CN116123521A - 一种利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统及调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统及调控方法，该系统采用电加热自增压、闪蒸方法产生蒸汽，所述系统为六部分：水处理模块、高压水加热、储热模块、减温减压模块、蒸汽发生模块、补偿加热模块、管路连接与信息传递模块；本发明采用循环水作为储能介质，通过电加热水将多余电能以热能形式储存起来，通过控制电磁阀，蒸汽闪蒸阀来产生工业蒸汽。本发明可作为电能转移终端，将谷电转化热能存储在多个并联的电加热锅炉中，根据实际需求调节锅炉的阀门获得工业蒸汽，灵活使用。

Description

一种利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统及调控方法

技术领域

本发明涉及一种利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统及调控方法，属于工业蒸汽生产领域。

背景技术

随着风、光等具有波动性和随机性的新能源装机容量在电力系统中的占比逐步提高，储能的重要性和经济价值也逐渐体现。目前，工业蒸汽供应的主力仍然是燃煤锅炉，也有少部分燃气锅炉。在国家新的能源政策下，未来碳指标收紧是必然趋势，采用更清洁的方式供应工业蒸汽是最具挑战的技术难点。热泵作为一种节能提效的技术，可以以各种工业余热、空气源、水源、土壤等作为热源，产生120 ℃左右的蒸汽，且具有较高的能效，在小容量、低参数的蒸汽供应领域具有一定的发展潜力。但对于大规模工业应用，受限于热泵热源的能量密度和品质，以及生产更高温度蒸汽时，能效较低且技术瓶颈较多等问题，因此大规模蒸汽供应，或更高参数（150 ℃–200 ℃）蒸汽供应需要新的技术途径。同时，考虑到未来新能源消纳成本向工业用户转移以及峰谷电差逐步增大的趋势，高效利用谷电储能生产工业蒸汽具有经济和环保双重价值。

发明内容

本发明旨在提供一种利用谷电储热的超高压（4－16.5MPa）蒸汽锅炉系统，涉及用户端储能，替代燃煤和燃气为原料的高排放蒸汽锅炉。本发明提供的一种利用谷电加热水储能的装备、系统和调控方法，将谷电以水的潜热储存在高温高压水（250 ℃–350 ℃）中，待峰电期间通过闪蒸的方法释放给定参数的工业蒸汽。本发明提供的系统可以实现模块化和集成化，且储能密度可达560 kJ^.kg^–1–1260 kJ^.kg^–1，比一般的相变储能（储能密度一般在200 kJ^.kg^–1 – 500 kJ^.kg^–1）储能密度更高。

本发明中，以水为储能介质，将用电低谷期的过剩电能转化为热能，将超高压锅炉中的水加热达到储能效果，通过电加热自增压、闪蒸的方法，将水转化为工业蒸汽，针对电网中火电、核电、水电电能过剩，应用于电网的深度调峰领域，可减轻电网调峰压力；针对电网中风能、光能出力波动性的特点，本发明所涉及的变功率电加热装置可有效消纳风电、光电，减少风、光电的弃用率，实现能源的合理利用。

本发明提供了一种利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统，包括：水处理模块（A）、减温减压模块（B）、高压水加热、储热模块（C）、蒸汽发生模块（D）、补偿加热模块（E）、管路连接与信息传递模块。

所述管路连接与信息传递模块为整个储热锅炉系统的连接与控制模块，所述模块包括水通道、蒸汽通道、信号通道、普通水泵、高压泵、电磁阀、闪蒸电磁阀、液体流量计、气体流量计和安全泄压阀，整个系统附有保温层。所述普通水泵分别位于普通水箱和水处理设备之间以及水处理模块和减温减压模块之间；高压泵均采用高压锅炉给水泵，其中第一高压泵位于水处理模块与高压水加热、储热模块之间，第二高压泵位于高压水加热、储热模块与蒸汽发生模块之间；电磁阀、安全泄压阀、闪蒸电磁阀和流量计较多，在下文中具体介绍其分布情况。阀门、流量计和泵与水通道以及蒸汽通道采用法兰连接。所述水通道和蒸汽通道用于输送水和蒸汽，所述信号通道保证各模块中压力、温度传感器、液位计、泵、电加热装置和电磁阀与计算机终端的连接，计算机终端获得数据信号并经该通道控制电磁阀开闭，泵和电加热装置的启停，维持整个系统的正常运行。

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，该水箱经过第一电磁阀和第一普通水泵和水处理设备相连，水处理设备另一端连通净化水水箱，净化水水箱有两个出口和一个入口，右侧出口与第二电磁阀相连，水处理模块经该电磁阀和第一高压水泵与高压水加热、储热模块相连；净化水水箱下侧出口与第三电磁阀相连，经该电磁阀、第一液体流量计和第二普通泵与减温减压模块相连；左侧入口通过第三普通水泵与减温减压模块相连。

所述高压水加热、储热模块含有N组电加热单元（N取3~10000），所有电加热单元并联连接。所述电加热单元由电加热锅炉及其配套设备组成，每个单元电加热锅炉与配套设备连接方式一致，以其中一个电加热单元为例描述结构如下：电加热锅炉内部含有电加热器，炉体外部包有保温层，炉体右上部向下依次与电子液位计、压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器相连；炉体左侧与就地液位计相连；炉体上方有一个净化水进口和蒸汽出口，净化水进口与第一电加热锅炉第一液体流量计和第一电加热锅炉第一电磁阀相连，此电磁阀控制第一电加热锅炉补水，净化水经第一高压泵、第二液体流量计、此电磁阀、第一电加热锅炉第一液体流量计组成和与之相连的水通道进入该电加热锅炉；蒸汽出口与第一电加热锅炉第一电磁阀相连，此电磁阀用于控制将炉内剩余蒸汽排出，第一电加热锅炉蒸汽排出通路由此电磁阀、第一电加热锅炉气体流量计和与之相连的蒸汽通道组成。炉体下方有泄压口、出水口和进水口，泄压口由安全泄压阀控制，当加热过程中，炉体内出现超压情况时，可以将炉内部分水从第一泄压阀排出，经此泄压阀、第三液体流量计、第一电加热锅炉第一电子闪蒸阀构成的通路进入减温减压模块；下方出水口与电加热锅炉第三电磁阀相连，经此电磁阀、第一电加热锅炉第三液体流量计和第二闪蒸电磁阀形成的通路进入蒸气发生模块；下方进水口与第一电加热锅炉第二液体流量计相连，蒸汽发生模块中的水经第二高压泵、第一电加热锅炉第四电磁阀和此流量计进入电加热锅炉，关闭第二蒸汽闪蒸阀，打开第六电磁阀可以将电加热锅炉水排出。进一步地，所有温度传感器，压力传感器和电子液位计均会将信号给控制端，第一电子液位计用于监测炉内液位；第一压力计用于监测炉内压力；第一温度传感器用于监测炉内温度；第二温度传感器用于监测保温层外部温度，检验保温效果。就地液位计可直观了解罐内液位状况。

所述减温减压模块包括喷淋装置、喷淋罐液位计、喷淋罐。喷淋装置安装于喷淋罐体内顶部，与第二普通水泵相连。喷淋罐左侧为进水口、右侧为出水口，进水口与第一闪蒸电磁阀连接，出水口与第四电磁阀相连，水经第四电磁阀、第三普通水泵进入净化水水箱；罐下侧有排水口，与第五电磁阀相连；

喷淋罐的水来自净化水箱，经喷淋装置进入；加热、储热模块的泄压水经第三液体流量计、第一闪蒸电磁阀发生闪蒸，以蒸汽形式进入喷淋罐。

罐壁左侧连有喷淋罐液位计。

所述蒸汽发生模块包括闪蒸罐、闪蒸罐保温层、汽水分离器、闪蒸罐就地液位计、闪蒸罐电子液位计、闪蒸罐第一、二温度传感器和闪蒸罐压力传感器。所述闪蒸罐内上部出口设有汽水分离器，用于提高蒸汽干度（干度控制在1左右），出口外部与气体流量计相连；罐左下侧由上向下依次为出水口和排水口（出水口的水经管路进入炉体，用于下次加热循环；当体系停止运行时，排水口处的水经第七电磁阀将水排出系统）；整个闪蒸罐包裹保温层，侧壁有就地液位计和电子液位计、第一、二温度传感器和压力传感器。进一步地，电子液位计将信号传递给控制端，电子液位计用于监测罐内液位；就地液位计可直观了解罐内液位状况。

所述补偿加热模块包括补偿加热罐、补偿加热罐保温层、补偿加热罐电加热器、补偿加热罐第一、二温度传感器和压力传感器。所述罐内设电加热器，外部包裹保温层，左侧壁面与第一、二温度传感器、压力传感器相连。闪蒸罐下部入口连接闪蒸罐气体流量计，上部连接电补偿加热罐气体流量计。进一步地，所有温度传感器、压力传感器均会将信号传递控制端，压力计用于监测罐内压力；第一温度传感器用于监测罐内温度；第二温度传感器用于监测保温层外部温度，检验保温效果。就地液位计可直观了解罐内液位状况。

本发明提供了上述利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统的调控方法，电加热锅炉工作压力为4 MPa –16.5 MPa，闪蒸罐工作压力为0.2 MPa – 2 MPa，产生120 ℃ – 220 ℃工业蒸汽。电加热锅炉装水量需要水，需根据炉内体积和目标工况饱和水的密度计算，为运行安全留有3%裕度。

本发明应用于电厂调峰，将谷电期间超额电能转为热能形式储存，并能够提供工业蒸汽，实现对清洁能源的消纳，节约能源。

本发明的有益效果：

（1）本发明将谷电期间超额电能以热能形式的存储，满足电厂调峰需求；

（2）本系统可实现对清洁能源的消纳，节约能源；

（4）本系统可以提供工业蒸汽，满足各行业对蒸汽的需求；

（5）系统的各部分功能由电磁阀通断控制，易于实现自动化作业；

（6）本系统为高温高压工况，储能密度远高于一般相变储能效果。

附图说明

图1为实施例1超高压蒸汽锅炉系统的示意图。

图中：1–普通水箱 2–市政用水 3–第一电磁阀 4–第一普通水泵 5–水处理设备6–净化水箱 7–第二电磁阀 8–净化水 9–第三电磁阀 10–第一液体流量计 11–第二普通水泵 12–喷淋装置 13–喷淋罐 14–喷淋罐液位计 15–蒸汽减温水 16–第一闪蒸电磁阀 17–第四电磁阀 18–第三普通水泵 19–第一高压给水泵 20–第二液体流量计 21–第三液体流量计 22–第一电加热锅炉气体流量计 23–第一电加热锅炉第一电磁阀 24–第一电加热锅炉第二电磁阀 25–第一电加热锅炉第一液体流量计 26–第一电加热锅炉就地液位计 27–第一电加热锅炉电子液位计 28–第一电加热锅炉压力传感器 29–第一电加热锅炉第一温度传感器 30–第一电加热锅炉第二温度传感器 31–第一电加热锅炉保温层 32–第一电加热锅炉 33–第一电加热器 34–第一安全泄压阀 35–第一电加热锅炉第第三电磁阀 36–第一电加热锅炉第二液体流量计 37–第一电加热锅炉第三液体流量计 38–第一电加热锅炉第四电磁阀 39–第二电加热锅炉气体流量计 40–第二电加热锅炉第一电磁阀 41–第二电加热锅炉第二电磁 42–第二电加热锅炉第一液体流量计 43–第二电加热锅炉就地液位计44–第二电加热锅炉电子液位计 45–第二电加热锅炉压力传感器 46–第二电加热锅炉第一温度传感器 47–第二电加热锅炉第二温度传感器 48–第二电加热锅炉保温层 49–第二电加热锅炉 50–第二电加热器 51–第二安全泄压阀 52–第二电加热锅炉第第三电磁阀 53–第二电加热锅炉第二液体流量计 54–第二电加热锅炉第三液体流量计 55–第二电加热锅炉第四电磁阀 56–第三电加热锅炉气体流量计 57–第三电加热锅炉第一电磁阀 58–第三电加热锅炉第二电磁 59–第三电加热锅炉第一液体流量计 60–第三电加热锅炉就地液位计 61–第三电加热锅炉电子液位计 62–第三电加热锅炉压力传感器 63–第三电加热锅炉第一温度传感器 64–第三电加热锅炉第二温度传感器 65–第三电加热锅炉保温层 66–第三电加热锅炉 67–第三电加热器 68–第三安全泄压阀 69–第三电加热锅炉第第三电磁阀70–第三电加热锅炉第二液体流量计 71–第三电加热锅炉第三液体流量计 72–第三电加热锅炉第四电磁阀 73–第N电加热锅炉气体流量计 74–第N电加热锅炉第一电磁阀 75–第N电加热锅炉第二电磁阀 76–第N电加热锅炉第一液体流量计 77–第N电加热锅炉就地液位计78–第N电加热锅炉电子液位计 79–第N电加热锅炉压力传感器 80–第N电加热锅炉第一温度传感器 81–第N电加热锅炉第二温度传感器 82–第N电加热锅炉保温层 83–第N电加热锅炉 84–第N电加热器 85–第N安全泄压阀 86–第N电加热锅炉第第三电磁阀 87–第N电加热锅炉第二液体流量计 88–第N电加热锅炉第三液体流量计 89–第N电加热锅炉第四电磁阀90–第二闪蒸电磁阀 91–闪蒸罐气体流量计 92–闪蒸罐 93–闪蒸罐保温层 94–汽水分离器95–闪蒸罐就地液位计 96–闪蒸罐电子液位计 97–第二高压给水泵 98–补偿加热罐气体流量计 99–补偿加热罐压力传感器 100–补偿加热罐第一温度传感器 101–补偿加热罐电加热器 102补偿加热罐第二温度传感器 103–补偿加热罐 104–补偿加热罐保温层 105–终端控制器 106–第五电磁阀 107–第六电磁阀 108–第七电磁阀。

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，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。实施例工况参数见表1高压储能性质计算表。

实施例1：

如图1所示，利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统，包括水处理模块（A）、减温减压模块（B）、高压水加热、储热模块（C）、蒸汽发生模块（D）、补偿加热模块（E）和管路连接与信息传递模块六部分。如图1所示，本发明提供的利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统，结构详细描述如下：

所述管路连接与信息传递模块为整个储热锅炉系统的连接与控制模块，所述模块包括水通道、蒸汽通道、信号通道、普通水泵、高压泵、电磁阀、闪蒸电磁阀、液体流量计、气体流量计和安全泄压阀，整个系统附有保温层。所述普通水泵分别位于普通水箱和水处理设备之间以及水处理模块和减温减压模块之间；高压泵均采用高压锅炉给水泵，其中第一高压泵位于水处理模块与高压水加热、储热模块之间，第二高压泵位于高压水加热、储热模块与蒸汽发生模块之间；电磁阀、安全泄压阀、闪蒸电磁阀和流量计较多，在下文中具体介绍其分布情况。阀门、流量计和泵与水通道以及蒸汽通道采用法兰连接。所述水通道和蒸汽通道用于输送水和蒸汽，所述信号通道保证各模块中压力、温度传感器、液位计、泵、电加热装置和电磁阀与计算机终端的连接，计算机终端获得数据信号并经该通道控制电磁阀开闭，泵和电加热装置的启停，维持整个系统的正常运行。

所述水处理模块A包括普通水箱1、水处理设备5、净化水水箱6。普通水箱1内为市政用水，该水箱经过第一电磁阀3和第一普通水泵4和水处理设备5相连，水处理设备5另一端连通净化水水箱6，净化水水箱6有两个出口和一个入口，右侧出口与第二电磁阀7相连，水处理模块经该电磁阀7和第一高压水泵19与高压水加热、储热模块C相连；净化水水箱6下侧出口与第三电磁阀9相连，经第三电磁阀9、第一液体流量计10和第二普通泵11与减温减压模块B相连；左侧入口通过第三普通水泵与减温减压模块相连。

所述高压水加热、储热模块C含有N组电加热单元（N取3~10000），所有电加热单元并联连接。所述电加热单元由电加热锅炉及其配套设备组成，每个单元电加热锅炉与配套设备连接方式一致，以其中第一电加热单元的第一电加热锅炉为例描述结构如下：第一电加热锅炉32内部含有第一电加热器33，炉体外部包有保温层31，炉体右上部向下依次与第一电加热锅炉电子液位计27，第一电加热锅炉压力传感器28、第一电加热锅炉第一温度传感器29、第一电加热锅炉第二温度传感器30相连；炉体左侧与第一电加热锅炉就地液位计26相连。炉体上方有一个净化水进口和蒸汽出口，净化水进口与第一电加热锅炉第一液体流量计25和第一电加热锅炉第一电磁阀23相连，此电磁阀控制第一电加热锅炉补水，净化水经第一高压给水泵19、第二液体流量计20、此电磁阀23、第一电加热锅炉第一液体流量计25和与之相连的水通道进入该电加热锅炉；蒸汽出口与第一电加热锅炉第二电磁阀24相连，此电磁阀用于控制将锅炉内剩余蒸汽排出，第一电加热锅炉蒸汽排出通路由此电磁阀、第一电加热锅炉气体流量计22和与之相连的蒸汽通道组成。电加热锅炉下方有泄压口、出水口和进水口，泄压口由第一安全泄压阀34控制，当加热过程中，炉体内出现超压情况时，可以将锅炉内部分水从第一安全泄压阀34排出，经此泄压阀、第三液体流量计21、第一电加热锅炉第一闪蒸电磁阀16构成的通路进入减温减压模块；下方出水口与第一电加热锅炉第三电磁阀35相连，经此电磁阀、第一电加热锅炉第三液体流量计37和第二闪蒸电磁阀90形成的通路进入蒸气发生模块；下方进水口与第一电加热锅炉第二液体流量计36相连，蒸汽发生模块中的水经第二高压给水泵97、第一电加热锅炉第四电磁阀38和此流量计进入电加热锅炉，关闭第二闪蒸电磁阀，打开第六电磁阀107可以将电加热锅炉水排出。进一步地，所有温度传感器，压力传感器和电子液位计均会将信号传递给控制端，第一电子液位计用于监测罐内液位；第一压力计用于监测罐内压力；第一温度传感器用于监测罐内温度；第二温度传感器用于监测保温层外部温度，检验保温效果。就地液位计可直观了解罐内液位状况。

所述减温减压模块包括喷淋装置12、喷淋罐液位计14、喷淋罐13。喷淋装置12安装于喷淋罐体内顶部，与第二普通水泵11相连。喷淋罐右侧为进水口、左侧为出水口，进水口与第一闪蒸电磁阀16连接，出水口与第四电磁阀17相连，水经第四电磁阀17、第三普通水泵18进入净化水水箱6；罐下侧有排水口，与第五电磁阀106相连；

喷淋罐的水来自净化水水箱，经喷淋装置进入；加热、储热模块的泄压水经第三液体流量计、第一闪蒸电磁阀发生闪蒸，以蒸汽形式进入喷淋罐；罐壁右侧连有喷淋罐液位计14。

所述蒸汽发生模块包括闪蒸罐92、闪蒸罐保温层93、汽水分离器94、闪蒸罐就地液位计95、闪蒸罐电子液位计96、闪蒸罐第一、二温度传感器和闪蒸罐压力传感器。所述闪蒸罐内上部出口设有汽水分离器94，用于提高蒸汽干度（干度控制在1左右），出口外部与闪蒸罐气体流量计91相连；罐左下侧由上向下依次为出水口和排水口（出水口的水经管路进入炉体，用于下次加热循环；当体系停止运行时，排水口处的水经第七电磁阀108将水排出系统）；整个闪蒸罐92包裹保温层，侧壁有就地液位计和电子液位计、第一、二温度传感器和压力传感器。进一步地，电子液位计将信号传递给控制端，电子液位计用于监测罐内液位；就地液位计可直观了解罐内液位状况。

所述补偿加热模块包括补偿加热罐103、补偿加热罐保温层104、补偿加热罐电加热器101、补偿加热罐第一、二温度传感器和压力传感器99。所述罐内设电加热器，外部包裹保温层，左侧壁面与第一、二温度传感器、压力传感器相连。闪蒸罐下部入口连接闪蒸罐气体流量计，上部连接电补偿加热罐气体流量计。进一步地，所有温度传感器、压力传感器均会将信号传递控制端，压力计用于监测罐内压力；第一温度传感器用于监测罐内温度；第二温度传感器用于监测保温层外部温度，检验保温效果。就地液位计可直观了解罐内液位状况。

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。电加热锅炉工作压力为4 MPa –16.5 MPa，闪蒸罐工作压力为0.2 MPa – 2 MPa，产生120 ℃ – 220 ℃工业蒸汽。电加热锅炉装水量需要水，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3%裕度。

表1 高压储能性质计算表

本实施例中提供的超高压蒸汽锅炉系统，其调控过程如下：

（1）打开第一电磁阀、第一普通水泵，普通水箱中的市政用水经第一电磁阀和第一普通水泵进入水处理设备，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第一普通水泵，打开第二电磁阀、第一至N电加热锅炉的第一电磁阀和第一高压给水泵，向所有电加热锅炉内补水，经流量计监测，当每个罐体内水量达到对应工况的满载质量时，关闭上述的电磁阀并停止第一高压泵。

（2）打开第四电磁阀、第一闪蒸电磁阀，启动电加热锅炉将水加热，罐体内严格控制在目标工况压力，如罐体内出现超压情况，则会通过与之相连的安全泄压阀、第三液体流量计和第一闪蒸阀将罐内部分水排入喷淋罐，喷淋装置根据排入的高压水量进行喷淋，将闪蒸的水蒸气迅速冷却为低温水，再经第二普通水泵输送回净化水水箱。

（3）当电加热锅炉中的水温为目标工况饱和温度时停止加热，将第一电加热锅炉第三电磁阀、第二闪蒸电磁阀打开，第一电加热锅炉内的饱和水经过第一电加热锅炉第三电磁阀、第一电加热锅炉第二液体流量计、第二闪蒸电磁阀后进入闪蒸罐开始蒸发，蒸汽经过汽水分离器和闪蒸罐气体流量计后进入电补偿加热模块，将蒸汽沿途损失热量补偿加热后便成为工业蒸汽。当第一电加热锅炉内水排尽时关闭第一电加热锅炉第三电磁阀，打开第一电加热锅炉第二、四电磁阀、第二电加热锅炉第三电磁阀，控制第二电加热锅炉内的饱和水流出，经此电磁阀、第二电加热锅炉第二液体流量计、第二闪蒸阀后进入闪蒸罐产生蒸汽，为保持闪蒸罐内液位恒定，在闪蒸的同时启动第二高压给水泵，将闪蒸罐内的饱和水输送进第一电加热锅炉，随着锅炉内液位的升高，将罐内残存的蒸汽经第一电加热锅炉第二电磁阀、第一电加热锅炉气体流量计与闪蒸罐产出的蒸汽汇合，一并进入补偿加热模块加热成为工业蒸汽。当第二电加热锅炉将罐内水排尽时关闭第一电加热锅炉第四电磁阀、第二电加热器第三电磁阀，打开第一电加热锅炉第一电磁阀、第二电加热锅炉第二、四电磁阀、第三电加热锅炉第三电磁阀，停止闪蒸罐向第一电加热锅炉补充水，系统记录下此时第一电加热锅炉体内水的质量，启动第一高压给水泵，经第一电加热锅炉第一电磁阀和第一液体流量计向第一电加热锅炉补水，通过流量计监测，当第一电加热锅炉内通水质量为目标工况满载状态97%的质量（3%的空间裕度）时，关闭第一电加热锅炉第一、二电磁阀和第一高压给水泵，第一电加热锅炉补水完毕；与此同时，第三电加热锅炉内的水经第三电加热锅炉第三电磁阀、第三电加热锅炉第二液体流量计、第二闪蒸电磁阀进入闪蒸罐闪蒸，第二高压给水泵，将闪蒸罐内的饱和水输送进第二电加热锅炉，将罐内残存的蒸汽经第十电磁阀、第二气体流量计与闪蒸罐产出的蒸汽汇合，一并进入电补偿加热器加热模块成为工业蒸汽，之后的操作逻辑与上述一致。当第N电加热锅炉内水排尽时关闭所有电磁阀和第二高压给水泵，打开第N电加热锅炉第一、二电磁阀，启动第一高压给水泵，向第N电加热锅炉补水，并排出罐内蒸汽，经第N电加热锅炉第一电磁阀、第N气体流量计进入补偿加热模块产生工业蒸汽，通过流量计监测，直至炉内通水质量为目标工况满载状态97%的质量时，关闭上述所有电磁阀和第一高压给水泵，第N电加热锅炉补水完毕，此时所有罐体均补水完毕，开始下一次加热。

（4）停运系统时，先停止加热，然后关闭所有阀门。

（5）排水时打开所有电加热锅炉第四电磁阀、第五至第七电磁阀将闪蒸罐、电加热锅炉和闪蒸罐内水排尽。

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改动、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改动、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)

1.一种利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统，其特征在于：该系统能应用于电厂调峰，采用循环水作为储能介质，通过电加热水将谷电期间多余电能以热能形式储存起来，通过控制电磁阀，蒸汽闪蒸阀来产生工业蒸汽；该系统作为电能转移终端，将谷电转化热能存储在多个并联的电加热锅炉中，根据实际需求调节锅炉的阀门获得工业蒸汽；

所述超高压蒸汽锅炉系统包括：水处理模块（A）、减温减压模块（B）、高压水加热、储热模块（C）、蒸汽发生模块（D）、补偿加热模块（E）、管路连接与信息传递模块；

所述管路连接与信息传递模块为整个储热锅炉系统的连接与控制模块，所述管路连接与信息传递模块包括水通道、蒸汽通道、信号通道、普通水泵、高压泵、电磁阀、闪蒸电磁阀、液体流量计、气体流量计和安全泄压阀，整个系统附有保温层；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；水处理模块包括普通水箱、水处理设备、净化水水箱；

所述高压水加热、储热模块用于将净化水加热为目标工况的高温高压水；高压水加热、储热模块含有N组电加热单元，N取3~10000；所有电加热单元并联连接；所述电加热单元由电加热锅炉及其配套设备组成，每个单元电加热锅炉与配套设备连接方式一致；

所述减温减压模块用于将高压水加热、储热模块产生的超压高温水进行降温；减温减压模块包括喷淋装置、喷淋罐液位计、喷淋罐；

所述蒸汽发生模块用于将高压水加热、储热模块产生的水闪蒸为蒸汽；蒸汽发生模块包括闪蒸罐、闪蒸罐保温层、汽水分离器、闪蒸罐就地液位计、闪蒸罐电子液位计、闪蒸罐第一、二温度传感器和闪蒸罐压力传感器；

所述补偿加热模块用于将蒸汽因输送时产生的热损失进行补偿加热，成为所需的工业蒸汽；补偿加热模块包括补偿加热罐、补偿加热罐保温层、补偿加热罐电加热器、补偿加热罐第一、二温度传感器和压力传感器。

2.根据权利要求1所述的利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统，其特征在于：所述管路连接与信息传递模块中，普通水泵分别位于普通水箱和水处理设备之间以及水处理模块和减温减压模块之间；高压泵均采用高压锅炉给水泵，其中第一高压泵位于水处理模块与高压水加热、储热模块之间，第二高压泵位于高压水加热、储热模块与蒸汽发生模块之间；阀门、流量计和泵与水通道以及蒸汽通道采用法兰连接；水通道和蒸汽通道用于输送水和蒸汽，信号通道保证各模块中压力、温度传感器、液位计、泵、电加热装置和电磁阀与计算机终端的连接，计算机终端获得数据信号并经该通道控制电磁阀开闭，泵和电加热装置的启停，维持整个系统的正常运行。

3.根据权利要求1所述的利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统，其特征在于：所述水处理模块中，普通水箱内为市政用水，该水箱经过第一电磁阀和第一普通水泵和水处理设备相连，水处理设备另一端连通净化水水箱，净化水水箱有两个出口和一个入口，右侧出口与第二电磁阀相连，水处理模块经该电磁阀和第一高压水泵与高压水加热、储热模块相连；净化水水箱下侧出口与第三电磁阀相连，经该电磁阀、第一液体流量计和第二普通泵与减温减压模块相连；左侧入口通过第三普通水泵与减温减压模块相连。

4.根据权利要求1所述的利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统，其特征在于：所述高压水加热、储热模块中，一个电加热单元的结构如下：电加热锅炉内部含有电加热器，炉体外部包有保温层，炉体右上部向下依次与电子液位计、压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器相连；炉体左侧与就地液位计相连；炉体上方有一个净化水进口和蒸汽出口，净化水进口与第一电加热锅炉第一液体流量计和第一电加热锅炉第一电磁阀相连，此电磁阀控制第一电加热锅炉补水，净化水经第一高压泵、第二液体流量计、此电磁阀、第一电加热锅炉第一液体流量计组成和与之相连的水通道进入该电加热锅炉；蒸汽出口与第一电加热锅炉第一电磁阀相连，此电磁阀用于控制将炉内剩余蒸汽排出，第一电加热锅炉蒸汽排出通路由此电磁阀、第一电加热锅炉气体流量计和与之相连的蒸汽通道组成；炉体下方有泄压口、出水口和进水口，泄压口由安全泄压阀控制，当加热过程中，炉体内出现超压情况时，将炉内部分水从第一泄压阀排出，经此泄压阀、第三液体流量计、第一电加热锅炉第一电子闪蒸阀构成的通路进入减温减压模块；下方出水口与电加热锅炉第三电磁阀相连，经此电磁阀、第一电加热锅炉第三液体流量计和第二闪蒸电磁阀形成的通路进入蒸气发生模块；下方进水口与第一电加热锅炉第二液体流量计相连，蒸汽发生模块中的水经第二高压泵、第一电加热锅炉第四电磁阀和此流量计进入电加热锅炉，关闭第二蒸汽闪蒸阀，打开第六电磁阀可以将电加热锅炉水排出。

5.根据权利要求1所述的利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统，其特征在于：所述减温减压模块中，喷淋装置安装于喷淋罐体内顶部，与第二普通水泵相连；喷淋罐左侧为进水口、右侧为出水口，进水口与第一闪蒸电磁阀连接，出水口与第四电磁阀相连，水经第四电磁阀、第三普通水泵进入净化水水箱；罐下侧有排水口，与第五电磁阀相连；喷淋罐的水来自净化水水箱，经喷淋装置进入；加热、储热模块的泄压水经第三液体流量计、第一闪蒸电磁阀发生闪蒸，以蒸汽形式进入喷淋罐；罐壁左侧连有喷淋罐液位计。

6.根据权利要求1所述的利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统，其特征在于：所述蒸汽发生模块中，闪蒸罐内上部出口设有汽水分离器，用于提高蒸汽干度，出口外部与气体流量计相连；罐左下侧由上向下依次为出水口和排水口（出水口的水经管路进入炉体，用于下次加热循环；当体系停止运行时，排水口处的水经第七电磁阀将水排出系统）；整个闪蒸罐包裹保温层，侧壁有就地液位计和电子液位计、第一、二温度传感器和压力传感器。

7.根据权利要求1所述的利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统，其特征在于：所述补偿加热模块中，补偿加热罐内设电加热器，外部包裹保温层，左侧壁面与第一、二温度传感器、压力传感器相连；闪蒸罐下部入口连接闪蒸罐气体流量计，上部连接电补偿加热罐气体流量计。

8.根据权利要求4~7任一项所述的利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统，其特征在于：温度传感器、压力传感器和电子液位计均会将信号传递给控制端，第一电子液位计用于监测炉内液位；第一压力计用于监测炉内压力；第一温度传感器用于监测炉内温度；第二温度传感器用于监测保温层外部温度，检验保温效果；就地液位计能直观了解罐内液位状况。

9.一种权利要求1~8任一项所述的利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统的调控方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）打开第一电磁阀、第一普通水泵，普通水箱中的市政用水经第一电磁阀和第一普通水泵进入水处理设备，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第一普通水泵，打开第二电磁阀、第一至N电加热锅炉的第一电磁阀和第一高压给水泵，向所有电加热锅炉内补水，经流量计监测，当每个罐体内水量达到对应工况的满载质量时，关闭上述的电磁阀并停止第一高压泵；

（2）打开第四电磁阀、第一闪蒸电磁阀，启动电加热锅炉将水加热，罐体内严格控制在目标工况压力，如罐体内出现超压情况，则会通过与之相连的安全泄压阀、第三液体流量计和第一闪蒸阀将罐内部分水排入喷淋罐，喷淋装置根据排入的高压水量进行喷淋，将闪蒸的水蒸气迅速冷却为低温水，再经第二普通水泵输送回净化水水箱；

（3）当电加热锅炉中的水温为目标工况饱和温度时停止加热，将第一电加热锅炉第三电磁阀、第二闪蒸电磁阀打开，第一电加热锅炉内的饱和水经过第一电加热锅炉第三电磁阀、第一电加热锅炉第二液体流量计、第二闪蒸电磁阀后进入闪蒸罐开始蒸发，蒸汽经过汽水分离器和闪蒸罐气体流量计后进入电补偿加热模块，将蒸汽沿途损失热量补偿加热后便成为工业蒸汽；当第一电加热锅炉内水排尽时关闭第一电加热锅炉第三电磁阀，打开第一电加热锅炉第二、四电磁阀、第二电加热锅炉第三电磁阀，控制第二电加热锅炉内的饱和水流出，经此电磁阀、第二电加热锅炉第二液体流量计、第二闪蒸阀后进入闪蒸罐产生蒸汽，为保持闪蒸罐内液位恒定，在闪蒸的同时启动第二高压给水泵，将闪蒸罐内的饱和水输送进第一电加热锅炉，随着锅炉内液位的升高，将罐内残存的蒸汽经第一电加热锅炉第二电磁阀、第一电加热锅炉气体流量计与闪蒸罐产出的蒸汽汇合，一并进入补偿加热模块加热成为工业蒸汽；当第二电加热锅炉将罐内水排尽时关闭第一电加热锅炉第四电磁阀、第二电加热器第三电磁阀，打开第一电加热锅炉第一电磁阀、第二电加热锅炉第二、四电磁阀、第三电加热锅炉第三电磁阀，停止闪蒸罐向第一电加热锅炉补充水，系统记录下此时第一电加热锅炉体内水的质量，启动第一高压给水泵，经第一电加热锅炉第一电磁阀和第一液体流量计向第一电加热锅炉补水，通过流量计监测，当第一电加热锅炉内通水质量为目标工况满载状态97%的质量时，关闭第一电加热锅炉第一、二电磁阀和第一高压给水泵，第一电加热锅炉补水完毕；与此同时，第三电加热锅炉内的水经第三电加热锅炉第三电磁阀、第三电加热锅炉第二液体流量计、第二闪蒸电磁阀进入闪蒸罐闪蒸，第二高压给水泵，将闪蒸罐内的饱和水输送进第二电加热锅炉，将罐内残存的蒸汽经第十电磁阀、第二气体流量计与闪蒸罐产出的蒸汽汇合，一并进入电补偿加热器加热模块成为工业蒸汽，之后的操作逻辑与上述一致；当第N电加热锅炉内水排尽时关闭所有电磁阀和第二高压给水泵，打开第N电加热锅炉第一、二电磁阀，启动第一高压给水泵，向第N电加热锅炉补水，并排出罐内蒸汽，经第N电加热锅炉第一电磁阀、第N气体流量计进入补偿加热模块产生工业蒸汽，通过流量计监测，直至炉内通水质量为目标工况满载状态97%的质量时，关闭上述所有电磁阀和第一高压给水泵，第N电加热锅炉补水完毕，此时所有罐体均补水完毕，开始下一次加热；

（4）停运系统时，先停止加热，然后关闭所有阀门；

（5）排水时打开所有电加热锅炉第四电磁阀、第五至第七电磁阀将闪蒸罐、电加热锅炉和闪蒸罐内水排尽。

10.根据权利要求9所述的利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉系统的调控方法，其特征在于：电加热锅炉工作压力为4 MPa –16.5 MPa，闪蒸罐工作压力为0.2 MPa – 2 MPa，产生120 ℃ – 220 ℃工业蒸汽。

Images