CN111998709A - 一种具有内部电加热装置的高温蓄热罐 - Google Patents

一种具有内部电加热装置的高温蓄热罐 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有内部电加热装置的高温蓄热罐，包括可存储热媒的外罐体，所述的外罐体外壁设有保温层，外罐体内中心顶端设有加热内罐，外罐体底部与加热内罐底部管路连通，外罐体内底部固定有汇流格栅，加热内罐外壁与外罐体内壁之间固接有若干根呈散射状周向均布的上分流管，上分流管与加热内罐内部接通；所述加热内罐，具有内罐体，内罐体内均布有若干个U型加热管，U型加热管下方布设有向U型加热管喷射热媒的喷嘴。本发明将加热罐体置于高温的外罐体内部，形成“罐中罐”的结构而完成一个完整封闭的加热过程，具有结构紧凑、占地面积小和成本低的显著优点，可获得更广泛的推广应用。

Description

一种具有内部电加热装置的高温蓄热罐
技术领域
本发明涉及热能利用技术领域，尤其是一种具有内部电加热装置的高温蓄热罐。
背景技术
在双罐式太阳能热发电系统中，最显著的优点是由于高温热媒蓄热罐的存在，可以使用大规模的储热技术来克服太阳能的间歇性和非稳定性对于发电特性的影响，使太阳能热发电能够更有保障，并使其后设备更加安全有效的运行。然而，在实际的生产过程中，由于太阳能的间歇性及不稳定性，高温热媒很难达到预期的温度，再加之罐体保温效果欠佳，高温罐内的散热损失很大，使得依赖于高温热媒的蒸汽热发电系统的热效率及效率很低。
同样在蒸汽蓄热系统采用热媒作为中间蓄热介质时，由于各种换热设备存在着一定的传热温差和散热损失等，使得蒸汽系统的效率很低，输入蒸汽的参数和出口的蒸汽参数相差较大，很难达到工艺设计要求。因此，如何来进一步提高高温热媒的温度，产生更高参数的蒸汽满足工艺要求和提高发电效率是一个高温热媒蓄热技术必须要解决重大技术问题。
另一面，随着社会经济的高速发展，工业生产、服务业和生活对电力需求显著增加。由于人们的日常生活规律影响，使得在白天高峰期用电量急剧增大的同时，夜间谷电浪费严重，峰谷差达到60％以上，加上电力生产具有连续稳定生产的特殊性和电力储存颇为困难等原因，如果发出来的电未能得到有效利用，它将以电网发热的方式损耗掉，进而造成大量浪费。电能是高品质的能源，当利用谷电加热热媒，热媒温度的直接决定着加热过程的可用能效率，如热水器将水的温度从20℃加热到50℃，其可用能效率为只有4.5％，如果用谷电来将中等温度(200～300℃)的热媒加热到更高的温度(500～800℃)，这样的加热过程的可用能效率达到65％。如果在太阳能发电系统中或者在蒸汽蓄热系统中，利用谷电加热蓄热罐的热媒，使热媒达到更高的温度(500～800℃)，这样既可以满足工艺要求和提高发电效率，同时提高谷电加热效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种具有内部电加热装置的高温蓄热罐，以优化蓄热罐和加热罐的空间结构位置，减少能量散失并提高加热效率，大幅提高热媒温度，从而提高蓄热发电过程的经济性和效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有内部电加热装置的高温蓄热罐，包括可存储热媒的外罐体，所述的外罐体外壁设有保温层，外罐体内中心顶端设有加热内罐，外罐体底部与加热内罐底部管路连通，外罐体内底部固定有汇流格栅，加热内罐外壁与外罐体内壁之间固接有若干根呈散射状周向均布的上分流管，上分流管与加热内罐内部接通；所述加热内罐，具有内罐体，内罐体内均布有若干个U型加热管，U型加热管下方布设有向U型加热管喷射热媒的喷嘴。
具体说，所述的外罐体上侧壁连接有通入热媒的进料管，外罐体下侧壁连接有出料管，外罐体底部连接有循环出料管，外罐体外设有循环泵，循环泵的进口端与循环出料管管路连通，循环泵的出口与加热内罐底部管路连通，
为提高加热内罐支撑强度，所述的外罐体内壁与内罐体外壁底部之间设有若干根呈倾斜状周向均布的支撑件，所述的支撑件上端与内罐体外壁底部固定，支撑件下端与外罐体内侧壁固定。
为进一步提高外罐体的保温效果，所述的保温层包括高温反射涂层、耐高温纤维层、真空保温层、纤维保温层、外保护层及连接螺栓，所述真空保温层包括内侧镜面反射层、外侧镜面反射层，内侧镜面反射层和外侧镜面反射层之间填充有真空珠的真空层，所述真空保温层通过支撑空心螺栓与外罐体外壁固连。
所述的汇流格栅为盘状多孔板，汇流格栅外围圆周方向与外罐体内壁固定，汇流格栅下方为热媒汇集箱与循环出料管连通。
进一步地，所述的加热内罐包括安装在内罐体顶部的上盖板、固定在内罐体内壁上部的上隔板以及固定在内罐体内壁下部的下管板，上隔板上设有隔热层，U型加热管与上隔板固接且上端穿出隔热层上端面，内罐体侧壁上安装有与上分流管连通的出口接管，位于下管板下方的内罐体具有下封头，下封头底部连接有进口接管。
为更好地强化U型加热管的传热过程，所述的U型加热管具有外套管和电热丝，所述的外套管为带有多条纵向翅片的整体式结构，外套管和电热丝之间填充有耐高温绝缘粉层。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明所述加热内罐的结构示意图。
图3是本发明所述真空保温层的结构示意图。
图4是本发明所述喷嘴及上分流管的结构示意图。
图5是本发明所述U型加热管的结构示意图。
图中：1.加热罐体，1-1.内罐体，1-2.U型加热管，1-3.喷嘴，1-4.上盖板，1-5.上隔板，1-6.下管板，1-7.隔热层，1-8.出口接管，1-9.下封头，1-10.进口接管，1-11.防爆接线箱，1-21.外套管，1-22.电热丝，1-23.耐高温绝缘粉层，2.外罐体，3.保温层，3-1.高温反射涂层，3-2.耐高温纤维层，3-3.真空保温层，3-4.纤维保温层，3-5.外保护层，3-6.连接螺栓，3-7.内侧镜面反射层，3-8.外侧镜面反射层，3-9.真空层，4.汇流格栅，5.上分流管，6.进料管，7.出料管，8.循环出料管，9.循环泵，10.支撑件。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1～图5所示，一种具有内部电加热装置的高温蓄热罐，包括可存储热媒的外罐体2，所述的外罐体2上侧壁连接有通入热媒的进料管6，外罐体2下侧壁连接有出料管7，外罐体2底部连接有循环出料管8，外罐体2外设有循环泵9，循环泵9的进口端与循环出料管8管路连通。位于外罐体2内底部固定有汇流格栅4，所述的汇流格栅4为盘状多孔板，汇流格栅4外围圆周方向与外罐体2内壁固定，汇流格栅4上具有大量的漏孔，汇流格栅4下方为热媒汇集箱与循环出料管8连通。
由于在整个蓄热、加热过程中，外罐体2内热媒处于高温状态，考虑到尽可能降低外罐体2散热损失和提高蓄热系统的综合效率，所述的外罐体2外壁设有保温层3，所述的保温层3包括高温反射涂层3-1、耐高温纤维层3-2、真空保温层3-3、纤维保温层3-4、外保护层3-5及连接螺栓3-6，所述真空保温层3-3包括内侧镜面反射层3-7、外侧镜面反射层3-8，内侧镜面反射层3-7和外侧镜面反射层3-8之间填充有真空珠的真空层3-9，所述真空保温层3-3通过连接螺栓3-6与外罐体2外壁固连。
所述的外罐体2内中心顶端设有加热内罐1，加热内罐1外壁与外罐体2内壁之间固接上分流管5，为了使蓄热罐的热媒在整个截面均匀加热，所述的上分流管5有多根且水平呈散射状周向均布，上分流管5一端与加热内罐1内部接通，上分流管5另一端为封闭端且与外罐体2的内壁连接，上分流管5的下部装有大量渐扩式喷头。所述外罐体2内壁与内罐体1-1外壁底部之间设有若干根呈倾斜状周向均布的支撑件10，所述的支撑件10上端与内罐体1-1外壁底部固定，支撑件10下端与外罐体2内侧壁固定。
所述加热内罐1包括内罐体1-1、安装在内罐体1-1顶部的上盖板1-4、固定在内罐体1-1内壁上部的上隔板1-5以及固定在内罐体1-1内壁下部的下管板1-6，上隔板1-5上设有隔热层1-7，隔热层1-7上部的内罐体1-1空间形成防爆接线箱1-11，上隔板1-5固接有若干个周向环布的U型加热管1-2，U型加热管1-2上端穿出隔热层1-7上端面进入防爆接线箱1-11内，位于U型加热管1-2下方的下管板1-6上间隔固定有向U型加热管1-2喷射低温热媒的喷嘴1-3，；所述内罐体1-1侧壁上安装有与上分流管5连通的出口接管1-8，位于下管板1-6下方的内罐体1-1具有下封头1-9，下封头1-9底部连接有与循环泵9出口端连通的进口接管1-10，喷嘴1-3下端穿过下管板1-6
所述的U型加热管1-2具有外套管1-21和电热丝1-22，外套管1-21和电热丝1-22之间填充有耐高温绝缘粉层1-23，所述的外套管1-21为带有多条纵向翅片的整体式结构，这种外套管1-21结构了极大地强化了其表面的传热过程，特别适用于高温热媒的加热过程。
在U型加热管1-2的底部，热媒以高速喷射方式与U型加热管1-2外壁进行对流换热。为了U型加热管1-2的安全性，内罐体1-1上部位于外罐体2顶部，设置的隔热层1-7和防爆接线箱1-11，可用以预防热量积聚向上方传播造成危害和热损失。
利用循环泵9、下管板1-6、喷嘴1-3、U型加热管1-2以及上分流管5，可以完成外罐体2底部低温热媒进入上方加热内罐1，均匀加热升温后再进入外罐体2的上部整个截面上来完成整个加热过程。
加热升温过程简述：低温热媒通过进料管6经汇流格栅4汇入热媒汇集箱中，经循环出料管8和循环泵9将低温热媒通过进口接管1-10打入加热内罐1底部，经下管板1-6分流进入各个喷嘴1-3，低温热媒在喷嘴1-3内高速向上喷入U型加热管1-2，热媒与U型加热管1-2外壁进行强烈的对流换热，充分加热后热媒温度升高且向上流动，通过上部出口接管1-8进入外罐体2上部的上分流管5，再均匀分流进入到外罐体2上层，完成罐内一个循环加热过程；由于加热内罐1设置在整个圆柱形外罐体2的中间顶部，上分流管5以散射状分布在加热内罐1中部的圆周方向，由于上分流管5的管束下方设有多个渐扩式喷头，这样能使外罐体2内整个截面的热媒温度一致，加热过程从上到下逐步循环完成。在夜间利用谷电再对外罐体2内热媒进行不断循环加热，直到工艺所需要的温度。当外部需要对整个外罐体2内热媒进行取热时，高温热媒从外罐体2下侧壁的出料管7流出，经输送泵送到蒸汽发生器(或其他用热设备)，热媒放热降温后再回流到备用蓄热罐内。
本发明具有以下特点：
(1)、本发明将加热罐体1置于高温的外罐体2内部，形成“罐中罐”的结构而完成一个完整封闭的加热过程，具有结构紧凑、占地面积小和成本低的显著优点，可获得更广泛的推广应用。
(2)、U型加热管1-2采用顶端固定的方式垂直于加热罐体1内，外套管1-21外布置有高效纵向翅片，U型加热管1-2下方布设高速喷射的喷嘴1-3，这种冲击式强制对流换热大大提高了U型加热管1-2外的换热过程，使U型加热管1-2能在高温环境下，可以将热媒加热到更高的温度，同时这种布置方式在满足强化换热的同时又利用了浮力的自然作用保证了U型加热管1-2的稳定性。
(3)、U型加热管1-2内填充有氧化镁粉形成的耐高温绝缘粉层1-23，这种导热率高且绝缘性强的镁粉选用使得整个加热过程的导热效果不降低的同时减少了导电隐患的发生。
(4)、外罐体2的外壁保温采用带有多层反射层的真空保温结构，尽可能地大幅度降低了热损失。
(5)、上分流管5以均匀分布的方式置于外罐体2的上方并开有大量渐扩式喷头，汇流格栅4漏孔均匀分布，这种布置方式在整个加热过程中，能尽可能地保证了蓄热过程和放热过程在整个截面上的均匀性，降低了外罐体2内不同温度热媒的混合流动，确保加热前后热媒的温度差，提高了整个加热效率。
(6)、电加热采用的介质包括但不限于熔融盐，也可以使用导热油、液态金属、有机物等其他导热介质。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种具有内部电加热装置的高温蓄热罐，包括可存储热媒的外罐体(2)，其特征是：所述的外罐体(2)外壁设有保温层(3)，外罐体(2)内中心顶端设有加热内罐(1)，外罐体(2)底部与加热内罐(1)底部管路连通，外罐体(2)内底部固定有汇流格栅(4)，加热内罐(1)外壁与外罐体(2)内壁之间固接有若干根呈散射状周向均布的上分流管(5)，上分流管(5)与加热内罐(1)内部接通；所述加热内罐(1)具有内罐体(1-1)，内罐体(1-1)内均布有若干个U型加热管(1-2)，U型加热管(1-2)下方布设有向U型加热管(1-2)喷射热媒的喷嘴(1-3)。
2.如权利要求1所述的具有内部电加热装置的高温蓄热罐，其特征是：所述的外罐体(2)上侧壁连接有通入热媒的进料管(6)，外罐体(2)下侧壁连接有出料管(7)，外罐体(2)底部连接有循环出料管(8)，外罐体(2)外设有循环泵(9)，循环泵(9)的进口端与循环出料管(8)管路连通，循环泵(9)的出口与加热内罐(1)底部管路连通。
3.如权利要求2所述的具有内部电加热装置的高温蓄热罐，其特征是：所述的外罐体(2)内壁与内罐体(1-1)外壁底部之间设有若干根呈倾斜状周向均布的支撑件(10)，所述的支撑件(10)上端与内罐体(1-1)外壁底部固定，支撑件(10)下端与外罐体(2)内侧壁固定。
4.如权利要求2所述的具有内部电加热装置的高温蓄热罐，其特征是：所述的保温层(3)包括高温反射涂层(3-1)、耐高温纤维层(3-2)、真空保温层(3-3)、纤维保温层(3-4)、外保护层(3-5)及连接螺栓(3-6)，所述真空保温层(3-3)包括内侧镜面反射层(3-7)、外侧镜面反射层(3-8)，内侧镜面反射层(3-7)和外侧镜面反射层(3-8)之间填充有真空珠的真空层(3-9)，所述真空保温层(3-3)通过连接螺栓(3-6)与外罐体(2)外壁固连。
5.如权利要求2所述的具有内部电加热装置的高温蓄热罐，其特征是：所述的汇流格栅(4)为盘状多孔板，汇流格栅(4)外围圆周方向与外罐体(2)内壁固定，汇流格栅(4)下方为热媒汇集箱与循环出料管(8)连通。
6.如权利要求2所述的具有内部电加热装置的高温蓄热罐，其特征是：所述的加热内罐(1)包括安装在内罐体(1-1)顶部的上盖板(1-4)、固定在内罐体(1-1)内壁上部的上隔板(1-5)以及固定在内罐体(1-1)内壁下部的下管板(1-6)，上隔板(1-5)上设有隔热层(1-7)，U型加热管(1-2)与上隔板(1-5)固接且上端穿出隔热层(1-7)上端面，内罐体(1-1)侧壁上安装有与上分流管(5)连通的出口接管(1-8)，位于下管板(1-6)下方的内罐体(1-1)具有下封头(1-9)，下封头(1-9)底部连接有与循环泵(9)出口端连通的进口接管(1-10)。
7.如权利要求6所述的具有内部电加热装置的高温蓄热罐，其特征是：所述的U型加热管(1-2)具有外套管(1-21)和电热丝(1-22)，所述的外套管(1-21)为带有多条纵向翅片的整体式结构，外套管(1-21)和电热丝(1-22)之间填充有耐高温绝缘粉层(1-23)。
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