CN112856805A - 一种传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开是关于一种传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉，涉及供热设备技术领域。设置有对电锅炉进行加热的加热装置；可移动式固定蓄热体框架活动安装在电锅炉的底部，用于对蓄热体进行固定并实现蓄热体的稳固移动；蓄热体安装在所述可移动式固定蓄热体框架上，用于实现对热量的存储；循环水管道与所述蓄热体相接触，用于实现蓄热体热量的传导；隔热材料用于对可移动式固定蓄热体框架进行包裹，用于绝热和支撑。本发明通过改变蓄热体与循环水之间的传热面积实现电锅炉运行过程中可调负荷运行的目标，达到了节能运行的目的，实现循环水与蓄热体换热面之间的变负荷换热，固体蓄热电锅炉避免了电锅炉运行时循环水汽化的问题。

Description

一种传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉

技术领域

本发明公开涉及供热设备技术领域，尤其涉及一种传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉。

背景技术

固体蓄热电锅炉设备利用低谷时段的廉价电将电能转化为高温热能并储存在蓄热体中，在用电高峰时段把储存的热量释放并合理利用，具有削峰填谷、节约减排的优势。因此，在供热领域，固体蓄热电锅炉有着较为广泛的应用。

尽管固体蓄热电锅炉可以充分发挥低谷电效益，但是在能量利用率方面却存在着一定的缺陷。传统的固体蓄热电锅炉采用固-气换热和气-水换热两级换热的运行方式。循环风机驱动固体蓄热电锅炉内部的空气先与高温蓄热体换热，被加热过后的空气再经换热器与循环水进行换热，这种多级换热的运行方式降低了换热效率和能量利用效率。固体蓄热电锅炉内部通过镁砖高温蓄热，当采用循环水与蓄热体直接接触进行换热的运行方法时，在换热过程中尤其是循环水与蓄热体换热初期，循环水会因换热温度过高而发生汽化。因此，发明一种通过改变传热面积实现锅炉可调负荷动态运行且运行过程中无汽化的高效换热固体蓄热电锅炉就尤为重要。

解决上述技术问题的难度在于：为了提高换热效率与能量利用率，采用循环水与蓄热体直接换热的运行方法。当采用这样的运行方法时，固体蓄热电锅炉的变负荷运行通过改变蓄热体与循环水之间的换热面积来实现，如此以来，就得解决蓄热体根据负荷变化安全稳固移动的问题：且这样的运行方式使得循环水容易发生汽化，需要严格控制和解决循环水汽化问题。

解决上述技术问题的意义在于：传统的固体蓄热电锅炉由于需要两级换热，因此换热效率和能量利用率较低。本发明固体蓄热电锅炉取消了多级换热的运行方式，而是让蓄热体与循环水直接换热，提高了换热效率，增强了能量利用率，具有节能高效的优势。通过蓄热体的安全稳固移动，实现了此运行方式下固体蓄热电锅炉的变负荷运行。同时，在自控装置的配合下，也保证了固体蓄热电锅炉运行过程中循环水不发生汽化，具有节能减排、安全可靠的优势。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉，通过改变传热面积实现固体蓄热电锅炉可调负荷运行，且防止运行过程中锅炉内部循环水发生汽化，所述技术方案如下：

该传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉设置有对电锅炉进行加热的加热装置；

可移动式固定蓄热体框架，活动安装在电锅炉的底部，用于对蓄热体进行固定并实现蓄热体的稳固移动；

蓄热体，安装在所述可移动式固定蓄热体框架上，用于实现对热量的存储；

循环水管道，与所述蓄热体相接触，用于实现蓄热体热量的传导；

隔热材料，用于对可移动式固定蓄热体框架进行包裹，设置在蓄热体的下部，用于绝热和支撑；

自控装置，用于实现对电锅炉可调负荷运行以及循环水汽化的控制。

在一个实施例中，所述可移动式固定蓄热体框架包围在蓄热体下部的隔热材料四周，用于固定蓄热体；所述可移动式固定蓄热体框架中间部分是由槽钢构成的框架结构，用于连接上部的框架和底部的支撑底板

可移动式固定蓄热体框架底部的支撑底板是水平放置的整块钢板，底部设置滚轮，支撑底板与槽钢支架之间用螺栓进行固定；电锅炉的壳体基座部分设置导轨，限制滚轮位移，使滚轮在固定的轨道上进行移动。

在一个实施例中，所述蓄热体由均匀分布排列的不同板块氧化镁砖砌体组成，其中任一板块均是由氧化镁蓄热砖砌成的回字型蓄热结构，不同板块蓄热体紧密且均匀布置，每一板块蓄热体底部均安装有可移动式固定蓄热体框架。

在一个实施例中，所述蓄热体内部的蓄热砖里布置有加热通道，表面涂有高温导热防腐涂层的加热丝均匀的分布在加热通道里。

在一个实施例中，所述隔热材料为蓄热体与蓄热体壳体、可移动式固定蓄热体框架之间设置的高温热绝缘材料。

在一个实施例中，所述电锅炉的进水口处的水先经进水管道流进固体蓄热电锅炉，再通过支管将循环水分配到蓄热体内部，充分进行换热以后，由出水管道流出；所述进水管道和出水管道安排在蓄热体同一侧且在同一竖直面上平行布置。

在一个实施例中，所述进水管道上安装泄水管，所述泄水管上安装布置阀门，用于开启和关闭管路；所述出水管道上安装安全阀。

在一个实施例中，所述进水管道和出水管道上分别开孔并连接支管，其中支管的位置平行于水平面方向同时垂直于进出水管道，进出水管道的支管之间通过平行布置的竖直细支管进行连接。

在一个实施例中，所述自控装置包括：控制器、测量变送器、执行器；

在电锅炉运行放热初期，通过执行器改变可移动式固定蓄热体框架的位置，使蓄热体沿导轨位移到轨道边缘处，实现蓄热体与循环水管道之间零接触，使循环水在充满循环水管道并循环流动之前不发生汽化；

在电锅炉运行过程中，控制器将测量变送器测得的数据进行分析后传给执行器，通过校正蓄热体的位移量，满足循环水换热量的要求。

在一个实施例中，所述测量变送器设有温度传感器和压力传感器；

温度传感器实时监测循环水的出水温度，根据用户端的实时温度需求在控制器计算分析完数据后通过执行器移动可移动式固定蓄热体框架，改变蓄热体与循环水之间换热面积大小，实现电锅炉变负荷运行；

压力传感器实时监测管道内的压力，通过自控装置对测得数据进行分析，若分析结果显示管道内压力超过域值则通过改变蓄热体与循环水间的换热面积，降低循环水温度，防止或减少循环水的汽化；若分析结果显示管道压力已经超过规定压力则通过自控装置的执行器打开出水管道上的安全阀，及时排出蒸汽，保证电锅炉的安全运行。

本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

1、本发明固体蓄热电锅炉不再采用多级换热的运行方式。不再是蓄热体先加热空气，再通过风机的作用将热空气吹出为循环水进行加热，而是通过循环水管道与蓄热体换热面直接接触进行充分换热。这样的换热方式不仅增大了换热效率而且减小了固体蓄热电锅炉的运行成本。

2、本发明固体蓄热电锅炉从动态运行的角度出发，通过改变蓄热体与循环水之间的传热面积实现电锅炉运行过程中可调负荷运行的目标，达到了节能运行的目的。本发明的蓄热体与传统固体蓄热电锅炉的蓄热体相比，不再是单一的整体，而是几块紧密排列的可移动式氧化镁砖砌体，这种可移动拆分式蓄热体既可以作为一个整体，在电低谷时段进行高效储能；又可以在电高峰时段拆分开来变位移运行，实现循环水与蓄热体换热面之间的变负荷换热。

3、本发明固体蓄热电锅炉避免了电锅炉运行时循环水汽化的问题。在电锅炉运行放热初期，循环水在与蓄热体换热面直接接触的循环水管道内部流动时，存在因温度过高达到水的沸点而发生汽化的可能，但本发明根本上解决了这一问题。蓄热体的底端安装有可移动式固定蓄热体框架，用于固定和改变蓄热体的位置。在电锅炉放热初期循环水开始循环流动之前，自控装置先改变可移动式固定蓄热体框架的位置，使蓄热体沿导轨位移到轨道最边缘处，实现蓄热体与循环水管道之间零接触，保证循环水在充满循环水管道并循环流动之前不发生汽化。在电锅炉放热运行过程中，测量变送器一旦检测到循环水换热温度过高有发生汽化的可能，或者检测到管道压力已经超过阈值，自控装置便再次启动，通过执行器改变可移动式固定蓄热体框架的位置。通过减小换热面积的方法来降低换热温度，减少或防止水汽化的产生，智能化的解决了水汽化所带来的安全问题。

当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是本发明提供的传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉的立体剖面图。

图2是本发明提供的传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉的内部管道布置示意图。

图3是本发明提供的传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉的壳体内正视图。

图4是本发明提供的传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉的正视图。

图5是本发明提供的传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉的俯视图。

图6是本发明提供的图4中的A-A剖面图。

图7是本发明提供的图5中的B-B剖面图。

附图标记：

1、固体蓄热电锅炉外壳；2、钢框架；3、槽钢支架；4、导轨；5、滚轮； 6、支撑底板；7、螺栓；8、设备壳体；9、出水管道；10、竖直细支管；11、进水管道；12、支管；13、蓄热体；14、压力传感器；15、温度传感器；16、安全阀；17、隔热材料；18、出水口；19、进水口；20、泄水管道。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本发明所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

该传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉主要包括：加热装置、蓄热体 13、循环水管道、隔热材料、可移动式固定蓄热体框架、自控装置。

在固体蓄热电锅炉蓄热体13内部的蓄热砖里布置加热通道，加热通道为均匀分布在蓄热砖里的大小相同的空腔。表面涂有高温导热防腐涂层的加热丝上下平行均匀布置在加热通道中。加热丝利用低电谷时段的电能持续发热，并将热量储存在蓄热体13中，在用电高峰时段蓄热体13放出热量，并通过蓄热体13内部管道中流动的循环水将热量带走，送给热用户。电锅炉进水口19 处的水先经进水管道11流进固体蓄热电锅炉，再通过支管12将循环水分配到蓄热体13内部，充分进行换热以后，由出水管道9流出。为了保证循环水能够充分地进行换热，故将进出水管道9安排在蓄热体13同一侧且在同一竖直面上平行布置。在进水管道11上安装泄水管，便于检修和电锅炉停运时循环水的排放。在出水管道9上安装安全阀16，便于气体及时排出。泄水管上安装布置阀门，用于开启和关闭管路。进水管道11和出水管道9上分别开孔并连接支管 12，其中支管12的位置平行于水平面方向同时垂直于进出水管道9，进出水管道9的支管12之间通过平行布置的竖直细支管10进行连接。管道之间的安装方式均采用焊接。竖直细支管10之间的距离相同皆均匀布置。支管12的安装增大了循环水与蓄热体13换热面之间的换热面积，提高了换热效率。(管道布置见图2所示)

本发明固体蓄热电锅炉的蓄热体13由均匀分布排列的不同板块氧化镁砖砌体组成，其中任一板块均是由氧化镁蓄热砖砌成的回字型蓄热结构，不同板块蓄热体13紧密且均匀布置，每一板块蓄热体13底部均安装有可移动式固定蓄热体框架。可移动式固定蓄热体框架旨在对固体蓄热电锅炉的蓄热体13 进行固定并实现蓄热体13的稳固移动，从而实现电锅炉的可调负荷运行。可移动式固定蓄热体框架由钢框架2组成且包围在蓄热体13下部的隔热材料17 四周，用于固定蓄热体13。钢框架2的上端固定安装有固体蓄热电锅炉外壳1，其中隔热材料17为蓄热体13与蓄热体壳体、可移动式固定蓄热体框架之间设置的高温热绝缘材料，主要起绝热、支撑的作用。可移动式固定蓄热体框架中间部分是由槽钢构成的框架结构，用于连接上部的框架和底部的支撑底板 6。可移动式固定蓄热体框架底部的支撑底板6是水平放置的整块钢板，底部设置滚轮5，支撑底板6与槽钢支架3之间用螺栓7进行固定。在固体蓄热电锅炉的壳体基座部分设置导轨4，限制滚轮5位移，使其在固定的轨道上进行移动，同时增强蓄热体13移动的稳固性。固体蓄热电锅炉外围的设备壳体8采用碳钢结构，主要起保护、支撑和美化电锅炉的作用。(见图1所示)

本发明固体蓄热电锅炉可调负荷运行以及循环水汽化问题的解决主要通过自控装置实现。自控装置主要包括控制器、测量变送器、执行器三大部分。在电锅炉运行放热初期，启动自控装置，通过执行器改变可移动式固定蓄热体框架的位置，使蓄热体13沿导轨4位移到轨道最边缘处，实现蓄热体13与循环水管道之间零接触，保证循环水在充满循环水管道并循环流动之前不发生汽化。在电锅炉运行过程中，控制器负责将测量变送器测得的数据进行分析后传给执行器，通过校正蓄热体13的位移量，来满足循环水换热量的要求。测量变送器主要是温度传感器15和压力传感器14。温度传感器15实时监测循环水的出水温度，根据用户端的实时温度需求在控制器计算分析完数据后通过执行器移动可移动式固定蓄热体框架，改变蓄热体13与循环水之间换热面积大小，实现电锅炉变负荷运行。压力传感器14用来实时监测管道内的压力，通过自控装置对测得数据进行分析，若分析结果显示管道内压力超过域值则通过改变蓄热体13与循环水间的换热面积，降低循环水温度，防止或减少循环水的汽化。若分析结果显示管道压力已经超过规定压力则通过自控装置的执行器打开出水管道9上的安全阀16，及时排出蒸汽，保证电锅炉的安全运行。

固体蓄热电锅炉内部的循环水在与蓄热体13直接接触的管道内部流动，与蓄热体13进行高效换热，提高了换热效率。电锅炉进水口19处的循环水先由进水管道11流进固体蓄热电锅炉内部，再通过支管12将循环水分配到蓄热体13内部，进水管道11与出水管道9垂直排列，中间通过竖直细支管10进行连接。进水管道11安排在下方，出水管道9安排在上方，在高效换热的同时有利于气体的及时排出。在出水管道9上方布置安全阀16，及时排出汽化的气体。进水管道11下方连接有泄水管道20，在检修或者电锅炉停运时及时排出管道内的循环水。蓄热体13与可移动式固定蓄热体框架之间通过隔热材料17连接，隔热材料17既起到了支撑作用又缓冲阻隔了蓄热体13内部的大量热量。固体蓄热电锅炉蓄热体13的移动主要通过可移动式固定蓄热体框架来实现。钢框架2主要用来固定蓄热体，底部的槽钢支架3起支撑作用，通过螺栓7将槽钢支架3固定在支撑底板6上来连接钢框架2和支撑底板6，支撑底板6下部设计滚轮 5实现蓄热体13的位移，通过导轨4引导蓄热体13在给定方向上做往复直线位移，从而更好的实现蓄热体位置变动的可控性。设备壳体8主要起保护、支撑和美化电锅炉的作用。出水口18上的压力传感器14和温度传感器15用来实时检测管道内压力和循环水的温度，并将监测数据及时传给自控装置，在监测数据得到分析处理以后启动执行器，控制蓄热体的13位移以及安全阀16的启闭，使固体蓄热电锅炉实现可调负荷无汽化运行。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉，其特征在于，该传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉设置有对电锅炉进行加热的加热装置；

可移动式固定蓄热体框架，活动安装在电锅炉的底部，用于对蓄热体进行固定并实现蓄热体的稳固移动；

蓄热体，安装在所述可移动式固定蓄热体框架上，用于实现对热量的存储；

循环水管道，与所述蓄热体相接触，用于实现蓄热体热量的传导；

隔热材料，用于对可移动式固定蓄热体框架进行包裹，设置在蓄热体的下部，用于绝热和支撑；

自控装置，用于实现对电锅炉可调负荷运行以及循环水汽化的控制。

2.根据权利要求1所述的传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉，其特征在于，所述可移动式固定蓄热体框架包围在蓄热体下部的隔热材料四周，用于固定蓄热体；所述可移动式固定蓄热体框架中间部分是由槽钢构成的框架结构，用于连接上部的框架和底部的支撑底板。

可移动式固定蓄热体框架底部的支撑底板是水平放置的整块钢板，底部设置滚轮，支撑底板与槽钢支架之间用螺栓进行固定；电锅炉的壳体基座部分设置导轨，限制滚轮位移，使滚轮在固定的轨道上进行移动。

3.根据权利要求1所述的传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉，其特征在于，所述蓄热体由均匀分布排列的不同板块氧化镁砖砌体组成，其中任一板块均是由氧化镁蓄热砖砌成的回字型蓄热结构，不同板块蓄热体紧密且均匀布置，每一板块蓄热体底部均安装有可移动式固定蓄热体框架。

4.根据权利要求3所述的传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉，其特征在于，所述蓄热体内部的蓄热砖里布置有加热通道，表面涂有高温导热防腐涂层的加热丝均匀的分布在加热通道里。

5.根据权利要求1所述的传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉，其特征在于，所述隔热材料为蓄热体与蓄热体壳体、可移动式固定蓄热体框架之间设置的高温热绝缘材料。

6.根据权利要求1所述的传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉，其特征在于，所述电锅炉的进水口处的水先经进水管道流进固体蓄热电锅炉，再通过支管将循环水分配到蓄热体内部，充分进行换热以后，由出水管道流出；所述进水管道和出水管道安排在蓄热体同一侧且在同一竖直面上平行布置。

7.根据权利要求6所述的传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉，其特征在于，所述进水管道上安装泄水管，所述泄水管上安装布置阀门，用于开启和关闭管路；所述出水管道上安装安全阀。

8.根据权利要求6所述的传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉，其特征在于，所述进水管道和出水管道上分别开孔并连接支管，其中支管的位置平行于水平面方向同时垂直于进出水管道，进出水管道的支管之间通过平行布置的竖直细支管进行连接。

9.根据权利要求1所述的传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉，其特征在于，所述自控装置包括：控制器、测量变送器、执行器；

在电锅炉运行放热初期，通过执行器改变可移动式固定蓄热体框架的位置，使蓄热体沿导轨位移到轨道边缘处，实现蓄热体与循环水管道之间零接触，使循环水在充满循环水管道并循环流动之前不发生汽化；

在电锅炉运行过程中，控制器将测量变送器测得的数据进行分析后传给执行器，通过校正蓄热体的位移量，满足循环水换热量的要求。

10.根据权利要求9所述的传热面可变的安全高效固体蓄热电锅炉，其特征在于，所述测量变送器设有温度传感器和压力传感器；

温度传感器实时监测循环水的出水温度，根据用户端的实时温度需求在控制器计算分析完数据后通过执行器移动可移动式固定蓄热体框架，改变蓄热体与循环水之间换热面积大小，实现电锅炉变负荷运行；

压力传感器实时监测管道内的压力，通过自控装置对测得数据进行分析，若分析结果显示管道内压力超过域值则通过改变蓄热体与循环水间的换热面积，降低循环水温度，防止或减少循环水的汽化；若分析结果显示管道压力已经超过规定压力则通过自控装置的执行器打开出水管道上的安全阀，及时排出蒸汽，保证电锅炉的安全运行。

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