CN114199059A - 一种压力自平衡式高温热水储热系统及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种压力自平衡式高温热水储热系统及其运行方法,该系统包括:至少一个热水储罐,其用于储存高温热水;至少一个冷水储罐,其用于储存低温水;至少一个冷水储罐与至少一个热水储罐之间通过气体联通管互相连通,气体联通管的输入端与供气机构连接,供气机构用于通过气体联通管向冷水储罐和热水储罐提供高压气体并维持罐内气压;至少一个冷水储罐与至少一个热水储罐之间通过至少一组输水系统连通,每组输水系统均包括输水管、换热器和水泵,水泵用于通过输水管由热水储罐向冷水储罐方向抽水和/或由冷水储罐向热水储罐方向抽水。本发明采用180℃高温热水进行储热,解决储热系统投资高的问题,同时解决了高压、高温热水储热系统维持压力的问题。
Description
技术领域
本发明涉及压缩空气储能电站的储热技术领域,具体涉及一种压力自平衡式高温热水储热系统及其运行方法。
背景技术
目前,非补燃压缩空气储能电站主要有两种技术路线,分别称作等温压缩方案和绝热压缩方案。其中等温压缩方案采用120℃低压热水进行储热,绝热压缩方案采用330℃导热油进行储热。随着储热温度的提高,电站整体效率提高。
但随着机组容量的增加,若采用高温导热油进行储热,则需要的导热油容量巨大,投资过高。采用120℃低温热水储热,则电站整体效率低。
对于采用高温热水进行储热,不仅可以大幅降低储热系统的投资,同时可以保持压缩空气储能电站有较高的效率。采用高温热水进行储热,为确保高温热水处于液态,避免过热,储热罐需要维持较高的压力,若不采用加压措施,则随着热水罐内水位下降,罐内压力降低,热水会沸腾,影响系统安全;若采用外加高压空气维持热水罐内的压力,则会造成较大的高压空气浪费及能量浪费。
基于上述情况,本发明提出了一种压力自平衡式高温热水储热系统及其运行方法,可有效解决以上问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明的目的在于提供一种压力自平衡式高温热水储热系统及其运行方法。本发明采用180℃高温热水进行储热,解决高温导热油储热系统投资高的问题,同时解决120℃低温热水储热导致压缩空气储能电站效率低的问题。通过气体联通管连通冷水储罐和热水储罐,解决了高压、高温热水储热系统维持压力的问题。
为解决上述技术问题,本发明通过下述技术方案实现:
一方面,本发明提供一种压力自平衡式高温热水储热系统,所述高温热水储热系统包括:
至少一个热水储罐,其用于储存高温热水(180℃);
至少一个冷水储罐,其用于储存低温冷水(50℃);
所述至少一个冷水储罐与所述至少一个热水储罐之间通过气体联通管互相连通,所述气体联通管的输入端与供气机构连接,所述供气机构用于通过气体联通管向冷水储罐和热水储罐提供首次充装高压气体并在系统运行后维持罐内气压,高压气体优选氮气,也可采用高压空气;
所述至少一个冷水储罐与所述至少一个热水储罐之间通过至少一组输水系统连通,每组输水系统均包括输水管、换热器和水泵,所述水泵用于通过输水管由热水储罐向冷水储罐方向抽水和/或由冷水储罐向热水储罐方向抽水。
优选的是,所述至少一个冷水储罐与所述至少一个热水储罐之间的容量相同或所述至少一个冷水储罐的容量略小于所述至少一个热水储罐的容量。
优选的是,所述至少一个冷水储罐与所述至少一个热水储罐的最高压力承受值需至少达到1.5MPa,且所述至少一个热水储罐的最高温度承受值需至少达到180℃;所述热水储罐的工作温度为180℃,所述高压气体的气压不低于1MPa。
优选的是,所述冷水储罐与热水储罐的数量均设置为多个,多个所述冷水储罐和多个所述热水储罐均采用间隔布置,且均处于同一水平面上。
优选的是,所述输水系统的数量设置为两组,其中一组输水系统上的水泵通过输水管由热水储罐向冷水储罐方向抽水,另一组输水系统上的水泵通过输水管由冷水储罐向热水储罐方向抽水。
优选的是,所述水泵采用单向水泵或双向水泵。
优选的是,靠近冷水储罐和热水储罐的输水管上、靠近水泵的输送管上、靠近供气机构的气体联通管上均安装有阀门。
优选的是,所述冷水储罐和热水储罐均采用球罐或C形卧式罐。
另一方面,本发明还提供一种压力自平衡式高温热水储热系统的运行方法,预先组装好上述方案中的压力自平衡式高温热水储热系统,所述运行方法包括:
准备工作:
系统运行前,首先在冷水储罐内以及输水管中注入水,然后启动供气机构对冷水储罐和热水储罐内输入高压气体以使得罐内气压达到压力设定值以上;后续系统运行后,气体压力下降时,供气机构自动启动,对系统进行补气,维持气体压力不低于压力设定值;
储热过程:
冷水储罐内的低温水通过水泵输送至换热器加热至高温设定值后,送至热水储罐进行储存,热水储罐内的高压气体则随着水位上升通过气体联通管流动至冷水储罐内,储热过程结束时,冷水储罐内水位下降至保护水位,上部则置换为高压气体;
放热过程:
热水储罐内的高温热水通过水泵送至换热器加热气体,热水被冷却至低温设定值后,送至冷水储罐进行储存,冷水储罐内的高压气体则随着水位上升通过气体联通管流动至热水储罐内,放热过程结束时,热水储罐内水位下降至保护水位,上部则置换为高压气体;
重复上述储热和放热过程即可循环实现热量的储存和释放。
优选的是,冷水储罐内以及输水管中注入的水均采用除盐水或工业水。
优选的是,高温设定值为180℃,低温设定值为50℃,压力设定值为1MPa。
本发明与现有技术相比,具有以下优点及有益效果:
1、综合考虑投资和电站效率,根据水和蒸汽的物性,本发明提出了采用180℃高温热水进行储热的方案,不仅可以大幅降低储热系统的投资(热水储罐和冷水储罐的最高压力承受值达到1.5MPa以上即可),同时可以保持压缩空气储能电站有较高的效率,解决储热系统投资高以及采用低温热水储热导致压缩空气储能电站效率低的问题,兼顾了投资和电站效率。
2、本发明通过将热水储罐、冷水储罐通过上部空气管道连通,在系统运行初期,注入高压空气,使系统内维持一定压力。热水罐向冷水罐输水时,则将高压空气驱赶至热水罐,热水罐内同样还是高压状态,反之亦然。避免采用外加高压空气维持压力造成较大的能量浪费,解决高压、高温热水储热系统维持压力的问题。
附图说明
图1是本发明实施例一的一种压力自平衡式高温热水储热系统结构示意图。
图2是本发明实施例二的一种压力自平衡式高温热水储热系统结构示意图。
图3是本发明实施例三的一种压力自平衡式高温热水储热系统结构示意图。
图4是本发明实施例四的一种压力自平衡式高温热水储热系统结构示意图。
图5是本发明实施例五的一种压力自平衡式高温热水储热系统结构示意图。
图6是本发明实施例水的饱和压力值随温度上升的变化曲线图。
附图标记:1-热水储罐;2-冷水储罐;3-气体联通管;4-供气机构;5-输水系统;51-输水管;52-换热器;53-水泵;6-阀门。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述,但是应当理解,附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制。
下面结合附图1-6以及实施例对本发明作进一步的说明,但并不作为对本发明限制的依据。
实施例一
如图1所示,本实施例提供一种压力自平衡式高温热水储热系统,所述高温热水储热系统包括一个热水储罐1和一个冷水储罐2,一个冷水储罐2与一个热水储罐1之间通过气体联通管3互相连通,所述气体联通管3的输入端与供气机构4连接,所述供气机构4用于通过气体联通管3向冷水储罐2和热水储罐1提供高压气体并维持罐内气压;一个冷水储罐2与一个热水储罐1之间通过一组输水系统5连通,一组输水系统5包括输水管51、换热器52和水泵53,水泵53可用于通过输水管51由热水储罐1向冷水储罐2方向抽水和由冷水储罐2向热水储罐1方向抽水。
其中,热水储罐1及冷水储罐2均采用容量相同的大容量承压结构,优选采用球罐。在热水储罐1及冷水储罐2上部配置有安全阀,确保储水罐内压力在安全值以下。热水储罐1及冷水储罐2的上方均设有安全阀。高压气体优选氮气,也可采用高压空气。
其中,气体联通管3的输出端分别与热水储罐1和冷水储罐2的顶部连接,输水管51的进出水口分别与热水储罐1和冷水储罐2的底部连接。
具体的,本实施例中供气机构4采用空压机,空压机能够根据热水储罐1和冷水储罐2内的气压下降对罐内进行充气从而维持馆内气压,气压实时数据可采用压力传感器(图中未示出,采用本领域的常规选择即可)进行监测。
具体的,本实施例中水泵53采用双向水泵,其可用于通过输水管51由热水储罐1向冷水储罐2方向抽水和由冷水储罐2向热水储罐1方向抽水,可切换输水方向。
具体的,本实施例中靠近冷水储罐2和热水储罐1的输水管51上、靠近水泵53的输送管上、靠近供气机构4的气体联通管3上均安装有阀门6。
如图6所示,在50-180℃区间内,随着温度的上升,对应饱和压力值变化很小;超过180℃后,对应饱和压力值急剧上升,对于储罐的承压要求很高。综合考虑投资和电站效率,根据水和蒸汽的物性,本发明提出了采用180℃高温热水进行储热的方案,180℃热水对应的饱和压力为1MPa,此时经济性最佳,且可确保热水不沸腾。本实施例中,为了确保系统设备的安全运行,将冷水储罐2与热水储罐1的最高压力承受值达到1.6MPa,且热水储罐1的最高温度承受值达到180℃以上。
本实施例还提供一种压力自平衡式高温热水储热系统的运行方法,预先组装好上述方案中的压力自平衡式高温热水储热系统,所述运行方法包括:
准备工作:
系统运行前,首先在冷水储罐2内以及输水管51中注入水,然后启动供气机构4对冷水储罐2和热水储罐1内输入高压气体以使得罐内气压达到压力设定值以上;后续系统运行后,气体压力下降时,供气机构4自动启动,对系统进行补气,维持气体压力不低于压力设定值1MPa;
储热过程:
冷水储罐2内的低温水通过水泵53输送至换热器52加热至高温设定值180℃后,送至热水储罐1进行储存,热水储罐1内的高压气体则随着水位上升通过气体联通管3流动至冷水储罐2内,储热过程结束时,冷水储罐2内水位下降至保护水位,上部则置换为高压气体;
放热过程:
热水储罐1内的高温热水通过水泵53送至换热器52加热气体,热水被冷却至低温设定值50℃后,送至冷水储罐2进行储存,冷水储罐2内的高压气体则随着水位上升通过气体联通管3流动至热水储罐1内,放热过程结束时,热水储罐1内水位下降至保护水位,上部则置换为高压气体;
重复上述储热和放热过程即可循环实现热量的储存和释放。
其中,冷水储罐2内以及输水管51中注入的水均采用除盐水或自来水,输水管51内的空气需排空,且冷水储罐2内水位不低于保护水位。
实施例二
如图2所示,本实施例与实施例一的区别在于:本实施例设置有三个热水储罐1和三个冷水储罐2,三个热水储罐1和三个冷水储罐2分别间隔布置,且均处于同一水平面上,适当增加热水储罐1和冷水储罐2的数量可以提高系统整体的储热量,提高储热效率。具体的,为了供应三个热水储罐1和三个冷水储罐2之间的输水量,在输水管51上设置三个水泵53,提高输水效率。
实施例三
如图3所示,本实施例与实施例一的区别在于:本实施例设置有两组输水系统5,每组输水系统5上的抽水组件均采用单向水泵,即其中一个单向水泵由热水储罐1向冷水储罐2方向抽水,另一个单向水泵由冷水储罐2向热水储罐1方向抽水。
实施例四
如图4所示,本实施例与实施例三的区别在于:本实施例设置有三个热水储罐1和三个冷水储罐2,适当增加热水储罐1和冷水储罐2的数量可以提高系统整体的储热量,提高储热效率。具体的,为了供应三个热水储罐1和三个冷水储罐2之间的输水量,在输水管51上设置三个水泵53,提高输水效率。
实施例五
如图5所示,本实施例与实施例四的区别在于:本实施例的冷水储罐2和热水储罐1均采用C形卧式罐,适用于体量需求较小的储热系统。
依据本发明的描述及附图,本领域技术人员很容易制造或使用本发明的一种压力自平衡式高温热水储热系统,并且能够产生本发明所记载的积极效果。
除非另有明确的规定和限定,本发明中,若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明做任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化,均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种压力自平衡式高温热水储热系统,其特征在于,所述高温热水储热系统包括:
至少一个热水储罐(1),其用于储存高温热水;
至少一个冷水储罐(2),其用于储存低温冷水;
所述至少一个冷水储罐(2)与所述至少一个热水储罐(1)之间通过气体联通管(3)互相连通,所述气体联通管(3)的输入端与供气机构(4)连接,所述供气机构(4)用于通过气体联通管(3)向冷水储罐(2)和热水储罐(1)提供首次充装高压气体并在系统运行后维持罐内气压;
所述至少一个冷水储罐(2)与所述至少一个热水储罐(1)之间通过至少一组输水系统(5)连通,每组输水系统(5)均包括输水管(51)、换热器(52)和水泵(53),所述水泵(53)用于通过输水管(51)由热水储罐(1)向冷水储罐(2)方向抽水和/或由冷水储罐(2)向热水储罐(1)方向抽水。
2.根据权利要求1所述的压力自平衡式高温热水储热系统,其特征在于:所述至少一个冷水储罐(2)与所述至少一个热水储罐(1)之间的容量相同或所述至少一个冷水储罐(1)的容量略小于所述至少一个热水储罐(1)的容量。
3.根据权利要求1所述的压力自平衡式高温热水储热系统,其特征在于:所述至少一个冷水储罐(2)与所述至少一个热水储罐(1)的最高压力承受值需至少达到1.5MPa,且所述至少一个热水储罐(1)的最高温度承受值需至少达到180℃;所述热水储罐(1)的工作温度为180℃,所述高压气体的气压不低于1MPa。
4.根据权利要求1所述的压力自平衡式高温热水储热系统,其特征在于:所述冷水储罐(2)与热水储罐(1)的数量均设置为多个,多个所述冷水储罐(2)和多个所述热水储罐(1)均采用间隔布置,且均处于同一水平面上。
5.根据权利要求1所述的压力自平衡式高温热水储热系统,其特征在于:所述输水系统(5)的数量设置为两组,其中一组输水系统(5)上的水泵(53)通过输水管(51)由热水储罐(1)向冷水储罐(2)方向抽水,另一组输水系统(5)上的水泵(53)通过输水管(51)由冷水储罐(2)向热水储罐(1)方向抽水。
6.根据权利要求1所述的压力自平衡式高温热水储热系统,其特征在于:所述水泵(53)采用单向水泵或双向水泵。
7.根据权利要求1所述的压力自平衡式高温热水储热系统,其特征在于:靠近冷水储罐(2)和热水储罐(1)的输水管(51)上、靠近水泵(53)的输送管上、靠近供气机构(4)的气体联通管(3)上均安装有阀门(6)。
8.一种压力自平衡式高温热水储热系统的运行方法,其特征在于,预先组装好权利要求1~7任一项所述的压力自平衡式高温热水储热系统,所述运行方法包括:
准备工作:
系统运行前,首先在冷水储罐(2)内以及输水管(51)中注入水,然后启动供气机构(4)对冷水储罐(2)和热水储罐(1)内输入高压气体以使得罐内气压达到压力设定值以上;后续系统运行后,气体压力下降时,供气机构(4)自动启动,对系统进行补气,维持气体压力不低于压力设定值;
储热过程:
冷水储罐(2)内的低温水通过水泵(53)输送至换热器(52)加热至高温设定值后,送至热水储罐(1)进行储存,热水储罐(1)内的高压气体则随着水位上升通过气体联通管(3)流动至冷水储罐(2)内,储热过程结束时,冷水储罐(2)内水位下降至保护水位,上部则置换为高压气体;
放热过程:
热水储罐(1)内的高温热水通过水泵(53)送至换热器(52)加热气体,热水被冷却至低温设定值后,送至冷水储罐(2)进行储存,冷水储罐(2)内的高压气体则随着水位上升通过气体联通管(3)流动至热水储罐(1)内,放热过程结束时,热水储罐(1)内水位下降至保护水位,上部则置换为高压气体;
重复上述储热和放热过程即可循环实现热量的储存和释放。
9.根据权利要求8所述的压力自平衡式高温热水储热系统的运行方法,其特征在于:冷水储罐(2)内以及输水管(51)中注入的水均采用除盐水或工业水。
10.根据权利要求8所述的压力自平衡式高温热水储热系统的运行方法,其特征在于:高温设定值为180℃,低温设定值为50℃,压力设定值为1MPa。
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