基於光電互補的熱網用戶端蒸汽補充加熱系統的製作方法

2023-06-14 16:35:11

本實用新型涉及本實用新型涉及熱網用戶端蒸汽溫度控制技術，尤其涉及基於光電互補的熱網用戶端工汽補充加熱系統。

背景技術：

熱電聯產作為一種熱能和電能聯合生產的高效能源生產方式，為熱網用戶中的眾多工業企業提供了低成本的生產熱源。目前很多熱網用戶都通過以工業蒸汽作為其主要生產熱源的方式，提升其生產的經濟效益。然而對於一些對蒸汽溫度參數要求嚴格的生產過程，不滿足工藝溫度要求的工業蒸汽作為供熱源反而會造成不必要的經濟損失。

太陽能光熱轉化系統技術目前較為成熟，其配套的儲放熱裝置等已構成完整的技術體系。太陽能光熱轉化技術在蒸汽加熱領域也有涉及，且多為源側供熱。但是對於熱網用戶端，由於工業蒸汽參數的波動和熱網管道的沿程熱損失，很可能出現源側溫度參數達標但到達用戶處的溫度參數不合要求的情況，這是源側很難控制的，需要從用戶端補充加熱的角度來解決這一問題。

因此，為了解決以上問題，節能高效的用戶端補充加熱系統及適合的控制方法有待進一步的研究。

技術實現要素：

本實用新型提出一種基於光電互補的熱網用戶端蒸汽補充加熱系統，包括：

導熱介質循環迴路，包括：導熱介質循環管、導熱介質循環泵、太陽能供熱裝置、電加熱裝置、儲放熱裝置、蒸汽過熱器，導熱介質循環管連接太陽能供熱裝置、電加熱裝置、儲放熱裝置和蒸汽過熱器的殼程，導熱介質循環管上設置導熱介質循環泵，導熱介質循環泵驅動導熱介質在導熱介質循環管中流動，依次流經太陽能供熱裝置、電加熱裝置、儲放熱裝置和蒸汽過熱器的殼程，在太陽能供熱裝置、電加熱裝置、儲放熱裝置和蒸汽過熱器的殼程之間實現熱傳遞；

蒸汽循環迴路，包括：蒸汽送入管、第一三通閥、蒸汽補熱輸入管、蒸汽補熱輸出管、第二三通閥、蒸汽送出管和蒸汽連通管，蒸汽送入管的第一端連通蒸汽入口以輸入蒸汽，蒸汽送入管的第二端與第一三通閥的第一口連通，第一三通閥的第二口與蒸汽補熱輸入管的第一端連通，第一三通閥的第三口與蒸汽連通管的第一端連通，蒸汽連通管的第二端與第二三通閥的第三口連通，第二三通閥也是電磁三通閥，第二三通閥的第一口與蒸汽送出管的第一端連通，蒸汽送出管的第二端連通蒸汽出口以輸出蒸汽，第二三通閥的第二口與蒸汽補熱輸出管的第二端連通，蒸汽補熱輸入管的第二端與蒸汽過熱器的管程入口連通，蒸汽過熱器的管程出口與蒸汽補熱輸出管的第一端連通；

控制迴路，包括：第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和控制裝置，第一溫度傳感器設置在蒸汽循環迴路中，第一溫度傳感器檢測蒸汽的溫度，第二溫度傳感器設置在導熱介質循環迴路中，第二溫度傳感器檢測導熱介質的溫度，控制裝置與第一溫度傳感器和第二溫度傳感器連接，第一溫度傳感器和第二溫度傳感器檢測的溫度被反饋至控制裝置，控制裝置還連接到導熱介質循環泵、電加熱裝置、第一三通閥和第二三通閥，控制裝置根據第一溫度傳感器和第二溫度傳感器檢測的溫度來對導熱介質循環泵和電加熱裝置進行開啟或者關閉操作，並且對第一三通閥和第二三通閥的閥門進行切換，以控制蒸汽的流通路徑。

導熱介質循環迴路使用導熱油作為導熱介質。

太陽能供熱裝置是槽式太陽能光熱轉化系統，太陽能供熱裝置作為該基於光電互補的熱網用戶端蒸汽補充加熱系統的主供熱裝置，將太陽能轉化為熱能並輸給導熱介質循環管內的導熱介質。

電加熱裝置作為該基於光電互補的熱網用戶端蒸汽補充加熱系統的輔助供熱裝置，將電能轉化為熱能並輸給導熱介質循環管內的導熱介質。

儲放熱裝置使用熔鹽作為儲放熱介質，所述熔鹽是石英砂複合二元硝酸熔鹽。

第一三通閥和第二三通閥是電磁三通閥。

第一溫度傳感器設置在蒸汽送入管上，檢測蒸汽送入管中輸入的蒸汽的溫度。第二溫度傳感器設置在儲放熱裝置中，檢測儲放熱裝置中導熱介質的溫度。

本實用新型的基於光電互補的熱網用戶端蒸汽補充加熱系統從用戶端著手解決蒸汽溫度參數不足的問題，響應速度快，變參數適應性強，能耗少。該基於光電互補的熱網用戶端蒸汽補充加熱系統以太陽能作為主要的供熱源，電加熱裝置輔助供熱，既實現了清潔能源的充分利用，又確保了供熱的持續性和穩定性。通過合理的控制方法，在保證蒸汽溫度參數符合要求及儲放熱介質安全穩定的前提下，減少高品位電能的使用，儘可能利用光照充足時的多餘熱能，提升蒸汽品質。

附圖說明

圖1揭示了本實用新型的基於光電互補的熱網用戶端蒸汽補充加熱系統的結構示意圖。

具體實施方式

本實用新型提出一種基於光電互補的熱網用戶端蒸汽補充加熱系統，圖1揭示了本實用新型的基於光電互補的熱網用戶端蒸汽補充加熱系統。如圖1所示，該基於光電互補的熱網用戶端蒸汽補充加熱系統包括：導熱介質循環迴路、蒸汽循環迴路和控制迴路。

在圖1中，導熱介質使用的是導熱油，因此該導熱介質循環迴路是以導熱油作為導熱介質的循環迴路。以導熱油作為導熱介質的導熱介質循環迴路包括：導熱介質循環管1、導熱介質循環泵2、太陽能供熱裝置3、電加熱裝置4、儲放熱裝置5、蒸汽過熱器6。導熱介質循環管1連接太陽能供熱裝置3、電加熱裝置4、儲放熱裝置5和蒸汽過熱器6的殼程。導熱介質循環管1上設置導熱介質循環泵2。導熱介質循環泵2驅動導熱油在導熱介質循環管1中流動，依次流經太陽能供熱裝置3、電加熱裝置4、儲放熱裝置5和蒸汽過熱器6的殼程，在太陽能供熱裝置3、電加熱裝置4、儲放熱裝置5和蒸汽過熱器6的殼程之間實現熱傳遞。在圖1中，太陽能供熱裝置3是槽式太陽能光熱轉化系統，太陽能供熱裝置3作為該基於光電互補的熱網用戶端蒸汽補充加熱系統的主供熱裝置，將太陽能轉化為熱能並輸給導熱介質循環管1內的導熱介質，比如導熱油。電加熱裝置4作為該基於光電互補的熱網用戶端蒸汽補充加熱系統的輔助供熱裝置，將電能轉化為熱能並輸給導熱介質循環管1內的導熱油。在太陽能充足的時候，可以選擇關閉電加熱裝置4僅有太陽能供熱，在太陽能不足的時候，可以選擇開啟電加熱裝置4，使用電能進行補充。儲放熱裝置5使用熔鹽作為儲放熱介質，比如石英砂複合二元硝酸熔鹽。熔鹽與導熱油進行熱交換。比如，低溫熔鹽與高溫導熱油進行熱交換，完成儲熱。或者，高溫熔鹽與低溫導熱油進行熱交換，完成放熱。

蒸汽循環迴路包括：蒸汽送入管10、第一三通閥11、蒸汽補熱輸入管12、蒸汽補熱輸出管14、第二三通閥15、蒸汽送出管16和蒸汽連通管13。蒸汽送入管10的第一端連通蒸汽入口以輸入蒸汽，蒸汽送入管10的第二端與第一三通閥11的第一口連通。第一三通閥11是電磁三通閥。第一三通閥11的第二口與蒸汽補熱輸入管12的第一端連通，第一三通閥11的第三口與蒸汽連通管13的第一端連通。蒸汽連通管13的第二端與第二三通閥15的第三口連通。第二三通閥15也是電磁三通閥。第二三通閥15的第一口與蒸汽送出管16的第一端連通。蒸汽送出管16的第二端連通蒸汽出口以輸出蒸汽。第二三通閥15的第二口與蒸汽補熱輸出管14的第二端連通。蒸汽補熱輸入管12的第二端與蒸汽過熱器6的管程入口連通，蒸汽過熱器6的管程出口與蒸汽補熱輸出管14的第一端連通。由此構成蒸汽循環迴路。

控制迴路包括：第一溫度傳感器7、第二溫度傳感器8和控制裝置9。第一溫度傳感器7設置在蒸汽循環迴路中，第一溫度傳感器7檢測蒸汽的溫度。在圖1中，第一溫度傳感器7設置在蒸汽送入管10上，檢測蒸汽送入管10中輸入的蒸汽的溫度。第二溫度傳感器8設置在導熱介質循環迴路中，第二溫度傳感器8檢測導熱介質，例如導熱油的溫度。在圖1中，第二溫度傳感器8設置在儲放熱裝置5中，檢測儲放熱裝置5中導熱油的溫度。控制裝置9與第一溫度傳感器7和第二溫度傳感器8連接，第一溫度傳感器7和第二溫度傳感器8檢測的溫度被反饋至控制裝置9。如圖1所示，控制裝置9還連接到導熱介質循環泵2、電加熱裝置4、第一三通閥11和第二三通閥15。控制裝置9根據第一溫度傳感器7和第二溫度傳感器8檢測的溫度來對導熱介質循環泵2和電加熱裝置4進行開啟或者關閉操作，並且對第一三通閥11和第二三通閥15的閥門進行切換，以控制蒸汽的流通路徑。

該基於光電互補的熱網用戶端蒸汽補充加熱系統的工作過程如下：

第一溫度傳感器7檢測到蒸汽送入管10內輸入的蒸汽溫度高於設定的工藝溫度，同時第二溫度傳感器8檢測到的儲放熱裝置5的溫度(儲放熱裝置5中熔鹽的溫度)高於儲熱溫度。則控制裝置9關閉電加熱裝置4，不再使用電能轉化為熱能，僅通過太陽能供熱裝置3將太陽能轉化為熱能，利用太陽能供熱進一步提升蒸汽的品質。控制裝置9開啟導熱循環泵2，導熱循環泵2運轉使得導熱油在導熱介質循環迴路中循環，太陽能供熱裝置3轉化的熱能經由導熱介質循環管1內的導熱油被傳遞至蒸汽過熱器6的殼程。控制裝置9控制第一三通閥11和第二三通閥15，使得第一三通閥11的第一口與第二口連通，第二三通閥15的第一口與第二口連通，蒸汽循環迴路以蒸汽送入管10、蒸汽補熱輸入管12、蒸汽過熱器6的管程、蒸汽補熱輸出管14、蒸汽送出管16的方式連通。導熱油流經蒸汽過熱器6的殼程，蒸汽流經蒸汽過熱器6的管程，導熱油和蒸汽通過蒸汽過熱器6進行熱交換。由太陽能對蒸汽進一步加熱。

第一溫度傳感器7檢測到蒸汽送入管10內輸入的蒸汽溫度高於設定的工藝溫度，同時第二溫度傳感器8檢測到的儲放熱裝置5的溫度(儲放熱裝置5中熔鹽的溫度)低於儲熱溫度。控制裝置9關閉導熱循環泵2，導熱油在導熱介質循環迴路停止循環。控制裝置9控制第一三通閥11和第二三通閥15，使得第一三通閥11的第一口與第三口連通，第二三通閥15的第一口與第三口連通，蒸汽循環迴路以蒸汽送入管10、蒸汽連通管13、蒸汽送出管16的方式連通。蒸汽不流經蒸汽過熱器6的管程，導熱油和蒸汽之間無熱交換。在這種情況下，如果儲放熱裝置5的溫度進一步低於安全溫度，為了防止儲放熱裝置5中的熔鹽出現結晶的問題，在儲放熱裝置5的溫度低於安全溫度時，控制裝置9重新開啟導熱循環泵2並開啟電加熱裝置4，由電加熱裝置4將電能轉化為熱能對導熱油加熱，並使得儲放熱裝置5溫度升高。在儲放熱裝置5的溫度升高至安全溫度以上時，控制裝置9關閉導熱循環泵2和電加熱裝置4。

第一溫度傳感器7檢測到蒸汽送入管10內輸入的蒸汽溫度低於設定的工藝溫度，同時第二溫度傳感器8檢測到的儲放熱裝置5的溫度(儲放熱裝置5中熔鹽的溫度)高於儲熱溫度。則控制裝置9關閉電加熱裝置4，不使用電能轉化為熱能，僅通過太陽能供熱裝置3將太陽能轉化為熱能，利用太陽能供熱來對蒸汽進行加熱。控制裝置9開啟導熱循環泵2，導熱循環泵2運轉使得導熱油在導熱介質循環迴路中循環，太陽能供熱裝置3轉化的熱能經由導熱介質循環管1內的導熱油被傳遞至蒸汽過熱器6的殼程。控制裝置9控制第一三通閥11和第二三通閥15，使得第一三通閥11的第一口與第二口連通，第二三通閥15的第一口與第二口連通，蒸汽循環迴路以蒸汽送入管10、蒸汽補熱輸入管12、蒸汽過熱器6的管程、蒸汽補熱輸出管14、蒸汽送出管16的方式連通。導熱油流經蒸汽過熱器6的殼程，蒸汽流經蒸汽過熱器6的管程，導熱油和蒸汽通過蒸汽過熱器6進行熱交換。由太陽能對蒸汽加熱以維持蒸汽參數的穩定。

第一溫度傳感器7檢測到蒸汽送入管10內輸入的蒸汽溫度低於設定的工藝溫度，同時第二溫度傳感器8檢測到的儲放熱裝置5的溫度(儲放熱裝置5中熔鹽的溫度)低於儲熱溫度。則控制裝置9開啟電加熱裝置4，使用電能轉化為熱能，在太陽能轉化的熱能不足時通過電能來提供補充的熱能。控制裝置9開啟導熱循環泵2，導熱循環泵2運轉使得導熱油在導熱介質循環迴路中循環，電加熱裝置4轉化的熱能經由導熱介質循環管1內的導熱油被傳遞至蒸汽過熱器6的殼程。控制裝置9控制第一三通閥11和第二三通閥15，使得第一三通閥11的第一口與第二口連通，第二三通閥15的第一口與第二口連通，蒸汽循環迴路以蒸汽送入管10、蒸汽補熱輸入管12、蒸汽過熱器6的管程、蒸汽補熱輸出管14、蒸汽送出管16的方式連通。導熱油流經蒸汽過熱器6的殼程，蒸汽流經蒸汽過熱器6的管程，導熱油和蒸汽通過蒸汽過熱器6進行熱交換。由電能對蒸汽加熱以維持蒸汽參數的穩定，電加熱裝置4同時維持儲放熱裝置5的溫度。

本實用新型的基於光電互補的熱網用戶端蒸汽補充加熱系統從用戶端著手解決蒸汽溫度參數不足的問題，響應速度快，變參數適應性強，能耗少。該基於光電互補的熱網用戶端蒸汽補充加熱系統以太陽能作為主要的供熱源，電加熱裝置輔助供熱，既實現了清潔能源的充分利用，又確保了供熱的持續性和穩定性。通過合理的控制方法，在保證蒸汽溫度參數符合要求及儲放熱介質安全穩定的前提下，減少高品位電能的使用，儘可能利用光照充足時的多餘熱能，提升蒸汽品質。