CN102767813B - 电加热高温导热油蓄热蒸汽锅炉及出口蒸汽温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电加热高温导热油蓄热蒸汽锅炉及出口蒸汽温度控制方法，锅炉包括锅炉本体、设置于锅炉本体上端的上封头和设置于锅炉本体下端的下封头；若干对流管束连接固定于锅炉内的上管板和下管板之间；锅炉本体、上管板、下管板和若干对流管束之间形成容置空间；导热油入口管开于锅炉本体上端侧面，并与容置空间连通；下封头内安装有多孔钢板；下封头在多孔钢板的下方侧壁处安装有进水管；蒸汽出口管安装于上封头侧面；容置空间内具有搅拌器；若干电加热器周向均匀安装于锅炉本体的炉壁上。本发明锅炉出口蒸汽品质可控、容器在常压下工作、体积小、成本低、工作安全、节能环保，有利于推广应用，极大推动了蓄热锅炉的发展。
Description
技术领域
本发明属于蓄热锅炉技术领域，特别是涉及到一种电加热高温导热油蓄热蒸汽锅炉及其出口蒸汽温度控制方法。
背景技术
长期以来，我国电力供应一直处于比较紧张的状态。近年来，由于国民经济结构调整和电力建设的加速发展，电力供应紧张的局面趋于缓和，相当一部分地区出现了电力过剩。一些地区电力部门从调节电网负荷的角度出发开始鼓励发展以电为加热源的供热供汽方式，一些特大型城市为了提高城市大气环境质量也开始发展电加热供热供汽方式。2011年5月，西安市规定的峰谷电价为，一般工商业用电，高峰期电价为1.2281元/度，低谷期电价为0.4366元/度，可以看出，峰谷电价相差0.7915元/度，而平段电价为0.8323元/度，峰谷电价差与平段电价相差较小，因此低谷电的利用对于节省成本，提高经济效益至关重要。随着电网峰谷电价比差越来越大，电加热供热供汽技术，特别是蓄热的电加热供热供汽技术越来越受到社会的青睐。
随着电网峰谷电价比差越来越大，电加热供热供汽技术，特别是蓄热的电加热供热供汽技术将会越来越受到社会的青睐。
蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，旨在解决热能供求之间在时间和空间上不匹配的矛盾，因而是提高能源利用率的一种能源新技术。蓄热技术在太阳能利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，目前已成为世界范围内的研究热点。
在区域供热供汽领域中，利用蓄热器将暂时不用或多余的热能通过一定的介质储存起来。在用电高峰期，通过一定的方式将储存起来的热能输出，实现了资源的合理分配与利用。蓄热技术的应用不仅改善了该区域内热能的利用现状，起到节能减排的重要意义，同时还可以有效调节热网的热量输出，提高热网的运行效率，增强热网的安全性和稳定性，具有重要的现实意义和应用价值。
目前蓄热的电加热供热供汽技术得到了广泛的应用，也设计生产出了多种蓄热结构，如相变蓄热器，蒸汽蓄热器等。这些蓄热器都能起到一定的蓄热效果，达到了一定的资源的合理利用的效果，但是还存在以下问题：
（1）对于相变蓄热器，蓄热过程和放热过程是通过蓄热介质发生相变完成的，但由于蓄热介质发生相变的温度范围比较小，因此很难控制工质与蓄热介质之间的换热量，难以保证出口蒸汽的稳定输出。
（2）对于有机介质蓄热器，随着换热的进行，有机介质的温度会逐渐降低，因此会降低有机介质与工质的换热强度，从而影响蒸汽或热水工质的稳定输出。
（3）对于蒸汽蓄热器，其蓄热量与充热放热过程的压差成正比。在相同的压差下，蓄热量随着放热压力（用户需求压力）的提高而降低。蓄热量降低，则需要通过增加蓄热器体积来保证所需的蓄热量，就会出现蓄热器体积较大的情况。
扩大充热和放热的压差可以增大蓄热量，但充热蒸汽的压力受到供汽锅炉工作压力的限制。另一方面，充热压力增大后蓄热器筒体的壁厚势必要增加，制造费用随之增大。
（4）目前所涉及到的蓄热器，没有汽包结构及汽水分离器，难以保证出口蒸汽的品质。
鉴于上述因素制约了电加热蓄热器的广泛应用，因此一些新型的电加热高温导热油蓄热蒸汽锅炉其控制方法正在开发之中。
发明内容
本发明的目的是解决现有的电加热蓄热器不能很好地控制出口工质的温度以及由于蓄热器承压且体积较大给制造与安装带来困难等问题，提供一种结构新颖、出口蒸汽品质可控、体积小、工作安全、生产成本低、节能环保的电加热高温导热油蓄热蒸汽锅炉，并通过增加搅拌器转速的方法有效控制出口蒸汽温度，得到参数稳定、品质优良的蒸汽。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电加热高温导热油蓄热蒸汽锅炉，包括锅炉本体、设置于锅炉本体上端的上封头和设置于锅炉本体下端的下封头；锅炉内上下设置有上管板和下管板；若干对流管束连接固定于上管板和下管板之间；锅炉本体、上管板、下管板和若干对流管束之间形成一个容置导热油的容置空间；导热油入口管开于锅炉本体上端侧面，并与所述容置空间连通；导热油缓冲罐连通所述容置空间；导热油缓冲罐接口与上管板之间用金属波纹管连接；下封头内安装有多孔钢板；下封头在多孔钢板的下方侧壁处安装有进水管；蒸汽出口管安装于上封头侧面；容置空间内具有搅拌器；若干电加热器周向均匀安装于锅炉本体的炉壁上。
本发明进一步的改进在于：上封头内安装有汽水分离器与均汽板。
本发明进一步的改进在于：上封头的下侧面设有液位计接口。
本发明进一步的改进在于：上封头与上管板之间安装有金属套管；搅拌器转轴穿过金属套管与上封头外部的电动机联轴器相连，金属套管与搅拌器之间设有密封圈。
本发明进一步的改进在于：锅炉的容置空间内装有高温导热油作为蓄热介质，高温导热油为氢化三联苯或二苄基甲苯有机导热油。
本发明进一步的改进在于：上管板的形状为两边低中间凸，中间设有凸台，凸台与水平方向的夹角为5°~13°。
本发明进一步的改进在于：锅炉本体外周设有保温层；上封头、下封头由螺栓通过法兰安装于锅炉本体；锅炉本体的下部侧壁上设有导热油排出管；下封头底部设有排污管。
本发明进一步的改进在于：所述电加热高温导热油蓄热蒸汽锅炉还设有监测出口蒸汽温度的温度监测器，温度监测器将出口蒸汽温度反馈给中央处理器，中央处理器控制电动机转速以调整搅拌器的转速，改变导热油与对流管束的对流换热系数，稳定出口蒸汽温度。
电加热高温导热油蓄热蒸汽锅炉的出口蒸汽温度控制方法，包括以下步骤：在需要蒸汽输出时，打开进水管的阀门，通过水泵增压使工质从下至上穿过对流管束；在工质穿过对流管束的过程中，高温导热油对工质进行加热，得到预定工况的蒸汽；蒸汽进入上封头通过汽水分离器、蒸汽出口管引出，完成放热过程；蓄热锅炉在工作中，导热油的温度会逐渐降低，其与对流管束之间的对流换热减弱，出口蒸汽温度下降；通过不断增大搅拌器的转速，强化导热油与对流管束间的对流换热，使出口蒸汽温度稳定。
本发明进一步的改进在于：蓄热锅炉出口蒸汽温度通过温度监测器监测，温度监测器将出口蒸汽温度反馈给中央处理器，中央处理器控制电动机转速以调整搅拌器的转速，改变导热油与对流管束的对流换热系数，稳定出口蒸汽温度。
相对于现有技术，本发明所述的一种电加热高温蓄热蒸汽锅炉及其控制方法，具有以下有益效果：
（1）实现了蒸汽的高品质稳定输出。由于导热油在工作过程中，温度会逐渐降低，从而影响出口蒸汽的温度与品质。本发明在结构上采用了导热油搅拌器，同时配置汽水分离器。在蓄热锅炉工作过程中，出口蒸汽温度通过温度监测器监测，自动调节搅拌器的转速，以强化导热油与对流管束的对流换热系数，从而强化对流换热，实现对出口蒸汽工况的稳定控制以及高品质蒸汽的输出。
（2）提高了蓄热锅炉工作安全性。本发明采用高温导热油作为蓄热介质，蓄热锅炉的工作温度低于导热油的沸点，因此蓄热锅炉本体处于常压下工作，提高了蓄热锅炉的工作安全性。
（3）蓄热锅炉体积小，制造成本低。相比于以水为蓄热介质的蒸汽蓄热器，本技术由于不需要通过增加充热过程与放热过程的压差来保证蓄热量，因此，蓄热锅炉的体积是较小。例如，用户得到的饱和蒸汽参数为：P=0.7MPa，蒸汽流量q=0.11t/h。若利用以水为蓄热介质的蒸汽蓄热器，在充热压力P`=1.0MPa的情况下，蓄热器的容积为50m3。若采用本技术的蓄热锅炉，通过计算，锅炉本体的容积只需要15m3，容积缩小了70%。若生产蓄热器的钢材按4620元/吨计算，则生产成本将节省10.9万元，节省率为69%。因此本蓄热锅炉能有效地降低容积，降低锅炉生产成本。
（4）导热油不易被氧化。在本发明所述的一种电加热高温导热油蓄热蒸汽锅炉开有导热油缓冲罐接口，与导热油缓冲罐相连。缓冲罐内装有一定容量的与锅炉本体内相同的导热油。锅炉本体内的导热油在工作过程中由于温度的下降体积减小，缓冲罐中的导热油可以及时地给予补充，从而使对流管束始终完全浸没在导热油当中，保证了换热面积的恒定，有利于蒸汽的稳定输出。同时，导热油缓冲罐能够起到吸收膨胀的导热油。此外，在排除蓄热锅炉本体内的空气时，缓冲罐能够起到彻底排除锅炉本体内空气的作用，从而使导热油与空气完全隔离，不易被氧化，提高了油热油的利用率。
综上所述，利用所述的电加热高温蓄热蒸汽锅炉及其控制方法，能有效控制出口蒸汽工况，保证高品质蒸汽的输出，蓄热锅炉工作安全、体积小、生产成本低、节能环保，有利于蓄热锅炉的推广与应用，极大地推动了蓄热锅炉的发展。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1是电加热高温蓄热蒸汽锅炉的结构示意图。
图2是电加热高温蓄热蒸汽锅炉的结构示意图A-A剖视图。
图3是电加热高温蓄热蒸汽锅炉的结构示意图B-B剖视图。
图4是电加热高温蓄热蒸汽锅炉的结构示意图C向视图。
图5是电加热高温蓄热蒸汽锅炉的控制方法示意图。
图6是导热油温度、搅拌器转速与加热时间的关系图。
图中，1、进水管；2、保温层；3、导热油入口管；4、上封头；5、导热油缓冲罐接口；6、金属波纹管；7、汽水分离器；8、金属套管；9、电动机联轴器；10、蒸汽出口管；11、均汽板；12、液位计接口；13、上管板；14、对流管束；15、搅拌器；16、电加热器；17、导热油排出管；18、下管板；19、多孔钢板；20、排污管；40、下封头；100、锅炉本体；130、凸台。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，对本发明作进一步说明。
请参阅图1所示，本发明一种电加热高温导热油蓄热蒸汽锅炉，包括锅炉本体100、安装于锅炉本体100上端的上封头4和安装于锅炉本体100下端的下封头40。锅炉本体100外周设有保温层2。
进水管1与排污管20安装于下封头40上，多孔钢板19安装于下封头40内部；对流管束14与锅炉上、下管板（13、18）连接；导导热油入口管3开于锅炉本体100上端侧面；导热油缓冲罐接口5与上管板13之间用金属波纹管6连接；汽水分离器7与均汽板11安装在上封头4内；蒸汽出口管10安装于上封头4侧面；液位计接口12开于上封头4下侧面；金属套管8安装于上封头4与上管板13之间；搅拌器15转轴穿过金属套管8与电动机联轴器9相连，金属套管8与搅拌器15之间设有密封圈，防止导热油进入上封盖4；多个电加热器16周向均匀安装于锅炉本体100的炉壁上；上、下封头（4、40）由螺栓通过法兰安装于锅炉本体100上。锅炉本体100的下部侧壁上设有导热油排出管17。
锅炉内装有高温导热油作为蓄热介质，高温导热油为氢化三联苯或二苄基甲苯有机导热油，导热油的最高工作温度为350℃；通过调节搅拌器15的转速，实现对出口蒸汽工况的控制；在锅炉上封头4开有导热油缓冲罐接口5，用于连接导热油缓冲罐；锅炉上管板13的形状为两边低中间凸，中间设有凸台130，凸台130与水平方向的夹角为5°~13°。
本发明的电加热蓄热锅炉的工作流程如下：在锅炉开始工作时，由电加热器16对位于锅炉本体100、上管板13、下管板18和对流管束14之间的导热油进行加热，使导热油达到预定温度，停止加热，完成蓄热。蓄热时，进水管1的阀门关闭，以保证导热油升温过程中，对流管束14内没有受热工质。在需要蒸汽输出时，打开进水管1的阀门，通过水泵增压使工质从下至上穿过对流管束14。在工质穿过对流管束14的过程中，高温导热油对工质进行加热，得到预定工况的蒸汽。蒸汽进入上封头4，通过汽水分离器7，得到具有一定干度的蒸汽，这部分蒸汽通过蒸汽出口管10引出，加以利用，完成放热过程。蓄热锅炉在工作中，导热油的温度会逐渐降低，其与对流管束14之间的对流换热减弱，出口蒸汽参数下降。
为了使出口蒸汽参数一直保持在设定值，可通过增大搅拌器15的转速，以此来强化导热油与对流管束14间的对流换热，从而有效实现了出口蒸汽工况的稳定控制。请参阅图5所示，本发明在蓄热锅炉工作过程中，出口饱和蒸汽温度通过温度监测器监测，温度监测器将出口蒸汽温度反馈给中央处理器，转速传感器将控制搅拌器旋转速度的电动机的转速反馈给中央处理器，中央处理器控制电动机转速以调整搅拌器的转速，以强化导热油与对流管束的对流换热系数，从而强化对流换热，实现对出口蒸汽工况的稳定控制以及高品质蒸汽的输出。
图6说明了导热油温度、搅拌器转速与加热时间的关系。从图中可以看出，随着加热时间的延长，导热油的温度逐渐下降，为了保持出口蒸汽的稳定输出，需要增加搅拌器的转速来强化导热油与对流管束之间的对流换热。因此，随着导热油温度的下降，搅拌器的转速不断增加，并且随反应时间呈抛物线状增加。在蓄热锅炉刚开始工作时，其温度为350℃，此时搅拌器的转速为0.23m/s；当加热时间为12h时，此时搅拌器的转速达到最大值15.6m/s。在整个加热过程中，通过增加搅拌器的转速，使出口蒸汽温度达到稳定。
本发明一种电加热高温导热油蓄热蒸汽锅炉的参数：
(1)蓄热时间：8小时波谷时间；
(2)工质出口工况：产生1.1吨0.7Mpa饱和蒸汽；
(3)饱和蒸汽供应时间：10小时。
Claims (5)
1.电加热高温导热油蓄热蒸汽锅炉的出口蒸汽温度控制方法，其特征在于，所述电加热高温导热油蓄热蒸汽锅炉包括锅炉本体(100)、设置于锅炉本体(100)上端的上封头(4)和设置于锅炉本体(100)下端的下封头(40)；锅炉内上下设置有上管板(13)和下管板(18)；若干对流管束(14)连接固定于上管板(13)和下管板(18)之间；锅炉本体(100)、上管板(13)、下管板(18)和若干对流管束(14)之间形成一个容置导热油的容置空间；导热油入口管(3)开于锅炉本体(100)上端侧面，并与所述容置空间连通；导热油缓冲罐连通所述容置空间；导热油缓冲罐接口(5)与上管板(13)之间用金属波纹管(6)连接；下封头(40)内安装有多孔钢板(19)；下封头(40)在多孔钢板(19)的下方侧壁处安装有进水管(1)；蒸汽出口管(10)安装于上封头(4)侧面；容置空间内具有搅拌器(15)；若干电加热器(16)周向均匀安装于锅炉本体(100)的炉壁上；
上封头(4)内安装有汽水分离器(7)与均汽板(11)；
上封头(4)与上管板(13)之间安装有金属套管(8)；搅拌器(15)转轴穿过金属套管(8)与上封头(4)外部的电动机联轴器(9)相连，金属套管(8)与搅拌器(15)之间设有密封圈；
锅炉的容置空间内装有高温导热油作为蓄热介质，高温导热油为氢化三联苯或二苄基甲苯有机导热油；
所述出口蒸汽温度控制方法包括以下步骤：
在需要蒸汽输出时，打开进水管(1)的阀门，通过水泵增压使工质从下至上穿过对流管束(14)；在工质穿过对流管束(14)的过程中，高温导热油对工质进行加热，得到预定工况的蒸汽；蒸汽进入上封头(4)通过汽水分离器(7)、蒸汽出口管(10)引出，完成放热过程；蓄热蒸汽锅炉在工作中，导热油的温度会逐渐降低，其与对流管束(14)之间的对流换热减弱，出口蒸汽温度下降；通过不断增大搅拌器(15)的转速，强化导热油与对流管束(14)间的对流换热，使出口蒸汽温度稳定。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，蓄热蒸汽锅炉出口蒸汽温度通过温度监测器监测，温度监测器将出口蒸汽温度反馈给中央处理器，中央处理器控制电动机转速以调整搅拌器的转速，改变导热油与对流管束的对流换热系数，稳定出口蒸汽温度。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，上封头(4)的下侧面设有液位计接口(12)。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，上管板(13)的形状为两边低中间凸，中间设有凸台(130)，凸台(130)与水平方向的夹角为5°～13°。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，锅炉本体(100)外周设有保温层(2)；上封头(4)、下封头(40)由螺栓通过法兰安装于锅炉本体(100)；锅炉本体(100)的下部侧壁上设有导热油排出管(17)；下封头(40)底部设有排污管(20)。
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