CN102537664A - 一种用于重油的太阳能昼夜伴热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于重油的太阳能昼夜伴热系统，包括太阳能集热阵列（1），所述太阳能集热阵列（1）的进水口和出水口分别通过低温水管（2）和高温水管（3）与循环水箱（4）相连，循环水箱（4）通过高温水管（3）与除氧设备（5）相连，除氧设备（5）通过高温水管（3）与锅炉（6）相连，锅炉（6）通过高温水管（3）与伴热管线（7）的一端相连，伴热管线（7）的另一端通过低温水管（2）与循环水箱（4）相连。本发明具有集热效率高、存储热量大、热损失小且设备安装灵活、占地小的特点，在有效降低了生产中能源消耗的同时具有较强的经济性和实用性，满足重油昼夜伴热的需求，适宜推广使用。

Description

一种用于重油的太阳能昼夜伴热系统

技术领域

 本发明涉及太阳能应用技术领域，尤其涉及太阳能光热技术于化工生产领域中的实际应用，具体地说是一种在重油输送中采用太阳能与锅炉共同加热对重油进行伴热的用于重油的太阳能昼夜伴热系统。

背景技术

能源是人类社会发展的关键因素，能源危机和环境问题的日益加重，要求人们在寻找新能源的同时，更合理地实用已有能源。作为能源消耗的大户，石油化工领域中在很多工艺流程中都可以采用新的能源技术来减少对化石能源的消耗。传统的重油伴热技术是直接由锅炉将经过除氧处理后的水直接加热至蒸汽，蒸汽直接流入与重油管线相伴的伴热管线。整套设备简单、直接，但最大的缺陷在于加热过程中消耗了大量的燃煤，同时产生大量的碳排放，于环境的破坏很大。而目前现存的太阳能重油伴热技术还较为缺乏。在已公布的技术中，位于澳大利亚维克多省山楂市的太阳能公司研制了利用太阳能对重油加热的技术。其主要原理是在管路外层布置太阳能吸收层，吸热后通过热二极管将热传给重油输送管线。

太阳能重油伴热的关键技术在于可以保留现有管线能够在太阳能缺乏或不足时（即阴雨天），装置具有储热或者辅助加热装置。目前的太阳能重油伴热技术还存在很多明显的不足，具体体现在如下几个方面：（1）不能保留重油管线。在技术应用过程中，必须要考虑其经济性。如上例中澳大利亚的伴热系统，需要重新建设专用的太阳能的加热管线；如果不能保留原有管线，而重新建设新的管线，无疑会使技术的经济性大打折扣。（2）对太阳能的不稳定性应对不足。太阳能具有清洁、可再生等重要特性；同时由于其完全依赖太阳照射，也带来了在供给稳定性上的不足；而很多装置在应对太阳能的不稳定供应时，缺少行之有效的应对策略。（3）缺乏昼夜连续运作能力。由于夜间没有太阳能供应面，一般的装置即采用电加热或者空气源热泵进行加热，并不能够利用白天来自太阳能的能量来支持装置的夜间操作。（4）储热装置占地大，缺乏灵活性。为了应对太阳能的不稳定性，并使装置具有一定的夜间处理能力，传统的装置都会配备储热装置；目前储热装置主要为储热水箱，但是储热水箱往往具有占地大、热损失大等缺点；如果需要装置昼夜连续使用太阳能操作，则需要更多的储热水箱将夜间需要使用的热水储存起来，这样不仅使得整套装置占地面积增大，还带来了成本上的增加以及经济性的下降。（5）辅助加热装置能耗大。一般的太阳能装置多采用电加热作为辅助加热装置来满足太阳能供给不足时的加热需求，但是电加热同样存在着能源消耗大的问题，而且由于电为二次能源，在加热同样重要，同样温升的水时，电加热的消耗比单纯锅炉烧煤的消耗更大。（6）水在循环过程中过多的使用泵。传统的太阳能光热装置往往使用泵帮助整个系统强制循环来提高热效率，但是考虑到化工行业中的特殊需求，即在某些场合下不允许使用电，泵有着明显的使用限制。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种集集热、储热、温度及流量控制、锅炉加热于一体且具有较高经济性和实用性的用于重油的太阳能昼夜伴热系统。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种用于重油的太阳能昼夜伴热系统，包括太阳能集热阵列，所述太阳能集热阵列的进水口和出水口分别通过低温水管和高温水管与循环水箱相连，循环水箱通过高温水管与除氧设备相连，除氧设备通过高温水管与锅炉相连，锅炉通过高温水管与伴热管线的一端相连，伴热管线的另一端通过低温水管与循环水箱相连。

所述循环水箱与太阳能集热阵列之间的低温水管上设有流量传感器，循环水箱与太阳能集热阵列之间的高温水管上设有温度传感器，所述的流量传感器和温度传感器分别与控制器相连，控制器与数据采集系统相连。

所述的循环水箱与太阳能集热阵列之间的低温水管上设有水泵，所述的水泵位于流量传感器与循环水箱之间的低温水管上，水泵与控制器相连，控制器与数据采集系统相连。

所述的循环水箱与除氧设备之间的高温水管上设有电磁阀，所述的电磁阀与控制器相连，控制器与数据采集系统相连。

所述的循环水箱与补水管相连。

所述的太阳能集热阵列采用真空管集热器组成。

所述锅炉的出水口通过高温水管与除氧设备相连。

所述的循环水箱与除氧设备之间设有相变储热水箱，相变储热水箱的进水口和出水口分别通过高温水管与循环水箱和除氧设备相连；相变储热水箱的出水口通过低温水管与循环水箱相连。

所述相变储热水箱与循环水箱之间的高温水管上设有电磁阀，所述的电磁阀与控制器相连，控制器与数据采集系统相连。

本发明相比现有技术有如下优点：

1、本发明通过在原有的伴热装置中加入真空管集热器组成的太阳能集热阵列和相变储热水箱，在不需要重新修建管线的情况下，即可实现利用太阳能对重油进行昼夜不间断伴热的目的，可操作性强且改造成本低。

2、本发明通过采用相变储热水箱替代原有的保温水箱，具有占地小、储热多、热损失小的特点，并具有更强的灵活性。

3、本发明在采用太阳能集热阵列和锅炉加热的基础上，可有效保存白天太阳能集热阵列采集的热量用于晚上的重油伴热，减少了燃煤的用量和二氧化碳的排放量。

4、本发明通过设置自动控制系统，实现了整套系统的自动操作，并可进行实时监控。

5、本发明通过利用水在系统内的流动过程中，由于温度的不同产生的重力差，进而自然循环，免去在某些敏感场合使用水泵，适用于化工行业中原料储运厂区的要求。

附图说明

附图1为本发明的原理示意图。

其中：1—太阳能集热阵列；2—低温水管；3—高温水管；4—循环水箱；5—除氧设备；6—锅炉；7—伴热管线；8—流量传感器；9—温度传感器；10—控制器；11—数据采集系统；12—水泵；13—电磁阀；14—补水管；15—相变储热水箱。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示：一种用于重油的太阳能昼夜伴热系统，包括采用真空管集热器组成的太阳能集热阵列1，该太阳能集热阵列1的进水口和出水口分别通过低温水管2和高温水管3与循环水箱4相连，循环水箱4通过高温水管3与除氧设备5相连，除氧设备5通过高温水管3与锅炉6相连，锅炉6通过高温水管3与伴热管线7的一端相连，伴热管线7的另一端通过低温水管2与循环水箱4相连；另外锅炉6的出水口通过高温水管3与除氧设备5相连，为除氧设备5提供必要的支持，同时为了保持循环水箱4内的水量，循环水箱4与补水管14相连；高温水通过高温水管3从太阳能集热阵列1依次通过循环水箱4、除氧设备5和锅炉6流向伴热管线7，然后低温水从伴热管线7经过循环水箱4流向太阳能集热阵列1，完成整个循环的同时对重油输送管内的重油进行伴热。另外为了根据高温水的温度控制水的流量，在循环水箱4与太阳能集热阵列1之间的低温水管2上设有流量传感器8；循环水箱4与太阳能集热阵列1之间的高温水管3上设有温度传感器9；循环水箱4与太阳能集热阵列1之间的低温水管2上设有水泵12，该水泵12位于流量传感器8与循环水箱4之间的低温水管2上；循环水箱4与除氧设备5之间的高温水管3上设有电磁阀13，流量传感器8、温度传感器9、水泵12和电磁阀13皆通过线路与控制器10相连，控制器10与数据采集系统11相连，使整个系统实现自动化运行。另外为了防止白天太阳能集热阵列1采集的能量浪费，在循环水箱4与除氧设备5之间设有相变储热水箱15，相变储热水箱15的进水口和出水口分别通过高温水管3与循环水箱4和除氧设备5相连，而且相变储热水箱15与循环水箱4之间的高温水管3上设有电磁阀13，用于控制相变储热水箱15热交换的电磁阀13与控制器10相连，控制器10与数据采集系统11相连；相变储热水箱15的出水口通过低温水管2与循环水箱4相连。

本发明采用的循环水箱4、除氧设备5、锅炉6和相变储热水箱15具体工作原理如下，其中循环水箱4处于太阳能集热阵列1和锅炉6之间以及太阳能集热阵列1和相变储热水箱15之间，与相变储热水箱15一起承担着过渡、缓冲、循环水的作用。在循环水箱4出口处设置的电磁阀13用于调节出水流量，并根据出水温度的需求，不断地调节循环水箱4与太阳能集热阵列1之间的流量；同时循环水箱4的外层布置有保温层，保证水箱内的水的热量不会产生过多的流失。除氧设备5的进水在白天时来自循环水箱4，夜间来自流经相变储热水箱15的水，蒸汽来自锅炉6加热产生的蒸汽，除氧设备5的目的在于可以使进入锅炉6的水满足锅炉用水要求，不会对锅炉6产生腐蚀，进而引发安全隐患。锅炉6的进水来自经过除氧设备5之后的热水，即已经具有一定温度的无氧水；无氧水被加热成为蒸汽之后，流入两个方向：（1）、流入除氧设备5，为除氧提供必要的支持；（2）、流入伴热管线7，用以对重油进行伴热。相变储热水箱15内采用蛇形管布置走水，其余空间装填相变材料，同时外壁出安装保温层，保证热水在储热装置内尽可能多的传递热量。另外设置的控制器10负责根据各个测试点获得温度、流量信息，对整个装置进行流量调节，同时数据采集系统11将数据采集至计算机，供监视运营使用。

本发明的用于重油的太阳能昼夜伴热系统的工作流程分白天工作模式和夜间工作模式两种。其中当整套系统在白天工作时，工作流程如下：水首先在太阳能集热阵列1、循环水箱2之间进行循环加热，然后一部分70-80℃的高温水经高温水管3流入相变储热水箱15，将热传递给相变储热水箱15中的相变材料进行储热；另一部分70-80℃的高温水经高温水管3流入除氧设备5进行除氧，除氧之后进入锅炉6，进而被加热成为蒸汽，而蒸汽也有两个流向：（1）、流入除氧设备5，为除氧这一工艺提供必要的条件，（2）、直接流入伴热管线7，为重油进行伴热；伴热之后的蒸汽会冷凝为水，然后经低温水管2流回循环水箱4，被太阳能集热阵列1重新加热，在装置中重新循环。当遇到阴雨天时，可以适当或全部降低太阳能集热阵列1的加热温度，即降低进入锅炉6的水的温度，或者直接让冷水进入锅炉6。可见，白天工作时，水在太阳能集热阵列1、循环水箱4、相变储热水箱15、除氧设备5、锅炉6和伴热管线7中进行循环，当循环水箱4中的水量降低时，可经由补水管14对循环水箱4进行补水。

其中当整套系统在夜间工作时，工作流程如下：水首先由循环水箱4流入相变储热水箱15，在和相变材料换热之后，温度升高，成为热水，而后流入除氧设备5，进行除氧，除氧之后进入锅炉6，进而被加热成为蒸汽；而蒸汽有两个流向：（1）、流入除氧设备5，为除氧这一工艺提供必要的条件，（2）、直接流入伴热管线7，为重油进行伴热；伴热之后的蒸汽会冷凝为水，然后经低温水管2流回循环水箱4，被太阳能集热阵列1重新加热，在装置中重新循环。若白天太阳能供应不足，未能给晚上的操作提供足够的热量，即降低进入锅炉6的水的温度，或者直接让冷水进入锅炉6。可见，夜间工作时，水在循环水箱4、相变储热水箱15、除氧设备5、锅炉6和伴热管线7中进行循环，当循环水箱4中的水量降低时，可经由补水管14对循环水箱4进行补水。

以上实施例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，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种用于重油的太阳能昼夜伴热系统，包括太阳能集热阵列（1），其特征在于所述太阳能集热阵列（1）的进水口和出水口分别通过低温水管（2）和高温水管（3）与循环水箱（4）相连，循环水箱（4）通过高温水管（3）与除氧设备（5）相连，除氧设备（5）通过高温水管（3）与锅炉（6）相连，锅炉（6）通过高温水管（3）与伴热管线（7）的一端相连，伴热管线（7）的另一端通过低温水管（2）与循环水箱（4）相连。

2.根据权利要求1所述的用于重油的太阳能昼夜伴热系统，其特征在于所述循环水箱（4）与太阳能集热阵列（1）之间的低温水管（2）上设有流量传感器（8），循环水箱（4）与太阳能集热阵列（1）之间的高温水管（3）上设有温度传感器（9），所述的流量传感器（8）和温度传感器（9）分别与控制器（10）相连，控制器（10）与数据采集系统（11）相连。

3.根据权利要求1或2所述的用于重油的太阳能昼夜伴热系统，其特征在于所述的循环水箱（4）与太阳能集热阵列（1）之间的低温水管（2）上设有水泵（12），所述的水泵（12）位于流量传感器（8）与循环水箱（4）之间的低温水管（2）上，水泵（12）与控制器（10）相连，控制器（10）与数据采集系统（11）相连。

4.根据权利要求1或2所述的用于重油的太阳能昼夜伴热系统，其特征在于所述的循环水箱（4）与除氧设备（5）之间的高温水管（3）上设有电磁阀（13），所述的电磁阀（13）与控制器（10）相连，控制器（10）与数据采集系统（11）相连。

5.根据权利要求1所述的用于重油的太阳能昼夜伴热系统，其特征在于所述的循环水箱（4）与补水管（14）相连。

6.根据权利要求1所述的用于重油的太阳能昼夜伴热系统，其特征在于所述的太阳能集热阵列（1）采用真空管集热器组成。

7.根据权利要求1所述的用于重油的太阳能昼夜伴热系统，其特征在于所述锅炉（6）的出水口通过高温水管（3）与除氧设备（5）相连。

8.根据权利要求1所述的用于重油的太阳能昼夜伴热系统，其特征在于所述的循环水箱（4）与除氧设备（5）之间设有相变储热水箱（15），相变储热水箱（15）的进水口和出水口分别通过高温水管（3）与循环水箱（4）和除氧设备（5）相连；相变储热水箱（15）的出水口通过低温水管（2）与循环水箱（4）相连。

9.根据权利要求8所述的用于重油的太阳能昼夜伴热系统，其特征在于所述相变储热水箱（15）与循环水箱（4）之间的高温水管（3）上设有电磁阀（13），所述的电磁阀（13）与控制器（10）相连，控制器（10）与数据采集系统（11）相连。

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