CN112629300B - 一种利用熔盐蓄热的冷热电联产系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用熔盐蓄热的冷热电联产系统，包括熔盐蓄热子系统、朗肯循环子系统、制冷子系统及供热子系统，其中，熔盐蓄热子系统与朗肯循环子系统的入口端相连接，朗肯循环子系统的出口端与溴化锂吸收式制冷子系统连接，制冷子系统的出口端与供热子系统连接，供热子系统的出口端接回至熔盐蓄热子系统的通风管道入口端。本发明通过以熔盐物态转变所释放的相变潜热为热源，通过朗肯循环法发电，实现了对可再生能源的利用，减少了对不可再生能源的消耗，避免了对环境造成污染；以余热锅炉所排出的热风为溴化锂制冷剂的热源，用于驱动制冷机制冷，提高了制冷系统的效率，提高了能源综合利用率。

Description

一种利用熔盐蓄热的冷热电联产系统
技术领域
本发明涉及一种能源回收技术，具体为一种一种利用熔盐蓄热的冷热电联产系统。
背景技术
随着全球性能源短缺，新能源的存储和有效利备受关注和青睐。为了实现低碳能源和低碳经济的目标，必须大力发展可再生能源。但无论是风能、太阳能还是热电能源，能源在生产、传输及使用过程中都会产生扰动，这些扰动主要来自于源荷的不确定性，这使得能源在有效利用方面一直是瓶颈问题。而过去使用能源时大家只关注产能及用能，却忽略了时间问题，由此，储能装置因其可以满足节能减排需求而急需发展。对于电网而言，储能装置可以减轻电网波动，将新能源的电储存起来转变成稳定功率的电输送给电网，也可以将低谷电储存起来用于高峰时段，完成“削峰填谷”。储热技术的开发和利用，可以实现从化石燃料和清洁燃料并存到完全使用清洁燃料的彻底性变革。由于高温熔盐流动性带来的安全和经济问题较为严重，因此设计一种非流动熔盐的储能装置十分重要。虽然传统的电网式能源系统可以满足大规模的用能需求，但是由于产能方式较为单一，用能主体较为分散，因此在能源的生产和使用过程中存在效率较低、高能低用、环境污染等诸多问题。
发明内容
针对传统能源系统效率较低、高能抵用、环境污染等问题，本发明要解决的问题是提供一种通过对热能的高效回收利用，可同时满足冷、热、电多股能源用能需求的高效的利用熔盐蓄热的冷热电联产系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种利用熔盐蓄热的冷热电联产系统，包括熔盐蓄热子系统、朗肯循环子系统、制冷子系统及供热子系统，其中，熔盐蓄热子系统与朗肯循环子系统的入口端相连接，朗肯循环子系统的出口端与溴化锂吸收式制冷子系统连接，制冷子系统的出口端与供热子系统连接，供热子系统的出口端接回至熔盐蓄热子系统的通风管道入口端。
所述熔盐蓄热子系统包括保温箱体、感应加热器、热管本体、储热介质以及通风管道，其中保温箱体中具有储能腔，储能腔一侧设有通风管道；热管本体具有多个，水平安装于储能腔内，热管本体分为两组，第一组中各热管本体的第一端部与感应加热器连接，第二组中各热管本体的第一端部与第一组中各热管本体的第一端部上下交错设置，第二组中各热管本体的第二端部进入通风管道；储热介质填充于储能腔中。
所述感应加热器设于保温箱体侧壁的保温材料中；第二组热管本体的第二端部设有翅片。
保温箱体为一长方体，顶部保温层使用高铝耐火纤维，四周和底部保温层使用硅酸铝纤维板和轻质耐火黏土砖的复合材料；储热介质为熔盐，热管本体为带吸液芯的热管，热管为采用不锈钢制成的管壳。
所述朗肯循环子系统包括余热锅炉，其工质出口侧通过管道经第一蒸汽透平机及调节阀与第二蒸汽透平机入口侧相连，第二蒸汽透平机出口侧通过管道经冷凝器、混合器及水泵与余热锅炉入口侧相连；第二蒸汽透平机与发电机同轴相连。
所述供热子系统依次由传热工质—低温水换热器低温水侧、保温水箱及低温水循环泵通过管道首尾连接构成，传热工质—低温水换热器低温水侧入口端连接制冷发生器，出口端端通过管道与熔盐蓄热子系统的通风管道连接。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明通过以熔盐物态转变所释放的相变潜热为热源，通过朗肯循环法发电，实现了对可再生能源的利用，减少了对不可再生能源的消耗，避免了对环境造成污染；
2.本发明以余热锅炉所排出的热风为溴化锂制冷剂的热源，用于驱动制冷机制冷，提高了制冷系统的效率，提高了能源综合利用率；
3.本发明以吸收式制冷机组排出的热风对低温水进行加热，提高了热能的利用效率，实现了预热的梯级利用。
附图说明
图1为本发明一种利用熔盐蓄热的冷热电联产系统原理图；
图2为本发明中熔盐储能罐结构示意图。
其中，1为保温水箱，2为低温水循环泵，3为传热工质—低温水换热器，4为蒸发器，5为吸收器，6为溶液泵，7为发生器，8为冷凝器，9为膨胀阀，10为溶液热交换器，11为余热锅炉，12为汽包，13为第一蒸汽透平机，14为调节阀，15为第二蒸汽透平机，16为发电机，17为冷凝器，18为混合器，19为给水泵，20为熔盐储能罐，2001为保温箱体，2002为热管本体，2003为储能介质，2004为通风管道，2005为感应加热器，21为传热工质循环泵。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
如图1所示，本发明提供一种利用熔盐蓄热的冷热电联产系统，包括熔盐蓄热子系统、朗肯循环子系统、制冷子系统及供热子系统，其中，熔盐蓄热子系统与朗肯循环子系统的入口端相连接，朗肯循环子系统的出口端与溴化锂吸收式制冷子系统连接，溴化锂吸收式制冷子系统的出口端与供热子系统连接，供热子系统的出口端接回至熔盐蓄热子系统的通风管道2004的入口端。
如图2所示，所述熔盐蓄热子系统包括保温箱体2001、感应加热器2005、热管本体2002、储热介质2003以及通风管道2004，其中保温箱体2001中具有储能腔，储能腔一侧设有通风管道2004；热管本体2002具有多个，水平安装于储能腔内，热管本体2002分为两组，第一组中各热管本体2002的第一端部与感应加热器2005连接，第二组中各热管本体2002的第一端部与第一组中各热管本体2002的第一端部上下交错设置，第二组中各热管本体2002的第二端部进入通风管道；储热介质填充于储能腔中。
感应加热器设于保温箱体2001侧壁的保温材料中；第二组热管本体2002的第二端部设有翅片。
朗肯循环子系统包括余热锅炉11，其工质出口侧通过管道经第一蒸汽透平机13及调节阀14与第二蒸汽透平机15入口侧相连，第二蒸汽透平机15出口侧通过管道经冷凝器17、混合器18及水泵19与余热锅炉11入口侧相连；第二蒸汽透平机15与发电机16同轴相连。
供热子系统依次由传热工质—低温水换热器3低温水侧、保温水箱1及低温水循环泵2通过管道首尾连接构成，传热工质—低温水换热器3低温水侧入口端连接发生器7，出口端端通过管道与熔盐蓄热子系统的通风管道2004连接。
熔盐蓄热子系统与朗肯循环子系统相连接，利用熔盐蓄热热源的朗肯循环子系统与溴化锂吸收式制冷子系统及供热子系统相连接构成整体冷热电联产系统，将朗肯循环和溴化锂制冷相结合实现了电力供应、冬季供暖、夏季供热的冷热电联产。
本实施例中，保温箱体为一长方体，顶部保温层使用高铝耐火纤维，四周和底部保温层使用硅酸铝纤维板和轻质耐火黏土砖的复合材料；储热介质为熔盐(氯化钠)，热管本体为带吸液芯的热管，热管为采用不锈钢制成的管壳。
本发明中，传热工质采用风，制冷工质采用溴化锂—水溶液，发电工质采用高温蒸汽。
熔盐储能罐采用的储能工质为单相熔盐氯化钠，氯化钠熔盐储热的基理为利用氯化钠受热由固变为液态的相变潜热进行存储；熔盐储能罐采用的传热器件为带吸液芯的热管，其工作原理为当热管一段被加热时，管内液体受热蒸发，蒸发后的气体将热量带到管子另一端，并在冷端液化释放热量，释能后液体通过毛细管回到热端，完成热量传递。
本发明的工作过程及原理如下：
熔盐蓄热子系统的传热工质——热风在传热工质循环泵21的驱动下，在熔盐蓄热子系统内循环，空气中的风流经熔盐储能罐20吸收热量被加热，并通过热管本体2002将热能传递出去，作为朗肯循环子系统、制冷子系统及供热子系统的热源。
朗肯循环子系统中被加热的热风作为联供系统的能量来源，流经余热锅炉11与水换热产生高温高压的过热蒸汽，推动第一蒸汽透平机13及第二蒸汽透平机15做功发电，其中通过控制调节阀可以抽取部分蒸汽供给蒸汽用户使用。经余热锅炉11排出的热风具有较高温度可作为制冷子系统的热源。
制冷子系统以余热锅炉11排出的热风为热源，利用溶液浓度差作为制冷的驱动力，利用热源加热制冷发生器7中的水溶液，使得溴化锂—水溶液由稀溶液变为浓溶液后进入吸收器5；
吸收器5与蒸发器4在同一压力级，吸收器5内的浓溶液吸收蒸发器5内的水蒸气后变为稀溶液，蒸发器5中的水蒸发吸热，由此完成制冷子系统的循环，制冷剂排出的热风同时可做为供热子系统的热源。
供热子系统的低温水在低温水循环泵2的驱动下进入传热工质—低温水换热器3与热风换热后升高温度，之后储存在保温水箱1中作为生活热水或用于供暖。
现假定本发明中的熔盐蓄热装置为0.1t蒸汽锅炉供气，其设计参数如下表
Figure BDA0002788725400000041
通风管道2004设计根据公式Q＝CpρVΔT、
Figure BDA0002788725400000042
及热风和锅炉传热效率为80％，可得设计通风管道2004的直径为0.21m。熔盐装置体积可根据公式Q盐＝m[csp(Tm-Ti)+amΔh+clp(Tf-Tm)及公式ρV盐＝m盐，可得熔盐装置体积为3.2m3。考虑计算及生产中的各方面因素，由此将储能装置容积取为4m3，其结构尺寸为长2m，宽2m，高1m。现假定单根热管的传递功率为13kW，电加热体功率为200kW，所需将电加热体的功率传递到熔盐中所需15根热管，将热管均匀分布为横向3排，纵向5列。
为使释能速度更快，熔盐向热风传递热量所需的热管采用25根，其分布为横向5排，纵向5列。热管数据如下表。
Figure BDA0002788725400000051
根据公式
Figure BDA0002788725400000052
可得管内蒸汽空间声速极限尺寸为38mm。根据已有数据以及误差，设计热管管道直径为100mm，管道长度为1.25m。在与风换热过程中，增加翅片来加强换热。每根热管翅片数据如下表。
Figure BDA0002788725400000053
由于熔盐装置外表面温度须保持在30℃左右，并尽可能的减少储能装置的热损失，需要设置保温层。由熔盐传热功率和散热损失及公式
Figure BDA0002788725400000054
可知，散热热流密度为285.5w/m2。顶部保温层所用的高铝纤维的导热系数为0.13W/(m·K),根据公式
Figure BDA0002788725400000055
计算可得顶部保温材料厚度为260mm。四周及侧面的保温材料为碳酸铝纤维板和轻质耐火黏土砖的复合材料。根据公式
Figure BDA0002788725400000056
及碳酸铝纤维板的导热系数为λ＝0.03+0.0001682t W/(m·K)，轻质耐火黏土砖的导热系数为λ＝0.29+0.00026t W/(m·K)，可得外表面用20mm厚度的碳酸铝纤维板，黏土砖厚度为0.62mm，由于黏土砖规格为230*115*65mm，则后续共需要铺设10曾耐火黏土砖。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，凡采用等同替换或等效变化所形成的技术方案，都应覆盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用熔盐蓄热的冷热电联产系统，其特征在于：包括熔盐蓄热子系统、朗肯循环子系统、制冷子系统及供热子系统，其中，熔盐蓄热子系统与朗肯循环子系统的入口端相连接，朗肯循环子系统的出口端与溴化锂吸收式制冷子系统连接，制冷子系统的出口端与供热子系统连接，供热子系统的出口端接回至熔盐蓄热子系统的通风管道入口端；
所述熔盐蓄热子系统包括保温箱体、感应加热器、热管本体、储热介质以及通风管道，其中保温箱体中具有储能腔，储能腔一侧设有通风管道；热管本体具有多个，水平安装于储能腔内，热管本体分为两组，第一组中各热管本体的第一端部与感应加热器连接，第二组中各热管本体的第一端部与第一组中各热管本体的第一端部上下交错设置，第二组中各热管本体的第二端部进入通风管道；储热介质填充于储能腔中。
2.根据权利要求1所述的利用熔盐蓄热的冷热电联产系统，其特征在于：所述感应加热器设于保温箱体侧壁的保温材料中；第二组热管本体的第二端部设有翅片。
3.根据权利要求1所述的利用熔盐蓄热的冷热电联产系统，其特征在于：保温箱体为一长方体，顶部保温层使用高铝耐火纤维，四周和底部保温层使用硅酸铝纤维板和轻质耐火黏土砖的复合材料；储热介质为熔盐，热管本体为带吸液芯的热管，热管为采用不锈钢制成的管壳。
4.根据权利要求1所述的利用熔盐蓄热的冷热电联产系统，其特征在于：所述朗肯循环子系统包括余热锅炉，其工质出口侧通过管道经第一蒸汽透平机及调节阀与第二蒸汽透平机入口侧相连，第二蒸汽透平机出口侧通过管道经冷凝器、混合器及水泵与余热锅炉入口侧相连；第二蒸汽透平机与发电机同轴相连。
5.根据权利要求1所述的利用熔盐蓄热的冷热电联产系统，其特征在于：所述供热子系统依次由传热工质—低温水换热器低温水侧、保温水箱及低温水循环泵通过管道首尾连接构成，传热工质—低温水换热器低温水侧入口端连接制冷发生器，出口端通过管道与熔盐蓄热子系统的通风管道连接。
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