CN113154345B - 以固体蓄热体作为热源的过热蒸汽发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种以固体蓄热体作为热源的过热蒸汽发生装置，蓄热体和过热蒸汽发生器均安装于系统保温壳体内部；过热蒸汽发生装置包括安装于系统保温壳体内部并带有电加热棒的电加热组件；过热蒸汽发生器连接有过热热管和位于过热热管下方的蒸发热管；蓄热体开设有水平走向的通孔并安装在沿导轨左右直线移动的小车上；当蓄热体向电加热组件一侧移动时通孔用于电加热棒插入，当蓄热体向过热蒸汽发生器一侧移动时通孔用于过热热管和蒸发热管插入。低谷电时段导入电热丝，设备处于待机或蓄热状态；峰电时段导入热管，设备处于蒸汽输出状态。通过调节蓄热体小车的位置，调节热管插入蓄热体的深度，从而达到调节输出功率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种过热蒸汽发生装置。具体涉及一种高电压固体蓄热无风机过热蒸汽发生装置。所述的高低压主要包括6KV、10KV、20KV或者35KV电压。
背景技术
现有基于电固体蓄热的过热蒸汽发生装置一般由固体蓄热装置+风水换热器+蒸汽发生器+蒸汽过热器四部分组成，各部分间以压力管道连接。固体蓄热装置在谷电时段利用高压电产生热量，风机和风水换热器把蓄热体中热量通过空气换热到水中，蒸汽发生器利用闪蒸方式产生饱和蒸汽，蒸汽过热器利用低电压电热管过热器加热饱和蒸汽，达到所需温度，产生过热蒸汽。
这种方式主要存在以下不足之处：
第一、设备多，管路复杂。系统主要有四大模块组成：固体蓄热设备、风机和风水换热器、饱和蒸汽发生器和蒸汽过热器。四套设备间需要管路连接，设备和管路均需保温，占地面积大，制造费时费力，操作复杂，制作费用和运行费用较高。
第二、换热效率低。热量输出需经过固体蓄热体-空气-钢管-水等多道介质。经过多级换热，温度梯级降低，换热动力减少，效率较低，固体蓄热体温度与水温相差160℃以上，蓄热体中热量不能有效利用。
第三、风机多。空气-水换热靠风机强化，换热风机服役温度高，风量大，需要特种风机，造价高，可靠性差，噪音大。
第四、电制复杂。固体蓄热设备需要高压电，蒸汽过热器需要低压电，同时接入两种电制，增加了配电成本，同时蒸汽过热器用电是在过热蒸汽使用时段，不能专用低谷电价时段，增加了过热蒸汽生产成本。
第五、调节困难。需要调节输出负荷时，需通过变频器调节换热风机转数，进而调节换热风量来实现。为此，需要增加适合风机的变频器，也相应增加了设备成本。并且，换热量的增减并不与风机频率成线性关系，调节效果不直观。水温变化直接影响蒸汽发生器和蒸汽过热器的操作温度和操作压力，导致最终蒸汽状态不稳，影响用户使用。
第六、安全性差。系统设置有多个承压设备和多条承压管路，不但增加了设备费用和监检费用，而且存在安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种以固体蓄热体作为热源的过热蒸汽发生装置，第一、实现设备一体化以降低设备总体造价；第二、减少传热介质以提高换热效率；第三、取消主换热风机以减少热量梯度损失，达到提高换热效率和节约能源的目的；第四、合并电制以减少配电成本并提高设备安全性能；第五、提高设备负荷调节稳定性以保证负荷调节速率；第六、提高设备安全性能。
本发明的技术方案如下：
以固体蓄热体作为热源的过热蒸汽发生装置，包括蓄热体和过热蒸汽发生器，其特征在于：所述蓄热体和过热蒸汽发生器均安装于系统保温壳体内部；所述过热蒸汽发生装置还包括安装于系统保温壳体内部并带有电加热棒的电加热组件；所述过热蒸汽发生器连接有过热热管和位于过热热管下方的蒸发热管；所述蓄热体开设有水平走向的通孔并安装在沿导轨左右直线移动的小车上；当蓄热体随小车向电加热组件一侧移动时所述通孔用于电加热棒插入并与蓄热体换热，当蓄热体随小车向过热蒸汽发生器一侧移动时所述通孔用于过热热管和蒸发热管位于过热蒸汽发生器之外部分的插入并与蓄热体换热；所述蒸汽发生器内部安装有位于过热热管和蒸发热管位于过热蒸汽发生器之内部分之间的喷淋水嘴。
优选地，所述的蓄热体包括作为保温外壳的蓄热体保温壁和充填于蓄热体保温壁内部的蓄热转；蓄热体保温壁左右两侧分别开设有同轴的通孔并且开孔处分别设置有同轴的石棉套管；蓄热体保温壁左右两侧的所述通孔根据高度不同设有若干排，每一排中左侧的通孔与右侧的通孔一一对应，对应的通孔中的石棉套管同轴设置；对应的通孔之间的蓄热转开设有与石棉套管同轴的孔道用于穿过所述过热热管和蒸发热管。
优选地，所述过热热管包括过热热管外壳，过热热管外壳位于蒸汽发生器内部段上安装有过热热管翅片用于增大换热面积，过热热管外壳的外端连接有云母棒用于与所述石棉管配合，封闭蓄热体以减少蓄热体热量散失；蒸发热管包括蒸发热管外壳，蒸发热管外壳的外端连接有云母棒，用于与所述石棉管配合，封闭蓄热体以减少蓄热体热量散失。
优选地，所述电加热棒内部填充有作为绝缘和导热材料；蒸发热管外壳内部和过热热管外壳内部分别填充有液汽相变介质，其中，过热热管外壳内部的液汽相变介质的相变温度高于蒸发热管外壳内部的液汽相变介质。
优选地，所述过热蒸汽发生装置还包括安装于系统保温壳体内部的回收热管组；回收热管组一部分处于蒸汽发生器外部作为吸热部分，另一部分处于蒸汽发生器内部作为放热部分。
优选地，在所述吸热部分一侧安装有处于系统保温壳体内部的换热风机。
本发明的积极效果在于：
第一、本发明采用丝杠调节机构引导小车（小车上托载着带有一次保温的蓄热体）在导轨上直线平移，实现导入电热丝和导入热管两种模式。低谷电时段导入电热丝，设备处于待机或蓄热状态；峰电时段导入热管，设备处于蒸汽输出状态。通过调节蓄热体小车的位置，调节热管插入蓄热体的深度，从而达到调节输出功率的目的。第二、采用热管作为传热元件，热管接触蓄热体进行直接换热，与现有的换热模式比较，取消了中间介质（空气），减少了温度梯级损失，提高了换热效率，实验证明，采用本发明蓄热体与蒸汽温差在50℃以下，充分利用蓄热体中热量，同时也节省了高温风机的费用。第三、采用基于热管的蒸汽发生（低温热管、光管）与蒸汽过热（中温热管、翅片管）一体化设备，不必接入低压电加热管，减少了设备投资和使用费用，提高了设备的可靠性。第四、采用回收热管配合换热风机，吸纳系统的散失热量，进一步提高了热量利用率。并且所用风机运行温度较现有主换热风机低，设备投资低，可靠性更好。第五、采用石棉管与云母棒的软硬配合，保证蓄热体的保温效果，结构简单，效果良好。第六、对蓄热体进行二次保温，热量损失更小，进一步提高了能量利用率。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例的左视示意图。
图3是本发明实施例的俯视示意图（显示蓄热体被加热状态）。
图4是本发明实施例的俯视示意图（显示蓄热体放热状态）。
图5是本发明实施例电加热组件的结构示意图。
图6是本发明实施例过热热管的结构示意图。
图7是本发明实施例蒸发热管的结构示意图。
图8是本发明实施例云母棒与蓄热体保温壁之间连接关系示意图。
1：蓄热体，2：电加热组件，2-1：电加热棒，2-2：云母板，3：蓄热体保温壁，4：系统保温壳体，5：换热风机，6：回收热管组，7：过热热管，7-1：过热热管外壳，7-2：过热热管固定法兰，7-3：过热热管翅片，8：过热蒸汽发生器，8-1：过热蒸汽输出管，8-2：喷水管，9：喷淋水嘴，10：蒸发热管，10-1：蒸发热管外壳，10-2：蒸发热管固定法兰，11：导轨，12：小车，13：丝杠，14：动力机构，15:石棉套管，16：云母棒。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。
如图1至图4，本发明的实施例包括系统保温壳体4，保温壳体4一般采用岩棉镀锌夹心板，起全系统的保温作用。系统保温壳体4内部左右并列方式分别安装有导轨11和过热蒸汽发生器8。导轨11上安装有能够沿该道轨左右移动的小车12。其中导轨11一般为碳钢材质，负责支撑小车12。小车12上坐落安装有蓄热体1。小车12一般为碳钢材质，负责托载蓄热体1在导轨11上直线运动。过热蒸汽发生器8一般为碳钢材料，中间部分为方形筒体，上下两端是椭圆形封头，中间部分开有若干孔，用于接入热管、水管和蒸汽管等，底部通过支腿固定于系统保温壳体4内底部。
所述的蓄热体1包括作为保温外壳的蓄热体保温壁3和充填于蓄热体保温壁3内部的蓄热转，蓄热体保温壁3一般为模块化陶瓷纤维棉，蓄热体保温壁3左右两侧分别开设有同轴的通孔并且开孔处分别设置有同轴的石棉套管15。蓄热体保温壁3左右两侧的所述通孔根据高度不同设有若干排，每一排中左侧的通孔与右侧的通孔一一对应，并且对应的通孔同轴设置，相应地，对应的通孔中的石棉套管15同轴设置。对应的通孔之间的蓄热转同样开设有与通孔（以及石棉套管15）同轴的孔道用于穿过下述的过热热管7和蒸发热管10。
过热蒸汽发生器8上分别安装有过热热管7和位于过热热管7下方的蒸发热管10，过热热管7和蒸发热管10均包括位于过热蒸汽发生器8内外两部分。如图6，过热热管7包括过热热管外壳7-1和热热管固定法兰7-2，过热热管外壳7-1通过过热热管固定法兰7-2固定安装在过热蒸汽发生器8靠近载蓄热体1一侧的侧壁上，过热热管外壳7-1位于蒸汽发生器8内部段上安装有过热热管翅片7-3用于增大换热面积，过热热管外壳7-1的外端连接有云母棒16，云母棒16用于与所述石棉管15配合，封闭蓄热体1以减少蓄热体热量散失，如图8所示。过热热管外壳7-1与其对应的蓄热体保温壁3上的通孔同轴设置。如图7，蒸发热管10包括蒸发热管外壳10-1和蒸发热管固定法兰10-2，蒸发热管外壳10-1通过蒸发热管固定法兰10-2固定安装在过热蒸汽发生器8靠近载蓄热体1一侧的侧壁上，蒸发热管外壳10-1的外端连接有云母棒16，云母棒16用于与所述石棉管15配合，封闭蓄热体1以减少蓄热体热量散失，如图8所示。蒸发热管外壳10-1与其对应的蓄热体保温壁3上的通孔同轴设置。
如图1和图2，本实施例中蓄热体保温壁3左右两侧的所述通孔根据高度不同设有五排，每排具有一一对应的四对，上方的三排分别对应于三排共十二根过热热管7，下方的两排分别对应于两排共八根蒸发热管10。
本发明的实施例还包括如图5所示的电加热组件2，所述的电加热组件2包括固定安装在系统保温壳体4内部的云母板2-2以及左端固定在云母板2-2上的电加热棒2-1，电加热棒2-1用于通过蓄热体保温壁3左侧的通孔深入到蓄热体1内部。电加热棒2-1内部安装有电热丝。云母板2-2一般通过支架与系统保温壳体4连接。
过热热管外壳7-1、蒸发热管外壳10-1和电加热棒2-1的外壳一般采用309不锈钢，所述电热丝一般采用镍铬合金，电加热棒2-1内部填充氧化镁粉，作为绝缘和导热材料。云母板2-2开孔用于穿过电加热棒并固定电加热棒成为一个整体，便于准确插入蓄热体左侧通孔中。蒸发热管外壳10-1内部填充较低沸点的液汽相变介质（比如水）负责将水加热，产生饱和蒸汽。蒸发热管外壳10-1整体均为光管，便于清理。过热热管外壳7-1内部填充有较高沸点的液汽相变介质（比如萘），负责将饱和蒸汽进一步加热，产生过热蒸汽。过热热管外壳7-1吸热部分为光管，与蓄热体换热，放热部分为翅片管，增加换热面积，强化换热效果。
本发明的实施例还包括安装在系统保温壳体4内部的回收热管组6，负责回收系统散发的热量，并将回收的热量用于蒸汽发生器。回收热管组6处于蒸汽发生器8外部的部分作为吸热部分带有翅片用于强化换热效果，内部部分作为放热部分为光管，减少水阻力，并便于清洗。为了进一步强化回收热管组6的换热效果，在所述吸热部分一侧安装有处于系统保温壳体4内部的换热风机5。
所述的蒸汽发生器8顶端连接有过热蒸汽输出管8-1。蒸汽发生器8内部安装有若干个位于过热热管7和蒸发热管10之间的喷淋水嘴9，所述喷淋水嘴9安装在喷水管8-2上，喷水管8-2从蒸汽发生器8侧壁穿出并连接水源。喷淋水嘴9将水均匀喷淋到蒸发热管10上产生饱和蒸汽。
本发明的实施例还包括用于驱动所述小车12移动的丝杠13和为丝杠13提供动力的动力机构14。动力机构14与丝杠13之间通过减速箱和链轮齿条机构互相传到，并确保各丝杠同步转动。动力机构14连接若干丝杠13，各丝杠13平行排列，与减速箱以链轮传动，同步运转。
本发明工作流程如下：谷电时段，丝杠13将小车12牵引到最左端，如图3，石棉管15和云母棒16、封闭蓄热体1，通过电加热棒2-1将电能转换为蓄热体的热能并储存。峰电时段，丝杠13将小车12向右推，蒸发热管10和过热热管7的高温端全部或部分导入蓄热体1，小车12越向右，蒸发热管10和过热热管7的高温端导入蓄热体1的部分就越大，换热面积越大，热量输出越快，达到调节输出功率的目的，最右位置如图4。喷水管8-2向蒸发热管10的低温端淋水，产生饱和蒸汽。饱和蒸汽向上流动，经过过热热管7低温端，产生过热蒸汽，经过热蒸汽输出管8-1对外输出。因蒸发热管10和过热热管7有可能部分外漏，散发部分热量，所以增加换热风机5和热回收热管组6，回收这部分热量，进一步提高能量利用率。
Claims (6)
1.以固体蓄热体作为热源的过热蒸汽发生装置，包括蓄热体（1）和过热蒸汽发生器（8），其特征在于：所述蓄热体（1）和过热蒸汽发生器（8）均安装于系统保温壳体（4）内部；所述过热蒸汽发生装置还包括安装于系统保温壳体（4）内部并带有电加热棒（2-1）的电加热组件（2）；所述过热蒸汽发生器（8）连接有过热热管（7）和位于过热热管（7）下方的蒸发热管（10）；所述蓄热体（1）开设有水平走向的通孔并安装在沿导轨左右直线移动的小车（12）上；当蓄热体（1）随小车（12）向电加热组件（2）一侧移动时所述通孔用于电加热棒（2-1）插入并与蓄热体（1）换热，当蓄热体（1）随小车（12）向过热蒸汽发生器（8）一侧移动时所述通孔用于过热热管（7）和蒸发热管（10）位于过热蒸汽发生器（8）之外部分的插入并与蓄热体（1）换热；所述蒸汽发生器（8）内部安装有位于过热热管（7）和蒸发热管（10）位于过热蒸汽发生器（8）之内部分之间的喷淋水嘴（9）。
2.如权利要求1所述的以固体蓄热体作为热源的过热蒸汽发生装置，其特征在于：所述的蓄热体（1）包括作为保温外壳的蓄热体保温壁（3）和充填于蓄热体保温壁（3）内部的蓄热转；蓄热体保温壁（3）左右两侧分别开设有同轴的通孔并且开孔处分别设置有同轴的石棉套管（15）；蓄热体保温壁（3）左右两侧的所述通孔根据高度不同设有若干排，每一排中左侧的通孔与右侧的通孔一一对应，对应的通孔中的石棉套管（15）同轴设置；对应的通孔之间的蓄热转开设有与石棉套管（15）同轴的孔道用于穿过所述过热热管（7）和蒸发热管（10）。
3.如权利要求2所述的以固体蓄热体作为热源的过热蒸汽发生装置，其特征在于：所述过热热管（7）包括过热热管外壳（7-1），过热热管外壳（7-1）位于蒸汽发生器（8）内部段上安装有过热热管翅片（7-3）用于增大换热面积，过热热管外壳（7-1）的外端连接有云母棒（16）用于与所述石棉套管（15）配合，封闭蓄热体（1）以减少蓄热体热量散失；蒸发热管（10）包括蒸发热管外壳（10-1），蒸发热管外壳（10-1）的外端连接有云母棒（16），用于与所述石棉套管（15）配合，封闭蓄热体（1）以减少蓄热体热量散失。
4.如权利要求3所述的以固体蓄热体作为热源的过热蒸汽发生装置，其特征在于：所述电加热棒（2-1）内部填充有作为绝缘和导热材料；蒸发热管外壳（10-1）内部和过热热管外壳（7-1）内部分别填充有液汽相变介质，其中，过热热管外壳（7-1）内部的液汽相变介质的相变温度高于蒸发热管外壳（10-1）内部的液汽相变介质。
5.如权利要求1或2所述的以固体蓄热体作为热源的过热蒸汽发生装置，其特征在于：所述过热蒸汽发生装置还包括安装于系统保温壳体（4）内部的回收热管组（6）；回收热管组（6）一部分处于蒸汽发生器（8）外部作为吸热部分，另一部分处于蒸汽发生器（8）内部作为放热部分。
6.如权利要求5所述的以固体蓄热体作为热源的过热蒸汽发生装置，其特征在于：在所述吸热部分一侧安装有处于系统保温壳体（4）内部的换热风机（5）。
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