CN111043888A - 组合式储热单元 - Google Patents

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王志雄
陈久林
倪瑞涛
段洋
刘刚
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Abstract

本发明公开了一种组合式储热单元，包括：一储热装置，其内并列设有两个独立的换热空间，每个换热空间的顶部均设有供气体通过的开口；一排灰通道，其设置于储热装置的底部，用于将两个换热空间连通，其中段的底部设有卸灰阀；其中，一个换热空间、排灰通道和另一个换热空间依次构成气体的流动通道，每个换热空间用于对气体储热或放热，排灰通道用于提供气体中灰尘的沉积空间，卸灰阀用于将沉积的灰尘排出。解决了现有储热设备主要适用于洁净气体、对于含尘烟气换热时无法排尘的问题。

Description

组合式储热单元
【技术领域】
本发明属于储热设备技术领域，具体涉及一种组合式储热单元。
【背景技术】
现有的气体储热设备主要有蓄热式热风炉、电储热设备和联合循环燃气轮机(CCGT)电厂中的储热设备。
热风炉用于钢铁行业中，用来提高预燃空气温度，其顶部或侧部自带燃烧器，充热时使用煤气燃烧后的气体作为热源，较为洁净，直接将其储热部分用于含尘烟气中会发生堵塞的情况。
电储热产品充热时使用电加热棒直接加热空气，热源温度达1000℃，放热时通过气-水换热器产出热水温度不足100℃，材料可利用温差较大，易于实现储放热，而目前用于余热调峰的储热设备通常要求充热时平均烟气温度380℃，最低释热温度300℃，由于温差较小，实现难度大，且电储热产品也不适用于热源为含尘烟气的情况。
联合循环燃气轮机(CCGT)电厂中，增加储热系统可以解耦电和热，在电力需求高的时候，将多余的热储存至TES系统。然后，当电力需求较低时，TES产生的热能通过锅炉产生蒸汽供给用户。该储热装置主要由储热材料、保温材料及贮存容器组成，已经在德国斯图加特DLR的一个测试平台上进行了理论和实验测试，证实可以实现余热调峰，但该设备依然无法实现排尘的功能，无法在含尘量较大的水泥窑等场景下中使用。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种组合式储热单元，以解决现有储热设备对于含尘烟气换热时无法除尘的问题。
本发明采用以下技术方案：组合式储热单元，包括：
一储热装置，其内并列设有两个独立的换热空间，每个换热空间的顶部均设有供气体通过的开口；
一排灰通道，其设置于储热装置的底部，并将两个换热空间连通，其底部设有卸灰阀；
其中，一个换热空间、排灰通道和另一个换热空间依次构成气体的流动通道，每个换热空间用于对气体储热或放热，排灰通道用于提供气体中灰尘的沉积空间，并通过卸灰阀将灰尘排出。
进一步的，每个换热空间的顶部均连通设有均流器，均流器包括：
一气体通道，为空心腔体结构；
一均流台体结构，为与气体通道连通的上小下大的空心台体结构，其内部设有横纵交错的多个梯形隔板，隔板之间形成用于均流气体的气体流通通道。
进一步的，排灰通道包括由外向内依次间隔排列设置的三层弧形板，其中位于内部的两层弧形板的底部均匀设有多个排灰孔，位于最外侧的弧形板的底部向外凸出设有排灰槽，三层弧形板的顶部与储热装置的底部连通。
进一步的，排灰槽设置于最外侧弧形板的中间的底部，其延伸方向与弧形板的弦长方向垂直。
进一步的，储热装置内设置竖直隔板，以隔离出两个独立的换热空间。
进一步的，储热装置内的储热体为堆积黏土砖储热体、格子砖储热体、棒束式储热体、平板式储热体、管壳式储热体其中的一种或者数种组合。
本发明采用的第二种技术方案是，组合式储热单元的使用方法，其使用方法为：
一均流器接收气体，并将其输送至与其连通的储热装置中的一换热空间；排灰通道接收经一次换热后的气体，另一换热空间接收经排灰通道传送来的气体，并对其进行二次换热；另一均流器接收经二次换热后的气体，并将其排出；
其中，排灰通道用于收集流经两个换热空间的气体中携带的灰尘，并将其排出。
进一步的，组合式储热单元在换热工况时、和储热工况时的气体流动路径相反。
本发明的有益效果是：本发明通过储热装置下设置排灰通道，在对气体进行储热的同时还可以进行排灰，适用于含尘量较大的水泥窑和钢铁生产线，换热的过程中易于排尘且不会发生堵塞。同时，本发明的高度较低，便于安装和检修，内部流场的均匀性好。
【附图说明】
图1为本发明组合式储热单元的结构示意图；
图2为本发明组合式储热单元的均流器的结构示意图；
图3为本发明组合式储热单元的排灰通道的结构示意图；
图4为本发明组合式储热单元的排灰通道各部分结构的爆炸示意图。
其中，1.基础支架，2.储热装置，4.均流器,5.排灰通道,7.卸灰阀，8.隔板，41.气体通道，42.均流台体结构，51.弧形板，52.排灰孔，53.排灰槽，54.挡板。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种组合式储热单元，如图1所示，包括固定在基础支架1之上的储热装置2，和设置在储热装置2底部的排灰通道5。储热装置2内并列设有两个独立的换热空间，每个所述换热空间的顶部均设有供气体通过的开口。排灰通道5设置于储热装置2的底部，用于将两个所述换热空间连通，排灰通道5中段的底部向下设有卸灰阀7。其中，一个换热空间、排灰通道5和另一个换热空间依次构成气体的流动通道，每个所述换热空间用于对气体储热或放热，所述排灰通道5用于提供气体中灰尘的沉积空间。换热后的气体经过排灰通道5，在重力作用下经各个排灰孔52沉积至底部排灰槽53，并通过其底部的卸灰阀7排出。
如图2所示，每个换热空间的顶部均设有均流器4，均流器4包括贯通的气体通道41和均流台体结构42。气体通道41为空心腔体结构；均流台体42为与所述气体通道连通的上小下大的空心台体结构，其内部设有横纵交错的多个竖直向的梯形隔板，隔板之间形成用于均流气体的竖直向的气体流通通道。横纵交错的隔板设计，可以使得进出均流器4的气体更均匀。
均流器4有两个，一个为气体进口，另一个即为气体出口，储热和放热阶段进口和出口互换。气体的流动路径为，从一个均流器4进入，经一个换热空间换热，再进入排灰通道5排灰，最后经另一个换热空间换热，再经另一个均流器4排出，即完成。如果气体是高温气体即在换热空间内进行储热，如果气体是低温气体，则在换热空间内进行放热。如果气体是含尘烟气则会有灰尘沉积于排灰通道5，并由此排出；如果气体是纯净烟气也同样适用于本发明的组合式储热单元。
如图3和图4所示，排灰通道5包括由外向内依次间隔排列的三层弧形板51，其中位于内部的两层弧形板51的底部均匀设有多个排灰孔52，位于最外侧的弧形板51的底部向外凸出设有排灰槽53，三层所述弧形板51的顶部与所述储热装置2的底部连通；所述排灰通道5的两侧通过挡板54密封。使用过程为：气体经换热空间进入排灰通道5的三层弧形板51，灰尘在重力作用下经多个排灰孔52落入排灰槽53，最后由卸灰阀7排出。排灰槽53水平设置于最外侧所述弧形板51的中间的底部，其延伸方向与所述弧形板51的弦长方向垂直。
储热装置2的储热体包括的两个换热空间可以是间隔设置的两个，也可以是在储热装置中通过设置竖直隔板8而隔离出的两个独立的换热空间。储热装置2内的换热体用于对通过其的气体进行换热，可以为堆积黏土砖储热体、格子砖储热体、棒束式储热体、平板式储热体、管壳式储热体中的一种或者数种组合。
组合式储热单元的使用方法为：一个均流器4接收气体，并将其输送至与其连通的储热装置2的一个换热空间；该换热空间接收气体，并对其进行一次换热；排灰通道接收经一次换热后的气体，并接收从气体中沉降的灰尘；另一换热空间接收经排灰通道传送来的气体，并对其进行二次换热；另一均流器4将经二次换热后的气体排出。组合式储热单元在换热工况时、和储热工况时的气体流动路径相反。
储热时高温气流进入均流器4增大流通面积后，进入储热装置2中的一换热空间；所述换热空间通道接收气体，并对其进行一次换热，气体温度降低，储热体温度升高；气体通过排灰通道5，密度大于空气的烟尘由于离心力作用被甩至挡板，通过小孔而落至灰斗；随后气体通过另一换热空间接，并对其进行二次换热，气体温度进一步降低，储热体温度升高；气体流入另一均流器4，缩小流通截面后排出至烟道。储热结束后卸灰阀打开，烟尘排出。
放热时气体流程与储热时相反，温度较低的气体从储热阶段的气体出口流入均流器4，扩大流通截面后进入储热装置换热空间，气体与其中的储热体换热，气体被加热后经过排灰通道5，烟尘沉降至底部卸灰阀，气体进入换热空间，气体进一步被加热，最后通过另一均流器被排出。
本发明是适用于含尘烟气的储热装置，特别是含尘量较大的水泥窑和钢铁生产线，易于排尘，不会发生堵塞；由于结构并不复杂且采用的储热材料成本低，造成整体储热成本低。通过热力学计算得到流程长度，必须保证储热装置的换热空间长度约为20米，如果采用现有的储热装置和储热方式，那么设备的整体占地面积较大，如果采用本发明的结构，储热装置的储热空间为并列隔离设置，既可以缩短储热空间的体积，又可以在底部排灰。
本发明通过储热装置下设置排灰通道，在对气体进行储热的同时还可以进行排灰，适用于含尘量较大的水泥窑和钢铁生产线，换热的过程中易于排尘且不会发生堵塞。同时，本发明的高度较低，便于安装和检修，内部流场的均匀性好。

Claims (8)

1.组合式储热单元，其特征在于，包括：
一储热装置(2)，其内并列设有两个独立的换热空间，每个所述换热空间的顶部均设有供气体通过的开口；
一排灰通道(5)，其设置于储热装置(2)的底部，并将两个所述换热空间连通，其底部设有卸灰阀(7)；
其中，一个换热空间、排灰通道(5)和另一个换热空间依次构成气体的流动通道，每个所述换热空间用于对气体储热或放热，所述排灰通道(5)用于提供气体中灰尘的沉积空间，并通过所述卸灰阀(7)将灰尘排出。
2.如权利要求1所述的组合式储热单元，其特征在于，所述每个换热空间的顶部均连通设有均流器(4)，所述均流器(4)包括：
一气体通道(41)，为空心腔体结构；
一均流台体结构(42)，为与所述气体通道连通的上小下大的空心台体结构，其内部设有横纵交错的多个竖直向的梯形隔板，所述隔板之间形成用于均流气体的竖直向的气体流通通道。
3.如权利要求1或2所述的组合式储热单元，其特征在于，所述排灰通道(5)包括由外向内依次间隔排列设置的三层弧形板(51)，其中位于内部的两层弧形板(51)的底部均匀设有多个排灰孔(52)，位于最外侧的弧形板(51)的底部向外凸出设有排灰槽(53)，三层所述弧形板(51)的顶部与所述储热装置(2)的底部连通。
4.如权利要求1或2所述的组合式储热单元，其特征在于，所述排灰槽(53)水平设置于最外侧所述弧形板(51)的中间的底部，其延伸方向与所述弧形板(51)的弦长方向垂直。
5.如权利要求1或2所述的组合式储热单元，其特征在于，所述储热装置(2)内设置竖直隔板(8)，以隔离出两个独立的换热空间。
6.如权利要求1或2所述的组合式储热单元，其特征在于，所述储热装置(2)内的储热体为堆积黏土砖储热体、格子砖储热体、棒束式储热体、平板式储热体、管壳式储热体其中的一种或者数种组合。
7.组合式储热单元的使用方法，其特征在于，使用权利要求1-6中任意一种所述的一种组合式储热单元，其使用方法为：
一均流器(4)接收气体，并将其输送至与其连通的储热装置(2)中的一换热空间；排灰通道(5)接收经一次换热后的气体，另一换热空间接收经排灰通道(5)传送来的气体，并对其进行二次换热；另一均流器(4)接收经二次换热后的气体，并将其排出；
其中，排灰通道(5)用于收集流经两个所述换热空间的气体中携带的灰尘，并将其排出。
8.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述组合式储热单元在换热工况时、和储热工况时的气体流动路径相反。
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