CN104266382A - 一种采用导热油传热的储能式太阳能过热蒸汽锅炉及其制备过热蒸汽的方法 - Google Patents

Abstract

本发明“一种采用导热油传热的储能式太阳能过热蒸汽锅炉及其制备过热蒸汽的方法”，属于太阳能利用技术。其特征在于：包括由传热介质输送管道依次连接呈循环回路的以下几部分：供热装置，传热装置缓冲容器，储热装置和输出装置，传热介质为导热油，储热介质为熔盐。可根据不同的环境要求，选择不同的加热方式，保证在没有阳光的时候也能持续的提供过热蒸汽、蒸汽、热水，经济效益好，环保节能，储热材料可以利用本公司发明的石英砂复合熔盐，降低初期的投资成本。

Description

一种采用导热油传热的储能式太阳能过热蒸汽锅炉及其制备过热蒸汽的方法

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术，特别是一种采用导热油传热的储能式太阳能蒸汽锅炉及其制备蒸汽的方法。 

背景技术

过热蒸汽在生活及工业生产中用途非常广泛。目前的过热蒸汽锅炉一般采用天然气、燃油，电加热来提供热量，但是燃料成本太高，并且产生环境污染。太阳能锅炉成为工业蒸汽制备的首选。但是目前的太阳能锅炉存在一些待解决的缺陷，例如只能白天工作，使得设备利用率降低。为解决这一问题，有些太阳能锅炉在夜间结合采用电加热的方式提高锅炉运行效率；另一方面，目前锅炉普遍采用熔盐作为传热介质，但是熔盐由于凝固点比较高，如果被加热的水初始温度较低或者管道循环压力不足，熔盐在热循环系统中与水换热后容易凝固或在传热表面结晶等造成循环管道堵塞；第三方面，目前的太阳能锅炉产品对于环境要求较高，在有些环境下效率低导致运行成本高。但是尽管存在这些问题，但是由于太阳能取之不尽的特点，如何高效开发利用太阳能，仍然值得人们去探索。 

发明内容

本发明根据上述领域存在的空白和需求，本发明提供一种储能式太阳能过热蒸汽锅炉，能够在不同的环境下保证持续提供过热蒸汽，运行成本低，不容易造成管道堵塞，具体方案如下： 

一种采用导热油传热的储能式太阳能过热蒸汽锅炉，其特征在于： 

包括由传热介质输送管道依次连接呈循环回路的以下几部分：供热装置，传热介质缓冲容器，储热装置和输出装置； 

所述供热装置用于收集太阳能并加热传热介质； 

所述传热介质输送管道用于向储热装置和输出装置输送携带热能的传热介质； 

所述储热装置用于盛装储热介质； 

所述传热介质缓冲容器用于盛装所述循环回路中传热介质； 

所述传热介质输送管道上设置有循环泵，所述循环泵用于为所传热介质在所述传热介质输送管道中循环流动提供动力； 

所述传热介质输送管道用于将传热介质从所述供热装置输送至所述储热装置和所述输出 装置，使得所述储热介质被加热，并使得所述输出装置输出热水或蒸汽或过热蒸汽，最后将释放热能之后的传热介质输送回到供热装置或者所述传热介质缓冲容器； 

所述传热介质为导热油； 

所述输出装置包括通过所述传热介质输送管道依次相连的过热蒸汽发生器、蒸汽发生器以及预热器；使用状态下，传热介质经过热蒸汽发生器流出后进入蒸汽发生器，然后进所述预热器，最后回到供热装置或者传热介质缓冲容器中；所述过热蒸汽发生器用于吸收所述传热介质携带的热量后将被提供的蒸汽加热成过热蒸汽并输出；所述蒸汽发生器用于吸收所述传热介质携带的热量后将被提供的热水加热成蒸汽并输出；所述预热装置用于向所述蒸汽发生器提供预热的热水；所述预热器预热热水的热量部分或全部来源于流经的传热介质中的余热。 

本发明的锅炉中，设置了传热介质缓冲容器，用于缓冲系统压力波动，起到稳压卸荷的作用，在系统内导热油压轻微变化时，能保证系统的压力稳定，使得泵不会因压力的改变而频繁的开启，提高系统的安全性和设备的使用寿命。传热介质采用导热油，还设置了储热装置，用于盛装储热介质。用于本发明的储热介质可以是具有储热功能的熔盐、导热油或其它相变材料。导热油在循环回路中流动并依次与供热装置、储热装置、输出装置发生热交换；阳光充足时，导热油从供热装置获得热能后，流经储热装置使其中的储热介质获得热能并储存下来，流经携热产物输出装置使得其中的水加热成热水；导热油凝固点低，不容易凝固堵塞。夜间或阳光弱时，储热装置中储热介质储存的热量可在相当时间段内向导热油提供热量从而保证导热油持续在循环回路中流动并加热热水。在循环回路中的管道上还装有数量充足的循环泵，为导热油提供循环动力。 

本发明利用熔盐储存热量，保证在没有阳光的时候也能持续的供热水，经济效益好，环保节能。熔盐在传热介质的价格及使用寿命方面具有绝对的优势，；熔盐比热大，储热密度大，前期设备投资成本低；对储热设备的要求低。同时采用导热油进行传热，可以在几乎常压的条件下，可以获得很高的操作温度，即可以大大降低高温加热系统的操作压力和安全要求，提高了系统和设备的可靠性；可以在更宽的温度范围内满足不同温度加热、冷却的工艺需求，或在同一个系统中用同一种导热油同时实现高温加热和低温冷却的工艺要求。即可以降低系统和操作的复杂性；省略了水处理系统和设备，提高了系统热效率，减少了设备和管线的维护工作量。即可以减少加热系统的初投资和操作费用；简而言之，可在低压下进行传热，提高系统的安全性。 

本发明的锅炉中，所述输出装置中，包括过热蒸汽发生器，蒸汽发生器和预热器，蒸汽发生器和预热器的热量可全部地来源与本锅炉的循环回路中的传热介质，也可以部分地来源 与本锅炉循环回路中的传热介质的预热，或同时配备另外一套与本发明类似的锅炉循环回路系统用于提供蒸汽或热水，该另外用于产生预热水的锅炉系统中的输出装置简单地为一个换热器，用于向蒸汽发生器提供预热水。 

优选所述供热装置选自槽式、塔式、线性菲涅尔式采用太阳能光热发电聚集太阳能的装置。 

优选所述供热装置选自槽式、塔式、线性菲涅尔式太阳能光热发电聚集太阳能的装置。可以在不同环境下选择不同的供热装置，使得本发明的锅炉不受使用环境的限制。 

优选所述供热装置至所述传热介质缓冲容器之间的传热介质输送管道上设置有阀门1；在所述输出装置与所述供热装置之间的传热介质输送管道近供热装置一端设置有阀门2。阀门1或阀门2用于调节循环回路中导热油的流动途径或流速。 

优选还设置有一段能避开阀门2，供热装置以及阀门1，并将输出装置与所述传热介质缓冲容器直接连通的传热介质输送管道，该段传热介质输送管道上设置有阀门3。该管道，结合阀门1和2使用，在夜间或阳光太弱时，关闭阀门1和2，开启阀门3，使导热油不流经供热装置，减少热消耗，直接在其余装置之间形成循环回路，利用储热装置的储存热能制备过热蒸汽。 

优选所述储热介质为石英砂复合熔盐。本发明中优选石英砂复合熔盐，见专利申请号201310732738.2，201310040070.5,201310040909.5中所记载的石英砂复合熔盐。具有降低熔盐使用成本的优点。 

优选所述换热器还连接有除氧器。用于除去水中所含的氧，保证给水品质，使锅炉通流部分及换热系统的管路和设备免受腐蚀，延长使用寿命。 

本发明还提供一种制备过热蒸汽的方法，其特征在于，采用如下储能式太阳能热水锅炉对水进行加热并输出； 

所述储能式太阳能热水锅炉包括由传热介质输送管道依次连接呈循环回路的以下几部分：供热装置，传热介质缓冲容器，储热装置和输出装置； 

所述供热装置用于收集太阳能并加热传热介质； 

所述传热介质输送管道用于向储热装置和输出装置输送携带热能的传热介质； 

所述储热装置用于盛装储热介质； 

所述传热介质缓冲容器用于盛装所述循环回路中传热介质； 

所述传热介质输送管道上设置有循环泵，所述循环泵用于为所传热介质在所述传热介质输送管道中循环流动提供动力； 

所述传热介质输送管道用于将传热介质从所述供热装置输送至所述储热装置和所述输出 装置，使得所述储热介质被加热，并使得携带产物输出装置输出热水或蒸汽或过热蒸汽，最后将释放热能之后的传热介质输送回到供热装置或者所述传热介质缓冲罐中； 

所述传热介质为导热油； 

所述储热介质为石英砂复合熔盐； 

所述输出装置包括通过所述传热介质输送管道依次相连的过热蒸汽发生器、蒸汽发生器和预热器；使用状态下传热介质经蒸汽发生器流出后进入所述预热器，最后回到供热装置或者传热介质缓冲容器中；所述过热蒸汽发生器用于吸收所述传热介质携带的热量后将被提供的蒸汽加热成过热蒸汽并输出；所述蒸汽发生器用于吸收所述传热介质携带的热量后将被提供的热水加热成水蒸汽并输出；所述预热器用于向所述蒸汽发生器提供热水；所述预热器预热热水的热量部分或全部来源于流经的传热介质中的余热。 

优选所述供热装置选自槽式、塔式、线性菲涅尔式太阳能光热发电聚集太阳能的装置。 

优选所述供热装置至所述传热介质缓冲容器之间的传热介质输送管道上设置有阀门1；在所述输出装置与所述供热装置之间的传热介质输送管道近供热装置一端设置有阀门2。 

优选还设置有一段能避开阀门2，供热装置以及阀门1，并将输出装置与所述传热介质缓冲容器直接连通的传热介质输送管道，该段传热介质输送管道上设置有阀门3。 

综合所述，本发明提供的太阳能过热蒸汽锅炉，采用太阳能光热发电聚焦太阳能的方式供热，系统的集热效率高，可提高能源的利用率。设置储能系统，保证系统可以24小时持续温度的提供过热蒸汽；利用单罐以及本单位研发的石英砂复合熔盐储能，从设备和材料上都降低了前期的投资成本，并且单罐使得系统的控制更加的简单。置双回路供热系统，降低在夜晚利用储存的能量供热时的热损耗，也能降低导热油泵的动力能耗。在白天有太阳能的时候可关闭输出装置的回路，保证系统可以快速的启动。 

有益效果 

1.本发明采用聚集的太阳能提供的热量作为热源，节能环保。可采用三种方式提供热源：槽式、塔式、线性菲涅尔式太阳能光热发电方式的镜场聚集太阳能。可根据不同的环境要求，选择不同的加热方式。 

2.本发明利用熔盐储存热量，保证在没有阳光的时候也能持续的提供过热蒸汽，经济效益好，环保节能。采用导热油进行传热，不容易造成管道堵塞，锅炉维护成本低。 

3.本发明利用单罐进行静态储热，储热材料可以利用本公司发明的石英砂复合熔盐，降低初期的投资成本。 

附图说明

图1本发明的采用导热油传热的储能式太阳能过热蒸汽锅炉示意图； 

1-传热介质输送管道，2-供热装置(集热器)，3-传热介质缓冲容器(导热油缓冲罐)，4-储热装置(熔盐储存罐)和5-1过热蒸汽发生器，5-2蒸汽发生器，5-3-预热器，6-循环泵，7-1阀门1、7-2阀门2、7-3阀门3，8-除氧器 

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的采用导热油传热的储能式太阳能蒸汽锅炉，包括由传热介质输送管道1依次连接呈循环回路的以下几部分：供热装置2，传热介质缓冲容器3，储热装置4和输出装置；所述供热装置2用于收集太阳能并加热传热介质；所述传热介质输送管道1用于向储热装置4和输出装置输送携带热能的传热介质；所述储热装置4用于盛装储热介质；所述传热介质缓冲容器3用于盛装所述循环回路中传热介质；所述传热介质输送管道上设置有循环泵6，所述循环泵用于为所述传热介质在所述传热介质输送管道1中循环流动提供动力；所述传热介质输送管道1用于将传热介质从所述供热装置输送至所述储热装置4和所述输出装置，使得所述储热介质被加热，并使得输出装置输出蒸汽，最后将释放热能之后的传热介质输送回到供热装置2或者所述传热介质缓冲容器3；所述传热介质为导热油；所述输出装置包括通过所述传热介质输送管道依次相连的过热蒸汽发生器5-1、蒸汽发生器5-2以及预热器5-3；使用状态下，传热介质经过热蒸汽发生器5-1流出后进入蒸汽发生器5-2，然后经所述预热器5-3，最后回到供热装置2或者传热介质缓冲容器3中；所述过热蒸汽发生器5-1用于吸收所述传热介质携带的热量后将被提供的蒸汽加热成过热蒸汽并输出；所述蒸汽发生器5-2用于吸收所述传热介质携带的热量后将被提供的热水加热成蒸汽并输出；所述预热器5-3用于向所述蒸汽发生器5-2提供预热的热水；所述预热器5-3预热热水的热量部分或全部来源于流经的传热介质中的余热。 

本发明的锅炉系统中设置的传热介质缓冲容器用于缓冲系统压力波动，起到稳压卸荷的作用，在系统内导热油压轻微变化时，能保证系统的压力稳定，泵不会因压力的改变而频繁的开启，提高系统的安全性和设备的使用寿命。传热介质采用导热油，还设置了储热装置，用于盛装储热介质。用于本发明的储热介质可以是具有储热功能的熔盐、导热油或其它相变材料。导热油在循环回路中流动并依次与供热装置、储热装置、输出装置发生热交换；阳光充足时，导热油从供热装置获得热能后，流经储热装置使其中的储热介质获得热能并储存下来，流经携热产物输出装置使得其中的水加热成热水；导热油凝固点低，不容易凝固堵塞。夜间或阳光弱时，储热装置中储热介质储存的热量可在相当时间段内向导热油提供热量从而 保证导热油持续在循环回路中流动并加热热水。在循环回路中的管道上还装有数量充足的循环泵，为导热油提供循环动力。 

本发明利用熔盐储存热量，保证在没有阳光的时候也能持续的供热水，经济效益好，环保节能。熔盐比热大，储热密度大，前期设备投资成本低；对储热设备的要求低。同时采用导热油进行传热，可以在几乎常压的条件下，可以获得很高的操作温度；可以在更宽的温度范围内满足不同温度加热、冷却的工艺需求，或在同一个系统中用同一种导热油同时实现高温加热和低温冷却的工艺要求，即可以降低系统和操作的复杂性；省略了水处理系统和设备，提高了系统热效率，减少了设备和管线的维护工作量。 

本发明的锅炉中，所述输出装置包括依次相连的过热蒸汽发生器、蒸汽发生器以及预热器；使用状态下，传热介质经过热蒸汽发生器流出后进入蒸汽发生器，然后进所述预热器，最后回到供热装置或者传热介质缓冲容器中；所述蒸汽发生器产生的蒸汽的热量来源可以部分地来源于本锅炉循环回路中的传热介质的预热，或同时配备另外一套与本发明类似的锅炉循环回路系统，该另外一套系统中的输出装置包括蒸汽发生器和预热器，专门用于向本发明的过热蒸汽锅炉的过热蒸汽发生发生器提供蒸汽。 

本发明的锅炉中所述预热器5-3预热热水的热量来源与本锅炉的循环回路中的传热介质，也可以部分地来源与本锅炉循环回路中的传热介质的预热，或同时配备另外一套与本发明类似热水锅炉循环回路系统，该另外一套系统中的输出装置简单地为一个换热器，专门用于向本发明图1所示的过热蒸汽锅炉中的预热器。 

一些实施例中，优选所述供热装置2选自槽式、塔式、线性菲涅尔式采用太阳能光热发电聚集太阳能的装置。可以在不同环境下选择不同的供热装置，使得本发明的锅炉不受使用环境的限制。塔式比较适合空地面积较大，太阳能资源较好，并且热水需求较大的地方；槽式比较适合阳光资源不是很好，空地面积较小，土地较为平整的地区，线性菲涅尔式叫适合做分布式的居民用水，前期投资成本预算较少的地区。 

一些实施例中，优选所述供热装置2至所述传热介质缓冲容器之间的传热介质输送管道上设置有7-1阀门1；在所述输出装置与所述供热装置1之间的传热介质输送管道近供热装置一端设置有7-2阀门2。阀门1或阀门2用于调节循环回路中导热油的流动途径或流速。 

一些实施例中，优选还设置有一段能避开阀门2，供热装置2以及阀门1，并将输出装置与所述传热介质缓冲容器3直接连通的传热介质输送管道1，该段传热介质输送管道1上设置有7-3阀门3。该管道，结合阀门1和2使用，在夜间或阳光太弱时，关闭阀门1和2，开启阀门3，使导热油不流经供热装置，减少热消耗，直接在其余装置之间形成循环回路，利用储热装置的储存热能制备热水。 

一些实施例中，优选所述储热介质为石英砂复合熔盐。本发明中优选石英砂复合熔盐，见专利申请号201310732738.2,201310040070.5,201310040909.5中所记载的石英砂复合熔盐。具有降低熔盐使用成本的优点。 

大多数实施例中，所述换热器还连接有除氧器8。用于除去水中所含的氧，保证给水品质，使锅炉通流部分及换热系统的管路和设备免受腐蚀，延长使用寿命。 

本发明还提供制备热水的方法的实施例，其特征在于，采用如下上述任一储能式太阳能热水锅炉对水进行加热并输出。 

综上所述，本发明提供的太阳能热水锅炉，采用太阳能光热发电聚焦太阳能的方式供热，系统的集热效率高，可提高能源的利用率。设置储能系统，保证系统可以24小时持续温度的提供过热蒸汽；利用单罐以及本单位研发的石英砂复合熔盐储能，从设备和材料上都降低了前期的投资成本，并且单罐使得系统的控制更加的简单。设置双回路供热系统，降低在夜晚利用储存的能量供热时的热损耗，也能降低导热油泵的动力能耗。在白天有太阳能的时候可关闭输出装置的回路，保证系统可以快速的预热。 

Claims (10)

1.一种采用导热油传热的储能式太阳能过热蒸汽锅炉，其特征在于：

包括由传热介质输送管道依次连接呈循环回路的以下几部分：供热装置，传热介质缓冲容器，储热装置和输出装置；

所述供热装置用于收集太阳能并加热传热介质；

所述传热介质输送管道用于向储热装置和输出装置输送携带热能的传热介质；

所述储热装置用于盛装储热介质；

所述传热介质缓冲容器用于盛装所述循环回路中传热介质；

所述传热介质输送管道上设置有循环泵，所述循环泵用于为所传热介质在所述传热介质输送管道中循环流动提供动力；

所述传热介质输送管道用于将传热介质从所述供热装置输送至所述储热装置和所述输出装置，使得所述储热介质被加热，并使得所述输出装置输出热水或蒸汽，最后将释放热能之后的传热介质输送回到供热装置或者所述输出装置中；

所述传热介质为导热油；

所述输出装置包括通过所述传热介质输送管道依次相连的过热蒸汽发生器、蒸汽发生器以及预热器；使用状态下，传热介质经过热蒸汽发生器流出后进入蒸汽发生器，然后进所述预热器，最后回到供热装置或者传热介质缓冲容器中；所述过热蒸汽发生器用于吸收所述传热介质携带的热量后将被提供的蒸汽加热成过热蒸汽并输出；所述蒸汽发生器用于吸收所述传热介质携带的热量后将被提供的热水加热成蒸汽并输出；所述预热装置用于向所述蒸汽发生器提供预热的热水；所述预热器预热热水的热量部分或全部来源于流经的传热介质中的余热。

2.根据权利要求1所述的采用导热油传热的储能式太阳能过热蒸汽锅炉，其特征在于：

所述供热装置选自槽式、塔式、线性菲涅尔式采用太阳能光热发电聚集太阳能的装置。

3.根据权利要求1或2所述的采用导热油传热的储能式太阳能过热蒸汽锅炉，其特征在于：

所述供热装置至所述传热介质缓冲容器之间的传热介质输送管道上设置有阀门1；在所述输出装置与所述供热装置之间的传热介质输送管道近供热装置一端设置有阀门2。

4.根据权利要求3所述的采用导热油传热的储能式太阳能过热蒸汽锅炉，其特征在于：

还设置有一段能避开阀门2，供热装置以及阀门1，并将输出装置与所述传热介质缓冲容器直接连通的传热介质输送管道，该段传热介质输送管道上设置有阀门3。

5.根据权利要求1～4任一所述的采用导热油传热的储能式太阳能过热蒸汽锅炉，其特征在于：

所述储热介质为石英砂复合熔盐。

6.根据权利要求1～4任一所述的采用导热油传热的储能式太阳能过热蒸汽锅炉，其特征在于：

所述换热器还连接有除氧器。

7.一种制备过热蒸汽的方法，其特征在于，采用如下储能式太阳能过热蒸汽锅炉对提供的蒸汽进行加热并输出过热蒸汽；

所述储能式太阳能热水锅炉包括由传热介质输送管道依次连接呈循环回路的以下几部分：供热装置，传热介质缓冲容器，储热装置和输出装置；

所述供热装置用于收集太阳能并加热传热介质；

所述传热介质输送管道用于向储热装置和输出装置输送携带热能的传热介质；

所述储热装置用于盛装储热介质；

所述传热介质缓冲容器用于盛装所述循环回路中传热介质；

所述传热介质输送管道上设置有循环泵，所述循环泵用于为所传热介质在所述传热介质输送管道中循环流动提供动力；

所述传热介质输送管道用于将传热介质从所述供热装置输送至所述储热装置和所述输出装置，使得所述储热介质被加热，并使得携带产物输出装置输出热水或蒸汽或过热蒸汽，最后将释放热能之后的传热介质输送回到供热装置或者所述输出装置中；

所述传热介质为导热油；

所述储热介质为石英砂复合熔盐；

所述输出装置包括通过所述传热介质输送管道依次相连的过热蒸汽发生器蒸汽发生器和预热器；使用状态下传热介质经蒸汽发生器流出后进入所述预热器，最后回到供热装置或者传热介质缓冲容器中；所述蒸汽发生器用于吸收所述传热介质携带的热量后将被提供的热水加热成水蒸汽并输出；所述预热器用于向所述蒸汽发生器提供热水；所述预热器预热热水的热量部分或全部来源于流经的传热介质中的余热。

8.根据权利要求7所述的制备过热蒸汽的方法，其特征在于：

所述供热装置选自槽式、塔式、线性菲涅尔式采用太阳能光热发电聚集太阳能的装置。

9.根据权利要求7或8所述的制备过热蒸汽的方法，其特征在于：

所述供热装置至所述传热介质缓冲容器之间的传热介质输送管道上设置有阀门1；在所述输出装置与所述供热装置之间的传热介质输送管道近供热装置一端设置有阀门2。

10.根据权利要求8所述的制备过热蒸汽的方法，其特征在于：

还设置有一段能避开阀门2，供热装置以及阀门1，并将输出装置与所述传热介质缓冲容器直接连通的传热介质输送管道，该段传热介质输送管道上设置有阀门3。