CN107238203A - 一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉及换热方法 - Google Patents

一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉及换热方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉及换热方法。包括熔盐蓄热罐、电加热器和换热器，电加热器和换热器均通过法兰连接方式安装于熔盐蓄热罐顶部；熔盐蓄热罐顶部中心位置还安装有搅拌器，电加热器和换热器分别位于搅拌器两侧；熔盐蓄热罐与换热器被隔板分隔开。本发明通过调节三通混流阀或搅拌器转速使换热流体流量和出口温度稳定，控制方法简单可靠；通过采用谷电加热、单罐熔盐蓄热技术，摒弃熔盐泵和熔盐管道，内置热管换热器和电加热器，极大的简化熔盐蓄热系统，换热流体流量和温度稳定，具有结构紧凑、成本低、抗熔盐冻堵等显著优点，可有效替代各种输出热水、热油和蒸汽的燃煤锅炉，缓解日益严重的环境污染问题。

Description

一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉及换热方法
技术领域
本发明属于蓄热式电锅炉技术领域，特别是涉及一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉及换热方法。
背景技术
面对日益严峻的雾霾问题，国家开始取缔各种中小型燃煤锅炉，并鼓励通过电锅炉进行替代。蓄热式电锅炉因具有削峰填谷的能力，而得到电力部门的大力推广，并享受优惠电价政策。蓄热式电锅炉利用廉价的谷电为企业生产提供热能，相比传统电锅炉可大大降低企业的日常电费开支。
熔盐作为一种传热性能好、使用温度高、蓄热容量大、价格便宜的蓄热介质，在光热发电领域得到了成功的商业应用。为了稳定产生高温、高压的发电用蒸汽，光热发电中普遍采用双罐熔盐蓄热技术。这种技术方案成本高昂，对熔盐泵流量控制要求精准，还需要熔盐换热器和管道有良好的防冻堵措施。这些问题限制了熔盐蓄热式电锅炉的发展及其在中低温供热(工业供热和集中供暖等)领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉及换热方法，通过采用谷电加热、单罐熔盐蓄热技术方案，摒弃熔盐泵和熔盐管道，内置热管换热器和电加热器，极大的简化熔盐蓄热系统，换热流体流量和温度稳定，具有结构紧凑、成本低、抗熔盐冻堵等显著优点，有效替代各种输出热水、热油(指导热油)和蒸汽的燃煤锅炉，缓解日益严重的环境污染问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉，包括熔盐蓄热罐，所述熔盐蓄热罐顶部分别固定有电加热器、搅拌器和换热器；所述电加热器和换热器均通过法兰连接方式安装于熔盐蓄热罐顶部，所述搅拌器位于熔盐蓄热罐顶部中心；所述电加热器和换热器分别位于搅拌器的两侧；所述熔盐蓄热罐与换热器通过一隔板分隔开。
进一步地，所述熔盐蓄热罐顶部还设置有加料孔，加料孔兼做人孔使用，既可用于向熔盐蓄热罐内投放熔盐，又可作为设备检修通道；所述熔盐蓄热罐周侧靠底部的位置还设置有排盐口，紧急事故工况或锅炉废弃时，可通过排盐口将熔盐蓄热罐内的熔盐转移至安全处。
进一步地，所述换热器为热管换热器，所述热管的蒸发段位于熔盐蓄热罐内，所述热管的冷凝段位于换热器壳体内；所述换热器壳体内装有换热流体，所述换热流体通过换热器壳体上设置的流体入口和流体出口进出换热器；所述换热器壳体靠近底部的位置还设置有排污口，换热结束后用于排空换热器内的液体。
进一步地，所述换热器的热管工作介质包括汞或硫，以确保热管使用温度范围覆盖熔盐的蓄热温度区间。
进一步地，所述换热流体包括水或导热油；所述锅炉通过吸收熔盐的热量输出热水、热油或蒸汽，且输出热水或热油与输出蒸汽时，换热器有不同的结构形式。
进一步地，所述一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉：
当换热流体为水或导热油，锅炉输出热水或热油时，所述流体入口和流体出口分别位于换热器壳体左右两侧，所述流体出口固定有三通混流阀，所述流体入口通过三通分别与换热器壳体和三通混流阀连接；
当换热流体为水，锅炉输出蒸汽时，所述换热器壳体内上半部分充满蒸汽，下半部分为水，且水将热管冷凝段完全浸没；所述流体入口和流体出口均位于换热器壳体顶部。
一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉换热方法，锅炉输出热水或热油与输出蒸汽使用不同的换热方法。
进一步地，所述锅炉输出热水或热油时，换热方法包括以下步骤：
S01锅炉放热开始后，搅拌器以匀速转动；
S02冷水或冷油通过流体入口后分成两股：一股流体进入换热器与热管进行换热后混入三通混流阀；另一股流体绕过换热器混入三通混流阀；
上述两股流体通过三通混流阀混合后，从流体出口流出；
S03随着换热的进行，熔盐蓄热罐内熔盐温度将逐渐下降，通过三通混流阀不断提高热流体的流量和降低冷流体的流量，保持出口流体温度的稳定；
S04当熔盐的平均温度下降至最低工作温度，停止向流体入口送入换热流体，并通过排污口将换热流体排尽，关闭搅拌器，放热过程停止。
进一步地，所述锅炉输出蒸汽时，换热方法包括以下步骤：
SS01锅炉放热开始后，给水从流体入口流入换热器壳体内，与热管冷凝段进行换热后，变为饱和蒸汽从流体出口流出；
SS02随着换热过程的进行，熔盐蓄热罐内熔盐温度将逐渐下降，通过逐渐增大搅拌器的转速，加强熔盐与换热器热管蒸发段的对流换热，从而实现出口蒸汽温度的稳定；
SS03当熔盐的平均温度下降至最低工作温度，停止向流体入口送入给水，并通过排污口将换热器中的水排尽，关闭搅拌器，放热过程停止。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过单个熔盐罐体进行蓄热，在熔盐蓄热罐上内置换热器和电加热器，采用谷电加热熔盐，再进行换热，极大的简化熔盐蓄热系统，锅炉结构紧凑、体积小、成本低。
2、本发明摒弃熔盐管道和价格昂贵的熔盐泵，进一步降低了锅炉成本，彻底解决熔盐管道堵塞的问题。
3、本发明利用热管换热器进行换热，熔盐与换热流体隔绝，降低换热流体泄露到熔盐中的风险，并有效预防熔盐在罐体内发生冻堵。
4、本发明通过调节三通混流阀或搅拌器转速，使换热流体流量和温度稳定，控制方法简单、可靠。
5、本发明消纳谷电，并输出热水、热油或蒸汽，使用成本低、功能全面。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉的系统图；
图2为本发明的一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉输出热水或热油时的换热结构示意图；
图3为本发明的一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉输出蒸汽时的换热结构示意图；
图4为本发明的一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉输出热水或热油时的换热方法流程图；
图5为本发明的一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉输出蒸汽时的换热方法流程图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-熔盐蓄热罐，2-电加热器，3-搅拌器，4-换热器，5-隔板，6-加料孔，7-三通混流阀，a-流体入口，b-流体出口，c-排污口，d-排盐口。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“中”、“内”、“顶”、“底”、“两侧”、“周侧”等指示方位或位置关系，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组件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。
请参阅图1所示，本发明为一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉及换热方法，包括熔盐蓄热罐1，熔盐蓄热罐1顶部分别固定有电加热器2、搅拌器3和换热器4；电加热器2和换热器4均通过法兰连接方式安装于熔盐蓄热罐1顶部。
其中，搅拌器3位于熔盐蓄热罐1顶部中心；电加热器2和换热器4分别位于搅拌器3的两侧；熔盐蓄热罐1与换热器4通过一隔板5分隔开。
其中，熔盐蓄热罐1顶部还设置有加料孔6，加料孔6兼做人孔使用，既可用于向熔盐蓄热罐1内投放熔盐，又可作为设备检修通道；熔盐蓄热罐1周侧靠底部的位置还设置有排盐口d，紧急事故工况或锅炉废弃时，可通过排盐口d将熔盐蓄热罐1内的熔盐转移至安全处。
其中，换热器4为热管换热器，热管的蒸发段位于熔盐蓄热罐1内，热管的冷凝段位于换热器4壳体内；换热器4壳体内装有换热流体，换热流体通过换热器4壳体上设置的流体入口a和流体出口b进出换热器4；换热器4壳体靠近底部的位置还设置有排污口c，换热结束后用于排空换热器4内的液体。
其中，换热器4的热管工作介质包括汞或硫，以确保热管使用温度范围覆盖熔盐的蓄热温度区间。
其中，换热流体包括水或导热油；锅炉通过吸收熔盐的热量输出热水、热油或蒸汽，且输出热水或热油与输出蒸汽时，换热器4有不同的结构形式。
其中，一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉：
如图2所示，当换热流体为水或导热油，锅炉输出热水或热油时，流体入口a和流体出口b分别位于换热器4壳体左右两侧，流体出口b固定有三通混流阀7，流体入口a通过三通分别与换热器4壳体和三通混流阀7连接；
如图3所示，当换热流体为水，锅炉输出蒸汽时，换热器4壳体内上半部分充满蒸汽，下半部分为水，且水将热管冷凝段完全浸没；流体入口a和流体出口b均位于换热器4壳体顶部，且去除了三通混流阀7。
一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉换热方法，锅炉输出热水或热油与输出蒸汽使用不同的换热方法。
如图4所示，锅炉输出热水或热油时，换热方法包括以下步骤：
S01锅炉放热开始后，搅拌器3以匀速转动；
S02以设计流量向流体入口a送入冷水或冷油，冷水或冷油通过流体入口a后分成两股：一股流体进入换热器4与热管进行换热后混入三通混流阀7；另一股流体绕过换热器4混入三通混流阀7；
上述两股流体通过三通混流阀7混合后，从流体出口b流出；通过调节三通混流阀7使流体出口b输出的热水或热油温度达到设计值。
S03随着换热的进行，熔盐蓄热罐1内熔盐温度将逐渐下降，通过三通混流阀7不断提高热流体的流量和降低冷流体的流量，保持出口流体温度的稳定；
S04当熔盐的平均温度下降至最低工作温度，即熔盐蓄热罐1内熔盐温度下降至290℃时，停止向流体入口a送入换热流体，并通过排污口c将换热流体排尽，关闭搅拌器3，放热过程停止。
如图5所示，，锅炉输出蒸汽时，换热方法包括以下步骤：
SS01锅炉放热开始后，以设计流量向流体入口a送入给水，给水从流体入口a流入换热器4壳体内，与热管冷凝段进行换热后，变为饱和蒸汽从流体出口b流出；
SS02随着换热过程的进行，熔盐蓄热罐1内熔盐温度将逐渐下降，通过逐渐增大搅拌器3的转速，加强熔盐与换热器4热管蒸发段的对流换热，使流体出口b输出的蒸汽温度达到设计值，从而实现出口蒸汽温度的稳定；
SS03当熔盐的平均温度下降至最低工作温度，即熔盐蓄热罐1内熔盐温度下降至290℃时，停止向流体入口a送入给水，并通过排污口c将换热器4中的水排尽，关闭搅拌器3，放热过程停止。
一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉主要包括蓄热和放热两种工作模式，蓄热过程仅在谷电时段进行，而放热过程可全天或仅在峰电与平电阶段进行。蓄热时，确保熔盐蓄热罐1上的排盐口d已关闭，开启电加热器2和搅拌器3。蓄热过程中熔盐蓄热罐1中熔盐的平均温度逐渐上升至565℃，此后关闭电加热器2和搅拌器3，停止蓄热。
放热时，根据一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉输出介质的不同，锅炉具有两种不同的换热结构和换热方法。当锅炉输出热水或热油时，搅拌器3以匀速转动，冷水或冷油通过流体入口a后分成两股，一股流体进入换热器4与热管进行换热，另一股流体从换热器4外绕过、不进行换热，经过换热和未经过换热的两股流体通过三通混流阀7混合后，从流体出口b流出。调节三通混流阀7可控制冷、热流体的混合比例，从而控制锅炉的出口流体温度。随着换热的进行，熔盐蓄热罐1内熔盐温度将逐渐下降，通过三通混流阀7不断提高热流体的流量和降低冷流体的流量，保持出口流体温度的稳定。当熔盐的平均温度由565℃逐渐下降至290℃时，停止向流体入口a送入换热流体，并通过排污口c将换热流体排尽，关闭搅拌器3，放热过程停止。
当锅炉输出蒸汽时，给水从流体入口a流入换热器4壳体内，与热管冷凝段进行换热后，变为饱和蒸汽从流体出口b流出。随着换热过程的进行，熔盐蓄热罐1内熔盐温度将逐渐下降，通过逐渐增大搅拌器3的转速，加强熔盐与换热器4的热管蒸发段的对流换热，从而实现出口蒸汽温度的稳定。当熔盐的平均温度由565℃逐渐下降至290℃时，停止向流体入口a送入给水，并通过排污口c将换热器4中的水排尽，关闭搅拌器3，放热过程停止。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉，包括熔盐蓄热罐(1)，其特征在于：
所述熔盐蓄热罐(1)顶部分别固定有电加热器(2)、搅拌器(3)和换热器(4)；
其中，所述搅拌器(3)位于熔盐蓄热罐(1)顶部中心；
其中，所述电加热器(2)和换热器(4)分别位于搅拌器(3)的两侧；
所述熔盐蓄热罐(1)与换热器(4)通过一隔板(5)分隔开。
2.根据权利要求1所述的一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉，其特征在于，所述熔盐蓄热罐(1)顶部还设置有加料孔(6)；所述熔盐蓄热罐(1)周侧靠底部的位置还设置有排盐口d。
3.根据权利要求1所述的一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉，其特征在于，所述换热器(4)为热管换热器，所述热管的蒸发段位于熔盐蓄热罐(1)内，所述热管的冷凝段位于换热器(4)壳体内；所述换热器(4)壳体内装有换热流体，所述换热流体通过换热器(4)壳体上设置的流体入口a和流体出口b进出换热器(4)；所述换热器(4)壳体靠近底部的位置还设置有排污口c。
4.根据权利要求1或3所述的一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉，其特征在于，所述换热器(4)的热管工作介质包括汞或硫。
5.根据权利要求3所述的一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉，其特征在于，所述换热流体包括水或导热油；所述锅炉通过吸收熔盐的热量输出热水、热油或蒸汽，且输出热水或热油与输出蒸汽时，换热器(4)有不同的结构形式。
6.根据权利要求3或5所述的一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉，其特征在于：
当换热流体为水或导热油，锅炉输出热水或热油时，所述流体入口a和流体出口b分别位于换热器(4)壳体左右两侧，所述流体出口b固定有三通混流阀(7)，所述流体入口a通过三通分别与换热器(4)壳体和三通混流阀(7)连接；
当换热流体为水，锅炉输出蒸汽时，所述换热器(4)壳体内上半部分充满蒸汽，下半部分为水，且水将热管冷凝段完全浸没；所述流体入口a和流体出口b均位于换热器(4)壳体顶部。
7.如权利要求1-6任意一所述的一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉换热方法，其特征在于，锅炉输出热水或热油与输出蒸汽使用不同的换热方法。
8.根据权利要求7所述的一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉换热方法，其特征在于，锅炉输出热水或热油时，换热方法包括以下步骤：
S01锅炉放热开始后，搅拌器(3)以匀速转动；
S02冷水或冷油通过流体入口a后分成两股：
一股流体进入换热器(4)与热管进行换热后混入三通混流阀(7)；
另一股流体绕过换热器(4)混入三通混流阀(7)；
上述两股流体通过三通混流阀(7)混合后，从流体出口b流出；
S03随着换热的进行，熔盐蓄热罐(1)内熔盐温度将逐渐下降，通过三通混流阀(7)不断提高热流体的流量和降低冷流体的流量，保持出口流体温度的稳定；
S04当熔盐的平均温度下降至最低工作温度，停止向流体入口a送入换热流体，并通过排污口c将换热流体排尽，关闭搅拌器(3)，放热过程停止。
9.根据权利要求7所述的一种热管换热的单罐熔盐蓄热式电锅炉换热方法，其特征在于，锅炉输出蒸汽时，换热方法包括以下步骤：
SS01锅炉放热开始后，给水从流体入口a流入换热器(4)壳体内，与热管冷凝段进行换热后，变为饱和蒸汽从流体出口b流出；
SS02随着换热过程的进行，熔盐蓄热罐(1)内熔盐温度将逐渐下降，通过逐渐增大搅拌器(3)的转速，加强熔盐与换热器(4)热管蒸发段的对流换热，从而实现出口蒸汽温度的稳定；
SS03当熔盐的平均温度下降至最低工作温度，停止向流体入口a送入给水，并通过排污口c将换热器(4)中的水排尽，关闭搅拌器(3)，放热过程停止。
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