CN108613153A - 一种储热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储热系统。储热系统包括储热设备、第一进料设备、第一出料设备、第二进料设备、第二出料设备和控制设备，储热设备包括子储热装置，当储热设备处于储热状态时，子储热装置存储来自第一进料设备的第一物质的能量并生成第一生成物，第一生成物从储热设备排出，当储热设备处于放热状态时，来自第二进料设备的第二物质吸收子储热装置所储存的能量并生成第二生成物，第二生成物从储热设备排出，控制设备控制第一物质和/或第二物质的量。本发明提供了一种储热系统，可以充分有效地吸收并存储第一物质所携带的能量，并且第二物质能够充分有效地吸收储热设备所存储的能量。

Description

一种储热系统

技术领域

本发明涉及工业余热利用领域，尤其是涉及一种储热系统。

背景技术

在冶金、化工和石化等领域中，会产生大量的工业余热，例如工业废水所携带的能量、余热锅炉或燃气锅炉所产生蒸汽所携带的能量，这些工业余热可以通过储热设备储存，但现有的蓄热器的容量有限，使得工业余热的使用过程和产品生产过程几乎同时进行，目前还不能有效地储存蒸汽所携带的能量。

因此，需要一种储热系统，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了至少部分地解决上述问题，根据本发明的第一方面，提供了一种储热系统，所述储热系统包括：

储热设备，所述储热设备包括多个子储热装置，所述多个子储热装置之间通过串联和/或并联的方式连接在一起，所述储热设备能够在储热状态和放热状态之间切换；

第一进料设备，当所述储热设备处于所述储热状态时，所述第一进料设备与所述储热设备流体连通，用于输送第一物质进入所述储热设备，所述储热设备的至少一个所述子储热装置吸收并存储所述第一物质的能量并生成第一生成物；

第一出料设备，当所述储热设备处于所述储热状态时，所述第一出料设备与所述储热设备流体连通，用于将所述第一生成物从所述储热设备排出；

第二进料设备，当所述储热设备处于所述放热状态时，所述第二进料设备与所述储热设备流体连通，用于输送第二物质进入所述储热设备，所述第二物质吸收所述储热设备的至少一个所述子储热装置所储存的能量并生成第二生成物；

第二出料设备，当所述储热设备处于所述放热状态时，所述第二出料设备与所述储热设备流体连通，用于将所述第二生成物从所述储热设备排出；和

控制设备，所述控制设备用于控制所述储热设备在所述储热状态和所述放热状态之间切换以及进入所述储热设备的所述第一物质和/或所述第二物质的量。

本发明提供了一种储热系统，该储热系统为蒸汽储热提供了一条途径。通过串联和/或并联的方式连接在一起的多个子储热装置，可以充分有效地吸收并存储来自第一进料设备的第一物质所携带的能量，并且来自第二进料设备的第二物质能够充分有效地吸收储热设备所存储的能量，还可以通过调节第一物质的量调整子储热装置所存储的能量，通过调节第二物质的量调整所吸收的子储热装置存储的能量。

可选地，所述控制设备包括：

调节阀，所述调节阀设置在所述第一进料设备与所述储热设备之间，用于控制进入所述储热设备的所述第一物质的量；和/或

泵，所述泵设置在所述第二进料设备与所述储热设备之间，用于控制进入所述储热设备的所述第二物质的量。

根据本方案，可以调节进入储热设备中第一物质和第二物质的量。

可选地，所述控制设备还包括：

多个闸阀，所述多个闸阀分别设置在所述第一进料设备、所述第二进料设备、所述第一出料设备、所述第二出料设备与所述储热设备之间，用于使所述储热设备在所述储热状态和所述放热状态之间切换。

根据本方案，可以避免储热设备同时处于储热状态和放热状态，避免了储热设备中能量和物质的混淆。

可选地，所述第一物质为蒸汽，所述第一生成物为冷凝水。

根据本方案，储热系统应用范围广。

可选地，所述第二物质为冷凝水或低品位蒸汽，所述第二生成物为高品位蒸汽。

根据本方案，储热系统能够高效的存储能量并且能够将能量有效的释放出去。

可选地，所述第二出料设备还包括：

蒸汽加热器，当所述储热设备处于所述放热状态时，所述蒸汽加热器与所述储热设备流体连通，用于提高所述第二生成物的温度和压力。

可选地，所述储热系统还包括蒸汽发电机组，所述蒸汽发电机组与所述第二出料设备连通，以接收所述高品位蒸汽。

根据本方案，蒸汽发电机组可以将高品位蒸汽用于发电，极大的提高了高品位蒸汽的利用率，实现调节发电量，保证了发电机组的平稳运行，便于蒸汽发电负荷调整以及存谷补峰发电。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1为根据本发明的一种优选实施方式的储热系统的示意图。

附图标记说明：

100：储热系统 1：储热设备

2：第一进料设备 3：第一出料设备

4：第二进料设备 5：第二出料设备

6：调节阀 7、8、10、11、13、15：闸阀

9：水泵 12：蒸汽泵

14：蒸汽加热器

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明。显然，本发明的施行并不限定于该技术领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式，不应当解释为局限于这里提出的实施例。

应当理解的是，在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。本发明中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。

本发明中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

以下，将参照附图对本发明的具体实施例进行更详细地说明，这些附图示出了本发明的代表实施例，并不是限定本发明。

本发明提供一种储热系统100。储热系统100可以有效地储存和利用工业余热，例如工业废水所携带的能量、余热锅炉或燃气锅炉所产生的蒸汽所携带的能量等。工业废水、余热锅炉或燃气锅炉所产生的蒸汽等可以为连续的产生的，也可以为间断的产生的。

为了能够将工业废水、余热锅炉或燃气锅炉所产生的蒸汽等所携带的能量能够很好的存储并且使得所存储的能量能够被有效地利用，如图1所示，根据本发明的一个优选实施方式的储热系统100可以包括储热设备1、第一进料设备2、第一出料设备3、第二进料设备4、第二出料设备5以及控制设备(未图示)。

储热设备1可以包括多个子储热装置。多个子储热装置均为模块化的子储热装置。多个子储热装置之间通过串联和/或并联的方式连接在一起。不同的子储热装置可以储存不同量的能量，也可以储存相同量的能量。储热设备1能够在储热状态和放热状态之间切换，以避免储热设备1同时处于储热状态和放热状态，避免了储热设备1中能量和物质的混淆。具体地，储热设备1可以被控制设备控制，以在储热状态和放热状态之间切换。

第一进料设备2用于提供第一物质(例如工业废水、余热锅炉或燃气锅炉所产生的蒸汽等)并且将第一物质输送到储热设备1中。具体地，当储热设备1处于储热状态时，第一进料设备2与储热设备1流体连通，来自第一进料设备2的第一物质可以进入储热设备1中。第一物质在储热设备1中可以生成第一生成物。例如，当第一物质为蒸汽时，第一生成物可以是冷凝水。当第一物质为工业废水时，第一生成物可以是温度更低的废水。

第一物质可以连续地进入到储热设备1中。储热设备1中的一个或多个子储热装置可以吸收并储存第一物质所携带的能量。

第一物质还可以间断多次进入到储热设备1中。多个子储热装置中的一个子储热装置可以吸收并储存间断多次进入到储热设备1中的所有的第一物质所携带的能量。多个子储热装置也可以分别吸收并储存每次进入到储热设备1中的第一物质所携带的能量。

第一出料设备3用于排出上述的第一生成物。具体地，当储热设备1处于储热状态时，第一出料设备3与储热设备1流体连通。也就是说，当储热设备1处于储热状态时，来自第一进料设备2的第一物质被储热设备吸收能量之后的第一生成物可以经由第一出料设备3排出。

第二进料设备4用于提供第二物质(例如冷凝水、低品位的蒸汽等)并且将第二物质输送到储热设备中。具体地，当储热设备1处于放热状态时，第二进料设备4与储热设备1流体连通。第二物质在储热设备1中可以吸收储热设备1的一个或多个子储热装置所储存的能量并生成第二生成物。例如，第二生成物可以是高品位蒸汽或比第二物质温度更高的液体。

第二物质可以连续地进入到储热设备1中，第二物质可以吸收一个或多个子储热装置所存储的能量。

第二物质还可以间断多次进入到储热设备1中。间断多次进入到储热设备1中的第二物质可以都吸收同一个子储热装置所存储的能量，也可以分别吸收多个子储热装置中的不同的子储热装置所存储的能量。

需要说明的是，虽然在本实施方式中，第二进料设备4被示出为用于同时提供冷凝水和低品位蒸汽，但是，第二进料设备4也可以仅提供冷凝水和低品位蒸汽中的一种。

第二出料设备5用于将上述的第二生成物从储热设备1排出。具体地，当储热设备1处于放热状态时，第二出料设备5与储热设备1流体连通。也就是说，当储热设备1处于放热状态时，来自第二进料设备4的第二物质吸收储热设备所存储的能量之后生成的第二生成物可以经由第二出料设备5排出。

储热系统100还包括控制设备。如上所述地，控制设备用于控制储热设备1在储热状态和放热状态之间切换。具体地，在本发明的一个实施方式中，控制设备可以包括多个闸阀。更具体地，控制设备可以包括设置在第一进料设备2与储热设备1之间的闸阀7、设置在第一出料设备3与储热设备1之间的闸阀8、设置在第二进料设备4与储热设备1之间的闸阀10和13以及设置在第二出料设备5与储热设备1之间的闸阀11。当第一进料设备2与储热设备1之间的闸阀7以及第一出料设备3与储热设备1之间的闸阀8开启时，储热设备1处于储热状态。当第二进料设备4与储热设备1之间的闸阀10以及第二出料设备5与储热设备1之间的闸阀11开启时，储热设备1处于放热状态。为了减少误差且便于控制，闸阀7、8、10、11、13可以为电动闸阀。

此外，控制设备还可以用于控制进入储热设备1的第一物质和/或第二物质的量。

具体地，在本发明的一个实施方式中，控制设备可以包括调节阀6。调节阀6设置在储热设备1和第一进料设备2之间。调节阀6用于控制经由第一进料设备2进入储热设备1的第一物质(例如蒸汽)的量。为了更好地控制第一物质(例如蒸汽)的量，调节阀6可以设置在闸阀7的上游。为了尽可能地减少误差和便于控制，调节阀6可以为电动调节阀6。

控制设备还可以包括设置在第二进料设备4与储热设备1之间的泵。泵用于控制经由第二进料设备4进入储热设备1的第二物质(例如冷凝水或者低品位蒸汽)的量。具体地，当第二物质为冷凝水时，泵可以为水泵9。当第二物质为低品位蒸汽时，泵可以为蒸汽泵12。为了更好地控制冷凝水或低品位蒸汽的量，水泵9和蒸汽泵12可以分别设置在闸阀10和闸阀13的上游。下面将结合图1对储热设备1处于储热状态时储热系统100的工作过程进行详细描述。

当储热设备1处于储热状态时，控制设备控制第一进料设备2与储热设备1之间的闸阀7以及第一出料设备3与储热设备1之间的闸阀8开启，第二进料设备4与储热设备1之间的闸阀10和/或13以及第二出料设备5与储热设备1之间的闸阀11关闭，从而使得第一进料设备2与储热设备1流体连通，第一出料设备3与储热设备1流体连通；而第二进料设备4与储热设备1断开连通，第二出料设备5与储热设备1断开连通。第一物质可以经由第一进料设备2进入到储热设备1中。为了便于描述，第一物质以高温的蒸汽为例进行解释说明。蒸汽可以是连续的，也可以是间断的。

当连续的蒸汽进入到储热设备1中时，储热设备1中的一个子储热装置可以吸收并储存连续的蒸汽所携带的能量。

当连续的蒸汽的量过多时，为了使得储热设备1能够充分地吸收存储蒸汽所携带的能量，多个子储热装置可以串联在一起。调节阀6对蒸汽的量进行调节，使得多个串联在一起的子储热装置可以全部吸收并储存蒸汽所携带的能量。在连续的蒸汽所携带的能量均被储热设备1所吸收之后，蒸汽生成为冷凝水，冷凝水从第一出料设备3排出。

当间断的蒸汽进入到储热设备1中时，储热设备1中的同一个子储热装置可以吸收并储存间断的蒸汽所携带的能量。例如，蒸汽可以分两次进入到储热设备1中，两次进入的蒸汽所携带的能量可以被储热设备1中的同一个子储热装置吸收并存储。

当间断的蒸汽的量过多时，为了使得储热设备1能够充分地吸收并存储蒸汽所携带的能量，多个子储热装置可以并联在一起。一个子储热装置可以吸收并存储其中一次进入到储热设备1的蒸汽的能量。也就是说，多个子储热装置可以分别吸收并储存间断多次分别进入的蒸汽的能量。

此外，当间断的蒸汽中存在一次进入的蒸汽量过多时，为了使得储热设备1能够充分地存储蒸汽所携带的能量，多个子储热装置中的一些(例如两个、三个等)可以串联在一起，其余的子储热装置可以并联在一起。调节阀6对蒸汽的量进行调节，使得多个串联在一起的子储热装置可以吸收并存储其中某一次进入到储热设备1中的蒸汽的能量，而其他的间隔进入的蒸汽可以通过其他的并联的子储热装置吸收并存储。

来自第一进料设备2的蒸汽所携带的能量被储热设备1所吸收之后，蒸汽生成为冷凝水，冷凝水从第一出料设备3排出。

下面将结合图1对储热设备1处于放热状态时储热系统100的工作过程进行详细描述。

当储热设备1处于放热状态时，控制设备控制第二进料设备4与储热设备1之间的闸阀10和/或13以及第二出料设备5与储热设备1之间的闸阀11开启，第一进料设备2与储热设备1之间的闸阀7以及第一出料设备3与储热设备1之间的闸阀8关闭，从而使得第二进料设备4与储热设备1流体连通，第二出料设备5与储热设备1流体连通；而第一进料设备2与储热设备1断开连通，第一出料设备3与储热设备1断开连通。第二物质可以经由第二进料设备4进入到储热设备1中。第二物质在储热设备1中吸收储热设备1所存储的能量后生成第二生成物。第二生成物可以经由第二出料设备5排出。

如上所述地，第二物质可以为冷凝水或低品位蒸汽。下文将以冷凝水为例进行说明。冷凝水可以是连续的，也可以是间断的。

冷凝水进入到储热设备1中的量可以通过控制设备进行控制。具体地，可以通过设置在储热设备1和第二进料设备4之间的水泵9控制进入储热设备1的冷凝水的流量和压力。冷凝水进入到储热设备1中可以吸收子储热装置中存储的能量。

当连续的冷凝水进入到储热设备1中时，冷凝水可以吸收一个子储热装置中存储的能量。

当连续的冷凝水的量过多时，冷凝水可以吸收多个串联在一起的子储热装置中的能量，冷凝水可以将多个子储热装置中存储的能量均吸收。水泵9对冷凝水的量进行调节，使得一次进入到储热设备1中的冷凝水能够吸收多个子储热装置中存储的能量。

当间断的冷凝水进入到储热设备1中时，冷凝水也可以吸收储热设备1中并联在一起的多个子储热装置所存储的能量。冷凝水可以多次间断地进入到储热设备1中。每次进入的冷凝水可以吸收其中一个子储热装置中存储的能量。也就是说，多次进入的冷凝水可以分别吸收多个子储热装置中存储的能量。当一个子储热装置中存储的能量足够多时，多次间断地进入的冷凝水可以吸收同一个子储热装置中存储的能量。

此外，当间断的冷凝水中存在一次进入的冷凝水量过多时，冷凝水可以吸收串联在一起的多个子储热装置以及并联在一起的其余的多个子储热装置所存储的能量。水泵9对冷凝水的量进行调节，使得其中某一次进入到储热设备1中的冷凝水可以吸收多个串联在一起的子储热装置中存储的能量，而其他的间隔进入的冷凝水可以吸收其他的并联的子储热装置中存储的能量。

冷凝水将子储热装置中存储的能量吸收之后，冷凝水生成高品位蒸汽，高品位蒸汽从储热设备1中排出。

这样，冷凝水可以将储热设备1中存储的能量分时段的吸收，或者将储热设备1中存储的能量集中使用。

低品位蒸汽进入到储热设备中吸收所存储的能量的过程与冷凝水吸收所存储的能量的过程相似，本文将不再赘述。

为了进一步提高高品位蒸汽的温度和压力，第二出料设备5还包括蒸汽加热器14。蒸汽加热器14设置在第二出料设备5与储热设备1之间。蒸汽加热器14与第二出料设备5之间可以设置有闸阀15。闸阀15可以为电动闸阀。当储热设备1处于放热状态时，蒸汽加热器14与储热设备1流体连通，用于提高第二生成物的温度和压力。也就是说，来自储热设备1的第二生成物可以先进入到蒸汽加热器14中。通过蒸汽加热器14，第二生成物的温度和压力均提高了。之后，第二生成物经由第二出料设备5排出，以供用户使用。

为了更好地利用储热系统100所储存的能量和产生的高品位蒸汽，储热系统100还可以包括蒸汽发电机组。蒸汽发电机组与第二出料设备5连通，以接收高品位蒸汽。这样，蒸汽发电机组可以将高品位蒸汽用于发电，极大的提高了高品位蒸汽的利用率，实现调节发电量，保证了发电机组的平稳运行，便于蒸汽发电负荷调整以及存谷补峰发电。

本发明提供了一种储热系统，该储热系统为蒸汽储热提供了一条途径。通过串联和/或并联的方式连接在一起的多个子储热装置，可以充分有效地吸收并存储来自第一进料设备的第一物质所携带的能量，并且来自第二进料设备的第二物质能够充分有效地吸收储热设备所存储的能量。此外，还可以通过调节第一物质的量调整子储热装置所存储的能量，通过调节第二物质的量调整所吸收的子储热装置存储的能量。另外，本发明提供的储热系统适应不同数量的进入储热设备中的物质的温度和压力的波动，甚至对于间断进入的物质能够分时储热和放热或者集中使用。对于特定地理区域内的各种物质，能够根据储热量和用量的需求设置相应数量的子储热装置与第一进料设备、第一出料设备、第二进料设备和第二出料设备的组合，实现经济高效用能。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部”、“件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其他特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (7)

1.一种储热系统，其特征在于，所述储热系统包括：

储热设备，所述储热设备包括多个子储热装置，所述多个子储热装置之间通过串联和/或并联的方式连接在一起，所述储热设备能够在储热状态和放热状态之间切换；

第一进料设备，当所述储热设备处于所述储热状态时，所述第一进料设备与所述储热设备流体连通，用于输送第一物质进入所述储热设备，所述储热设备的至少一个所述子储热装置吸收并存储所述第一物质的能量并生成第一生成物；

第一出料设备，当所述储热设备处于所述储热状态时，所述第一出料设备与所述储热设备流体连通，用于将所述第一生成物从所述储热设备排出；

第二进料设备，当所述储热设备处于所述放热状态时，所述第二进料设备与所述储热设备流体连通，用于输送第二物质进入所述储热设备，所述第二物质吸收所述储热设备的至少一个所述子储热装置所储存的能量并生成第二生成物；

第二出料设备，当所述储热设备处于所述放热状态时，所述第二出料设备与所述储热设备流体连通，用于将所述第二生成物从所述储热设备排出；和

控制设备，所述控制设备用于控制所述储热设备在所述储热状态和所述放热状态之间切换以及进入所述储热设备的所述第一物质和/或所述第二物质的量。

2.根据权利要求1所述的储热系统，其特征在于，所述控制设备包括：

调节阀，所述调节阀设置在所述第一进料设备与所述储热设备之间，用于控制进入所述储热设备的所述第一物质的量；和/或

泵，所述泵设置在所述第二进料设备与所述储热设备之间，用于控制进入所述储热设备的所述第二物质的量。

3.根据权利要求1所述的储热系统，其特征在于，所述控制设备还包括：

多个闸阀，所述多个闸阀分别设置在所述第一进料设备、所述第二进料设备、所述第一出料设备、所述第二出料设备与所述储热设备之间，用于使所述储热设备在所述储热状态和所述放热状态之间切换。

4.根据权利要求1所述的储热系统，其特征在于，所述第一物质为蒸汽，所述第一生成物为冷凝水。

5.根据权利要求1所述的储热系统，其特征在于，所述第二物质为冷凝水或低品位蒸汽，所述第二生成物为高品位蒸汽。

6.根据权利要求5所述的储热系统，其特征在于，所述第二出料设备还包括：

蒸汽加热器，当所述储热设备处于所述放热状态时，所述蒸汽加热器与所述储热设备流体连通，用于提高所述第二生成物的温度和压力。

7.根据权利要求5或6所述的储热系统，其特征在于，所述储热系统还包括蒸汽发电机组，所述蒸汽发电机组与所述第二出料设备连通，以接收所述高品位蒸汽。