一種熱管換熱的單罐熔鹽蓄熱式電鍋爐及換熱方法與流程

2023-10-04 23:59:29 1

本發明屬於蓄熱式電鍋爐技術領域，特別是涉及一種熱管換熱的單罐熔鹽蓄熱式電鍋爐及換熱方法。

背景技術：

面對日益嚴峻的霧霾問題，國家開始取締各種中小型燃煤鍋爐，並鼓勵通過電鍋爐進行替代。蓄熱式電鍋爐因具有削峰填谷的能力，而得到電力部門的大力推廣，並享受優惠電價政策。蓄熱式電鍋爐利用廉價的谷電為企業生產提供熱能，相比傳統電鍋爐可大大降低企業的日常電費開支。

熔鹽作為一種傳熱性能好、使用溫度高、蓄熱容量大、價格便宜的蓄熱介質，在光熱發電領域得到了成功的商業應用。為了穩定產生高溫、高壓的發電用蒸汽，光熱發電中普遍採用雙罐熔鹽蓄熱技術。這種技術方案成本高昂，對熔鹽泵流量控制要求精準，還需要熔鹽換熱器和管道有良好的防凍堵措施。這些問題限制了熔鹽蓄熱式電鍋爐的發展及其在中低溫供熱(工業供熱和集中供暖等)領域的應用。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種熱管換熱的單罐熔鹽蓄熱式電鍋爐及換熱方法，通過採用谷電加熱、單罐熔鹽蓄熱技術方案，摒棄熔鹽泵和熔鹽管道，內置熱管換熱器和電加熱器，極大的簡化熔鹽蓄熱系統，換熱流體流量和溫度穩定，具有結構緊湊、成本低、抗熔鹽凍堵等顯著優點，有效替代各種輸出熱水、熱油(指導熱油)和蒸汽的燃煤鍋爐，緩解日益嚴重的環境汙染問題。

為解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明為一種熱管換熱的單罐熔鹽蓄熱式電鍋爐，包括熔鹽蓄熱罐，所述熔鹽蓄熱罐頂部分別固定有電加熱器、攪拌器和換熱器；所述電加熱器和換熱器均通過法蘭連接方式安裝於熔鹽蓄熱罐頂部，所述攪拌器位於熔鹽蓄熱罐頂部中心；所述電加熱器和換熱器分別位於攪拌器的兩側；所述熔鹽蓄熱罐與換熱器通過一隔板分隔開。

進一步地，所述熔鹽蓄熱罐頂部還設置有加料孔，加料孔兼做人孔使用，既可用於向熔鹽蓄熱罐內投放熔鹽，又可作為設備檢修通道；所述熔鹽蓄熱罐周側靠底部的位置還設置有排鹽口，緊急事故工況或鍋爐廢棄時，可通過排鹽口將熔鹽蓄熱罐內的熔鹽轉移至安全處。

進一步地，所述換熱器為熱管換熱器，所述熱管的蒸發段位於熔鹽蓄熱罐內，所述熱管的冷凝段位於換熱器殼體內；所述換熱器殼體內裝有換熱流體，所述換熱流體通過換熱器殼體上設置的流體入口和流體出口進出換熱器；所述換熱器殼體靠近底部的位置還設置有排汙口，換熱結束後用於排空換熱器內的液體。

進一步地，所述換熱器的熱管工作介質包括汞或硫，以確保熱管使用溫度範圍覆蓋熔鹽的蓄熱溫度區間。

進一步地，所述換熱流體包括水或導熱油；所述鍋爐通過吸收熔鹽的熱量輸出熱水、熱油或蒸汽，且輸出熱水或熱油與輸出蒸汽時，換熱器有不同的結構形式。

進一步地，所述一種熱管換熱的單罐熔鹽蓄熱式電鍋爐：

當換熱流體為水或導熱油，鍋爐輸出熱水或熱油時，所述流體入口和流體出口分別位於換熱器殼體左右兩側，所述流體出口固定有三通混流閥，所述流體入口通過三通分別與換熱器殼體和三通混流閥連接；

當換熱流體為水，鍋爐輸出蒸汽時，所述換熱器殼體內上半部分充滿蒸汽，下半部分為水，且水將熱管冷凝段完全浸沒；所述流體入口和流體出口均位於換熱器殼體頂部。

一種熱管換熱的單罐熔鹽蓄熱式電鍋爐換熱方法，鍋爐輸出熱水或熱油與輸出蒸汽使用不同的換熱方法。

進一步地，所述鍋爐輸出熱水或熱油時，換熱方法包括以下步驟：

s01鍋爐放熱開始後，攪拌器以勻速轉動；

s02冷水或冷油通過流體入口後分成兩股：一股流體進入換熱器與熱管進行換熱後混入三通混流閥；另一股流體繞過換熱器混入三通混流閥；

上述兩股流體通過三通混流閥混合後，從流體出口流出；

s03隨著換熱的進行，熔鹽蓄熱罐內熔鹽溫度將逐漸下降，通過三通混流閥不斷提高熱流體的流量和降低冷流體的流量，保持出口流體溫度的穩定；

s04當熔鹽的平均溫度下降至最低工作溫度，停止向流體入口送入換熱流體，並通過排汙口將換熱流體排盡，關閉攪拌器，放熱過程停止。

進一步地，所述鍋爐輸出蒸汽時，換熱方法包括以下步驟：

ss01鍋爐放熱開始後，給水從流體入口流入換熱器殼體內，與熱管冷凝段進行換熱後，變為飽和蒸汽從流體出口流出；

ss02隨著換熱過程的進行，熔鹽蓄熱罐內熔鹽溫度將逐漸下降，通過逐漸增大攪拌器的轉速，加強熔鹽與換熱器熱管蒸發段的對流換熱，從而實現出口蒸汽溫度的穩定；

ss03當熔鹽的平均溫度下降至最低工作溫度，停止向流體入口送入給水，並通過排汙口將換熱器中的水排盡，關閉攪拌器，放熱過程停止。

本發明具有以下有益效果：

1、本發明通過單個熔鹽罐體進行蓄熱，在熔鹽蓄熱罐上內置換熱器和電加熱器，採用谷電加熱熔鹽，再進行換熱，極大的簡化熔鹽蓄熱系統，鍋爐結構緊湊、體積小、成本低。

2、本發明摒棄熔鹽管道和價格昂貴的熔鹽泵，進一步降低了鍋爐成本，徹底解決熔鹽管道堵塞的問題。

3、本發明利用熱管換熱器進行換熱，熔鹽與換熱流體隔絕，降低換熱流體洩露到熔鹽中的風險，並有效預防熔鹽在罐體內發生凍堵。

4、本發明通過調節三通混流閥或攪拌器轉速，使換熱流體流量和溫度穩定，控制方法簡單、可靠。

5、本發明消納谷電，並輸出熱水、熱油或蒸汽，使用成本低、功能全面。

當然，實施本發明的任一產品並不一定需要同時達到以上所述的所有優點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明的一種熱管換熱的單罐熔鹽蓄熱式電鍋爐的系統圖；

圖2為本發明的一種熱管換熱的單罐熔鹽蓄熱式電鍋爐輸出熱水或熱油時的換熱結構示意圖；

圖3為本發明的一種熱管換熱的單罐熔鹽蓄熱式電鍋爐輸出蒸汽時的換熱結構示意圖；

圖4為本發明的一種熱管換熱的單罐熔鹽蓄熱式電鍋爐輸出熱水或熱油時的換熱方法流程圖；

圖5為本發明的一種熱管換熱的單罐熔鹽蓄熱式電鍋爐輸出蒸汽時的換熱方法流程圖；

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1-熔鹽蓄熱罐，2-電加熱器，3-攪拌器，4-換熱器，5-隔板，6-加料孔，7-三通混流閥，a-流體入口，b-流體出口，c-排汙口，d-排鹽口。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語「上」、「下」、「左」、「右」、「中」、「內」、「頂」、「底」、「兩側」、「周側」等指示方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的組件或元件必須具有特定的方位，以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

請參閱圖1所示，本發明為一種熱管換熱的單罐熔鹽蓄熱式電鍋爐及換熱方法，包括熔鹽蓄熱罐1，熔鹽蓄熱罐1頂部分別固定有電加熱器2、攪拌器3和換熱器4；電加熱器2和換熱器4均通過法蘭連接方式安裝於熔鹽蓄熱罐1頂部。

其中，攪拌器3位於熔鹽蓄熱罐1頂部中心；電加熱器2和換熱器4分別位於攪拌器3的兩側；熔鹽蓄熱罐1與換熱器4通過一隔板5分隔開。

其中，熔鹽蓄熱罐1頂部還設置有加料孔6，加料孔6兼做人孔使用，既可用於向熔鹽蓄熱罐1內投放熔鹽，又可作為設備檢修通道；熔鹽蓄熱罐1周側靠底部的位置還設置有排鹽口d，緊急事故工況或鍋爐廢棄時，可通過排鹽口d將熔鹽蓄熱罐1內的熔鹽轉移至安全處。

其中，換熱器4為熱管換熱器，熱管的蒸發段位於熔鹽蓄熱罐1內，熱管的冷凝段位於換熱器4殼體內；換熱器4殼體內裝有換熱流體，換熱流體通過換熱器4殼體上設置的流體入口a和流體出口b進出換熱器4；換熱器4殼體靠近底部的位置還設置有排汙口c，換熱結束後用於排空換熱器4內的液體。

其中，換熱器4的熱管工作介質包括汞或硫，以確保熱管使用溫度範圍覆蓋熔鹽的蓄熱溫度區間。

其中，換熱流體包括水或導熱油；鍋爐通過吸收熔鹽的熱量輸出熱水、熱油或蒸汽，且輸出熱水或熱油與輸出蒸汽時，換熱器4有不同的結構形式。

其中，一種熱管換熱的單罐熔鹽蓄熱式電鍋爐：

如圖2所示，當換熱流體為水或導熱油，鍋爐輸出熱水或熱油時，流體入口a和流體出口b分別位於換熱器4殼體左右兩側，流體出口b固定有三通混流閥7，流體入口a通過三通分別與換熱器4殼體和三通混流閥7連接；

如圖3所示，當換熱流體為水，鍋爐輸出蒸汽時，換熱器4殼體內上半部分充滿蒸汽，下半部分為水，且水將熱管冷凝段完全浸沒；流體入口a和流體出口b均位於換熱器4殼體頂部，且去除了三通混流閥7。

一種熱管換熱的單罐熔鹽蓄熱式電鍋爐換熱方法，鍋爐輸出熱水或熱油與輸出蒸汽使用不同的換熱方法。

如圖4所示，鍋爐輸出熱水或熱油時，換熱方法包括以下步驟：

s01鍋爐放熱開始後，攪拌器3以勻速轉動；

s02以設計流量向流體入口a送入冷水或冷油，冷水或冷油通過流體入口a後分成兩股：一股流體進入換熱器4與熱管進行換熱後混入三通混流閥7；另一股流體繞過換熱器4混入三通混流閥7；

上述兩股流體通過三通混流閥7混合後，從流體出口b流出；通過調節三通混流閥7使流體出口b輸出的熱水或熱油溫度達到設計值。

s03隨著換熱的進行，熔鹽蓄熱罐1內熔鹽溫度將逐漸下降，通過三通混流閥7不斷提高熱流體的流量和降低冷流體的流量，保持出口流體溫度的穩定；

s04當熔鹽的平均溫度下降至最低工作溫度，即熔鹽蓄熱罐1內熔鹽溫度下降至290℃時，停止向流體入口a送入換熱流體，並通過排汙口c將換熱流體排盡，關閉攪拌器3，放熱過程停止。

如圖5所示，，鍋爐輸出蒸汽時，換熱方法包括以下步驟：

ss01鍋爐放熱開始後，以設計流量向流體入口a送入給水，給水從流體入口a流入換熱器4殼體內，與熱管冷凝段進行換熱後，變為飽和蒸汽從流體出口b流出；

ss02隨著換熱過程的進行，熔鹽蓄熱罐1內熔鹽溫度將逐漸下降，通過逐漸增大攪拌器3的轉速，加強熔鹽與換熱器4熱管蒸發段的對流換熱，使流體出口b輸出的蒸汽溫度達到設計值，從而實現出口蒸汽溫度的穩定；

ss03當熔鹽的平均溫度下降至最低工作溫度，即熔鹽蓄熱罐1內熔鹽溫度下降至290℃時，停止向流體入口a送入給水，並通過排汙口c將換熱器4中的水排盡，關閉攪拌器3，放熱過程停止。

一種熱管換熱的單罐熔鹽蓄熱式電鍋爐主要包括蓄熱和放熱兩種工作模式，蓄熱過程僅在谷電時段進行，而放熱過程可全天或僅在峰電與平電階段進行。蓄熱時，確保熔鹽蓄熱罐1上的排鹽口d已關閉，開啟電加熱器2和攪拌器3。蓄熱過程中熔鹽蓄熱罐1中熔鹽的平均溫度逐漸上升至565℃，此後關閉電加熱器2和攪拌器3，停止蓄熱。

放熱時，根據一種熱管換熱的單罐熔鹽蓄熱式電鍋爐輸出介質的不同，鍋爐具有兩種不同的換熱結構和換熱方法。當鍋爐輸出熱水或熱油時，攪拌器3以勻速轉動，冷水或冷油通過流體入口a後分成兩股，一股流體進入換熱器4與熱管進行換熱，另一股流體從換熱器4外繞過、不進行換熱，經過換熱和未經過換熱的兩股流體通過三通混流閥7混合後，從流體出口b流出。調節三通混流閥7可控制冷、熱流體的混合比例，從而控制鍋爐的出口流體溫度。隨著換熱的進行，熔鹽蓄熱罐1內熔鹽溫度將逐漸下降，通過三通混流閥7不斷提高熱流體的流量和降低冷流體的流量，保持出口流體溫度的穩定。當熔鹽的平均溫度由565℃逐漸下降至290℃時，停止向流體入口a送入換熱流體，並通過排汙口c將換熱流體排盡，關閉攪拌器3，放熱過程停止。

當鍋爐輸出蒸汽時，給水從流體入口a流入換熱器4殼體內，與熱管冷凝段進行換熱後，變為飽和蒸汽從流體出口b流出。隨著換熱過程的進行，熔鹽蓄熱罐1內熔鹽溫度將逐漸下降，通過逐漸增大攪拌器3的轉速，加強熔鹽與換熱器4的熱管蒸發段的對流換熱，從而實現出口蒸汽溫度的穩定。當熔鹽的平均溫度由565℃逐漸下降至290℃時，停止向流體入口a送入給水，並通過排汙口c將換熱器4中的水排盡，關閉攪拌器3，放熱過程停止。

在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「示例」、「具體示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

以上公開的本發明優選實施例只是用於幫助闡述本發明。優選實施例並沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地理解和利用本發明。本發明僅受權利要求書及其全部範圍和等效物的限制。