CN110375371A - 一种低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***，包括导热油加热及蓄热***、供热***和中央处理器；中央处理器分别与供热***和导热油加热及蓄热***连接，导热油加热及蓄热***包括储热罐，储热罐内设置有全封闭的热管，热管内部填充熔融盐，热管换热器设置在导热油中且与供热***连接，用于对储热罐中的储热介质进行换热实现出口工况的稳定控制和输出，中央处理器用于实现自动控制。本发明利用低谷电制热并蓄热、在用电高峰时释放热量的***技术，完成电力上的移峰填谷。

Description

一种低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***
技术领域
本发明属于复合型传热技术领域，具体涉及一种低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***。
背景技术
随着国民经济的发展，人民生活水平的不断提高，我国用电结构发生了较大变化。一方面存在着高峰电力不足，另一方面更存在着峰谷差过大等问题，这些矛盾的出现又制约了国民经济的发展。为此，电业部门一方面加快电力建设的步伐，另一方面提出“削峰填谷”的政策以充分利用电力资源，缩小用电峰谷差。目前各省、市、地区的电业部门纷纷公布用电政策和“峰谷分时电价”，以经济手段推动“削峰填谷”的实现。
大力开发低谷用电，充分享受低谷电价政策，不仅给社会带来效益，同时给用户带来实惠。利用用电低谷时，制热并蓄热、用电高峰时释放热量的蓄热式***不仅符合国家“峰谷分时电价”的政策，而且从国家的宏观政策和用户的经济利益考虑，具有良好而广阔的前景，在我国的发展已经具备了可行性和必要性。
在高温段250～1000℃通过储热材料实现热能的存储、释放，可以有效的解决能量需求与供应不匹配的现象，这就是高温储热技术，提高能源利用率，目前高温储热技术主要应用于太阳能热发电，建筑节能，航天技术，工业废热余热回收利用，电力上的“移峰填谷”等领域，在全世界范围了得到了认可。
高温蓄热供热机组是利用夜间低谷电(23:00～7:00共8小时)将储热介质加热到高温储存热量，在用电高峰期通过自控装置将热量按需释放，已达到“移峰填谷”、降低运行成本的效果。高温蓄热供热机组在技术上的重大突破在于采用固体储热材料和液体储热材料一体化结构设计，将加热、储热、换热、供热及控制功能组合在一起，形成一台常压供热机组。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***，本发明利用低谷电制热并蓄热、在用电高峰时释放热量的***技术，完成电力上的移峰填谷。
本发明采用以下技术方案：
一种低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***，包括导热油加热及蓄热***、供热***和中央处理器；中央处理器分别与供热***和导热油加热及蓄热***连接，导热油加热及蓄热***包括储热罐，储热罐内设置有全封闭的热管，热管内部填充熔融盐，热管设置在导热油中且与供热***连接，用于对储热罐中的储热介质进行换热实现出口工况的稳定控制和输出，中央处理器用于实现自动控制。
具体的，热管包括多个，依次竖直间隔设置在储热罐内，热管包括蒸发段和冷凝段，蒸发段位于热管上部，冷凝段位于热管下部。
具体的，导热油加热及蓄热***包括注油泵、缓冲罐和氮气，注油泵与储热罐通过管路连接，储热罐两侧的排气管线一路接氮气，另一路经缓冲罐与注油泵连接。
进一步的，缓冲罐内设置有液位自动检测装置，液位自动检测装置与中央处理器连接，当缓冲罐中的导热油达到设定值时，液位自动检测装置传输信号反馈给中央处理器，注油泵开始工作，将缓冲罐中的导热油注入储热罐中。
具体的，储热罐侧面设置有搅拌器，搅拌器位于热管的下端，经电机与中央处理器连接。
进一步的，搅拌器至少包括两个。
具体的，储热罐的底部设置有电加热器，电加热器设置在热管的下方，电加热器通过第一温度检测装置与中央处理器连接。
具体的，供热***包括风机，风机经管路与热管的进口端连接。
进一步的，热管的出口处设置有第二温度检测装置，第二温度检测装置用于将出口工质温度反馈给中央处理器。
更进一步的，供热***还包括送风旁路，送风旁路与热管的出口连接，用于补充冷工质与热工质混合。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
一种低谷电加热导热油与熔盐蓄热的复合型供热***，其中导热油加热及蓄热***避免了传统导热油加热***的复杂性，在满足设计要求下减少设备使用量。熔盐填充的热管充分考虑了熔盐加热***的弊端，采用一种新型熔盐储热方式，可以有效的发挥熔盐潜热。
进一步的，热管实现了热量从导热油一端向工作介质的单方向传递，在较大的范围内调整蒸发段和冷凝段的热流密度。
进一步的，导热油加热及蓄热***通过将低谷电能转化为导热油和熔盐的热量存储起来，并通过工质释放给热用户利用。
进一步的，液位自动检测装置的设置可以监测缓冲罐中的液位高度，程序化自动控制注油泵工作，向热储罐注入导热油，并且维持缓冲罐中与热储罐中导热油容积的稳定。
进一步的，供热***中通过自动调节控制搅拌器，达到稳定对外输出热量。
进一步的，电加热器只在用电低谷时开始工作，加热导热油使其存储能量。
进一步的，供热***通过风机将空气通入热交换器，与导热油和热管换热得到具有稳定温度的热空气供用户使用。
进一步的，第二温度检测装置质实时测量工质出口温度并反馈给中央处理器，当温度与设定值容差较大时，中央处理器发生动作维持工质温度稳定。
进一步的，送风旁路的目的在于调节出风口工质温度的稳定，防止工质温度波动太大，不利于热用户的实用。
综上所述，本发明采用固体储热材料(熔盐)和液体储热材料(导热油)一体化结构设计，是适合城市发展的需求，在工业、民用都有很大的需求空间。该技术可以有效的简化液体储热***(导热油)和固体储热***(熔盐)的复杂性，使得设备运行更安全、稳定、易操作。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明***示意图。
其中：1.注油泵；2.缓冲罐；3.储热罐；4.电加热器；5.搅拌器；6.氮气；7.热管；8.风机。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1，本发明一种低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***，包括导热油加热及蓄热***、供热***、中央处理器和热管7，热管7为全封闭结构，内部填充熔融盐，导热油加热及蓄热***包括注油泵1、缓冲罐2、储热罐3、电加热器4、搅拌器5和氮气6；供热***包括给风机8和给气旁路。
热管7竖直设置在储热罐3内，风机8与热管7连接，用于对储热罐中的储热介质进行换热实现出口工况的稳定控制和输出，中央处理器分别与导热油加热及蓄热***和供热***连接用于实现自动控制。
注油泵1与储热罐3连接，熔融盐填充的热管7设置在储热罐3的上部，风机8通过熔融盐填充的热管7与储热罐3中的储热介质进行换热，给气旁路用于补充冷工质，储热罐3的中部两侧分别连接有两路排气管线，其中一路与氮气6的管路连接，另一路经缓冲罐2与注油泵1连接，缓冲罐2内设置有液位自动检测装置，液位自动检测装置与中央处理器连接，液位自动检测装置采用一般的工业用液位测量传感器，能实现模拟信号与数字信号的转换并能将信号传递给中央处理器，中央处理器则采用一般的工业单片机。
储热罐3下部侧面设置有至少两个搅拌器5，搅拌器5水平设置位于热管7的下端，通过电机与中央处理器连接，储热罐3的底部设置电加热器4，电加热器4通过第一温度检测装置与中央处理器连接，用于检测电加热器4周围导热油的温度，热管7的出口处设置有第二温度检测装置，第二温度检测装置与中央处理器连接，用于监测热管7的出口热风温度，中央处理器根据热管7出口热风温度控制搅拌器5工作，通过调节搅拌器5的转速改变导热油与对流管束的对流换热系数，实现出口热风工况的控制和输出，热风温度不高于80℃，温度检测装置为一般的工业用温度传感器，通过与中央处理器连接能实现实时将模拟信号转化为数字信号传递给中央处理器，等待进一步的命令指示。
热管7包括上部的蒸发段和下部的冷凝段，导热油在电加热过程中，热管7底部被导热油加热，熔盐蒸发上升到热管7的上部，成为蒸发段，下部的冷凝段中的熔盐不断受热蒸发。当用户工质需要加热时，热管7蒸发段将热量传递给工质，在重力作用下沉积到熔融盐填充的热管7底部，不断循环吸热和放热过程，热管以熔盐作为工作介质，属于高温热管，工作温度为与熔盐的相变温度，与不锈钢等材料相容，属于重力热管的范畴。
优选的，电加热器4的功率为960kw，风机8的风压为1490～2032pa，流量为13300Nm3/h，功率为18.5kw。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一种低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***，开始工作前，先向储热罐3中充满氮气6，避免容器内部与空气直接接触氧化；然后通过注油泵1输送导热油至储热罐3中，排出储热罐3中的氮气6，然后氮气6经过排气管进入缓冲罐2，再排入大气中，可根据导热油的膨胀量实际情况合理调整导热油注油量，留有导热油的膨胀空间。
当导热油开始加热蓄热的时候，由于电加热器4周围会出现局部高温，导致导热油分解，第一温度检测装置将温度数值反馈给中央处理器来调节搅拌器5转速，使得电加热器4周围的高温导热油与低温导热油进行充分换热。
当导热油在启动升温过程中，特别是初次投入运行，由于导热油自身残留水分等原因，会产生大量水蒸汽、空气及其它低沸点挥发物，借助排气管，由缓冲罐2上的大气管将气体排到***外，以确保***正常可靠运行。
当导热油在升温过程中体积将会膨胀，并产生少量的油蒸汽，必须对此加以释放，才能保证有机热载体在***中的正常循环。油蒸汽通过排气管进入缓冲罐，由于缓冲罐2中有一定量的低温导热油，所以油蒸汽会在低温导热油中冷凝下来。
其中，当缓冲罐2中的导热油达到设定量后，液位自动检测装置将液位数值反馈给中央处理器，注油泵1开始工作，将缓冲罐2中的导热油注入储热罐3中继续工作。
在电加热器4工作的过程中，电加热器4附近的第一温度检测装置自动检测加热器周围导热油的温度，当导热油温度升温速率变大时，第一温度检测装置将数值反馈给中央处理器，搅拌器5开始工作，使得电加热器4周围的高温导热油与低温导热油充分混合，导热油热量分布均匀，电加热器4升温速率稳定在需要范围内。
导热油在电加热过程中，全封闭的熔融盐填充的热管7底部被导热油加热，熔盐蒸发上升到熔融盐填充的热管7的顶部，成为蒸发段，下侧的冷凝段中的熔盐不断受热蒸发。当用户工质需要加热时，熔融盐填充的热管7蒸发段将热量传递给工质，在重力作用下沉积到熔融盐填充的热管7底部，不断循环吸热和放热过程。
低谷电加热完成储热后，风机8将风鼓入熔融盐填充的热管7与储热罐3中的储热介质进行换热，实现出口工况的稳定控制和输出。
在储热罐3导热油放热的过程中，储热罐3设有监测熔融盐填充的热管7出口工质温度的第二温度检测装置，同时在供风***中配有旁路管路。初始阶段工质温度会高于设计工质温度，第二温度检测装置将出口温度反馈给中央处理器，在自动控制供风***主路与旁路的调节阀，使经过旁路补充冷工质与热工质进行混合，控制出口工质温度达到要求。
就目前的研究来看，采用固体储热材料(熔盐)和液体储热材料(导热油)一体化结构设计，是适合城市发展的需求，在工业、民用都有很大的需求空间。本发明可以有效的简化液体储热***(导热油)和固体储热***(熔盐)的复杂性，使得设备运行更安全、稳定、易操作。本发明的优点归结起来主要有以下几点：
(1)避免了导热油加热***的复杂性，在满足设计要求下减少设备使用量。
经过调研，目前市场是主要的导热油炉为燃气导热油锅炉或电加热导热油锅炉，其两种导热油***流程基本相似。先将导热油存储在高位槽中，然后用循环泵将导热油送至电加热器(或者热油炉)中加热至所需温度后，将其供给各用热设备，然后经油气分离器，排除导热油中的气体和杂质后，最后再返回电加热器中加热，循环利用下去。其主要的设备有注油泵、低温槽、高位槽(膨胀槽)、油气分离器、循环泵、电加热器(热油炉)、热用户等设备。
升温脱水阶段:根据导热油生产厂提供的热传导液升温、脱水操作要求进行。在此阶段，导热油经高位槽，在循环泵、电加热器、热用户、油气分离器、高位槽间不断循环。逸出的水汽和低分子物则通过高位槽上部的放空管排出***。
正常操作阶段:导热油在循环泵、电加热器、热用户、油气分离器、循环泵间循环，将电加热器之热量输送给热用户，此阶段导热油不经过高位槽。
本发明大大减少设备的使用量，主要设备为注油泵、储热罐、缓冲槽(体积很小，收集油蒸汽和排放空气及水蒸汽)。当导热油在升温脱水阶段，由于导热油自身残留水分等原因，会产生大量水蒸汽、空气及其它低沸点挥发物，借助排气管，由缓冲罐上的大气管将气体排到***外，以确保***正常可靠运行。
当导热油在升温过程中体积将会膨胀，可根据导热油的膨胀量实际情况合理调整导热油注油量，在储热罐中留有导热油的膨胀空间。在膨胀过程中会产生少量的油蒸汽，必须对此加以释放，才能保证有导热油在***中的正常循环。油蒸汽通过排气管进入缓冲罐，由于缓冲罐中有一定量的低温导热油，所以油蒸汽会在低温导热油中冷凝下来，当缓冲罐中的导热油达到一定量的之后，液位自动检测装置传输信号，液位监测器将液位数值反馈给中央处理器，注油泵开始工作，将缓冲罐中的多的导热油注入储热罐中继续工作。
因此通过本发明设计，减少了高位槽、地位槽、油气分离器、循环油泵的使用，使设备大大简化，运行简单易操作，可实现自动化操作。
(2)避免了熔盐加热***的复杂性，在满足设计要求下减少设备使用量。
一般的，熔盐加热***是对熔盐在高温加热后作为热载体在熔盐炉和用热设备之间进行加热循环的热传递体系，主要由熔盐炉、熔盐循环泵、熔盐罐以及一些管路配件等组成。
以熔盐为热载体的工业给热装置，包括熔盐炉和熔盐储槽，熔盐储槽置于地下，熔盐炉的熔盐进口管与设置在熔盐储槽内部的两台并联的熔盐泵相连，熔盐炉的熔盐出口管与用热设备相连，用热设备的熔盐出口与熔盐储槽相通，熔盐储槽内置一个电加热器，电加热器进出口分别与热介质进口管和热介质出口管相连，熔盐炉的壳体为立式圆筒形，燃烧器置于炉体下部。装置可作为500℃以下的高温热源。
熔盐加热***运行过程如下:
首先将粉状的混合盐放入熔盐罐内，通过安装在罐内电加热伴管等方式将熔盐加热到熔点以上，使其粘度达到可以用熔盐循环泵进行循环的值。与此同时，需对熔盐炉内空管进行预热，以防止熔盐在流经冷盘管时发生冷凝固化。盘管预热到一定程度之后，开启熔盐循环泵，将熔盐送入熔盐炉中加热，加热到特定温度的熔盐被输送到用热设备，供热后，再沿循环***流回熔盐罐，上述过程不断循环，构成熔盐加热***。***运行停止时，全部熔盐将流回熔盐罐中。
在传统的熔盐加热***中，熔盐经过首次融化之后，不能再次凝固，否则将会消耗大量热量，对熔盐进行再次融化，造成热量浪费。而且整个***在运行操作方面无法实现全自动化控制。
本发明充分考虑了熔盐加热***的弊端，采用一种新型熔盐储热方式，可以有效的发挥熔盐潜热以及避免熔盐凝固的办法。我们采用熔盐作为热管工作介质来实现熔盐蓄热的目的。
导热油在电加热过程中，全封闭的熔融盐填充的热管底部被导热油加热，熔盐蒸发上升到熔融盐填充的热管的顶部，成为蒸发段，下侧的冷凝段中的熔盐不断受热蒸发。当用户工质需要加热时，熔融盐填充的热管蒸发段将热量传递给工质，在重力作用下沉积到熔融盐填充的热管底部，不断循环吸热和放热过程。
(3)本发明带自动搅拌器，强化工质之间的换热效率并且是热量稳定对外输出。
低谷电加热完成储热之后，风机鼓风通过换热器与储热罐中的储热介质进行换热。在储热罐导热油放热的过程中，储热罐设有监测换热器出口工质温度的第一温度监测器，同时在供热***中配有旁路管路。初始阶段工质温度会高于设计工质温度，温度监测器将出口温度反馈给中央处理器，在自动控制供热***主路与旁路的调节阀，使经过旁路补充冷工质与热工质进行混合，控制出口工质温度达到要求。当储油罐开始放热的的中后期中，由于导热油温度降低，换热效果较差，温度监测器将出口温度反馈给中央处理器，再自动控制电动机转速以调节搅拌器的转速，改变导热油与对流管束的对流换热系数，强化对流传热。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***，其特征在于，包括导热油加热及蓄热***、供热***和中央处理器；中央处理器分别与供热***和导热油加热及蓄热***连接，导热油加热及蓄热***包括储热罐(3)，储热罐(3)内设置有全封闭的热管(7)，热管(7)内部填充熔融盐，热管(7)设置在导热油中且与供热***连接，用于对储热罐(3)中的储热介质进行换热实现出口工况的稳定控制和输出，中央处理器用于实现自动控制。
2.根据权利要求1所述的低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***，其特征在于，热管(7)包括多个，依次竖直间隔设置在储热罐(3)内，热管(7)包括蒸发段和冷凝段，蒸发段位于热管上部，冷凝段位于热管下部。
3.根据权利要求1所述的低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***，其特征在于，导热油加热及蓄热***包括注油泵(1)、缓冲罐(2)和氮气(6)，注油泵(1)与储热罐(3)通过管路连接，储热罐(3)两侧的排气管线一路接氮气(6)，另一路经缓冲罐(2)与注油泵(1)连接。
4.根据权利要求3所述的低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***，其特征在于，缓冲罐(2)内设置有液位自动检测装置，液位自动检测装置与中央处理器连接，当缓冲罐(2)中的导热油达到设定值时，液位自动检测装置传输信号反馈给中央处理器，注油泵(1)开始工作，将缓冲罐(2)中的导热油注入储热罐(3)中。
5.根据权利要求1所述的低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***，其特征在于，储热罐(3)侧面设置有搅拌器(5)，搅拌器(5)位于热管(7)的下端，经电机与中央处理器连接。
6.根据权利要求5所述的低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***，其特征在于，搅拌器(5)至少包括两个。
7.根据权利要求1所述的低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***，其特征在于，储热罐(3)的底部设置有电加热器(4)，电加热器(4)设置在热管(7)的下方，电加热器(4)通过第一温度检测装置与中央处理器连接。
8.根据权利要求1所述的低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***，其特征在于，供热***包括风机(8)，风机(8)经管路与热管(7)的进口端连接。
9.根据权利要求8所述的低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***，其特征在于，热管(7)的出口处设置有第二温度检测装置，第二温度检测装置用于将出口工质温度反馈给中央处理器。
10.根据权利要求1或8所述的低谷电加热导热油与熔盐蓄热复合供热***，其特征在于，供热***还包括送风旁路，送风旁路与热管(7)的出口连接，用于补充冷工质与热工质混合。
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