性较强的工质设计特殊的加热炉，以期在较低的成本条件下，制备较高纯度的液态储能材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于制备液态氯化盐的加热炉及具有该加热炉的加热系统，以解决现有技术中的炉体和加热系统难以应用于熔融氯盐为工质的储能系统中的问题，通过改进的卸料管，可有效降低工质对加热炉结构材料及电加热器的腐蚀，降低加热炉的维护成本。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于制备液态氯化盐的加热炉，包括炉体，所述炉体内设置有坩埚，所述坩埚的外壁上设置有加热组件，炉体上可拆卸地设置有炉盖，所述炉盖上设置有进气管和第一排气管，所述进气管和第一排气管与坩埚内部连通，还包括卸料管，所述卸料管延伸至坩埚内部，卸料管上设置有第二排气管。

现有技术中，用于制备液态氯化盐的加热炉在加热氯化盐的过程中，熔融态的氯化盐形成腐蚀环境，能够腐蚀不锈钢等金属，造成加热炉结构材料及电加热器的腐蚀。同时，传统的用于排出熔融氯化盐的卸料管上设置有阀门，在排料过程中，高温的熔融物的腐蚀性容易造成阀门损坏，导致卸料失败。

为了解决上述问题，本发明对现有加热炉的卸料系统进行改进，提供了一种用于制备液态氯化盐的加热炉。

具体地，与现有技术相同的是，本技术方案的加热炉包括炉体和固定设置在炉体内的坩埚，相较于炉体的金属材料，由石墨、陶瓷、石英砂制成的坩埚不易受液态氯化盐腐蚀，因此坩埚内部用作氯化盐加热腔，并在坩埚的外壁上设置电阻加热丝等加热组件对坩埚进行加热。炉盖上设置的进气管、第一排气管均连通坩埚的内部和炉体的外部空间，进气管、第一排气管与外部气体控制系统连接，以对坩埚内的空气进行置换并在加热过程中提供惰性气体保护。

与现有技术不同的是，本技术方案还设置有卸料管以用于排出坩埚内的液态氯化盐。优选地，卸料管通过支架及法兰等部件可拆卸地安装固定于炉体外壁面或顶盖上，可以在发生堵塞及材料腐蚀后进行清洗更换，以延长加热炉寿命。卸料管上设置有第二排气管，第二排气管与气体控制系统连通，使得在对炉体进行置换和通入惰性气体时，也可对卸料管内进行气体置换并通入惰性气体，在加热过程、卸料过程中，卸料管内始终处于惰性气氛，在加热炉中实现熔融物除氧除水等预处理，避免空气与液态氯化盐接触，提高熔融物纯度。不仅如此，可通过调节进气量控制炉体内的气体压力，从而使熔融态氯化盐通过卸料管排出，在卸料过程中，调节第二排气管所连接管线的气体压力能够起到调节卸料量和卸料速度的作用，使得气压卸料更加可控，并且卸料管上无需设置阀门等部件，避免高温腐蚀熔融物损坏阀门造成卸料失败，有效地延长了加热炉的使用寿命，降低了加热炉的维护费用。

在部分实施例中，卸料管的第二排气管所连接的卸料排气管线还包括管线伴热及保温结构，用于包容熔融状态腐蚀性氯化盐。

在部分实施例中，电加热器设置在加热炉炉体的内侧壁面上，上中下分为三组，三组加热丝为三角形接法，于炉体外部与电源相连接。

作为本发明的一个优选实施方式，所述炉盖包括上炉盖和下炉盖，所述上炉盖用于封闭炉体，下炉盖用于封闭坩埚，上炉盖和下炉盖之间设置有拉紧弹簧。加热炉炉盖为双层结构，上炉盖由不锈钢、耐火材料保温层构成。上炉盖外侧设计有密封凹槽，通过外部机械结构固定于炉体顶部，结合炉体顶部密封凹槽及金属密封环实现加热炉与外部环境的密封。在部分实施例中，炉体进气管线、炉体排气管线及卸料排气管线均设置在上炉盖上，用于气体控制及制备好的熔融物转运。下炉盖为石墨结构，用于将坩埚中熔融材料与炉体隔离，使得加热和卸料过程中，熔融态的氯化盐不会与炉体接触，进而有效降低工质对加热炉结构材料及电加热器的腐蚀。上炉盖和下炉盖之间设置有拉紧弹簧，通过拉紧弹簧的弹性力能够更好地实现坩埚的密封，并且在保证炉体密封的同时实现坩埚与下炉盖的密封的基础上，保持上炉盖和下炉盖之间的间隙。

进一步地，所述下炉盖上设置有过滤装置，所述过滤装置与第一排气管连通。过滤装置可以在保证气体通量的条件下减少粉料随气体流动，降低炉内结构的腐蚀速度。

进一步地，所述下炉盖上设置有若干通孔。通孔用于气体进入，保持坩埚内外的气压平衡。优选地，通孔设置于下炉盖中部。

本发明还提供一种用于制备液态氯化盐的加热系统，该加热系统包括加热炉和气体控制系统两部分，其中加热炉采用前文所述任一种加热炉，气体控制系统包括炉体进气管线、炉体排气管线和卸料排气管线，其中：

炉体进气管线与进气管连通，用于向坩埚内通入气体；

炉体排气管线与第一排气管连通，用于排出坩埚内的气体；

卸料排气管线与第二排气管连通，用于向卸料管内通入或排出气体。

炉体进气管线连接惰性气体气源，气源包括至少一个气瓶，通过调节阀门控制进入坩埚内的气体压力和气体流速。炉体排气管线用于排出坩埚内的气体，以控制坩埚内的气压。卸料排气管线与第二排气管连通，一方面能够在加热、卸料过程中保持卸料管内的惰性气氛，另一方面在卸料过程中能够配合炉体进气管线调节卸料的速度和流量，使得卸料管上无需安装阀门。

进一步地，所述炉体排气管线与卸料排气管线连通，炉体排气管线与卸料排气管线之间设置有第一截止阀。在加热前的惰性气体置换阶段，开启第一截止阀，使得在抽真空的过程中，卸料管中的气体能够依次通过第二排气管、卸料排气管线进入炉体排气管线，实现卸料管的抽真空，之后向炉体通入惰性气体时，惰性气体进入至卸料管中，使得卸料管内同样具备惰性气氛；在加热阶段，保持第一截止阀关闭，坩埚内的氯化盐在常压或稍高于常压的条件下被加热；在卸料阶段，可根据实际需求调节第一截止阀，以控制卸料气压。

进一步地，所述炉体排气管线包括负压排气管线和常压排气管线，所述负压排气管线上设置有真空泵。负压排气管线和常压排气管线为并联设置，在部分实施例中，负压排气管线和常压排气管线的入口端可通过三通连接，以将第一排气管排出的气体连接至负压排气管线、常压排气管线或关闭。在部分实施例中，负压排气管线、常压排气管线上可分别设置截止阀以便于气体控制。负压排气管线上设置的真空泵用于坩埚内抽真空，常压排气管线用于加热阶段时惰性气体的排出，在卸料阶段，负压排气管线和常压排气管线同时关闭，气体仅能通过卸料管排出，进而带出坩埚内的液态氯化盐。

进一步地，所述炉体进气管线包括气源，所述气源和进气管之间依次设置有减压阀和调节阀。

进一步地，所述减压阀和调节阀之间设置有干燥器。

进一步地，所述炉体进气管线和炉体排气管线连通，所述炉体进气管线和炉体排气管线之间设置有平衡调节阀。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明在卸料管上设置有第二排气管，第二排气管与气体控制系统连通，使得在对炉体进行置换和通入惰性气体时，也可对卸料管内进行气体置换并通入惰性气体，在加热过程、卸料过程中，卸料管内始终处于惰性气氛，在加热炉中实现熔融物除氧除水等预处理，避免空气与液态氯化盐接触，提高熔融物纯度；

2、本发明可通过调节进气量控制炉体内的气体压力，从而使熔融态氯化盐通过卸料管排出，在卸料过程中，调节第二排气管所连接管线的气体压力能够起到调节卸料量和卸料速度的作用，使得气压卸料更加可控，并且卸料管上无需设置阀门等部件，避免高温腐蚀熔融物损坏阀门造成卸料失败，有效地延长了加热炉的使用寿命，降低了加热炉的维护费用；

3、本发明的炉盖为双层结构，上炉盖通过外部机械结构固定于炉体顶部，结合炉体顶部密封凹槽及金属密封环实现加热炉与外部环境的密封；下炉盖用于将坩埚中熔融材料与炉体隔离，使得加热和卸料过程中，熔融态的氯化盐不会与炉体接触，进而有效降低工质对加热炉结构材料及电加热器的腐蚀；上下炉盖之间设置有拉紧弹簧，通过拉紧弹簧的弹性力能够更好地实现坩埚的密封，并且在保证炉体密封的同时实现坩埚与下炉盖的密封的基础上，保持上炉盖和下炉盖之间的间隙；

4、本发明提供的加热系统设置有气体处理系统，该气体处理系统的炉体排气管线与卸料排气管线连通，通过控制第一截止阀，在加热前的惰性气体置换阶段，开启第一截止阀，使得在抽真空的过程中，卸料管中的气体能够依次通过第二排气管、卸料排气管线进入炉体排气管线，实现卸料管的抽真空，之后向炉体通入惰性气体时，惰性气体进入至卸料管中，使得卸料管内同样具备惰性气氛；在加热阶段，保持第一截止阀关闭，坩埚内的氯化盐在常压或稍高于常压的条件下被加热；在卸料阶段，可根据实际需求调节第一截止阀，以控制卸料气压；

5、本发明能够实现较大质量的粉料预处理以及特定温度的熔融材料制备，同时结合特殊设计的气体控制系统及卸料系统，在无额外机械结构的条件下，实现腐蚀性熔融氯化盐的导出。该装置成本低廉，加热稳定性好，熔融物纯度高，具有较好的工业应用前景。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例中加热系统的结构示意图；

图2为本发明具体实施例中加热炉的炉盖的结构示意图；

图3为本发明具体实施例中加热系统的气体控制系统的示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-炉体，2-加热组件，3-坩埚，4-炉盖，41-上炉盖，42-下炉盖，421-通孔，422-过滤装置，43-拉紧弹簧，5-气体控制系统，51-炉体供气管线，52-炉体排气管线，53-卸料排气管线，54-气源，55-减压阀，56-干燥器，57-调节阀，58-平衡调节阀，59-第一截止阀，510-第二截止阀，511-真空泵，512-第三截止阀，6-卸料管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“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发明和简化描述，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发明保护范围的限制。

实施例1：

如图1所示的一种用于制备液态氯化盐的加热炉，包括炉体1，所述炉体1内设置有坩埚3，所述坩埚3的外壁上设置有加热组件2，炉体1上可拆卸地设置有炉盖4，所述炉盖4上设置有进气管和第一排气管，所述进气管和第一排气管与坩埚3内部连通，还包括卸料管6，所述卸料管6延伸至坩埚3内部，卸料管6上设置有第二排气管。

卸料管上设置有第二排气管，第二排气管与气体控制系统连通，使得在对炉体进行置换和通入惰性气体时，也可对卸料管内进行气体置换并通入惰性气体，在加热过程、卸料过程中，卸料管内始终处于惰性气氛，在加热炉中实现熔融物除氧除水等预处理，避免空气与液态氯化盐接触，提高熔融物纯度。不仅如此，可通过调节进气量控制炉体内的气体压力，从而使熔融态氯化盐通过卸料管排出，在卸料过程中，调节第二排气管所连接管线的气体压力能够起到调节卸料量和卸料速度的作用，使得气压卸料更加可控，并且卸料管上无需设置阀门等部件，避免高温腐蚀熔融物损坏阀门造成卸料失败，有效地延长了加热炉的使用寿命，降低了加热炉的维护费用。

在部分实施例中，卸料管的第二排气管所连接的卸料排气管线还包括管线伴热及保温结构，用于包容熔融状态腐蚀性氯化盐。

在部分实施例中，电加热器设置在加热炉炉体的内侧壁面上，上中下分为三组，三组加热丝为三角形接法，于炉体外部与电源相连接。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图2所示，炉盖4包括上炉盖41和下炉盖42，所述上炉盖41用于封闭炉体1，下炉盖42用于封闭坩埚3，上炉盖41和下炉盖42之间设置有拉紧弹簧43；下炉盖42上设置有过滤装置422，所述过滤装置422与第一排气管连通；所述下炉盖42上设置有若干通孔421。

实施例3：

一种用于制备液态氯化盐的加热系统，包括上述实施例中的加热炉，还包括气体控制系统，如图3所示，所述气体控制系统包括炉体进气管线51、炉体排气管线52和卸料排气管线53，其中：

炉体进气管线51与进气管连通，用于向坩埚3内通入气体；

炉体排气管线52与第一排气管连通，用于排出坩埚3内的气体；

卸料排气管线53与第二排气管连通，用于向卸料管6内通入或排出气体。

在部分实施例中，所述炉体排气管线52与卸料排气管线53连通，炉体排气管线52与卸料排气管线53之间设置有第一截止阀59。

在部分实施例中，所述炉体排气管线52包括负压排气管线和常压排气管线，所述负压排气管线上设置有真空泵511。在一个实施例中，负压排气管线和常压排气管线的入口端可通过三通连接，以将第一排气管排出的气体连接至负压排气管线、常压排气管线或关闭。在一个实施例中，如图3所示，负压排气管线上设置有真空泵511，还包括控制负压排气管线开断的第二截止阀510；常压排气管线为负压排气管线的并联通路，常压排气管线上设置有控制常压排气管线开断的第三截止阀511。

在部分实施例中，所述炉体进气管线51包括气源54，所述气源54和进气管之间依次设置有减压阀55和调节阀57。所述气源54包括至少一个惰性气体钢瓶，优选地，所述惰性气体为氩气。

进一步地，所述减压阀55和调节阀57之间设置有干燥器56。干燥器56用于进一步除去气源中的水分，提高产品纯度。

进一步地，所述炉体进气管线51和炉体排气管线52连通，所述炉体进气管线51和炉体排气管线52之间设置有平衡调节阀58。

本实施例的一种使用步骤包括置换阶段、加热阶段和卸料阶段。

置换阶段：打开顶盖，在石墨坩埚中加入粉末状氯化盐，随后关闭顶盖并通过外部机械结构密封；随后关闭减压阀55、调节阀57、第三截止阀512，开启平衡调节阀58、第一截止阀59、第二截止阀510，启动气体控制系统中的真空泵511，逐渐降低炉内压力至5kPa以下后，关闭真空泵511；随后关闭平衡调节阀58、第二截止阀510，将减压阀55调整至合适的开度，缓慢开启调节阀57，使炉内压力逐渐达到大气压，随后关闭减压阀55和调节阀57；重复上述步骤2～3次，降低炉内空气份额，使炉体、卸料管内充满氩气。

加热阶段：关闭平衡调节阀58、第一截止阀59、第二截止阀510，开启第三截止阀512，将减压阀55调整至合适的开度，缓慢开启调节阀57，使氩气流量达到40～50l/h后，启动加热组件2，开始加热炉内粉料，使粉料温度超过150℃；之后调节加热组件2功率，使炉内温度稳定在150℃以上，保持气体流量，加热粉料12h，以去除材料内部溶解的空气及水蒸气，完成炉体内的预加热。之后调节加热组件2功率，使炉内温度缓慢上升至所需温度，保持气体流量，加热熔融物24h，以进一步去除材料内部溶解的空气及水蒸气。

卸料阶段：完成熔融物制备后，关闭调节阀57、第三截止阀512，开启平衡调节阀58，缓慢开启调节阀57，使容器内液态熔融物在压力作用下沿卸料管6流出，监测流出的熔融物量，待熔融物量达到所需量后，关闭调节阀57，停止加热炉加热。

本文中所使用的“第一”、“第二”“第三”等(例如第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀，第一排气管、第二排气管)只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于制备液态氯化盐的加热炉，包括炉体（1），所述炉体（1）内设置有坩埚（3），所述坩埚（3）的外壁上设置有加热组件（2），炉体（1）上可拆卸地设置有炉盖（4），所述炉盖（4）上设置有进气管和第一排气管，所述进气管和第一排气管与坩埚（3）内部连通，其特征在于，还包括卸料管（6），所述卸料管（6）延伸至坩埚（3）内部，卸料管（6）上设置有第二排气管；

所述第一排气管、第二排气管能够连通具有炉体排气管线、卸料排气管线和炉体进气管线的气体控制系统，且第一排气管能够连通气体控制系统中的炉体排气管线；

在加热前的惰性气体置换阶段，卸料管（6）中的气体能够依次通过第二排气管、炉体排气管线排气；气体控制系统通过炉体进气管线向炉体（1）通入惰性气体时，惰性气体能够进入卸料管（6）；

在加热阶段，第二排气管与炉体排气管线不连通；

在卸料阶段，炉体排气管线与卸料排气管线能够根据实际需求连通或不连通以控制卸料气压。

2.根据权利要求1所述的一种用于制备液态氯化盐的加热炉，其特征在于，所述炉盖（4）包括上炉盖（41）和下炉盖（42），所述上炉盖（41）用于封闭炉体（1），下炉盖（42）用于封闭坩埚（3），上炉盖（41）和下炉盖（42）之间设置有拉紧弹簧（43）。

3.根据权利要求2所述的一种用于制备液态氯化盐的加热炉，其特征在于，所述下炉盖（42）上设置有过滤装置（422），所述过滤装置（422）与第一排气管连通。

4.根据权利要求2所述的一种用于制备液态氯化盐的加热炉，其特征在于，所述下炉盖（42）上设置有若干通孔（421）。

5.一种用于制备液态氯化盐的加热系统，其特征在于，包括权利要求1~4中任一项所述的加热炉，还包括气体控制系统，所述气体控制系统包括炉体进气管线（51）、炉体排气管线（52）和卸料排气管线（53），其中：

炉体进气管线（51）与进气管连通，用于向坩埚（3）内通入气体；

炉体排气管线（52）与第一排气管连通，用于排出坩埚（3）内的气体；

卸料排气管线（53）与第二排气管连通，用于向卸料管（6）内通入或排出气体；

所述炉体排气管线（52）与卸料排气管线（53）连通，炉体排气管线（52）与卸料排气管线（53）之间设置有第一截止阀（59）；

在加热前的惰性气体置换阶段，卸料管（6）中的气体能够依次通过第二排气管、炉体排气管线排气；气体控制系统通过炉体进气管线向炉体（1）通入惰性气体时，惰性气体能够进入卸料管（6）；

在加热阶段，第一截止阀（59）关闭；

在卸料阶段，第一截止阀（59）能够根据实际需求开启或关闭控制卸料气压。

6.根据权利要求5所述的一种用于制备液态氯化盐的加热系统，其特征在于，所述炉体排气管线（52）包括负压排气管线和常压排气管线，所述负压排气管线上设置有真空泵（511）。

7.根据权利要求4所述的一种用于制备液态氯化盐的加热系统，其特征在于，所述炉体进气管线（51）包括气源（54），所述气源（54）和进气管之间依次设置有减压阀（55）和调节阀（57）。

8.根据权利要求7所述的一种用于制备液态氯化盐的加热系统，其特征在于，所述减压阀（55）和调节阀（57）之间设置有干燥器（56）。

9.根据权利要求7所述的一种用于制备液态氯化盐的加热系统，其特征在于，所述炉体进气管线（51）和炉体排气管线（52）连通，所述炉体进气管线（51）和炉体排气管线（52）之间设置有平衡调节阀（58）。

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