CN114199060A - 一种储热砂固体换热蒸汽锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储热砂固体换热蒸汽锅炉，涉及换热锅炉技术领域。一种储热砂固体换热蒸汽锅炉，包括锅炉炉体和设置在锅炉炉体上方处的热砂储料装置，热砂储料装置底部等距设有多个储料出料料斗，热砂储料装置顶部等距开设有多个用于进料的进料口，储料出料料斗上均设有可调热砂出料机，锅炉炉体底部等距设有多个锅炉出料料斗，锅炉出料料斗上均设有冷砂出料机所述锅炉炉体中由上至下分为上部进料段、中部锅炉换热管组段和下部出料段。本发明以石英砂为媒介，价格低廉，稳定可靠，使用寿命长；高效余热回收，减少热能损失；系统简单，减少能量消耗，增加系统运行的稳定性和可靠性，减少维护成本，有效降低换热和储热成本。

Description

一种储热砂固体换热蒸汽锅炉

技术领域

本发明涉及换热锅炉技术领域，具体为一种储热砂固体换热蒸汽锅炉。

背景技术

储热技术是以储热材料为媒介将太阳能光热、地热、工业余热、低品位废热等热能储存起来，在需要的时候释放，力图解决由于时间、空间或强度上的热能供给与需求间不匹配所带来的问题，最大限度地提高整个系统的能源利用率而逐渐发展起来的一种技术。目前，主要有三种储热方式，包括显热储热、潜热储热(也称为相变储热)和热化学反应储热。

与其他两种储热形式相比，显热储热的技术最成熟。同时，显热储热运行方式简单、成本低廉、使用寿命长、热传导率高、但其储热量小且放热时不恒温，限制了其未来的应用前景。而竖固换热这种高效换热技术可以高效换热，极限回收储热热能。

目前市面上关于如何利用竖固换热进行储热换热，没有一个明确的技术方案，至于采用何种设备实现竖固换热也没有明确的规定，为此本发明提出一种新型的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种储热砂固体换热蒸汽锅炉，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种储热砂固体换热蒸汽锅炉，包括锅炉炉体、设置在锅炉炉体上方处的热砂储料装置和设置在热砂储料装置上方处的高温储热仓，热砂储料装置底部等距设有多个储料出料料斗，热砂储料装置顶部等距开设有多个用于进料的进料口，储料出料料斗上均设有可调热砂出料机，锅炉炉体底部等距设有多个锅炉出料料斗，锅炉出料料斗上均设有冷砂出料机，所述锅炉炉体中由上至下分为上部进料段、中部锅炉换热管组段和下部出料段，中部锅炉换热管组段包括等距竖直设置在锅炉炉体中的多组换热管结构，换热管结构沿砂粒流动方向排列布置在锅炉炉体，内换热管结构自上而下依次包括高温蒸发器、过热器、低温蒸发器、省煤器和给水预热器，高温蒸发器、过热器、低温蒸发器、省煤器和给水预热器之间依次通过管道相连接。

作为本申请中优选的技术方案，所述锅炉炉体正面设置有汽包，汽包与低温蒸发器进口端之间通过下降管相连接，汽包与高温蒸发器进口端之间通过下降管相连接，低温蒸发器出口端与汽包之间通过上升管相连接，高温蒸发器出口端与与汽包之间通过上升管相连接，省煤器出口端与汽包之间通过给水管相连接，过热器的入口端和汽包之间通过饱和蒸汽引出管相连接，锅炉炉体正面设置有主蒸汽管线，过热器的出口端均连接在主蒸汽管线上，锅炉炉体外部安装除氧器，给水预热器出水端与除氧器之间通过输送管相连接，省煤器进水端与除氧器之间通过连接管相连接。

作为本申请中优选的技术方案，所述换热管结构均由单组或多组锅炉金属换热管组成，锅炉金属换热管之间形成有砂粒的流通通道。

作为本申请中优选的技术方案，所述锅炉炉体内壁上设有防护结构，防护结构包括保温结构和耐火结构，耐火结构设在锅炉炉体内壁四面上，保温结构设在耐火结构和锅炉炉体的内壁之间。

作为本申请中优选的技术方案，所述锅炉炉体是由多块金属护板焊接而成的矩形壳体，且锅炉炉体固定在锅炉支架上。

作为本申请中优选的技术方案，所述热砂储料装置顶部设有进砂管，进砂管一端与输送机相连接。

作为本申请中优选的技术方案，所述耐火结构为耐磨耐火材料浇筑而成，保温结构为抗压的陶瓷纤维板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该储热砂固体换热蒸汽锅炉，具有以下效果：

1、以石英砂为媒介，价格低廉，稳定可靠，使用寿命长；

2、高效余热回收，减少热能损失；

3、系统简单，减少能量消耗，增加系统运行的稳定性和可靠性，减少维护成本；

4、避免压力换热储热设备的使用，有效降低换热和储热成本，并提高储能密度；

5、显热储热运行方式简单、成本低廉、使用寿命长、热传导率高，采用大容量保温仓储存热砂，在需要放热时进入固体换热锅炉进行热交换，通过储热砂与锅炉受热面管束直接接触进行固体间换热，将锅炉给水加热产生过热蒸汽用于发电使用。采用储热发电方案，可以快速调节蒸汽输出、调节发电机输出功率，具有很强的发电灵活性，适合跟踪用电负荷波动，也可用于电网调峰。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的锅炉炉体和热砂储料装置的结构示意图；

图3为本发明的锅炉炉体的示意图；

图4为本发明的锅炉炉体的工作流程示意图。

图中：1、锅炉炉体；101、锅炉出料料斗；102、冷砂出料机；2、热砂储料装置；202、储料出料料斗；203、可调热砂出料机；3、汽包；4、主蒸汽管线；5、高温储热仓；6、除氧器；8、换热管结构；801、高温蒸发器；802、过热器；803、低温蒸发器；804、省煤器；805、给水预热器；806、下降管；807、上升管；808、连接管；809、输送管；810、给水管；811、饱和蒸汽引出管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。

应注意的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨论和描述。

如图1-4所示，本发明提供一种技术方案：一种储热砂固体换热蒸汽锅炉，包括锅炉炉体1、设置在锅炉炉体1上方处的热砂储料装置2和设置在热砂储料装置2上方处的高温储热仓5。热砂储料装置2底部等距设有多个储料出料料斗202，热砂储料装置2顶部等距开设有多个用于进料的进料口，储料出料料斗202上均设有可调热砂出料机203，锅炉炉体1底部等距设有多个锅炉出料料斗101，锅炉出料料斗101上均设有冷砂出料机102，锅炉炉体1中由上至下分为上部进料段、中部锅炉换热管组段和下部出料段，中部锅炉换热管组段包括等距竖直设置在锅炉炉体1中的多组换热管结构8，换热管结构8沿砂粒流动方向排列布置在锅炉炉体1，内换热管结构8自上而下依次包括高温蒸发器801、过热器802、低温蒸发器803、省煤器804和给水预热器805，高温蒸发器801、过热器802、低温蒸发器803、省煤器804和给水预热器805之间依次通过管道相连接。需要说明的是，通过储料出料料斗202的布置设计以及可调热砂出料机203对冷砂的流量调节，使得炉体内换热管结构8处的砂粒能在重力作用下均匀向下流动，不会出现沟流、鼠洞等现象，保证锅炉内部换热管结构8与热砂能充分、高效进行换热。特别需要说明的是，热砂储料装置2内放置有石英砂颗粒，此外，本装置中的石英砂颗粒也可是其它具有类似储热性能及导热性能的颗粒状固体物料。

作为一种具体的实施例，锅炉炉体1正面设置有汽包3，汽包3与低温蒸发器803进口端之间通过下降管806相连接，高温蒸发器801进口端与下降管806之间相连接，低温蒸发器803出口端与汽包3之间通过上升管807相连接，高温蒸发器801出口端与上升管807之间相连接，省煤器804出口端与汽包3之间通过给水管810相连接，过热器802的入口端和汽包3之间通饱和蒸汽引出管811相连接，锅炉炉体1正面设置有主蒸汽管线4，过热器802的出口端均连接至主蒸汽管线4上，需要说明的是，主蒸汽管线4连接在蒸汽汽轮机上，用于将过热蒸汽用于发电，锅炉炉体1外部安装有除氧器6，给水预热器805出水端与除氧器6之间通过输送管809相连接，省煤器804进水端与除氧器6之间通过连接管808相连接。

需要说明的是，除氧器6通过省煤器804向汽包3供水，供水过程中高温蒸发器801和给水预热器805进行加热以后形成汽水混合物进入汽包3，汽包3进行汽水分离后进入过热器302中进行过热，通过主蒸汽管线送至发电系统。省煤器804将锅炉给水加热后送至汽包3，给水预热器805将除盐水加热后送至除氧器6，进一步吸收高温物料的热量，降低了高温物料的排料温度，节省了能源。

作为一种具体的实施例，换热管结构8均由单组或多组锅炉金属换热管组成，锅炉金属换热管之间形成有砂粒的流通通道。

作为一种具体的实施例，锅炉炉体1是由多块金属护板焊接而成的矩形壳体，且锅炉炉体1固定在锅炉支架上。

作为一种具体的实施例，热砂储料装置2顶部设有进砂管，进砂管一端与输送机相连接。

作为一种具体的实施例，锅炉炉体1内壁上设有防护结构，防护结构包括保温结构和耐火结构，耐火结构设在锅炉炉体1内壁四面上，保温结构设在耐火结构和锅炉炉体1的内壁之间，耐火结构为耐磨耐火材料浇筑而成，保温结构为抗压的陶瓷纤维板，需要说明的是，耐磨耐火材料的热膨胀系数很低，耐热振性能好，高温强度高，抗酸碱和盐的侵蚀，不受金属和熔渣的润湿，能够起到较好的耐磨耐火作用，同时其使用寿命较长，不需要经常更换，陶瓷纤维板具备优异的抗压和保温隔热性能；高强度抗压性能好，还具备优越的抗水、防潮性能且其防腐蚀、经久耐用。

特别的，输送机将热的石英砂可以输送到进砂管中，进而进入到热砂储料装置2中，然后开启储料出料料斗202上的可调热砂出料机203，热石英砂进入到锅炉炉体1中，同时开启连接管808上的水泵，冷水从除氧器6中进入到省煤器804中，随着热石英砂不断的与换热管结构8进行接触、换热，从而升高冷水的温度，升温后的水通过输送管809进入到除氧器6中，并且加热产生的过热蒸汽可用于发电使用，热石英砂逐渐变成冷石英砂并最终流动到锅炉炉体1底部，然后开启锅炉出料料斗101上的冷砂出料机102，冷石英砂通过冷砂出料机102流出锅炉炉体1，然后冷砂进入高温储热仓5对冷砂进行加热，循环往复。本发明以石英砂颗粒为媒介将太阳能光热、地热、工业余热、低品位废热等热能储存起来，在需要的时候释放，显热储热运行方式简单、成本低廉、使用寿命长、热传导率高，采用大容量保温仓储存热砂，在需要放热时进入固体换热锅炉进行热交换，通过储热砂与锅炉受热面管束直接接触进行固体间换热，将锅炉给水加热产生过热蒸汽用于发电使用；由于这种储热、换热应用方式系统简单、可靠，成本低、换热效率高有着良好的应用前景。

需要说明的是，高温储热仓5中设置有高温热源，冷石英砂颗粒在高温储热仓5中进行吸热，使得冷石英砂变成热石英砂，然后热石英砂进入到热砂储料装置2中进行储存，然后进入到锅炉炉体1中进行换热再次变成冷石英砂，循环往复，构成一个完整的换热系统，此外，锅炉炉体1中产生的高温蒸汽也可作为高温热源供冷石英砂进行吸热。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种储热砂固体换热蒸汽锅炉，包括锅炉炉体(1)、设置在锅炉炉体(1)上方处的热砂储料装置(2)和设置在热砂储料装置(2)上方处的高温储热仓(5)，热砂储料装置(2)底部等距设有多个储料出料料斗(202)，热砂储料装置(2)顶部等距开设有多个用于进料的进料口，储料出料料斗(202)上均设有可调热砂出料机(203)，锅炉炉体(1)底部等距设有多个锅炉出料料斗(101)，锅炉出料料斗(101)上均设有冷砂出料机(102)，其特征在于：所述锅炉炉体(1)中由上至下分为上部进料段、中部锅炉换热管组段和下部出料段，中部锅炉换热管组段包括等距竖直设置在锅炉炉体(1)中的多组换热管结构(8)，换热管结构(8)沿砂粒流动方向排列布置在锅炉炉体(1)，内换热管结构(8)自上而下依次包括高温蒸发器(801)、过热器(802)、低温蒸发器(803)、省煤器(804)和给水预热器(805)，高温蒸发器(801)、过热器(802)、低温蒸发器(803)、省煤器(804)和给水预热器(805)之间依次通过管道相连接。

2.根据权利要求1所述的一种储热砂固体换热蒸汽锅炉，其特征在于：所述锅炉炉体(1)正面设置有汽包(3)，汽包(3)与低温蒸发器(803)进口端之间通过下降管(806)相连接，高温蒸发器(801)进水端与下降管(806)之间相连接，低温蒸发器(803)出口端与汽包(3)之间通过上升管(807)相连接，高温蒸发器(801)出口端与上升管(807)之间相连接，省煤器(804)出口端与汽包(3)之间通过给水管(810)相连接，过热器(802)的入口端和汽包(3)之间通过饱和蒸汽引出管(811)相连接，锅炉炉体(1)设置有主蒸汽管线(4)，过热器(802)的出口端均连接主蒸汽管线(4)上，锅炉炉体(1)外部安装有除氧器(6)，给水预热器(805)出水端与除氧器(6)之间通过输送管(809)相连接，省煤器(804)进水端与除氧器(6)之间通过连接管(808)相连接。

3.根据权利要求1所述的一种储热砂固体换热蒸汽锅炉，其特征在于：所述换热管结构(8)均由单组或多组锅炉金属换热管组成，锅炉金属换热管之间形成有砂粒的流通通道。

4.根据权利要求1所述的一种储热砂固体换热蒸汽锅炉，其特征在于：所述锅炉炉体(1)内壁上设有防护结构，防护结构包括保温结构和耐火结构，耐火结构设在锅炉炉体(1)内壁四面上，保温结构设在耐火结构和锅炉炉体(1)的内壁之间。

5.根据权利要求1所述的一种储热砂固体换热蒸汽锅炉，其特征在于：所述锅炉炉体(1)是由多块金属护板焊接而成的矩形壳体，且锅炉炉体(1)固定在锅炉支架上。

6.根据权利要求1所述的一种储热砂固体换热蒸汽锅炉，其特征在于：所述热砂储料装置(2)顶部设有进砂管，进砂管一端与输送机相连接。

7.根据权利要求4所述的一种储热砂固体换热蒸汽锅炉，其特征在于：所述耐火结构为耐磨耐火材料浇筑而成，保温结构为抗压的陶瓷纤维板。

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