CN108131974A - 一种单罐储热系统及传热储热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单罐储热系统及传热储热方法，包括储罐、控制系统、控制装置、检测装置、进口管路、出口管路、支管路、传热介质；所述支管路设置在所述储罐外部，所述支管路两端分别与所述进口管路和所述出口管路连接，其连接处分别为分流点和汇流点。其优点在于，与双罐熔盐储热系统相比，占地面积少，复杂程度低，投资成本低，建设周期短；通过设置支管路，通过调节电磁阀不同开启程度，使得系统获得稳定的流量输出，并保持输出的流量温度稳定；充分利用低谷电对熔盐介质进行加热，降低成本，提高经济效益；有效平衡电网峰谷负荷，提高用电效率，有利于减少环境污染。

Description

一种单罐储热系统及传热储热方法

技术领域

本发明涉及储热系统领域，尤其涉及一种单罐储热系统及传热储热方法。

背景技术

经济结构的调整以及人民生活水平的提高，我国的用电构成发生了巨大的变化。高峰用电负荷增加，低谷用电负荷大量减少，供电峰谷差逐年加大，造成用电负荷率不断下降，给电网运行带来了较高的经济损失。因此，对国民经济和人民生活来说，电力的节约是十分重要的。

电厂和用户之间的供需矛盾会造成巨大的经济损失和能源浪费。为有效缓解矛盾，需要通过解决电网峰谷差和环保问题而实现。在多种解决方法中，蓄热技术是一项有效解决手段，该技术利用低谷廉价电力将所需能量储存起来，以供需要时使用，从而解决了夜晚负荷低，电网峰谷差加大，机组调峰困难等问题。

目前，国内常用的蓄热介质主要是水和固体材料。采用水作为蓄热介质时，由于受到水饱和温度的限制，蓄热装置的水温不能过高，从而导致蓄热水箱体积过大，占地面积过大，制造材料过多，给安装和管理带来极大的不便，同时也提高了蓄热装置的投资成本。采用固体材料作为蓄热介质时，由于固体材料传热不均匀，蓄热装置中存在温度梯度，从而导致电加热四局部温度过高而损坏。

在流体显热储存系统中，除了用水作为蓄热介质外，将熔盐作为蓄热介质已经在一些行业(如光热发电行业)中应用。熔盐作为蓄热介质，具有使用温度高，温度分布均匀，不存在温度梯度的优点。在光热系统中，经常使用双罐熔盐储热系统。然而双罐熔盐储热系统，其系统复杂，成本较高，无法应用于中小规模储热。因此相比较而言，单罐储热系统具有一定优势，但是普通的非斜温层储热装置将熔盐储存在一个储罐中，随着放热的进行，熔盐的温度不断下降，储热系统的输出功率也会发生下降，导致无法应用在一些对输出功率平稳有要求的用户。

因此，亟需一种能够调节传热介质流量，控制传热介质温度，保证输出功率稳定的单罐储热系统，而目前关于这种系统还未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种单罐储热系统及储热换热方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种单罐储热系统，包括储罐，还包括控制系统、控制装置组、检测装置组、进口管路、出口管路、支管路、传热介质；

所述储罐的内部设有储热介质、电加热装置、加热管路，所述储热介质充满所述储罐内部，所述加热管路设置在所述储罐内部，所述加热管路的一端与所述进口管路连接，所述加热管路的另一端与所述出口管路连接，所述电加热装置设置在所述储罐内部；

所述支管路设置在所述储罐外部，所述支管路两端分别与所述进口管路和所述出口管路连接，其连接处分别为分流点和汇流点；

所述检测装置组包括温度检测装置、流量检测装置；

其中，在所述传热介质流入所述分流点之前的所述进口管路设置有温度检测装置和流量检测装置，在所述传热介质流出所述汇流点之后的所述出口管路上设置有温度检测装置；

所述控制装置组包括流量控制装置；

其中，在所述传热介质流入所述分流点之前的所述进口管路设置有流量控制装置，在所述传热介质流出所述分流点之后的所述进口管路设置有流量控制装置，在所述支管路设置有流量控制装置；

所述控制系统与所述检测装置组、所述控制装置组进行电连接；

所述传热介质在所述进口管路、所述支管路、所述加热管路和所述出口管路中流动。

优选的，所述加热管路为螺旋管路。

优选的，所述控制装置组还包括止回装置；

其中，在所述支管路设置有止回装置，在所述传热介质流入所述汇流点之前的所述出口管路设置有止回装置。

优选的，所述单罐储热系统还包括膨胀装置，所述膨胀装置设置在所述传热介质流出所述汇流点之后的所述出口管路。

优选的，所述检测装置组还包括压力检测装置，所述压力检测装置设置在所述传热介质流入所述分流点之前的进口管路。

优选的，所述储热介质为熔盐。

优选的，所述传热介质为导热油。

还提供一种储热系统，单罐储热系统、换热装置、用能系统、泵、传热介质；

所述单罐储热系统的所述进口管路、所述单罐储热系统的所述支管路、所述单罐储热系统的所述加热管路、所述单罐储热系统的所述出口管路、所述泵和所述换热装置通过管路连接形成第一循环回路；

所述用能系统和所述换热装置通过管路连接形成第二循环回路；

所述传热介质分别在所述第一循环回路中和所述第二循环回路中进行流动。

优选的，所述储热系统还包括截止装置；

在所述单罐储热系统的所述进口管路设置有截止装置，在所述单罐储热系统的所述出口管路设置有截止装置；

所述泵包括出口端和进口端，在所述泵的所述进口端设置有截止装置。

还提供一种单罐储热系统的储热换热方法，包括以下步骤：

步骤S1、开启所述电加热装置，利用低谷电对所述储罐内的所述储热介质进行加热，加热完成后，关闭所述电加热装置；

步骤S2、打开所述支管路上的所述流量控制装置，保持全开状态，关闭所述传热介质流出所述分流点之后的所述进口管路上的所述流量控制装置；

步骤S3、调节所述传热介质流入分流点之前的所述进口管路上的所述流量控制装置，使所述进口管路内的所述传热介质的总流量达到设定值；

步骤S4、调节所述传热介质流出所述分流点之后的所述进口管路上的所述流量控制装置，使流量控制装置逐渐开大；调节所述传热介质流入所述分流点之前的所述进口管路上的所述流量控制装置，使流量控制装置逐渐关小；

步骤S5、换热进行，储热介质温度降低到设定值，调节所述传热介质流出所述分流点之后的所述进口管路上的所述流量控制装置，使其增大至全开状态；调节所述支管路上的所述流量控制装置，使其逐渐关小；调节所述传热介质流入所述分流点之前的所述进口管路上的所述流量控制装置，使其逐渐开大；

步骤S6、换热结束，先关闭所述传热介质流入所述分流点之前的所述进口管路上的所述流量控制装置，待所述出口管路无传热介质流出后，再关闭剩余的流量控制装置；

其中，在步骤S1～S6中，控制系统收集温度检测装置和流量检测装置的数据，根据设定的算法对数据进行运算，调节各流量控制装置，使所述出口管路中的所述传热介质的流量和温度保持稳定。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明的一种单罐储热系统，与双罐储热系统相比，占地面积少，复杂程度低，投资成本低，建设周期短；通过设置支管路，通过调节流量控制装置不同开启程度，使得系统获得稳定的流量输出，并保持输出的流量温度稳定；充分利用低谷电对储热介质进行加热，降低成本，提高经济效益；有效平衡电网峰谷负荷，提高用电效率，有利于减少环境污染。

附图说明

图1是本发明的单罐储热系统的一个优选实施例的示意图。

图2是本发明的储热系统的一个优选实施例的示意图。

其中的附图标记为：储罐1；控制系统2；膨胀装置3；流量控制装置4；流量控制装置5；流量控制装置6；止回装置7；止回装置8；流量控制装置9；压力检测装置10；温度检测装置11；流量检测装置12；温度检测装置13；换热装置14；用能系统15；泵16；截止装置17；截止装置18；截止装置19。

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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

一个优选的实施例，如图1所示，一种单罐储热系统，包括储罐1、控制系统2、控制装置、检测装置、进口管路、出口管路、支管路、膨胀装置3、传热介质。

传热介质在进口管路、支管路、加热管路和出口管路中流动，传热介质为导热油。

储罐1的内部设有储热介质、电加热装置、加热管路，储热介质为THS熔盐，储熔盐充满储罐1内部，加热管路设置在储罐1中部，加热管路的一端与进口管路连接，加热管路的另一端与出口管路连接，加热管路为螺旋管路，电加热装置设置在储罐1底部，用于加热熔盐。

采用上述技术方案，加热管路采用螺旋管路设计，增加了加热管路与储热介质的接触面积，提高换热效率。

支管路设置在储罐1外部，支管路一端与进口管路连接并形成分流点，支管路的另一端与出口管路连接并形成汇流点。

检测装置组包括温度检测装置、压力检测装置10、流量检测装置12；在传热介质流入分流点之前的进口管路上依次设有压力检测装置10、温度检测装置 11和流量检测装置12；在传热介质流出汇流点之后的出口管路上设有温度检测装置13。

控制装置组包括流量控制装置、止回装置；流量控制装置4设置在传热介质流入分流点之前的进口管路上，流量控制装置5设置在传热介质流出分流点之后的进口管路上，流量控制装置6设置在支管路上，流量控制装置9设置在传热介质流出汇流点处之后的出口管路上，并位于温度检测装置13的一侧。在支管路设置有止回装置7，在传热介质流入汇流点之前的出口管路设置有止回装置8。

采用上述技术方案，分别在出口管路和支管路上设置一止回装置，有效防止传热介质回流，避免出现安全隐患。

控制系统2与控制装置组、检测装置组进行电连接，控制系统2用于接收温度检测装置11和、温度传感器13和流量检测装置12传输的数据，并向控制装置发送控制指令。

膨胀装置3设置传热介质流出汇流点之后的出口管路上。

采用上述技术方案，通过在出口管路上设置膨胀装置，解决了温度较高的导热油与温度较低的导热油混合后出现的导热油体积变化的问题，在出口管路中，起到一个缓冲作用，避免出口管路出现损坏。

采用如上所述的单罐储热系统的一个优选的储热系统，如图2所示，包括单罐储热系统、换热装置14、用能系统15、泵16、截止装置。

单罐储热系统的进口管路、支管路、加热管路、出口管路和泵16以及换热装置14通过管路连接形成第一循环回路。

用能系统15和换热装置14通过管路连接形成第二循环回路。

在单罐储热系统的出口管路上设置一截止装置18，在单罐储热系统的进口管路上设置一截止装置17；

泵17包括出口端和进口端，在泵17的进口端设置截止装置19。

采用上述技术方案，在储热系统中设置多个截止装置，便于单罐储热系统进行维修和保养。

利用上述单罐储热系统进行储热换热的工作原理是，通过调节支管路和加热管路的流量，从而控制出口管路中传热介质的温度保持恒定，其具体方法如下：

步骤S1、开启所述电加热装置，利用低谷电对所述储罐内的所述储热介质进行加热，加热完成后，关闭所述电加热装置；

步骤S2、打开所述支管路上的所述流量控制装置，保持全开状态，关闭所述传热介质流出所述分流点之后的所述进口管路上的所述流量控制装置；

步骤S3、调节所述传热介质流入分流点之前的所述进口管路上的所述流量控制装置，使所述进口管路内的所述传热介质的总流量达到设定值；

步骤S4、调节所述传热介质流出所述分流点之后的所述进口管路上的所述流量控制装置，使流量控制装置逐渐开大；调节所述传热介质流入所述分流点之前的所述进口管路上的所述流量控制装置，使流量控制装置逐渐关小；

步骤S5、换热进行，储热介质温度降低到设定值，调节所述传热介质流出所述分流点之后的所述进口管路上的所述流量控制装置，使其增大至全开状态；调节所述支管路上的所述流量控制装置，使其逐渐关小；调节所述传热介质流入所述分流点之前的所述进口管路上的所述流量控制装置，使其逐渐开大；

步骤S6、换热结束，先关闭所述传热介质流入所述分流点之前的所述进口管路上的所述流量控制装置，待所述出口管路无传热介质流出后，再关闭剩余的流量控制装置；

其中，在步骤S1～S6中，控制系统收集温度检测装置和流量检测装置的数据，根据设定的算法对数据进行运算，调节各流量控制装置，使所述出口管路中的所述传热介质的流量和温度保持稳定。

按照上述步骤进行实际运行，其流程如下：

运行储热系统前，在低谷用电状态下，开启储罐1中的电加热装置，对储罐 1内的熔盐(HTS，即硝酸钾、亚硝酸钠和硝酸钠的熔融混合物)进行加热，并加热至300℃，使熔盐成为高温液态状熔盐。

运行储热系统，在单罐储热系统中，控制系统2设定一导热油的总流量值并恒定不变；打开截止装置17、截止装置18和截止装置19；控制系统2对控制装置进行控制，调节流量控制装置6至全开状态，关闭流量控制装置5，使导热油全部流经支管路；启动泵16，控制系统2不断调节流量控制装置4，直到单罐储热系统中的导热油流量到设定值。

换热开始，控制系统2控制流量控制装置组，保持流量控制装置6全开状态，逐渐加大流量控制装置5，并减小流量控制装置4，使导热油分别流经支管路和储罐1；温度检测装置10、温度检测装置13和流量检测装置12检测的数据不断传输至控制系统2中；控制系统2根据数据进行运算，并根据运算结果调节流量控制装置组中各流量控制装置的变化速率，保持单罐储热系统14内的流量不变，保持出口管路内的导热油温度不变。

随着换热的进行，熔盐介质温度降低。当熔盐介质温度降低至一设定值时，控制系统2控制流量控制装置组，调节流量控制装置5至全开状态，此时流量控制装置4的开启度为运行过程中的最小值；换热继续进行，保持流量控制装置5 全开状态，逐渐关小流量控制装置6，逐渐加大流量控制装置4；控制系统2根据温度检测装置组和流量检测装置12传输的数据进行运算，并根据运算结果调节流量控制装置组中各流量控制装置的变化速率，保持单罐储热系统14内的流量不变，保持出口管路内的导热油温度不变。

在储热系统运行过程中，导热油经单罐储热系统换热后，通过管路流至泵 16，泵16将导热油输送至换热装置14，导热油通过换热装置14将热量传输至用能系统15内的传热介质，传热介质通过第二循环回路将热量传输至用能系统 15，传热介质温度降低后通过第二循环回路回到换热装置14内继续与导热油进行换热，完成一个循环。

经过换热装置14换热后的导热油经第一循环回路进入单罐储热系统进行换热，完成一个循环。

从上述单罐储热系统的储热换热方法可以看出，可以在单罐储热系统设置多条并联的支管路，以满足各种温度调节的需要。亦或是将多个单罐储热系统进行串联或并联，以满足长时间工作的需要。如可以在单罐储热系统中并联或串联设置多个储罐，用于备用，即当一个储罐无法进行换热时，切换管路，使另一储罐继续进行换热，保证换热能够正常进行。如可以在单罐储热系统中并联设置多个储罐，每个储罐内温度不同，多个储罐同时工作，以满足不同温度的调节需求。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种单罐储热系统，包括储罐(1)、进口管路、出口管路、传热介质，所述储罐(1)的内部设有储热介质、电加热装置、加热管路，所述加热管路的一端与所述进口管路连接，所述加热管路的另一端与所述出口管路连接，其特征在于，还包括控制系统(2)、控制装置组、检测装置组、支管路；

所述支管路设置在所述储罐(1)外部，所述支管路两端分别与所述进口管路和所述出口管路连接，其连接处分别为分流点和汇流点；

所述传热介质在所述进口管路、所述支管路、所述加热管路和所述出口管路中流动；

所述检测装置组包括温度检测装置、流量检测装置；

其中，在所述传热介质流入所述分流点之前的所述进口管路设置有温度检测装置(11)和流量检测装置(12)，在所述传热介质流出所述汇流点之后的所述出口管路上设置有温度检测装置(13)；

所述控制装置组包括流量控制装置；

其中，在所述传热介质流入所述分流点之前的所述进口管路设置有流量控制装置(4)，在所述传热介质流出所述分流点之后的所述进口管路设置有流量控制装置(5)，在所述支管路设置有流量控制装置(6)；

所述控制系统(2)与所述检测装置组、所述控制装置组进行电连接。

2.根据权利要求1所述的单罐储热系统，其特征在于，所述加热管路为螺旋管路。

3.根据权利要求1所述的单罐储热系统，其特征在于，所述控制装置组还包括止回装置；

其中，在所述支管路设置有止回装置(7)，在所述传热介质流入所述汇流点之前的所述出口管路设置有止回装置(8)。

4.根据权利要求1所述的单罐储热系统，其特征在于，所述单罐储热系统还包括膨胀装置(3)，所述膨胀装置(3)设置在所述传热介质流出所述汇流点之后的所述出口管路。

5.根据权利要求1所述的单罐储热系统，其特征在于，所述检测装置组还包括压力检测装置(10)，所述压力检测装置(10)设置在所述传热介质流入所述分流点之前的进口管路。

6.根据权利要求1所述的单罐储热系统，其特征在于，所述储热介质为熔盐。

7.根据权利要求1所述的单罐储热系统，其特征在于，所述传热介质为导热油。

8.一种包含如权利要求1-7任一所述的单罐储热系统的储热系统，其特征在于，还包括换热装置(14)、用能系统(15)、泵(16)、传热介质；

所述单罐储热系统的所述进口管路、所述单罐储热系统的所述支管路、所述单罐储热系统的所述加热管路、所述单罐储热系统的所述出口管路、所述泵(16)和所述换热装置(14)通过管路连接形成第一循环回路；

所述用能系统(15)和所述换热装置(14)通过管路连接形成第二循环回路；

所述传热介质分别在所述第一循环回路中和所述第二循环回路中进行流动。

9.根据权利要求8所述的储热系统，其特征在于，所述储热系统还包括截止装置；

在所述单罐储热系统的所述进口管路设置有截止装置(17)，在所述单罐储热系统的所述出口管路设置有截止装置(18)；

所述泵(16)包括出口端和进口端，在所述泵(16)的所述进口端设置有截止装置(19)。

10.一种单罐储热系统的储热换热方法，应用于如权利要求1-7任一所述的单罐储热系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、开启所述电加热装置，利用低谷电对所述储罐内的所述储热介质进行加热，加热完成后，关闭所述电加热装置；

步骤S2、打开所述支管路上的所述流量控制装置，保持全开状态，关闭所述传热介质流出所述分流点之后的所述进口管路上的所述流量控制装置；

步骤S3、调节所述传热介质流入分流点之前的所述进口管路上的所述流量控制装置，使所述进口管路内的所述传热介质的总流量达到设定值；

步骤S4、调节所述传热介质流出所述分流点之后的所述进口管路上的所述流量控制装置，使流量控制装置逐渐开大；调节所述传热介质流入所述分流点之前的所述进口管路上的所述流量控制装置，使流量控制装置逐渐关小；

步骤S5、换热进行，储热介质温度降低到设定值，调节所述传热介质流出所述分流点之后的所述进口管路上的所述流量控制装置，使其增大至全开状态；调节所述支管路上的所述流量控制装置，使其逐渐关小；调节所述传热介质流入所述分流点之前的所述进口管路上的所述流量控制装置，使其逐渐开大；

步骤S6、换热结束，先关闭所述传热介质流入所述分流点之前的所述进口管路上的所述流量控制装置，待所述出口管路无传热介质流出后，再关闭剩余的流量控制装置；

其中，在步骤S1～S6中，控制系统收集温度检测装置和流量检测装置的数据，根据设定的算法对数据进行运算，调节各流量控制装置，使所述出口管路中的所述传热介质的流量和温度保持稳定。