CN113551213A - 一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置及换热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置及换热方法，包括储热换热装置，所述储热换热装置的顶部和底部分别设有顶部壳侧入口和底部壳侧出口，所述底部壳侧出口通过换热介质加热系统连接顶部壳侧入口，所述换热介质加热系统位于储热换热装置的外部，所述储热换热装置的内腔中设有盘管结构，所述盘管结构的入口和出口分别位于储热换热装置的底部和顶部，所述盘管结构的入口连接有给水管道，所述盘管结构的出口连接至供暖用户和供汽用户。本发明节省了泵功消耗。
Description
技术领域
本发明属于热能工程技术领域，具体属于一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置及换热方法。
背景技术
一般大容量、大规模的熔盐罐是用来储存热量，然后在换热器中进行热量交换，换热器布置在熔盐罐外部。或者小型储热换热一体化装置均是单相加热，系统装置较为复杂，成本较高。
发明专利CN201510288209.7，通过使用铁基粉末空隙填充熔盐的蓄热介质，并结合其合理的换热结构设计，提高了蓄热效率；但该发明在换热的经济性方面较差，表现在该蓄热装置内填充的蓄热介质与金属换热器间的位置相对固定，以热传导的方式进行热传递，需等效大幅度增加换热面积或大幅度减少蒸汽流量，而且会增加泵的功耗，浪费资源。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置及换热方法，解决目前换热器的换热面积较大所需占地面积较大，而且泵的功耗较大消耗的能源较多的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置，包括储热换热装置，所述储热换热装置的顶部和底部分别设有顶部壳侧入口和底部壳侧出口，所述底部壳侧出口通过换热介质加热系统连接顶部壳侧入口，所述换热介质加热系统位于储热换热装置的外部，所述储热换热装置的内腔中设有盘管结构，所述盘管结构的入口和出口分别位于储热换热装置的底部和顶部，所述盘管结构的入口连接有给水管道，所述盘管结构的出口连接至供暖用户和供汽用户。
进一步的，所述换热介质加热系统包括蒸汽加热器，所述蒸汽加热器上设有管侧入口、管侧出口、壳侧入口和壳侧出口，所述蒸汽加热器的管侧入口连接储热换热装置的底部壳侧出口，所述蒸汽加热器的管侧出口连接至储热换热装置的顶部壳侧入口；
所述蒸汽加热器的壳侧入口连接有高温蒸汽入口管道，所述蒸汽加热器的壳侧出口连接低温蒸汽出口管道。
进一步的，所述换热介质加热系统还包括电加热器，所述蒸汽加热器的管侧出口通过电加热器连接至储热换热装置的顶部壳侧入口。
进一步的，所述高温蒸汽入口管道上设有高温蒸汽调节阀，所述电加热器连接储热换热装置的顶部壳侧入口的管道上设有第一温度计。
进一步的，所述底部壳侧出口和换热介质加热系统之间的管道上设有高温换热介质泵和换热介质流量调整阀。
进一步的，所述底部壳侧出口和换热介质加热系统之间的管道上还连接有泄流管道，所述泄流管道上设有泄流阀，所述泄流管道的出口连接有事故泄流池。
进一步的，还包括汽-水换热器，所述盘管结构的出口连接在汽-水换热器的壳侧入口，所述汽-水换热器的壳侧出口连接在水侧混合器，所述水侧混合器还连接在给水管道上；所述汽-水换热器的管侧出口连接至供暖用户，所述汽-水换热器的管侧入口通过供暖进水阀门和给水管道连接。
进一步的，所述给水管道上设有给水阀门。
进一步的，所述盘管结构的出口和供暖用户之间的管道上设有第二温度计。
本发明还提供一种多源多用的直流式储换热一体装置的换热方法，包括以下步骤：换热介质经底部壳侧出口进入换热介质加热系统，换热介质加热系统加热换热介质，加热后的换热介质经过顶部壳侧入口进入储热换热装置的壳侧内，换热介质由储热换热装置的顶部自由落体至储热换热装置的底部并流入底部壳侧出口；
给水管道输送给水进入储热换热装置的盘管结构中，给水由储热换热装置的底部送至储热换热装置的顶部，给水吸收储热换热装置壳侧的换热介质热量完成给水的预热、蒸发和过热过程，生成过热蒸汽，过热蒸汽由盘管结构的出口送至供暖用户和供汽用户，完成直流式储换热一体装置的换热过程。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供了一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置，通过在储热换热装置的内腔设有盘管结构，盘管结构能够在增加给水的管程同时将给水的预热、蒸发和过热集成在一个储热换热装置中，减少换热储热装置的占地面积，而且储热换热装置的顶部设有顶部壳侧入口，底部设有底部壳侧出口，较目前换热介质和储热换热装置位置固定方式，现有技术需要不断保持每个部分的温度，耗能高，本发明实现储热换热装置壳侧的换热介质流动性，使的每个阶段换热介质的温度对应作用每个阶段的给水，放热完成的换热介质进行加热即可，可循环利用，节省能源而且能够一直保持换热介质和给水的换热效果，同时换热介质从储热换热装置的顶部进入，依靠重力自流经过储热换热装置，节省了泵功消耗。给水经过储热换热装置的弯管结构后发生相变，增加了换热管程也保证了在一个换热器内完成水工质的预热、蒸发和过热，还减少了占地面积，可直接产生过热蒸汽。
进一步的，蒸汽加热器和电加热器能够对换热介质进行双重加热，同时经过蒸汽加热器加热后的换热介质，能够减少电加热器的能耗，绿色环保。
进一步的，通过第一温度计能够实时观测输入储热换热装置内的换热介质温度，从而根据输入储热换热装置中换热介质的温度实时调整高温蒸汽调节阀开度和电加热器功率，使本发明可灵活调节蒸汽加热器和电加热器的热量分配比。
进一步的，高温换热介质泵和换热介质流量调节阀的设计能够通过高温换热介质泵调节换热介质的流量，接着通过换热介质流量调节阀连通底部壳侧出口和换热介质加热系统，调接换热介质流量方便安全可靠。
进一步的，泄流管道和事故泄流池的设计方便排出换热介质，便于检修和维护。
进一步的，汽-水换热器能够利用储热换热装置产生的过热蒸汽实现生产高温给水，通过过热蒸汽和高温给水供给工业用汽或经过换热后供采暖用户使用。
进一步的，给水阀门、高温换热介质泵和换热介质流量调节阀控制给水流量和换热介质流量产生高温给水或过热蒸汽，而且因为有盘管结构还能实现储热功能，当蒸汽和电加热器停止工作时，仍能短时间内产生所需要的蒸汽输出。
进一步的，本发明还能够通过第二温度计从而选择给水阀门的开度实现给水的流量，配合高温蒸汽调节阀开度和电加热器，实现灵活调节蒸汽加热和电加热的热力分配比例以及水流量和换热介质流量，以及最终产生的高温给水和过热蒸汽量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
附图中：1-储热换热装置，2-换热器上段盘管，3-换热器中段盘管，4-换热器下段盘管，5-电加热器，6-蒸汽加热器，7-高温换热介质泵，8-泄流阀，9-事故泄流池，10-给水阀门，11-水侧混合器，12-供暖供水阀门，13-汽-水换热器，14-供暖用户，15-供汽用户，16-换热介质流量调整阀，17-第一温度计，18-第二温度计，19-高温蒸汽调节阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明提供了一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置，结合蒸汽加热器6和电加热器对换热介质进行加热，根据输入储热换热装置1的换热介质温度调整蒸汽加热器6的蒸汽流量或电加热器5功率，加热后的换热介质经过储热换热装置1顶部进入，自上而下流经储热换热装置1的盘管结构进行热量传递，换热后的换热介质经过泵输送到蒸汽加热器6和电加热器5进行加热，完成一次循环。给水经储热换热装置1底部至顶部的盘管结构加热后产生高温给水或过热后，一部分过热蒸汽供给蒸汽用户15用来发电或用汽，另一部分再经过汽-水换热器13加热给水，供给供暖用户14。
在本实施例中，换热介质采用熔盐，导热油、空气、沙子或其他换热材料。盘管结构由储热换热装置1的顶部至底部依次包括换热器上段盘管2、换热器中段盘管3和换热器下段盘管4。
具体的，一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置储热换热装置，储热换热装置1的顶部设有顶部壳侧入口，储热换热装置1的底部设有底部壳侧出口，底部壳侧出口通过换热介质加热系统连接顶部壳侧入口，换热介质加热系统位于储热换热装置1的外部，储热换热装置1的内腔中设有换热器上段盘管2、换热器中段盘管3和换热器下段盘管4，换热器上段盘管2的入口连接换热器中段盘管3，换热器中段盘管3的入口连接换热器下段盘管4，换热器下段盘管4的入口连接有给水管道，给水管道上设有给水阀门10，给水阀门10的出口连接有水侧混合器11，水侧混合器11的出口连接换热器下段盘管4，换热器上段盘管2的过热蒸汽出口连接至供暖用户14和供汽用户15。
具体的，换热器上段盘管2的过热蒸汽出口一部分直接连接至供汽用户15，这一部分过热蒸汽供给给蒸汽用户用来发电或工业用汽；换热器上段盘管2的过热蒸汽出口的另一部分连接至汽-水换热器13的壳侧入口，汽-水换热器13的壳侧出口连接在水侧混合器11上；汽-水换热器13的管侧出口连接至供暖用户14，汽-水换热器13的管侧入口通过供暖进水阀门12和给水管道连接。
优选的，换热器上段盘管2的过热蒸汽出口和汽-水换热器13的壳侧入口之间的管道上设有第二温度计18，通过第二温度计18监测进入汽-水换热器13的过热蒸汽温度，从而调节给水阀门10的开度，控制给水流量。
在本实施例中，换热介质加热系统包括蒸汽加热器6和电加热器5，蒸汽加热器5上设有管侧入口、管侧出口、壳侧入口和壳侧出口，蒸汽加热器5的管侧入口连接储热换热装置1的底部壳侧出口，蒸汽加热器6的管侧出口连接至电加热器5的入口，电加热器5的出口连接至储热换热装置1的顶部壳侧入口；蒸汽加热器5壳侧入口连接有高温蒸汽入口管道，蒸汽加热器6壳侧出口连接低温蒸汽出口管道。其中，高温蒸汽入口管道上设有高温蒸汽调节阀19，电加热器5连接储热换热装置1的顶部壳侧入口的管道上设有第一温度计17。通过第一温度计17能够监测进入储热换热装置1壳侧的换热介质温度，从而通过调节高温蒸汽调节阀19的开度以及电热器5的功率，实现灵活调节蒸汽加热器6和电加热器5的热量分配比。
在本实施例中，底部壳侧出口和蒸汽加热器6的管侧入口之间的管道上设有高温换热介质泵7和换热介质流量调整阀16，其中高温换热介质泵7也能够进行开启或关闭从而连通底部壳侧出口和蒸汽加热器6之间的管道，因此本发明能够通过关闭换热介质流量调整阀16，打开高温换热介质泵7，测量高温换热介质泵出口的换热介质流量，从而调节高温换热介质泵7的流量，换热介质流量符合要求后，打开换热介质流量调整阀即可，或者直接打开高温换热介质泵7，通过换热介质流量调整阀16调节换热介质流量。
在本实施例中，底部壳侧出口和高温换热介质泵7之间的管道上还连接有泄流管道，泄流管道上设有泄流阀8，所述泄流管道的出口连接有事故泄流池9。其中，事故泄流池9可以是坑洞式，也可以是围堰式。
在本实施例中，储热换热装置1外形可以是方形也可以是圆形。
进一步，本发明在储热换热装置1的管侧水在经过换热器下段盘管4、换热器中段盘管3、换热器上段盘管2后发生相变，直接产生过热蒸汽
进一步，本发明用熔盐或导热油从储热换热装置1的顶部进入，依靠重力自流经过换热器盘管。
进一步，本发明设置的换热介质流量调整阀16和给水阀门10，通过给调整水流量和熔盐流量高温给水或过热蒸汽的产生。
进一步储热换热装置1可灵活调节蒸汽加热6和电加热5的热量分配比。
在本实施例中，本发明可以多个储热换热装置1组合，构成大容量规模化的储热换热装置和系统。
在本发明的另一实施例中，本发明还提供一种多源多用的直流式储换热一体装置的换热方法，包括以下步骤：换热介质经底部壳侧出口进入换热介质加热系统，换热介质加热系统加热换热介质，加热后的换热介质经过顶部壳侧入口进入储热换热装置的壳侧内，换热介质由储热换热装置1的顶部自由落体至储热换热装置1的底部并流入底部壳侧出口；
给水管道输送给水进入储热换热装置1的盘管结构中，给水在储热换热装置1的底部时，给水吸收换热介质的热量，完成给水的预热过程，预热后的给水在储热换热装置1的中部时，预热后的给水吸收换热介质热量，完成蒸发过程，生成蒸汽，蒸汽在储热换热装置1的顶部时，蒸汽吸收换热介质的热量，完成过热过程，生成过热蒸汽，过热蒸汽由盘管结构的出口送至供暖用户和供汽用户，完成直流式储换热一体装置的换热过程。
本发明的储热换热器装置设置阀门调节装置，通过给水流量和熔盐流量调整产生高温给水或过热蒸汽。该储热换热装置1可灵活调节蒸汽加热和电加热的热力分配比例。因为有储热功能，当蒸汽和电加热器停止工作时，仍能短时间内产生所需要的蒸汽输出。同时熔盐或导热油从储热换热器顶部进入，依靠重力自流经过换热器，节省了泵功消耗。给水经过储热换热器的弯管后发生相变，增加了换热管程也保证了在一个换热器内完成水工质的预热、蒸发和过热，还减少了占地面积，可直接产生过热蒸汽。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置，其特征在于，包括储热换热装置(1)，所述储热换热装置(1)的顶部和底部分别设有顶部壳侧入口和底部壳侧出口，所述底部壳侧出口通过换热介质加热系统连接顶部壳侧入口，所述换热介质加热系统位于储热换热装置(1)的外部，所述储热换热装置(1)的内腔中设有盘管结构，所述盘管结构的入口和出口分别位于储热换热装置(1)的底部和顶部，所述盘管结构的入口连接有给水管道，所述盘管结构的出口连接至供暖用户(14)和供汽用户(15)。
2.根据权利要求1所述的一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置，其特征在于，所述换热介质加热系统包括蒸汽加热器(6)，所述蒸汽加热器(6)上设有管侧入口、管侧出口、壳侧入口和壳侧出口，所述蒸汽加热器(6)的管侧入口连接储热换热装置(1)的底部壳侧出口，所述蒸汽加热器(6)的管侧出口连接至储热换热装置(1)的顶部壳侧入口；
所述蒸汽加热器(6)的壳侧入口连接有高温蒸汽入口管道，所述蒸汽加热器(6)的壳侧出口连接低温蒸汽出口管道。
3.根据权利要求2所述的一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置，其特征在于，所述换热介质加热系统还包括电加热器(5)，所述蒸汽加热器(6)的管侧出口通过电加热器(5)连接至储热换热装置(1)的顶部壳侧入口。
4.根据权利要求3所述的一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置，其特征在于，所述高温蒸汽入口管道上设有高温蒸汽调节阀(19)，所述电加热器(5)连接储热换热装置(1)的顶部壳侧入口的管道上设有第一温度计(17)。
5.根据权利要求1所述的一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置，其特征在于，所述底部壳侧出口和换热介质加热系统之间的管道上设有高温换热介质泵(7)和换热介质流量调整阀(16)。
6.根据权利要求1所述的一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置，其特征在于，所述底部壳侧出口和换热介质加热系统之间的管道上还连接有泄流管道，所述泄流管道上设有泄流阀(8)，所述泄流管道的出口连接有事故泄流池(9)。
7.根据权利要求1所述的一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置，其特征在于，还包括汽-水换热器(13)，所述盘管结构的出口连接在汽-水换热器(13)的壳侧入口，所述汽-水换热器(13)的壳侧出口连接在水侧混合器(11)，所述水侧混合器(11)还连接在给水管道上；所述汽-水换热器(13)的管侧出口连接至供暖用户(14)，所述汽-水换热器(13)的管侧入口通过供暖进水阀门(12)和给水管道连接。
8.根据权利要求1所述的一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置，其特征在于，所述给水管道上设有给水阀门(10)。
9.根据权利要求8所述的一种多源多用可调整的直流式储换热一体装置，其特征在于，所述盘管结构的出口和供暖用户(14)之间的管道上设有第二温度计(18)。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种多源多用的直流式储换热一体装置的换热方法，其特征在于，包括以下步骤：换热介质经底部壳侧出口进入换热介质加热系统，换热介质加热系统加热换热介质，加热后的换热介质经过顶部壳侧入口进入储热换热装置(1)的壳侧内，换热介质由储热换热装置(1)的顶部自由落体至储热换热装置(1)的底部并流入底部壳侧出口；
给水管道输送给水进入储热换热装置(1)的盘管结构中，给水由储热换热装置(1)的底部送至储热换热装置(1)的顶部，给水吸收储热换热装置(1)壳侧的换热介质热量完成给水的预热、蒸发和过热过程，生成过热蒸汽，过热蒸汽由盘管结构的出口送至供暖用户(14)和供汽用户(15)，完成直流式储换热一体装置的换热过程。
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2021
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Patent Citations (5)
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