CN116045262A - 一种产生工业蒸汽的高压储热系统及其使用方法 - Google Patents

一种产生工业蒸汽的高压储热系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种产生工业蒸汽的高压储热系统及其使用方法，该系统分为六部分：水处理模块、管路连接与控制模块、热源模块、储热模块、远程信号采集与处理模块、蒸汽加热模块。采用循环水作为储能介质，通过高温余热源（>300℃）加热后的水变成高温蒸汽进入多级并联的储热罐，将高温余热源的热能储存起来，通过控制节流阀来产生工业蒸汽；或者将电厂过热蒸汽存储在高压水中，待需要时通过节流降压返回除氧器，实现热电解耦的目的。本发明通过设计特殊的蒸汽放热结构，实现将蒸汽均匀分散在高压水体，同时通过结构产生的扰流强化换热，将储热功率提高一个数量级以上。本发明可以高效高值利用工业余热生产蒸汽并实现高密度存储，同时也可以应用于热电厂，实现供热与发电解耦。

Description

一种产生工业蒸汽的高压储热系统及其使用方法
技术领域
本发明属于储热技术领域，具体涉及一种以水为储热工质的产生工业蒸汽的高压储热系统及其使用方法。
背景技术
蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，可用于解决热能供给与需求失配的矛盾，在太阳能利用、电力“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，是世界范围内的研究热点。《高温钢铁渣处理及余热回收技术进展》一文中指出，钢铁渣是钢铁企业中典型的固体废弃物，年产量超过4亿吨，蕴含余热资源超过7.5×1017J，若不加以利用，其绝大部分都以热量的形式散失到环境中，余热资源回收潜力巨大，除此之外，钢铁渣余热回收处理还具有重要的节能减碳价值。除钢铁渣外，火电厂发电过程中产生的炉渣中也带有大量的显热，目前存在高温余热的利用回收率较低导致大量热源浪费的问题。此外，电厂调峰负荷大也是亟需解决的问题。在国家“双碳”能源战略下，新能源占比逐渐提高，火电厂将承担起调峰和调频的作用。通过抽汽储热的方式是最为经济的一种储能调节方案，与目前现有的熔盐储热调峰方案相比，储能介质水相较于熔盐，具有价格低廉、无凝固风险、系统操作简单、储能密度高、初投资低等优势，具备未来大规模部署条件，是未来储能调峰的重要支撑性技术。同时，通过抽汽储热也可以不回热力系统，而直接通过闪蒸的形式向外供应蒸汽，有效提高机组顶负荷的能力，解决了向外供应蒸汽机组顶峰能力不足的缺点，实现机组100%顶峰能力。
为实现上述目的，首先要解决在大温差下（>250℃）汽水高效换热问题，否则将发生传热恶化，不但影响储热功率，而且气液相变容积剧烈降低形成的剧烈扰动也会使储热罐发生大幅度震动，影响储热部件的安全运行和寿命。中国专利CN 115060091 A公开了一种降噪型汽水直接加热蒸汽喷射装置及方法，采用了4个90°弯头喷管形成大尺度涡流，这种方式虽然一定程度上可以提高储热功率，但由于形成涡流易对监测及安全元件形成冲刷，同时也会引起储热罐的振动或颤动，对于高压储罐来讲，会影响其密封性而导致承压能力降低，严重时甚至会引发安全事故。因此，如何在大温差条件下，实现高压条件下的蒸汽与高压水的高效、安全换热，是蒸汽高压储热与调峰系统亟待解决的问题。
发明内容
为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种以水为循环介质的产生工业蒸汽的储热系统及方法。本发明中提供了两种储热热源：一种是高温余热回收式，将经过净化处理的水经过高压水泵打入到余热回收模块的间壁式换热器中，经过高温余热加热后的水转化为高温蒸汽介质，产生的蒸汽进入多级并联的储热罐中将热量存储起来；另一种为电厂中压缸抽气储热式，将过热蒸汽存储在储热罐的高压水中，放热时通过节流降压生成蒸汽并进入蒸汽加热罐变成可作为厂用蒸汽的工业级蒸汽。
本发明的构思如下：1）对于余热型蒸汽高压水储能系统，首先通过表面式换热器将热量传递给高压过冷水，换热完成后近饱和状态（为防止管道中存在压损而气化，可以取2℃-5℃的过冷度），然后将高压过冷水存储在储热罐中。由于工业余热具有间歇性，该系统可以在有余热时进行储热，储热时长可以达10小时以上，是典型的长时储热技术。待到用蒸汽时，可以通过高压水闪蒸方式提供蒸汽，可以实现储热与蒸汽同时进行或不同时进行，根据需要储热罐可以装车，实现蒸汽的异地供应，增加灵活性。2）对于抽汽调峰储能系统，设计使用中压缸抽汽加热过冷水，实现过冷水的增温和增压，将蒸汽能量存储在高压水中。由于调峰对于储热功率密度有要求，因此希望能够提高释热功率以达到将蒸汽热量快速、安全地释放到高压水中存储。本发明设计了适应高热负荷、大温差条件下蒸汽向高压水相变释热的结构和装置，利用特定结构和配合的蒸汽流量，实现高温、高压蒸汽快速、安全地向低温水体释放热量。该释热装置也可以适用于余热型高压水储能系统。这两种储热系统的基本思想均为将具有大量焓值的蒸汽以显热的形式将潜热储存起来，储存的压力和温度越高，质量和体积储能密度越高，待到需要蒸汽时再将高压水通过闪蒸的方式以一定参数的饱和或者过热蒸汽释放出来，供蒸汽用户使用或者回到热力系统减少煤炭或其他燃料的消耗，提高系统的经济性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种产生工业蒸汽的高压储热系统，包括水处理模块、管路连接与控制模块、热源模块、储热模块、远程信号采集与处理模块、蒸汽加热模块六部分，储热工质的加热、储存和蒸汽的加热分别在热源模块、储热模块、蒸汽加热模块中完成。
所述水处理模块包括普通水箱、水处理设备、净化水水箱。普通水箱内为市政用水，普通水箱经过第一电磁阀和普通水泵连通水处理设备。在水处理环节，水处理设备将水净化到满足锅炉使用要求后输送至净化水水箱备用，净化水水箱补充完毕后关闭第一电磁阀和普通水泵。所述水处理设备需达到《火力发电厂水汽标准》的净化标准，以维持设备的安全稳定运行。
所述管路连接与控制模块为整个储热系统的流程控制模块，包括钢管、普通水泵、第一高压泵、第一至第N电磁阀、第一至第N流量计、第一至第N三通管（（N的数值根据储热容量按需设置，理论上可以实现GW级别的储能）；该模块控制整个储热系统工质的的流通、升压与检测。所述钢管为整个系统（除数据远程采集）的连通元件，所述普通水泵位于普通水箱与水处理设备之间；所述第一高压泵采用高压锅炉给水泵，其中高压水泵位于水处理模块与高温余热加热模块之间，工作温度为常温，水泵前后工作压差要求16 Mpa以上；电磁阀、流量计、三通管以及相应的管路要求耐压16 MPa以上。所述流量计可分为水的质量流量计与蒸汽的质量流量计。
所述储热模块包括N个储热罐、储热罐中的蒸汽放热管组及其配套设备，N个储热罐包括第一储热罐、第二储热罐、第三储热罐、第四储热罐、……、第N储热罐（储热罐的数量根据储热容量按需设置）；每个储热罐的配套设备均包括就地压力计、就地温度计、就地液位计、远程压力计、远程温度计、远程液位计。所述储热罐外层应包裹保温层。每个储热罐的结构均相同；储热罐内底部设有蒸汽放热管组，工质水在热源模块中加热为高温蒸汽，高温蒸汽经管路输至储热罐底部连接的蒸汽放热管组，经管组特殊设计的喷射结构形成高压蒸汽与罐中冷水混合。同时，储热罐底部连接补水管路和蒸汽管路，补水管路和蒸汽管路上分别设有电磁阀、流量计，补水管路和蒸汽管路分别通过三通管连接道主管道上，主管道分别与净化水水箱与热源模块连接；储热罐顶部连接放汽管路，放汽管路上设有电磁阀、流量计和节流阀，放汽管路通过三通管连接到主管道上，主管道上连接蒸汽加热模块；
所述蒸汽放热管组放置于储热罐底部，与储热罐底部的蒸汽管路相连，放热管组由五支周向均匀布置的蒸汽喷射管道组成，每只蒸汽喷射管道管壁处沿管组周向外切圆切线方向均匀设有孔，五支管道上开孔的方向与五支管的外切圆切线方向一致；孔的孔径为4~12 mm。
所述蒸汽加热模块包括蒸汽加热罐、保温层、电加热丝、就地温度计、就地压力计。所述蒸汽加热罐内设电加热丝，外部包裹保温层，上方设有就地温度计、就地压力计。蒸汽加热罐左侧通过钢管连接第N三通管，上部通过钢管连通流量计。
所述远程信号采集与处理模块包括数据传输线、数据收集器、计算机。所述数据传输线保证数据收集器与储热模块和蒸汽发生模块中远程压力计、远程温度计、远程液位计的连接，远程数据经数据收集器收集并进入计算机，计算机处理并修正远程压力计、远程温度计、远程液位计的数据信号。
所述热源模块包括以下两种的任一种：
一种是高温余热回收式，将经过净化处理的水经过高压水泵打入到余热回收模块的间壁式换热器中，经过高温余热加热后的水转化为高温蒸汽介质，产生的蒸汽进入多级并联的储热罐中将热量存储起来；所述高温余热加热模块包括间壁式换热器，间壁式换热器内设有高温余热源和蒸汽管道，间壁式换热器外包裹保温层。间壁式换热器流体入口通过三通管连接水处理模块净化水水箱与储热模块中的储热罐，最终分别连接第一储热罐底部、第二储热罐底部、第三储热罐底部、第四储热罐底部、第N储热罐底部。间壁式换热器经水加热为水蒸气后送往储热罐中，其蒸汽出口管路丢通过三通管连接通往储热模块的第1~N个储热罐，为其提供蒸汽。
另一种为电厂中压缸抽气储热式，即抽取电厂中压缸进口再热蒸汽储热，将过热蒸汽存储在储热罐的高压水中，放热时通过节流降压生成蒸汽并进入蒸汽加热罐变成可作为厂用蒸汽的工业级蒸汽。该储热热源系统包括锅炉、高压缸、中压缸、低压缸、除氧器、三组高压加热器和四组低压加热器。中压缸进口再热蒸汽经管道进入多级并联的储热罐底部的蒸汽放热管组中，经管组将高压蒸汽喷射至储热罐中与冷水换热，将热量存储起来。
本发明提供了上述产生工业蒸汽的高压储热系统的使用方法，储热罐工作压力为4 ~16.5 MPa，蒸汽加热罐工作压力为0.2 ~2 MPa，产生120 ~220 ℃工业蒸汽，储热罐装水量根据罐内体积和目标工况饱和水的密度计算，为运行安全留有5~10%裕度；热源模块为高温余热回收加热模块，具体操作过程如下：
（1）水处理：打开第一电磁阀与普通水泵，将市政用水打入水处理设备；经过水处理设备净化过的水存储在净化水箱中；
（2）高温余热加热：打开电磁阀、高压水泵，净化水从水箱出来经过三通管作为储热工质进入间壁式换热器中吸收高温余热源的热量；
（3）储热环节：在间壁式换热器中净化水被加热为高温蒸气；开启储热罐下方对应的电磁阀，高温蒸汽进入多级并联的储热罐，将热量存储起来；
（4）放热环节：储热罐上方设有节流阀，控制节流阀产生蒸汽；产生的蒸汽经过蒸汽加热罐加热为高温工业级蒸汽；
（5）储热罐补水：开启储热罐下方对应的电磁阀，净化水箱的水经过三通管进入储热罐负责补水。
 本发明提供了上述产生工业蒸汽的储热系统的使用方法，储热罐工作压力为4 ~16.5 MPa，蒸汽加热罐工作压力为0.2 ~2 MPa，产生120 ~220 ℃工业蒸汽，储热罐装水量需根据罐内体积和目标工况饱和水的密度计算，为运行安全留有5~10%裕度；热源来自于中压缸抽气储热，具体操作过程如下：储热环节与上述方法不同，其余相同；
储热环节具体为：储热罐中充水完成后，开启中压缸进口再热蒸汽阀门，再热蒸汽经三通管进入第一储热罐与罐中高压水混合将热量存储起来；待第一储热管内液体达到罐体容积的90%，关闭第四电磁阀，打开第五电磁阀，蒸汽进入第二储热罐；依次类推，可依次将蒸汽存储至N个储热罐中。
本发明提出的余热回收储能系统储能密度可达560 ~1260 kJ·kg–1，比一般的相变储能（储能密度一般在200 ~500 kJ·kg–1）储能密度更高。
本发明中以高温余热回收式为热源模块的系统可应用于钢铁企业与热电厂中拥有大量高温固体废弃物的场景，不仅能解决余热浪费的问题还有助于节能减碳；以抽汽储热为热源的系统应用于需要调峰的热电厂中，在需要调峰降负荷时不降负荷，抽汽储热，实现供热与发电解耦。
本发明的有益效果：
（1）本发明有效解决了高温余热的利用回收率较低导致大量热源浪费的问题。
（2）本系统的高温余热源不止局限于火电厂发电过程中与高炉冶炼过程中产生的高温炉渣，还可为其他形式的热源。
（3）本系统选择的储热热源可以是中压缸抽气，在需要降低负荷时不降负荷，抽取部分中压缸进气用于储热，当负荷较大时放出蒸汽达到调峰的效果。
（4）本系统可产生工业级蒸汽，可满足各行业的蒸汽需求。
（5）本发明特殊的蒸汽放热结构设计由蒸汽放热管组由沿外切圆均匀开孔的五根管路组成，实现将蒸汽均匀分散在高压水体，同时通过结构产生的扰流强化换热，将储热功率提高一个倍以上。
（6）本系统由电磁阀通断控制，信号采集与处理由计算机控制，整个系统易于实现自动化流水线作业。
（7）本发明可以高效高值利用工业余热生产蒸汽并实现高密度存储，同时也可以应用于热电厂，实现供热与发电解耦。
附图说明
图1为实施例1热源为余热回收加热的储热系统示意图；
图2为图1中蒸汽放热管组的结构示意图；
图3为蒸汽放热管组主视图；
图4为蒸汽放热管组侧视图；
图5为蒸汽放热管组俯视图；
图6为实施例2热源为中压缸抽气储热系统示意图。
图中，1-普通水箱 2-市政用水 3-第一电磁阀 4-普通水泵 5-水处理设备 6-净化水水箱 7-第二电磁阀 8-第一流量计 9-第一高压泵 10-第三电磁阀 11-第四电磁阀12-第二流量计 13-第一蒸汽放热管组 14-第一三通管 15-第五电磁阀 16-第三流量计17-第二蒸汽放热管组 18-第二三通管 19-第六电磁阀 20-第四流量计 21-第三蒸汽放热管路 22-第三三通管 23-第七电磁阀 24-第五流量计 25-第四蒸汽放热管路 26-第四三通管 27-第八电磁阀 28-第六流量计 29-第五三通管 30-第九电磁阀 31-第七流量计32-第六三通管 33-第十电磁阀 34-第八流量计 35-第十一电磁阀 36-第九流量计 37-第一储热罐 38-第一保温层 39-第一就地温度计 40-第一就地压力计 41-第一远程压力计42-第一远程温度计 43-第一远程液位计 44-第一就地液位计 45-第二储热罐 46-第二保温层 47-第二就地温度计 48-第二就地压力计 49-第二远程压力计 50-第二远程温度计51-第二远程液位计 52-第二就地液位计 53-第三储热罐 54-第三保温层 55-第三就地温度计 56-第三就地压力计57-第三远程压力计 58-第三远程温度计 59-第三远程液位计60-第三就地液位计 61-第N储热罐 62-第N保温层 63-第N就地温度计 64-第N就地压力计65-第N远程压力计 66-第N远程温度计 67-第N远程液位计 68-第N就地液位计 69-第十二电磁阀 70-第十流量计 71-第一节流阀 72-第十三电磁阀 73-第十一流量计 74-第二节流阀 75-第七三通管 76-第十四电磁阀 77-第十二流量计78-第三节流阀 79-第八三通管80-第十五电磁阀 81-第十三流量计 82-第四节流阀 83-第九三通管 84-第十六电磁阀85-第十四流量计 86-压力计 87-温度计 88-电加热丝 89-蒸汽加热罐 90-第二保温层91-第十五流量计 92-计算机 93-第十三通管 94-第十七电磁阀 95-第十六流量计 96-间壁式换热器 97-第三保温层 98-高温余热源；99-锅炉 100-高压缸 101-中压缸 102-低压缸 103-一号高压加热器 104-二号高压加热器 105-三号高压加热器 106-高压水泵 107-除氧器 108-四号低压加热器 109-五号低压加热器 110-六号低压加热器 111-七号低压加热器。
具体实施方式
下面通过结合附图对本发明作进一步详细说明，但不局限于以下实施例。以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本实施例提供的储热系统，热源来自于高温余热回收。本发明中以高温余热回收式为热源模块的系统可应用于钢铁企业与热电厂中拥有大量高温固体废弃物的场景，不仅能解决余热浪费的问题还有助于节能减碳。
如图1所示，一种产生工业蒸汽的余热回收储热系统，热源来自于高温余热回收；包括水处理模块（A）、管路连接与控制模块、高温余热加热模块（E）、远程信号采集与处理模块（D）、储热模块（B）和蒸汽加热模块（C）六部分。
在启动整个系统前，需确保系统中所有电磁阀处于关闭状态。表1为高压储能性质计算表。储热罐工作压力为4 ~16.5 MPa，蒸汽加热罐工作压力为0.2 ~2 MPa，产生120 ~220 ℃工业蒸汽。储热罐装水量需要水需根据罐内体积和目标工况饱和水的密度计算，为运行安全留有5~10%裕度。
 表1 高压储能性质计算表
所述水处理模块负责提供符合工业要求的净化水。打开第一电磁阀3、普通水泵4，普通水箱1中的市政用水经第一电磁阀3和普通水泵4进入水处理设备5，将水净化到满足锅炉使用要求后输送至净化水水箱6备用，净化水水箱6补充完毕后关闭第一电磁阀3和普通水泵4。
所述管路连接与控制模块为整个储热系统的流程控制模块，包括钢管、普通水泵、高压水泵、第一至第N电磁阀、第一至第N流量计、第一至第N三通管。该模块控制整个储热系统工质的的流通、升压与检测。
所述高温余热加热模块包括间壁式换热器96，间壁式换热器内设有高温余热源98和蒸汽管道，间壁式换热器外包裹第三保温层97。间壁式换热器96流体入口通过钢管依次连接第十六流量计95、第十三通管93，第十三通管93分别连接水处理模块与储热模块：水处理模块一侧通过第三电磁阀10、第一高压泵9、第一流量计8、第二电磁阀7，并最终与净化水水箱6相连；储热模块一侧通过三通管、电磁阀、流量计最终分别连接第一储热罐37底部、第二储热罐45底部、第三储热罐53底部、……、第N储热罐61底部。间壁式换热器上方为蒸汽出口管路，负责为各储热罐充蒸汽，蒸汽出口通过钢管连接第一三通管14、第二三通管18、第三三通管22，最终分别连接第一储热罐37、第二储热罐45、第三储热罐53、……第N储热罐61。
所述储热模块包括N个储热罐、储热罐中的蒸汽放热管组及其配套设备，N个储热罐包括第一储热罐、第二储热罐、第三储热罐、第四储热罐、……、第N储热罐；
每个储热罐的配套设备均包括就地压力计、就地温度计、就地液位计、远程压力计、远程温度计、远程液位计。所述储热罐外层应包裹保温层。每个储热罐的结构均相同；储热罐内底部设有蒸汽放热管组，在热源模块转化为高温高压的蒸汽经蒸汽放热管组的开孔再次加压，喷射至储热罐内的冷水与之混合换热，可将加热功率密度从未加扰流的7W/cm2提高至增加扰流后的15W/cm2以上。储热罐底部连接补水管路和蒸汽管路，补水管路和蒸汽管路上分别设有电磁阀、流量计，补水管路和蒸汽管路分别通过三通管连接道主管道上，主管道分别与净化水水箱与间壁式换热器连接；储热罐顶部连接放汽管路，放汽管路上设有电磁阀、流量计和节流阀，放汽管路通过三通管连接道主管道上，主管道上连接蒸汽加热模块；
具体地，所述第一储热罐37上部通过钢管依次连接第十二电磁阀69、第十流量计70、第一节流阀71；下部通过第八电磁阀27、第六流量计28连接第四三通管26；第一储热罐上部设有第一就地压力计40、第一就地温度计39、第一远程压力计41、第一远程温度计42、第一远程液位计43，侧面设有第一就地液位计44。第一就地压力计、第一就地温度计、第一就地液位计用于就地显示第一储热罐的工作状态；第一远程压力计、第一远程温度计、第一远程液位计分别通过数据传输线连接数据收集器。所述第二储热罐上部通过钢管依次连接第十三电磁阀72、第十一流量计73、第二节流阀74、第七三通管75；下部通过第九电磁阀30、第七流量计31连接第五三通管29；第二储热罐上部设有第二就地压力计48、第二就地温度计47、第二远程压力计49、第二远程温度计50、第二远程液位计51，侧面设有第二就地液位计52。第二就地压力计、第二就地温度计、第二就地液位计用于就地显示第二储热罐的工作状态；第二远程压力计、第二远程温度计、第二远程液位计分别通过数据传输线连接数据收集器。依此类推，直到第N储热罐。所述就地液位计采用玻璃管液位计、智能电容式液位计、电接点液位计、磁翻转液位计或智能导波雷达液位计，液位计在长期运行的过程中中需根据实际情况对液位进行补偿。
所述蒸汽放热管组放置于储热罐底部，与储热罐底部的蒸汽管路相连，其结构如图2~5所示，放热管组由五支周向均匀布置的蒸汽喷射管道组成，每只蒸汽喷射管道管壁处沿管组周向外切圆切线方向均匀设有孔，五支管道上开孔的方向与五支管的外切圆切线方向一致；孔的孔径为4~12 mm。
所述蒸汽加热模块包括蒸汽加热罐89、第二保温层90、电加热丝88、温度计87、压力计86。所述蒸汽加热罐89内设电加热丝88，外部包裹保温层，上方设有就地温度计、就地压力计。蒸汽加热罐左侧通过钢管连接第N三通管，上部通过钢管连通流量计。
所述远程信号采集与处理模块包括数据传输线、数据收集器、计算机92。所述数据传输线保证数据收集器与储热模块和蒸汽发生模块中远程压力计、远程温度计、远程液位计的连接，远程数据经数据收集器收集并进入计算机，计算机处理并修正远程压力计、远程温度计、远程液位计的数据信号。
本实施例中热源模块即为图中的高温余热加热模块（E），将经过净化处理的水经过高压水泵打入到余热回收模块的间壁式换热器96中，经过高温余热加热后的水转化为高温蒸汽介质，产生的蒸汽进入多级并联的储热罐中将热量存储起来；所述高温余热加热模块包括间壁式换热器96，间壁式换热器内设有高温余热源98和蒸汽管道，间壁式换热器外包裹第三保温层97。间壁式换热器流体入口通过三通管连接水处理模块净化水水箱6与储热模块中的储热罐，最终分别连接第一储热罐37底部、第二储热罐45底部、第三储热罐53底部、第四储热罐底部、第N储热罐61底部。间壁式换热器经水加热为水蒸气后送往储热罐中，其蒸汽出口管路丢通过三通管连接通往储热模块的第1~N个储热罐，为其提供蒸汽。
以下给出储热系统的工作流程，包括以下步骤：
（1）水处理：打开第一电磁阀与普通水泵，将市政用水打入水处理设备；经过水处理设备净化过的水存储在净化水箱中；
（2）充水环节：整个储热系统开始工作前，首先对各储热罐充水。打开第二电磁阀、第一高压水泵、第三电磁阀和第四电磁阀，净化水从水箱出来经过加压后流经第一三通管、第四三通管26、第八电磁阀27和第六流量计28进入第一储热罐37，充水结束后，关闭第八电磁阀，第一储热罐冲水完成；打开第九电磁阀30，净化水流经第五三通管29、第九电磁阀30和第七流量计31进入第二储热罐45对第二储热罐充水；依此类推，完成对N个储热罐的充水。
（3）高温余热加热与储热环节：充水完成后，打开第二电磁阀、第一高压水泵、第三电磁阀10和第四电磁阀11，净化水从水箱出来经过加压后流经第十三通管93作为储热工质进入间壁式换热器96中吸收高温余热源的热量，变成高温蒸汽。高温蒸汽经第一三通管进入第一储热罐中经蒸汽放热管路与罐中净化水混合将热量存储起来；如图2~5所示，高温高压的蒸汽在五支蒸汽放热管路中沿着外切圆的开孔方向射出，会带动储热罐内部的冷水在蒸汽放热管路外侧形成涡流，实现蒸汽与冷水的快速换热。待第一储热管内液体达到罐体容积的90%，关闭第四电磁阀，打开第五电磁阀，高温蒸汽进入第二储热罐；依次类推，可依次将高温蒸汽存储至N个储热罐中。
（4）放热环节：放热时，开启第一储热罐上方的第十二电磁阀69与第一节流阀71，罐中压力降低产生蒸汽；开启蒸汽加热罐89左侧的第十六电磁阀84，产生的蒸汽经过第七三通管75、第八三通管79、第九三通管83、第十六电磁阀84及第十四流量计85进入蒸汽加热罐89加热为高温工业级蒸汽；经流量计监测，放热时当第一储热罐放气结束，关闭第十二电磁阀69和第一节流阀71，第一储热罐放热结束；开启第二储热罐上方的第十三电磁阀72与第二节流阀74，由第二储热罐降压产生蒸汽；依此类推，逐步对N个储热罐进行放热。
所有储热罐放热结束，关闭储热罐上方的电磁阀和节流阀，开始补水环节。
（5）储热罐补水：放热环节中，储热罐水量减少，开启第一储热罐下方的第五电磁阀，净化水箱的水经过第四三通管26、第八电磁阀27及第六流量计28进入第一储热罐补水；
第一储热罐下方补水入口管路与第六流量计、第八电磁阀和第四三通管连接，打开第八电磁阀，加压后的净化水经第十和第四三通管进入第一储热罐补水。补水过程与上述充水过程相同。依此类推，开启第九电磁阀、第十电磁阀等来控制第二、第三等储热罐的补水。
实施例二
如图6所示，一种产生工业蒸汽的中压缸抽气储热系统，包括水处理模块（A）、管路连接与控制模块、远程信号采集与处理模块（D）、储热模块（B）、蒸汽加热模块（C）和热源模块（E）六个部分。
系统与实施例1相比仅储热热源不同，该实施例中储热热源为中压缸进口再热蒸汽。
另一种为电厂中压缸抽气储热式，即抽取电厂中压缸进口再热蒸汽储热，将过热蒸汽存储在储热罐的高压水中，放热时通过节流降压生成蒸汽并进入蒸汽加热罐变成可作为厂用蒸汽的工业级蒸汽。该储热热源系统包括锅炉99、高压缸100、中压缸101、低压缸102、除氧器107、三组高压加热器103、104、105和四组低压加热器。中压缸进口再热蒸汽经管道进入多级并联的储热罐底部的蒸汽放热管组中，经管组将高压蒸汽喷射至储热罐中与冷水换热，将热量存储起来。
本实施例以抽汽储热为热源的系统应用于需要调峰的热电厂中，在需要调峰降负荷时不降负荷，抽汽储热，实现供热与发电解耦整个系统的启动与操作方法与实施例一相同。当夜晚热力系统负荷降低时，此时可以不降负荷抽取中压缸进气进入各级储热罐中储热。放热过程与实施例一相同，当白天热力系统负荷较大时可以放出经蒸汽加热器加热的高温蒸汽补充到系统除氧器107中达到调峰的效果。需要注意的时，利用中压缸抽气储热，为了不破坏热力系统平衡，需要通过给水泵给系统补水。
本实施例中，热源来自于中压缸抽气储热，具体操作过程如下：
（1）水处理：打开第一电磁阀与普通水泵，将市政用水打入水处理设备；经过水处理设备净化过的水存储在净化水箱中；
（2）充水环节：整个储热系统开始工作前，首先对各储热罐充水。打开第二电磁阀、第一高压水泵、第三电磁阀和第四电磁阀，净化水从水箱出来经过加压后流经第一三通管、第四三通管26、第八电磁阀27和第六流量计28进入第一储热罐37，充水结束后，关闭第八电磁阀，第一储热罐冲水完成；打开第九电磁阀30，净化水流经第五三通管29、第九电磁阀30和第七流量计31进入第二储热罐45对第二储热罐充水；依此类推，完成对N个储热罐的充水。
（3）储热环节：储热罐中充水完成后，开启中压缸进口再热蒸汽阀门，再热蒸汽经第一三通管进入第一储热罐与罐中高压水混合将热量存储起来；待第一储热管内液体达到罐体容积的90%，关闭第四电磁阀，打开第五电磁阀，蒸汽进入第二储热罐；依次类推，可依次将蒸汽存储至N个储热罐中。
（4）放热环节：开启第一储热罐上方的第十二电磁阀69与第一节流阀71，罐中压力降低产生蒸汽；开启蒸汽加热罐89左侧的第十六电磁阀84，产生的蒸汽经过第七三通管75、第八三通管79、第九三通管83、第十六电磁阀84及第十四流量计85进入蒸汽加热罐89加热为高温工业级蒸汽；经流量计监测，放热时当第一储热罐放气结束，关闭第十二电磁阀69和第一节流阀71，第一储热罐放热结束；开启第二储热罐上方的第十三电磁阀72与第二节流阀74，由第二储热罐降压产生蒸汽；依此类推，逐步对N个储热罐进行放热。
（5）储热罐补水：放热环节中，储热罐水量减少，开启第一储热罐下方的第五电磁阀，净化水箱的水经过第四三通管、第八电磁阀及第六流量计进入第一储热罐补水；依此类推，开启第九电磁阀、第十电磁阀等来控制第二、第三等储热罐的补水。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种产生工业蒸汽的高压储热系统，其特征在于：包括水处理模块、管路连接与控制模块、热源模块、储热模块、远程信号采集与处理模块、蒸汽加热模块六部分，储热工质的加热、储存和蒸汽的加热分别在热源模块、储热模块、蒸汽加热模块中完成；
所述水处理模块将自来水加工为满足进入锅炉系统水质要求的水；所述水处理模块包括普通水箱、水处理设备、净化水水箱；普通水箱内为市政用水，普通水箱经过第一电磁阀和普通水泵连通水处理设备；
所述管路连接与控制模块为整个储热系统的流程控制模块，包括钢管、普通水泵、第一高压泵、第一至第N电磁阀、第一至第N流量计、第一至第N三通管；该模块控制整个储热系统工质的的流通、升压与检测；所述管路连接与信息传递模块用于传输水、蒸汽，使整个系统能够稳定运行；
所述储热模块用于存储高温高压蒸汽中的热量并通过节流降压作用生成所需的工业蒸汽，储热模块包括N个储热罐、储热罐中的蒸汽放热管组及其配套设备，N个储热罐包括第一储热罐、第二储热罐、第三储热罐、第四储热罐、……、第N储热罐；每个储热罐的配套设备均包括就地压力计、就地温度计、就地液位计、远程压力计、远程温度计、远程液位计；储热罐内底部设有蒸汽放热管组，工质水在热源模块中加热为高温蒸汽，高温蒸汽经管路输至储热罐底部连接的蒸汽放热管组，经管组特殊设计的喷射结构形成高压蒸汽与罐中冷水混合；
所述蒸汽加热模块包括蒸汽加热罐、保温层、电加热丝、就地温度计、就地压力计；
所述远程信号采集与处理模块包括数据传输线、数据收集器、计算机；
所述热源模块用于将净化水加热为目标工况的高温高压蒸汽；热源模块包括以下两种的任一种：一种是高温余热回收式，将经过净化处理的水经过高压水泵打入到余热回收模块的间壁式换热器中，经过高温余热加热后的水转化为高温蒸汽介质，产生的蒸汽进入多级并联的储热罐中将热量存储起来；所述高温余热加热模块包括间壁式换热器，间壁式换热器内设有高温余热源和蒸汽管道；另一种为电厂中压缸抽气储热式，即抽取电厂中压缸进口再热蒸汽储热，将过热蒸汽存储在储热罐的高压水中，放热时通过节流降压生成蒸汽并进入蒸汽加热罐变成作为厂用蒸汽的工业级蒸汽。
2.根据权利要求1所述的产生工业蒸汽的高压储热系统，其特征在于：在水处理环节，水处理设备将水净化到满足锅炉使用要求后输送至净化水水箱备用，净化水水箱补充完毕后关闭第一电磁阀和普通水泵。
3.根据权利要求1所述的产生工业蒸汽的高压储热系统，其特征在于：所述钢管为整个系统的连通元件，所述普通水泵位于普通水箱与水处理设备之间；所述高压水泵采用高压锅炉给水泵，其中高压水泵位于水处理模块与高温余热加热模块之间，工作温度为常温，水泵前后工作压差要求16 Mpa以上；电磁阀、流量计、三通管以及相应的管路要求耐压16 MPa以上；所述流量计分为水的质量流量计与蒸汽的质量流量计。
4.根据权利要求1所述的产生工业蒸汽的高压储热系统，其特征在于：所述储热罐外层应包裹保温层，每个储热罐的结构均相同；储热罐底部连接补水管路和蒸汽管路，补水管路和蒸汽管路上分别设有电磁阀、流量计，补水管路和蒸汽管路分别通过三通管连接道主管道上，主管道分别与净化水水箱与热源模块连接；储热罐顶部连接放汽管路，放汽管路上设有电磁阀、流量计和节流阀，放汽管路通过三通管连接到主管道上，主管道上连接蒸汽加热模块；
所述蒸汽放热管组放置于储热罐底部，与储热罐底部的蒸汽管路相连，放热管组由五支周向均匀布置的蒸汽喷射管道组成，每只蒸汽喷射管道管壁处沿管组周向外切圆切线方向均匀设有孔，五支管道上开孔的方向与五支管的外切圆切线方向一致；孔的孔径为4~12mm。
5.根据权利要求1所述的产生工业蒸汽的高压储热系统，其特征在于：所述蒸汽加热罐内设电加热丝，外部包裹保温层，上方设有就地温度计、就地压力计；蒸汽加热罐左侧通过钢管连接三通管，上部通过钢管连通流量计。
6.根据权利要求1所述的产生工业蒸汽的高压储热系统，其特征在于：所述数据传输线保证数据收集器与储热模块和蒸汽发生模块中远程压力计、远程温度计、远程液位计的连接，远程数据经数据收集器收集并进入计算机，计算机处理并修正远程压力计、远程温度计、远程液位计的数据信号。
7.根据权利要求1所述的产生工业蒸汽的高压储热系统，其特征在于：中压缸抽气储热的热源系统包括锅炉、高压缸、中压缸、低压缸、除氧器、三组高压加热器和四组低压加热器；中压缸进口再热蒸汽经管道进入多级并联的储热罐底部的蒸汽放热管组中，经管组将高压蒸汽喷射至储热罐中与冷水换热，将热量存储起来。
8.根据权利要求1所述的产生工业蒸汽的高压储热系统，其特征在于：间壁式换热器外包裹保温层；间壁式换热器流体入口通过三通管连接水处理模块净化水水箱与储热模块中的储热罐，最终分别连接第一储热罐底部、第二储热罐底部、第三储热罐底部、第四储热罐底部、第N储热罐底部；间壁式换热器经水加热为水蒸气后送往储热罐中，其蒸汽出口管路丢通过三通管连接通往储热模块的第1~N个储热罐，为其提供蒸汽。
9.一种权利要求1~7中任一项所述的产生工业蒸汽的高压储热系统的使用方法，其特征在于：以抽汽储热为热源的系统应用于需要调峰的热电厂中，在需要调峰降负荷时不降负荷，抽汽储热，实现供热与发电解耦；具体操作过程如下：
（1）水处理：打开第一电磁阀与普通水泵，将市政用水打入水处理设备；经过水处理设备净化过的水存储在净化水箱中；
（2）充水环节：整个储热系统开始工作前，首先对各储热罐充水；打开第二电磁阀、第一高压水泵、第三电磁阀和第四电磁阀，净化水从水箱出来经过加压后流经第一三通管、第四三通管、第八电磁阀和第六流量计进入第一储热罐，充水结束后，关闭第八电磁阀，第一储热罐冲水完成；打开第九电磁阀，净化水流经第五三通管、第九电磁阀和第七流量计进入第二储热罐对第二储热罐充水；依此类推，完成对N个储热罐的充水；
（3）储热环节：储热罐中充水完成后，开启中压缸进口再热蒸汽阀门，再热蒸汽经第一三通管进入第一储热罐与罐中高压水混合将热量存储起来；待第一储热管内液体达到罐体容积的90%，关闭第四电磁阀，打开第五电磁阀，蒸汽进入第二储热罐；依次类推，可依次将蒸汽存储至N个储热罐中；
（4）放热环节：开启第一储热罐上方的第十二电磁阀与第一节流阀，罐中压力降低产生蒸汽；开启蒸汽加热罐左侧的第十六电磁阀，产生的蒸汽经过第七三通管、第八三通管、第九三通管、第十六电磁阀及第十四流量计进入蒸汽加热罐加热为高温工业级蒸汽；经流量计监测，放热时当第一储热罐放气结束，关闭第十二电磁阀和第一节流阀，第一储热罐放热结束；开启第二储热罐上方的第十三电磁阀与第二节流阀，由第二储热罐降压产生蒸汽；依此类推，逐步对N个储热罐进行放热；
（5）储热罐补水：放热环节中，储热罐水量减少，开启第一储热罐下方的第五电磁阀，净化水箱的水经过第四三通管、第八电磁阀及第六流量计进入第一储热罐补水；依此类推，开启第九电磁阀、第十电磁阀等来控制第二、第三……储热罐的补水。
10.一种权利要求1~6或8中任一项所述的产生工业蒸汽的高压储热系统的使用方法，其特征在于：热源模块为高温余热回收加热模块时，该系统适用于钢铁企业与热电厂中拥有大量高温固体废弃物的场景，不仅能解决余热浪费的问题还有助于节能减碳；以抽汽储热为热源的系统应用于需要调峰的热电厂中，在需要调峰降负荷时不降负荷，抽汽储热，实现供热与发电解耦；
具体操作过程如下：
（1）水处理：打开第一电磁阀与普通水泵，将市政用水打入水处理设备；经过水处理设备净化过的水存储在净化水箱中；
（2）充水环节：整个储热系统开始工作前，首先对各储热罐充水；打开第二电磁阀、第一高压水泵、第三电磁阀和第四电磁阀，净化水从水箱出来经过加压后流经第一三通管、第四三通管、第八电磁阀和第六流量计进入第一储热罐，充水结束后，关闭第八电磁阀，第一储热罐冲水完成；打开第九电磁阀，净化水流经第五三通管、第九电磁阀和第七流量计进入第二储热罐对第二储热罐充水；依此类推，完成对N个储热罐的充水；
（3）高温余热加热与储热环节：充水完成后，打开第二电磁阀、第一高压水泵、第三电磁阀和第四电磁阀，净化水从水箱出来经过加压后流经第十三通管作为储热工质进入间壁式换热器中吸收高温余热源的热量，变成高温蒸汽；高温蒸汽经第一三通管进入第一储热罐中经蒸汽放热管路与罐中净化水混合将热量存储起来；高温高压的蒸汽在五支蒸汽放热管路中沿着外切圆的开孔方向射出，会带动储热罐内部的冷水在蒸汽放热管路外侧形成涡流，实现蒸汽与冷水的快速换热；待第一储热管内液体达到罐体容积的90%，关闭第四电磁阀，打开第五电磁阀，高温蒸汽进入第二储热罐；依次类推，可依次将高温蒸汽存储至N个储热罐中；
（4）放热环节：放热时，开启第一储热罐上方的第十二电磁阀与第一节流阀，罐中压力降低产生蒸汽；开启蒸汽加热罐左侧的第十六电磁阀，产生的蒸汽经过第七三通管、第八三通管、第九三通管、第十六电磁阀及第十四流量计进入蒸汽加热罐加热为高温工业级蒸汽；经流量计监测，放热时当第一储热罐放气结束，关闭第十二电磁阀和第一节流阀，第一储热罐放热结束；开启第二储热罐上方的第十三电磁阀与第二节流阀，由第二储热罐降压产生蒸汽；依此类推，逐步对N个储热罐进行放热；
所有储热罐放热结束，关闭储热罐上方的电磁阀和节流阀，开始补水环节；
（5）储热罐补水：放热环节中，储热罐水量减少，开启第一储热罐下方的第五电磁阀，净化水箱的水经过第四三通管、第八电磁阀及第六流量计进入第一储热罐补水；
第一储热罐下方补水入口管路与第六流量计、第八电磁阀和第四三通管连接，打开第八电磁阀，加压后的净化水经第十和第四三通管进入第一储热罐补水；补水过程与上述充水过程相同；依此类推，开启第九电磁阀、第十电磁阀等来控制第二、第三……储热罐的补水。
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