CN109443064A - 一种固体颗粒物储放热装置、***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种固体颗粒物储放热装置，储换热容器内部设有换热管，储热介质置于储换热容器内且位于换热管外部，换热管内部流通换热介质；储热介质为沙子、煤灰或煤渣等固体颗粒物。本发明还提供了一种固体颗粒物储放热***，采用模块化设计，竖直方向按温度梯度分为多层，每层水平方向设置多组，同一组的相邻层的固体颗粒物储放热装置的换热管通过连接管首尾连接，各组的最下面一层的换热管自由端连接低温介质母管，各组的最上面一层换热管自由端连接高温介质母管。本发明还提供了一种固体颗粒物储放热方法，采用双向流动设计，储热时换热介质从上向下流动，放热时换热介质从下向上流动。本发明***简单，维修方便，成本低廉，适用范围广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体颗粒物储放热装置、***及方法，属于可再生能源储能技术领域。
背景技术
随着太阳能发电、光伏发电、风力发电等可再生能源发电技术的发展，弃光、弃风等问题越来越严重。为解决相关资源浪费问题，需要为相关发电技术配置储能装置。
常规的储能方式有熔盐储能、抽水蓄能、飞轮储能、电池储能和制氢储能等多种路线。以上技术路线由于成本高昂、适用范围较小或使用寿命太短等原因，实际使用均受到诸多限制。
因此，有必要开发一种***简单、维修方便、成本低廉、适用范围广泛的储能技术，以推进可再生能源技术的发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种***简单、维修方便、成本低廉、适用范围广泛的固体颗粒物储放热方案。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种固体颗粒物储放热装置，其特征在于：包括储换热容器，储换热容器内部设有换热管，储热介质置于储换热容器内且位于换热管外部，换热管内部流通换热介质；所述储热介质为沙子、煤灰或煤渣等固体颗粒物。
优选地，所述储换热容器为长方体、正方体或圆柱体；所述储换热容器的外壳为碳钢、不锈钢或合金钢制成。
优选地，所述储换热容器上设有储热介质的注料口、卸料口。
优选地，所述储换热容器外部设有保温层；所述保温层为岩棉、玻璃棉、硅酸铝保温材料或气凝胶毡环绕构成储换热容器构成。
优选地，所述换热管为光管或翅片管；所述换热管采用碳钢、不锈钢或合金钢制成。
优选地，所述换热介质为水、水蒸气、导热油、熔盐、CO2或空气。
优选地，所述换热管进出口设有汇合集箱或分配集箱。
本发明还提供了一种固体颗粒物储放热***，其特征在于：将所述的固体颗粒物储放热装置进行模块化组合，竖直方向按照由下至上温度逐渐升高的温度梯度分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ……层，每层水平方向设置A、B、C、……组，同一组的相邻层的固体颗粒物储放热装置的换热管通过连接管首尾连接，各组的最下面一层的固体颗粒物储放热装置的换热管自由端通过带有关断阀的下部连接管连接低温介质母管，各组的最上面一层的固体颗粒物储放热装置的换热管自由端通过带有关断阀的上部连接管连接高温介质母管；各层所述固体颗粒物储放热装置高温侧设置用于保证各层储热介质的最高温度恒定的减温装置。
优选地，所述固体颗粒物储放热装置布置于钢架或混凝土平台上。
本发明还提供了一种固体颗粒物储放热方法，采用上述的固体颗粒物储放热***，其特征在于：储热时，换热介质从上向下依次流过……、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ层的固体颗粒物储放热装置的换热管进行放热，通过各层高温侧设置的减温装置保证各层储热介质的最高温度恒定；放热时，换热介质从下至上依次流过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ……层的固体颗粒物储放热装置的换热管被加热；每层储热介质设置最高温度tmax、最低温度tmin。
相比现有技术，本发明提供的固体颗粒物储放热***具有如下有益效果：
1、沙子、煤灰、煤渣等的成本相对熔盐而言几乎可以忽略不计，因此采用沙子等低成本储热介质，可以大幅降低建设费用；
2、沙子等在900℃以上依然性能稳定，相较导热油最高约400℃，熔盐最高约600℃具有更高的适用性，可以匹配高效汽轮发电机组，从而提高全厂效率，增加投资回报率；
3、进行模块化设计，方便进行负荷调节、在线检修和机组扩容；
4、按照温度梯度进行分层设计，减少每层的温度变化，可以降低膨胀、应力集中等负面影响；
5、相较熔盐储热地基设计难题，本技术方案每层空间不与地基直接接触，可以避免对地基进行特殊化处理，简化土建工作；
6、每层固体颗粒物储放热装置出口介质温度稳定，可以避免汽轮机降低负荷运行。
附图说明
图1为本实施例提供的固体颗粒物储放热***结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
本实施例提供了一种固体颗粒物储放热装置，包括储换热容器，储换热容器内部埋有换热管，储热介质置于储换热容器内且位于换热管外部，换热管内部流通换热介质。
储换热容器采用长方体、正方体、圆柱体或类似空间结构，外壳材料采用碳钢、不锈钢、合金钢或其他耐火材料等。
换热管采用光管或翅片管，材料采用碳钢、不锈钢或合金钢，可以是直管、弯管、蛇形管、U形管等。
储热介质采用沙子、煤灰、煤渣等固体颗粒物。
换热介质采用水、水蒸气、导热油、熔盐、CO2、空气等液体或气体介质。
在每个固体颗粒物储放热装置的换热管进出口设置汇合(或分配)集箱，储换热容器上设置注料口、卸料口、膨胀空间、缓冲空间等。
固体颗粒物储放热装置采用保温设计，储换热容器外部设置保温材料，保温材料可以采用岩棉、玻璃棉、硅酸铝保温材料、气凝胶毡等保温材料。
***设计时，按照温度梯度进行模块化设计，例如首先按照温度梯度分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ……层(各层温度不同)，水平方向设置A、B、C、……组(各组组成相同或类似)。固体颗粒物储放热装置可以布置于钢架或混凝土平台上。
***按照双向流动进行设计。储热时高温介质依次流过……、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ层进行放热，在各层高温侧设置减温装置，保证各层储热介质的最高温度恒定；放热时低温介质依次流过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ……层被加热。每层储热介质设置最高温度tmax、最低温度tmin。
在A、B、C、……各组进出口设置关断阀，可以切换各组是否投运，关断阀型式可以采用闸阀、截止阀、球阀、蝶阀等阀门型式。
本技术方案采用模块化设计，有利于机组在线检修、负荷调节和机组扩容。
本实施例中，以图1为例，按照温度t0-t1设置第Ⅰ层、按照温度t1-t2设置第Ⅱ层、按照温度t2-t3设置第Ⅲ层、按照温度t3-t4设置第Ⅳ层，各层之间温度不同；按照储热容量设置A、B、C组，各组之间属于并列关系，***结构相同或类似，在各组进出口设置关断阀，可以进行隔离，各组间运行互不干扰，以便于调节负荷、扩容和检修。各固体颗粒物储放热装置可以进行编号如下：A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4。各固体颗粒物储放热装置采用钢结构或混凝土结构进行支撑。
储热时高温介质通过母管从界区过来，分为A、B、C共3路支管，分别进入A、B、C各组固体颗粒物储放热装置，依次通过Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ层进行放热，在各层固体颗粒物储放热装置高温侧设置减温装置3，在A、B、C各组固体颗粒物储放热装置进出口设置关断阀1，各个固体颗粒物储放热装置的换热管进出口设置汇合(或分配)集箱2，换热介质温度降低后汇合成一路母管去界区。
放热时低温介质通过母管从界区过来，分为A、B、C共3路支管，分别进入A、B、C各组固体颗粒物储放热装置，依次通过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ层进行吸热，换热介质温度升高后汇合成一路母管去界区。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种固体颗粒物储放热装置，其特征在于：包括储换热容器，储换热容器内部设有换热管，储热介质置于储换热容器内且位于换热管外部，换热管内部流通换热介质；所述储热介质为沙子、煤灰或煤渣。
2.如权利要求1所述的一种固体颗粒物储放热装置，其特征在于：所述储换热容器为长方体、正方体或圆柱体；所述储换热容器的外壳为碳钢、不锈钢或合金钢制成。
3.如权利要求1所述的一种固体颗粒物储放热装置，其特征在于：所述储换热容器上设有储热介质的注料口、卸料口。
4.如权利要求1所述的一种固体颗粒物储放热装置，其特征在于：所述储换热容器外部设有保温层；所述保温层为岩棉、玻璃棉、硅酸铝保温材料或气凝胶毡环绕构成储换热容器构成。
5.如权利要求1所述的一种固体颗粒物储放热装置，其特征在于：所述换热管为光管或翅片管；所述换热管采用碳钢、不锈钢或合金钢制成。
6.如权利要求1所述的一种固体颗粒物储放热装置，其特征在于：所述换热介质为水、水蒸气、导热油、熔盐、CO2或空气。
7.如权利要求1所述的一种固体颗粒物储放热装置，其特征在于：所述换热管进出口设有汇合集箱或分配集箱。
8.一种固体颗粒物储放热***，其特征在于：将如权利要求1～7任一项所述的固体颗粒物储放热装置进行模块化组合，竖直方向按照由下至上温度逐渐升高的温度梯度分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ……层，每层水平方向设置A、B、C、……组，同一组的相邻层的固体颗粒物储放热装置的换热管通过连接管首尾连接，各组的最下面一层的固体颗粒物储放热装置的换热管自由端通过带有关断阀的下部连接管连接低温介质母管，各组的最上面一层的固体颗粒物储放热装置的换热管自由端通过带有关断阀的上部连接管连接高温介质母管；各层所述固体颗粒物储放热装置高温侧设置用于保证各层储热介质的最高温度恒定的减温装置。
9.如权利要求8所述的一种固体颗粒物储放热***，其特征在于：所述固体颗粒物储放热装置布置于钢架或混凝土平台上。
10.一种固体颗粒物储放热方法，采用如权利要求8或9所述的固体颗粒物储放热***，其特征在于：储热时，换热介质从上向下依次流过……、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ层的固体颗粒物储放热装置的换热管进行放热，通过各层高温侧设置的减温装置保证各层储热介质的最高温度恒定；放热时，换热介质从下至上依次流过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ……层的固体颗粒物储放热装置的换热管被加热；每层储热介质设置最高温度tmax、最低温度tmin。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190308 |