CN107062173A - 低谷电蓄热锅炉及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了低谷电蓄热锅炉及其使用方法，包括：汽包和蓄热罐体；蓄热罐体内设有加热蓄热介质的电加热装置，电加热装置与供电系统相连；蓄热罐体内设有绝热隔板和换热面积可调的换热装置，绝热隔板将蓄热罐体分成两个腔体，两个腔体内的蓄热介质相流通；换热装置的释热介质入口设置在蓄热罐体上，释热介质出口设置在汽包内；汽包的顶部设有蒸汽出口和稳压阀，汽包与释热介质入口之间连接有回水通路。本发明提高了电能的利用效率，在储热阶段，利用夜间廉价的低谷电能对蓄热罐体内蓄热介质进行加热，白天用储存的热能提供所需蒸汽，解决了电网的峰谷问题，同时缓解了传统能源燃烧带来的污染问题，对于改善雾霾天气具有十分重要的意义。

Description

低谷电蓄热锅炉及其使用方法

技术领域

本发明涉及电网低谷电的有效利用技术领域，尤其涉及低谷电蓄热锅炉及其使用方法。

背景技术

国内雾霾问题引起了世界的广泛关注，能源消耗带来的雾霾问题聚焦了人们的视线。解决雾霾问题的一个有效途径就是推进能源结构调整，减少能源的浪费。

“十三五”期间，在“弃风弃电”愈演愈烈的背景下，燃煤锅炉带来的能源消耗和环境污染却越来越严重。为了减少能源消耗，同时缓解出现的雾霾问题，国家出台了“煤改电”政策。为此，工业过程将很多燃煤小锅炉改为电加热锅炉，大量电加热锅炉的使用，不仅增加了电网的峰谷差，对电网安全造成威胁，而且增加了用户的电能消耗费用。如果采用蓄热介质将晚上的低谷电以热能形式储存起来，用于白天的工业使用，不仅可以改善电网的峰谷差，减少电能浪费，还可为用户节省电能消耗产生的巨额能源费用。因此，低谷电蓄热锅炉对于提高能源利用效率，改善电网峰谷差，改善环境具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了改善电网峰谷差，节省用户电能消耗，提出了一种利用夜间低谷电蓄热，白天产生蒸汽的低谷电蓄热锅炉及其使用方法，以提高电网低谷电的电能利用效率，充分利用能源，增强电网的输电能力，并大幅度降低蒸汽产生成本。

为实现上述目的，本发明提供一种低谷电蓄热锅炉，包括：汽包和填充有蓄热介质的蓄热罐体；

所述蓄热罐体内设有用于加热蓄热介质的电加热装置，所述电加热装置与供电系统相连；

所述蓄热罐体内设有绝热隔板和换热面积可调的换热装置，所述绝热隔板将所述蓄热罐体分成两个腔体，两个腔体内的蓄热介质相流通；所述换热装置的释热介质入口设置在所述蓄热罐体上，释热介质出口设置在所述汽包内；

所述汽包的顶部设有蒸汽出口和稳压阀，所述汽包上连接有用于将汽包内的高温释热介质回流至释热介质入口的回水通路。

作为本发明的进一步改进，所述换热装置是由多个串联或并联的换热器组成，所述换热器包括螺旋盘管换热器、蛇形盘管换热器和U形管换热器的一种。

作为本发明的进一步改进，所述换热装置还包括控制单个换热器工作或多个换热器同时工作的阀门组。

作为本发明的进一步改进，所述回水通路上安装有回流阀门，所述蒸汽出口上安装有控压阀，所述控压阀开启的压力值小于所述稳压阀开启的压力值。

作为本发明的进一步改进，所述绝热隔板的导热系数小于0.5W/(m·K)，所述绝热隔板包括圆筒形绝热隔板和方形绝热隔板的一种。

作为本发明的进一步改进，所述蓄热介质包括熔盐和导热油中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述释热介质为水。

作为本发明的进一步改进，所述蓄热罐体的外表面套有保温层，所述保温层的导热系数小于0.5W/(m·K)。

作为本发明的进一步改进，所述电加热装置包括加热棒、加热环和加热板中的一种，所述电加热装置布置在所述蓄热罐体底部、蓄热罐体周围或与所述绝热隔板布置为一体。

本发明还提供一种低谷电蓄热锅炉的使用方法，包括：蓄热阶段和放热阶段；

蓄热阶段：

利用夜间廉价的低谷电，供电系统通过电加热装置对蓄热罐体内的蓄热介质进行加热；

放热阶段：

在放热的初始阶段，蓄热介质的温度较高，通过阀门组控制单个换热器工作；释热介质流进一个换热器，产生高温蒸汽进入汽包内，在汽包内实现汽液分离；当汽包内的压力达到控压阀的开启值时，分离后的蒸汽从蒸汽出口排出，提供给用户，分离后的高温释热介质储存在汽包底部；

当蓄热介质的温度降低到不足以产生足够的蒸汽时，通过阀门组控制两个或多个换热器同时工作，增大换热面积；释热介质流进两个或多个换热器，产生高温蒸汽进入汽包内，高温蒸汽加热汽包内的高温释热介质，使其汽化；当汽包内的压力达到控压阀的开启值时，分离后的蒸汽从蒸汽出口排出，提供给用户，分离后的高温释热介质储存在汽包底部；同时，当汽包内的压力过高时，通过稳压阀对汽包进行释压保护，以达到控制蒸汽温度和流量的目的；

随着蓄热介质的温度不断降低，汽包内的液位也不断升高，当汽包内高温释热介质的液位达到一定高度时，通过回水通路将高温释热介质引入释热介质入口，与释热介质入口的低温释热介质混合，提高释热介质的入口温度，使得蒸汽出口温度达到设计值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、低谷电蓄热锅炉是一种带有蓄热装置的锅炉，其结构简单紧凑、使用方便、温度可控；

2、低谷电蓄热锅炉使用成本较低，利用夜晚的低谷电进行蓄热，白天提供所需的蒸汽；

3、工作的温度区间较广，根据用户实际的温度范围需求，选择合理的蓄热介质，蓄热罐内的蓄热介质处于温度可调的范围，既减少了能源浪费，又满足了用户需求；

4、解决了电网的峰谷问题，使低谷电得到合理的利用，缓解了城市污染。

附图说明

图1为本发明实施例1公开的低谷电蓄热锅炉的结构图；

图2为本发明实施例2公开的低谷电蓄热锅炉的结构图；

图3为本发明实施例3公开的低谷电蓄热锅炉的结构图；

图4为本发明实施例4公开的低谷电蓄热锅炉的结构图；

图5为本发明实施例5公开的低谷电蓄热锅炉的结构图；

图6为本发明实施例6公开的低谷电蓄热锅炉的结构图。

图中：

1、蓄热罐体；2、汽包；3、电加热装置；4、供电系统；5、绝热隔板；6、第一换热器；7、第二换热器；8、释热介质入口；9、释热介质出口；10、蒸汽出口；11、稳压阀；12、回水通路；13、第一阀门；14、第二阀门；15、回流阀门；16、保温层。

具体实施方式

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

本发明提供一种低谷电蓄热锅炉，包括：具有汽液分离功能的汽包和填充有蓄热介质的蓄热罐体；

蓄热罐体内设有用于加热蓄热介质的电加热装置，电加热装置与市电网的供电系统相连，供电系统通过夜间的低谷电供电加热装置工作；

蓄热罐体内设有绝热隔板和换热面积可调的换热装置，绝热隔板将蓄热罐体分成两个腔体，两个腔体内的蓄热介质相流通，通过设置绝热隔板可实现蓄热罐体内冷热蓄热介质的对流，保证蓄热介质温度均衡；换热装置的释热介质入口设置在蓄热罐体底部，释热介质出口设置在汽包内；换热装置是由多个串联或并联的换热器组成，换热器包括螺旋盘管换热器、蛇形盘管换热器和U形管换热器的一种，换热装置还包括控制单个换热器工作或多个换热器同时工作的阀门组；

汽包的顶部设有蒸汽出口和稳压阀，蒸汽出口上安装有控压阀，控压阀开启的压力值小于稳压阀开启的压力值；汽包上连接有用于将汽包内的高温释热介质回流至释热介质入口的回水通路，回水通路上安装有回流阀门；当汽包内的释热介质液位达到设定高度时，开启回流阀门。

优选的，绝热隔板的导热系数小于0.5W/(m·K)，绝热隔板包括圆筒形绝热隔板和方形绝热隔板的一种。

优选的，蓄热介质包括熔盐和导热油中的一种。

优选的，释热介质为水。

优选的，蓄热罐体的外表面套有保温层，保温层的导热系数小于0.5W/(m·K)。

优选的，电加热装置包括加热棒、加热环和加热板中的一种，电加热装置布置在蓄热罐体底部、蓄热罐体周围或与绝热隔板布置为一体。

本发明还提供一种低谷电蓄热锅炉的使用方法，包括：蓄热阶段和放热阶段；

蓄热阶段：

利用夜间廉价的低谷电，供电系统通过电加热装置对蓄热罐体内的蓄热介质进行加热；

放热阶段：

在放热的初始阶段，蓄热介质的温度较高，通过阀门组控制单个换热器工作；释热介质流进一个换热器，产生高温蒸汽进入汽包内，在汽包内实现汽液分离；当汽包内的压力达到控压阀的开启值时，分离后的蒸汽从蒸汽出口排出，提供给用户，分离后的高温释热介质储存在汽包底部；

当蓄热介质的温度降低到不足以产生足够的蒸汽时，通过阀门组控制两个或多个换热器同时工作，增大换热面积；释热介质流进两个或多个换热器，产生高温蒸汽进入汽包内，高温蒸汽加热汽包内的高温释热介质，使其汽化；当汽包内的压力达到控压阀的开启值时，分离后的蒸汽从蒸汽出口排出，提供给用户，分离后的高温释热介质储存在汽包底部；同时，当汽包内的压力过高时，通过稳压阀对汽包进行释压保护，以达到控制蒸汽温度和流量的目的；

随着蓄热介质的温度不断降低，汽包内的液位也不断升高，当汽包内高温释热介质的液位达到一定高度时，通过回水通路将高温释热介质引入释热介质入口，与释热介质入口的低温释热介质混合，提高释热介质的入口温度，使得蒸汽出口温度达到设计值。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

实施例1：

如图1所示，本发明提供一种低谷电蓄热锅炉，包括：蓄热罐体1、汽包2、电加热装置3、供电系统4、绝热隔板5、第一换热器6、第二换热器7、释热介质入口8、释热介质出口9、蒸汽出口10、稳压阀11、回水通路12、第一阀门13、第二阀门14、回流阀门15和保温层16；其中：第一换热器6、第二换热器7共同构成换热装置，第一阀门13、第二阀门14共同构成阀门组，通过控制第一阀门13、第二阀门14的开闭实现第一换热器6的单独接入或第一换热器6、第二换热器7共同接入，从而实现换热装置的换热面积可调。

本发明的蓄热罐体1可根据生产需求使用不同形状的罐体，蓄热罐体1的外表面上套有保温层16，保温层的导热系数小于0.5W/(m·K)；蓄热罐体1内填充有蓄热介质，蓄热介质可以为熔盐、导热油、或其他蓄热介质。蓄热罐体1内设有用于加热蓄热介质的电加热装置3，电加热装置3与市电网的供电系统4相连，可以利用夜间廉价的低谷电能对蓄热罐体内的蓄热介质蓄热，其蓄热过程是通过电加热装置3将晚上的低谷电能转为蓄热介质的高温热能，储存在蓄热罐体内。其中，电加热装置3可以为加热棒、加热环或加热面，电加热装置3可以单独布置在蓄热罐体1底部，也可以布置在蓄热罐体1周围，还可以与绝热隔板5布置为一体。

本发明的汽包2固定安装在蓄热罐体1的顶部，并与蓄热罐体1形成一个整体，汽包2具有汽液分离功能；在汽包2的顶部设有稳压阀11和蒸汽出口10，稳压阀11用来控制汽包2内的压力，当汽包内的压力达到一定压力值时，稳压阀11开启，汽包内的蒸汽通过稳压阀11进行释压，稳压阀11对汽包起到保护作用；蒸汽出口10可用于将汽包产生的蒸汽从蒸汽出口放出，提供给用户；同时，为了保证蒸汽出口10处的蒸汽温度，本发明可在蒸汽出口10上设有用于检测汽包内压力的控压阀，根据蒸汽温度设定好控制蒸汽出口开启的控压阀的压力值，控压阀开启的压力值小于稳压阀开启的压力值；用户还可在蒸汽出口上设有手动总阀，当手动总阀开启后，控压阀控制的蒸汽出口才能正常工作。

本发明在蓄热罐体1内设有绝热隔板5和换热装置，绝热隔板5的导热系数小于0.5W/(m·K)，绝热隔板可为圆筒形绝热隔板或方形绝热隔板；换热装置是由第一换热器6、第二换热器7串联构成，第一换热器6、第二换热器7可为螺旋盘管换热器、蛇形盘管换热器或U形管换热器；其中，该实施例选用的绝热隔板5为圆筒形绝热隔板，第一换热器6、第二换热器7为螺旋盘管换热器。

本发明的绝热隔板5布置在蓄热罐体1中部，并与蓄热罐体同轴布置；绝热隔板5其上下端开口，将蓄热罐体1分为环内腔和环外腔，环内腔与环外腔之间的蓄热介质可相互流通，绝热隔板5使蓄热罐体内的蓄热介质产生对流；相串联的第一换热器6、第二换热器7布置在圆筒形绝热隔板5与蓄热罐体1之间的环形通道内，即环外腔中。第一换热器6、第二换热器7均由入口、出口及换热段组成，第一换热器6、第二换热器7内流经与蓄热介质进行换热的释热介质，释热介质优选水。第一换热器6的入口设置在蓄热罐体的底部的外侧，其作为换热装置的释热介质入口8，第一换热器6的换热段设置在圆筒形绝热隔板5与蓄热罐体1之间的环形通道内，第一换热器6的出口设置在汽包2内，其作为一个释热介质出口9；第二换热器7的入口连通在第一换热器6的换热段及出口之间，第二换热器7的换热段设置在圆筒形绝热隔板5与蓄热罐体1之间的环形通道内，第二换热器7的出口设置在汽包2内，其作为另一个释热介质出口9。

第一换热器6在第一换热器的出口与第二换热器入口之间的管路上设有第一阀门13，第二换热器7在第二换热器的入口及换热段之间设有第二阀门14。使用时，开启第一阀门13、关闭第二阀门14，则第一换热器6单独工作；关闭第一阀门13、开启第二阀门14，则第一换热器6、第二换热器7同时工作，增大了换热面积；本发明可通过控制第一阀门13、第二阀门14实现换热面积的调节。

本发明还在汽包2与释热介质入口8之间设有回水通路12，回水通路12上设有回流阀门15；本发明还可在回水通路12的入口处设有液位传感器，液位传感器与回流阀门15相连。使用时，当汽包2内的水位达到一定高度时，回流阀门15开启，汽包2内的高温释热介质回流至释热介质入口8，与释热介质入口8处的低温释热介质共同混合进入蓄热罐体1内。

该实施例低谷电蓄热锅炉的使用方法为：

蓄热阶段：

利用夜间廉价的低谷电，供电系统4通过电加热装置3对蓄热罐体内的蓄热介质熔盐加热到所需温度，将晚上的低谷电能转为蓄热介质的高温热能，储存在蓄热罐体1内。

放热阶段(白天提供蒸汽时)：

在放热的初始阶段，蓄热介质的温度较高，开启第一阀门13、关闭第二阀门14，释热介质(水)通过释热介质入口8流经第一换热器6，释热介质(水)与蓄热罐体1内的蓄热介质进行换热，释热介质(水)产生的高温蒸汽通过释热介质出口9进入汽包2内，在汽包2内实现汽液分离；当汽包内的压力达到控压阀的开启值时，分离后的蒸汽从蒸汽出口排出，提供给用户，分离后的高温释热介质(水)储存在汽包底部；

当蓄热介质的温度降低到不足以产生足够的蒸汽时，开启第二阀门14、关闭第一阀门13，释热介质(水)通过释热介质入口8流经第一换热器6、第二换热器7，换热器面积增大，释热介质(水)与蓄热罐体1内的蓄热介质进行换热，释热介质(水)产生的高温蒸汽通过释热介质出口9进入汽包2内，高温蒸汽加热汽包内的高温释热介质，使其汽化；当汽包内的压力达到控压阀的开启值时，分离后的蒸汽从蒸汽出口排出，提供给用户，分离后的高温释热介质储存在汽包底部；同时，当汽包内的压力过高时，通过稳压阀对汽包进行释压保护，以达到控制蒸汽温度和流量的目的；

随着蓄热介质的温度不断降低，汽包内的液位也不断升高，当汽包内高温释热介质的液位达到一定高度时，回流阀门15开启，通过回水通路12将高温释热介质引入释热介质入口8，与释热介质入口的低温释热介质混合，提高释热介质的入口温度，使得蒸汽出口温度达到设计值。

实施例2：

如图2所示，本发明提供一种低谷电蓄热锅炉，其与实施例1类似，只是将汽包2与蓄热罐体1进行了分离设计，其它结构及使用方法与实施例1均相同。

实施例3：

如图3所示，本发明提供一种低谷电蓄热锅炉，与实施例2相类似，只是将圆筒形绝热隔板改为方形绝热隔板5，方形绝热隔板5布置在蓄热罐体1中间，将蓄热罐体1分为左右两个腔体，左右两个腔体之间的蓄热介质可相互流通；第一换热器6设置在左腔体内，第二换热器7设置在右腔体内。释热过程中，释热介质先流过第一换热器(左边)，将蒸汽排入汽包，当左侧蓄热介质温度降低后，关闭第一阀门13，开启第二阀门14，使左右罐内换热器串联，增加释热介质的换热面积，提高蒸汽出口温度，其他过程与实施例2相同。

实施例4：

如图4所示，本发明提供一种低谷电蓄热锅炉，与实施例3类似，只是第一换热器6和第二换热器7均采用蛇形盘管换热器，其它结构及使用方法与实施例3均相同。

实施例5：

如图5所示，本发明提供一种低谷电蓄热锅炉，与实施例4类似，只是第一换热器6和第二换热器7均采用U形管换热器，U形管换热器进出口布置在方形绝热隔板两侧；其它结构及使用方法与实施例4均相同。

实施例6：

如图6所示，本发明提供一种低谷电蓄热锅炉，与实施例5类似，只是第一换热器6和第二换热器7并联连接，其它结构及使用方法与实施例5均相同。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、低谷电蓄热锅炉是一种带有蓄热装置的锅炉，其结构简单紧凑、使用方便、温度可控；

2、低谷电蓄热锅炉使用成本较低，利用夜晚的低谷电进行蓄热，白天提供所需的蒸汽；

3、工作的温度区间较广，根据用户实际的温度范围需求，选择合理的蓄热介质，蓄热罐内的蓄热介质处于温度可调的范围，既减少了能源浪费，又满足了用户需求；

4、解决了电网的峰谷问题，使低谷电得到合理的利用，缓解了城市污染。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低谷电蓄热锅炉，其特征在于，包括：汽包和填充有蓄热介质的蓄热罐体；

所述蓄热罐体内设有用于加热蓄热介质的电加热装置，所述电加热装置与供电系统相连；

所述蓄热罐体内设有绝热隔板和换热面积可调的换热装置，所述绝热隔板将所述蓄热罐体分成两个腔体，两个腔体内的蓄热介质相流通；所述换热装置的释热介质入口设置在所述蓄热罐体上，释热介质出口设置在所述汽包内；

所述汽包的顶部设有蒸汽出口和稳压阀，所述汽包上连接有用于将汽包内的高温释热介质回流至释热介质入口的回水通路。

2.如权利要求1所述的低谷电蓄热锅炉，其特征在于，所述换热装置是由多个串联或并联的换热器组成，所述换热器包括螺旋盘管换热器、蛇形盘管换热器和U形管换热器的一种。

3.如权利要求2所述的低谷电蓄热锅炉，其特征在于，所述换热装置还包括控制单个换热器工作或多个换热器同时工作的阀门组。

4.如权利要求1所述的低谷电蓄热锅炉，其特征在于，所述回水通路上安装有回流阀门，所述蒸汽出口上安装有控压阀，所述控压阀开启的压力值小于所述稳压阀开启的压力值。

5.如权利要求1所述的低谷电蓄热锅炉，其特征在于，所述绝热隔板的导热系数小于0.5W/(m·K)，所述绝热隔板包括圆筒形绝热隔板和方形绝热隔板的一种。

6.如权利要求1所述的低谷电蓄热锅炉，其特征在于，所述蓄热介质包括熔盐和导热油中的一种。

7.如权利要求1所述的低谷电蓄热锅炉，其特征在于，所述释热介质为水。

8.如权利要求1所述的低谷电蓄热锅炉，其特征在于，所述蓄热罐体的外表面套有保温层，所述保温层的导热系数小于0.5W/(m·K)。

9.如权利要求1所述的低谷电蓄热锅炉，其特征在于，所述电加热装置包括加热棒、加热环和加热板中的一种，所述电加热装置布置在所述蓄热罐体底部、蓄热罐体周围或与所述绝热隔板布置为一体。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的低谷电蓄热锅炉的使用方法，其特征在于，包括：蓄热阶段和放热阶段；

蓄热阶段：

利用夜间廉价的低谷电，供电系统通过电加热装置对蓄热罐体内的蓄热介质进行加热；

放热阶段：

在放热的初始阶段，蓄热介质的温度较高，通过阀门组控制单个换热器工作；释热介质流进一个换热器，产生高温蒸汽进入汽包内，在汽包内实现汽液分离；当汽包内的压力达到控压阀的开启值时，分离后的蒸汽从蒸汽出口排出，提供给用户，分离后的高温释热介质储存在汽包底部；

当蓄热介质的温度降低到不足以产生足够的蒸汽时，通过阀门组控制两个或多个换热器同时工作，增大换热面积；释热介质流进两个或多个换热器，产生高温蒸汽进入汽包内，高温蒸汽加热汽包内的高温释热介质，使其汽化；当汽包内的压力达到控压阀的开启值时，分离后的蒸汽从蒸汽出口排出，提供给用户，分离后的高温释热介质储存在汽包底部；同时，当汽包内的压力过高时，通过稳压阀对汽包进行释压保护，以达到控制蒸汽温度和流量的目的；

随着蓄热介质的温度不断降低，汽包内的液位也不断升高，当汽包内高温释热介质的液位达到一定高度时，通过回水通路将高温释热介质引入释热介质入口，与释热介质入口的低温释热介质混合，提高释热介质的入口温度，使得蒸汽出口温度达到设计值。