CN116413052A - 一种直热式高温相变储热综合性能测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种直热式高温相变储热综合性能测试系统，涉及高温相变储释热技术领域，包括一次侧回路和二次侧回路；一次侧回路能够将第一循环管道内的循环工质加热后输送至管壳式换热器，二次侧回路能够将第二循环管道内的循环工质在管壳式换热器换热后流经散热风机时将热量散至大气。本发明能够对储热装置的储热/释热总量、速率和运行稳定性等进行测试实验与评估，可以根据工况要求设定不同的释放条件，从而模拟储热装置释热过程的综合性能指标。
Description
技术领域
本发明涉及高温相变储释热技术领域，特别是涉及一种直热式高温相变储热综合性能测试系统。
背景技术
在双碳目标的驱动下，未来灵活性电源、需求侧响应能力的建设将会成为一个持续的且必要的巨大需求，储热作为大规模储能的一种，是解决可再生能源波动性和不稳定性、传统电力系统削峰填谷等的关键技术。储热换热装置的储、放热速率等指标决定了储热换热装置的整体性能。为了能够清楚的了解其整体性能的好坏，在使用前需要对储热换热装置进行系统测试，目前对储热换热装置性能的测试多数是基于单一使用工况下的条件开展的，但因用户侧所需蒸汽量会随需求而变化，因此储热换热装置的工况也会因用户侧需求不同而发生改变，国内外研究学者已经证明当储热换热装置处于不同的工作状态时，性能指标会受到影响，因此基于单一工况下得到的指标不能准确反映储热换热装置在真实使用场景中的性能。为真实反映储热换热装置在实际使用过程中的具体性能指标，需要对现有采用单一使用工况下的固定测试条件的测试系统提出改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种直热式高温相变储热综合性能测试系统，以解决上述现有技术存在的问题，能够对储热装置的储热/释热总量和运行稳定性等进行测试实验与评估，可以根据工况要求设定不同的释放条件，从而模拟储热装置释热过程的综合性能指标。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种直热式高温相变储热综合性能测试系统，包括一次侧回路和二次侧回路；所述一次侧回路包括通过第一循环管道串行连接的储热装置和管壳式换热器，所述储热装置与所述第一循环管道连接位置处设置有流量调节装置，所述二次侧回路包括通过第二循环管道与所述管壳式换热器串行连接的散热风机，所述第一循环管道和第二循环管道内流通有循环工质，本发明循环介质可以采用水；所述一次侧回路能够将第一循环管道内的循环工质加热后输送至所述管壳式换热器，所述二次侧回路能够将所述第二循环管道内的循环工质在所述管壳式换热器换热后流经所述散热风机时将热量散至大气。
可选的，所述一次侧回路外接有补水装置，所述补水装置能够向所述第一循环管道内输送液态的循环工质。
可选的，所述补水装置包括减温补水箱，所述减温补水箱通过第一支管与所述第一循环管道连通，所述第一支管上设置有高压循环泵，所述高压循环泵与所述第一循环管道之间的所述第一支管上设置有减温调节阀。
可选的，所述一次侧回路上设置有流量计，所述流量计包括蒸汽流量计和供水流量计，所述蒸汽流量计设置于与所述管壳式换热器的入口连接的所述第一循环管道上，所述供水流量计设置于靠近所述储热装置的入口处的所述第一循环管道上。
可选的，所述管壳式换热器和所述储热装置之间的所述第一循环管道上设置有凝结水箱，所述凝结水箱和所述储热装置之间设置有供水循环泵。
可选的，所述储热装置的出口通过多个并行设置的输送管连接有集汽器，所述集汽器远离所述储热装置的一端通过所述第一循环管道依次串行连接有减压阀、蒸汽流量计、管壳式换热器；所述补水装置位于所述减压阀和所述蒸汽流量计之间；所述集汽器通过第二支管与所述凝结水箱连通，所述第二支管上安装有一个疏水器，所述集汽器和减压阀之间的第一循环管道通过一个疏水器与所述第二支管连通。
可选的，所述流量调节装置包括与所述第一循环管道连通的分水器，所述分水器末端通过多个并行设置的电动调节阀与所述储热装置的入口连通。
可选的，所述二次侧回路外接有补水装置，所述第二循环管道上设置有热水循环泵和热水流量计。
可选的，所述热水流量计设置于循环工质流向所述散热风机的第二循环管道上，所述热水循环泵设置于循环工质流向所述管壳式换热器的第二循环管道上；所述补水装置包括高位补水箱，所述高位补水箱通过第三支管与设置有所述热水循环泵的第二循环管道连通。
可选的，所述储热装置、第一循环管道和第二循环管道上均分别设置有多个温度传感器；所述第一循环管道和第二循环管道上均设置有多个压力传感器。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的直热式高温相变储热综合性能测试系统，采用一次侧回路和二次侧回路协同作用，一次侧回路的第一循环管道将加热后的循环工质输送至管壳式换热器，并在此与二次侧回路的循环工质换热，二次侧回路内换热后的循环工质流经散热风机时，将热量散至大气中，从而能够模拟储热换热装置的实际使用工况，流量调节装置用于调节第一循环管道与储热装置之间流通的循环工质的流量大小，通过改变第一循环管道内流量大小，从而能够调整在管壳式换热器内换热量的大小，进而模拟不同用户侧需求时，储热换热装置的实际工况，可以根据工况要求设定不同的释放条件，从而模拟储热装置释热过程的综合性能指标，并通过储热装置、第一循环管道和第二循环管道上均分别设置的多个温度传感器；第一循环管道和第二循环管道设置的多个压力传感器，能够对储热装置的储热/释热总量和运行稳定性等进行测试实验与评估，通过流量计、减压阀和第二支路的设置，避免了压力或流量过大的极端情况，提升了释热稳定性、提高了系统综合效率；同时，通过多个控制阀门的设置，根据需要调整不同阀门的开闭，能够实现谷电储热、非谷电释热和边储边释等多种工作模式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明直热式高温相变储热综合性能测试系统连接布置示意图；
图2为本发明直热式高温相变储热综合性能测试系统的释热模式流程示意图；
附图标记说明：1-储热装置、2-集汽器、3-减压阀、4-减温调节阀、5-高压循环泵、6-减温补水箱、7-蒸汽流量计、8-管壳式换热器、9-疏水器、10-凝结水箱、11-供水循环泵、12-供水流量计、13-分水器、14-1-第一电动调节阀、14-2-第二电动调节阀、14-3-第三电动调节阀、15-热水循环泵、16-热水流量计、17-散热风机、18-高位补水箱、19-第一温度传感器、20-第二温度传感器、21-第三温度传感器、22-第一压力传感器、23-第四温度传感器、24-第二压力传感器、25-第五温度传感器、26-第三压力传感器、27-第六温度传感器、28-第四压力传感器、29-第七温度传感器、30-第五压力传感器、31-第八温度传感器、32-第六压力传感器、33-第九温度传感器、34-第七压力传感器、35-第十温度传感器。
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。
本发明的目的是提供一种直热式高温相变储热综合性能测试系统，以解决上述现有技术存在的问题，能够对储热装置的储热/释热总量和运行稳定性等进行测试实验与评估，可以根据工况要求设定不同的释放条件，从而模拟储热装置释热过程的综合性能指标。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本实施例提供一种直热式高温相变储热综合性能测试系统，如图1所示，包括相当于储热部的一次侧回路和释热部的二次侧回路；一次侧回路包括通过第一循环管道串行连接的储热装置1和管壳式换热器8，储热装置1用于对循环工质进行加热，从而起到储热的效果，壳式换热器用于将一侧回路内循环工质的热量与二次侧回路内循环工质进行热交换，从而满足用户侧的具体热量使用需求；二次侧回路包括通过第二循环管道与管壳式换热器8串行连接的散热风机17，散热风机17与外界连通，用于将热量释放至用户侧；第一循环管道和第二循环管道内流通有循环工质，一次侧回路能够将第一循环管道内的循环工质加热后输送至管壳式换热器8，二次侧回路能够将第二循环管道内的循环工质在管壳式换热器8换热后流经散热风机17时将热量散至大气；储热装置1、第一循环管道和第二循环管道上均分别设置有多个温度传感器；第一循环管道和第二循环管道上均设置有多个压力传感器；两个回路储热和释热过程中，温度传感器和压力传感器实时采集数据，并传输至控制终端，能够对储热装置的储热/释热总量和运行稳定性等进行测试实验与评估。
具体的，一次侧回路包括依次安装有多个温度传感器的储热装置1，储热装置1上方一侧通过多个并行设置的输送管连接有集汽器2，集汽器2通过第一循环管道依次串行连接有减压阀3、蒸汽流量计7、管壳式换热器8、疏水器9、凝结水箱10、供水循环泵11、供水流量计12和分水器13，分水器13通过并行设置的第一电动调节阀14-1、第二电动调节阀14-2和第三电动调节阀14-3与储热装置1底部一侧连通；减压阀3和蒸汽流量计7之间的第一循环管道上通过第一支管连接有减温调节阀4、高压循环泵5和减温补水箱6，减温补水箱6能够向第一循环管道内补充低温循环工质，从而中和第一循环管道内循环工质的温度，用于辅助模拟不同热量需求时，流经换热器的不同温度的循环工质，同时减温补水箱6还可以起到补充循环工质的作用，避免因循环过程中的损耗而造成系统循环不稳定；集汽器2通过第二支管与凝结水箱10连通，第二支管上安装有一个疏水器9，集汽器2和减压阀3之间的第一循环管道通过一个疏水器9与第二支管连通。第二循环管道上设置有热水循环泵15和热水流量计16，热水流量计16设置于循环工质流向散热风机17的第二循环管道上，热水循环泵15设置于循环工质流向管壳式换热器8的第二循环管道上；二次侧回路外接有补水装置，补水装置包括高位补水箱18，高位补水箱18通过第三支管与设置有热水循环泵15的第二循环管道连通，可以起到补充循环工质的作用，避免因循环过程中的损耗而造成系统循环不稳定的问题。
温度传感器包括均匀布置于储热装置1上的第一温度传感器19、第二温度传感器20和第三温度传感器21，集汽器2和减压阀3之间的第一循环管道上设置有第四温度传感器23和第五温度传感器25，减压阀3与蒸汽流量计7之间的第一循环管道上设置有第六温度传感器27，管壳式换热器8和凝结水箱10之间的第一循环管道上设置有第七温度传感器29，供水流量计12和分水器13之间的第一循环管道上设置有第八温度传感器31，管壳式换热器8与热水循环泵15之间的第二循环管道上设置有第九温度传感器33，管壳式换热器8与热水流量计16之间的第二循环管道上设置有第十温度传感器35。压力传感器包括集汽器2和减压阀3之间的第一循环管道上设置的第一压力传感器22和第二压力传感器24，减压阀3与蒸汽流量计7之间的第一循环管道上设置的第三压力传感器26，管壳式换热器8和凝结水箱10之间的第一循环管道上设置的第四压力传感器28，供水流量计12和分水器13之间的第一循环管道上设置的第五压力传感器30，管壳式换热器8与热水循环泵15之间的第二循环管道上设置的第六压力传感器32，管壳式换热器8与热水流量计16之间的第二循环管道上设置的第七压力传感器34。
本发明运行模式可分为三种：谷电储热模式、非谷电释热模式和边储边释模式，可以用于模拟不同使用工况以及不同用电时段时的工作状态，从而可以基于不同工况下进行储热和释热模拟，并通过传感器得到相应指标，准确反映储热换热装置在真实使用场景中的性能。如图2所示，具体运行方式如下。
谷电储热模式：此模式仅发生在谷电时段，谷电时段用户侧用电量少，电价低，因此在此时段将电量转换为热量储存起来经济效益最好，因此需要将储热装置的加热模块全部开启，当全部加热模块开启后，其系统的整个运行过程容易引发因过热而产生的起火或短路等问题，因此本发明系统能够模拟该谷电全加热形式时的状态，并实时监测改过程的压力、温度和速率等参数，为实际谷电加热工况提供数据支持，降低风险。在加热初期，储热装置中的加热模块全部开启；加热中后期，储热装置中的加热模块部分开启，直至储热装置中相变材料的第一温度传感器温度值T19、第二温度传感器温度值T20、第三温度传感器温度值T21平均温度(T19+T20+T21)/3升到tmax时终止加热，相变材料在使用前会对其进行实验，以确定其最佳理想相变温度范围，tmax为相变材料根据实验得到的最佳理想相变温度范围的最大值，此时储热装置的储热量达到理想状态下的理论最大值，此时的数据进行存储和分析后，能够为实际工况做出对应指导，避免加热模块过度开启产生安全隐患。
非谷电释热模式：非谷电时段，电费高昂，因此将提前储存的热量释放至用户侧，代替电力加热是最为经济实用的，本发明能够通过控制阀门的开闭模拟该时段的使用工况，一、二次循环回路均注满水后，首先开启二次侧热水循环泵15和散热风机17；其次待一次侧循环回路接收到释热指令时，首先开启供水循环泵11，根据用户所需蒸汽量选择三个电动调节阀的开启数量，循环工质流经储热装置1时，逐步吸热并由液态升为气态并汇集于集汽器2；在接下来的管路中主要分两路，其中一路由于管壁散热变成液态，需经疏水器9流至凝结水箱10中，另一路经减压阀3并与减温调节阀4引入的水混合生成所设定参数下的蒸汽，此状态下的蒸汽流经管壳式换热器8的壳侧换热后变成液态，并经疏水器9流至凝结水箱10中；以供水循环泵11为循环动力，将凝结水箱10中源源不断的送至储热装置1中，经过上述过程构成一个完整的一次侧循环回路。而二次侧循环回路过程中，则是通过热水循环泵15的循环动力，当水流经管壳式换热器8的管侧换热后，水温由t1升至t2，再流经散热风机17时，将热量散至大气中并将水的温度由t2降至t1，通过上述过程构成二次侧循环回路。本系统配备检测平台，会实时记录图示中的所有温度、压力和流量的数值。待储热装置中相变材料的平均温度(T19+T20+T21)/3降到tmin时则判定储热装置1释热完毕，tmin为相变材料根据实验得到的最佳理想相变温度范围的最小值，此时的数据进行存储和分析后，能够为实际工况做出对应指导，避免释热过程不彻底或者释热完成后不自知而产生的开关不及时的问题。
边储边释模式：是指储热装置1在加热的同时，一、二次侧循环回路中的设备均处于正常开启状态(其过程参考非谷电释热模式)，此种模式即为边储边释模式，该模式模拟的是储热装置加热的同时，用户侧同时在释放热量，该工况下用于既存在加热过程，又存在换热释热过程，因此工况复杂，设备调控要求更高，因此本发明通过模拟该工况的实际状态，并将数据采集和分析后，为实际使用工况提供了数据理论支撑，便于指导用户实际使用过程各个阀门或装置的开闭，提高了安全性。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，而不是指示或暗示所指的装置或元件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，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种直热式高温相变储热综合性能测试系统，其特征在于：包括一次侧回路和二次侧回路；所述一次侧回路包括通过第一循环管道串行连接的储热装置和管壳式换热器，所述储热装置与所述第一循环管道连接位置处设置有流量调节装置，所述二次侧回路包括通过第二循环管道与所述管壳式换热器串行连接的散热风机，所述第一循环管道和第二循环管道内流通有循环工质；所述一次侧回路能够将第一循环管道内的循环工质加热后输送至所述管壳式换热器，所述二次侧回路能够将所述第二循环管道内的循环工质在所述管壳式换热器换热后流经所述散热风机时将热量散至大气。
2.根据权利要求1所述的直热式高温相变储热综合性能测试系统，其特征在于：所述一次侧回路外接有补水装置，所述补水装置能够向所述第一循环管道内输送液态的循环工质。
3.根据权利要求2所述的直热式高温相变储热综合性能测试系统，其特征在于：所述补水装置包括减温补水箱，所述减温补水箱通过第一支管与所述第一循环管道连通，所述第一支管上设置有高压循环泵，所述高压循环泵与所述第一循环管道之间的所述第一支管上设置有减温调节阀。
4.根据权利要求3所述的直热式高温相变储热综合性能测试系统，其特征在于：所述一次侧回路上设置有流量计，所述流量计包括蒸汽流量计和供水流量计，所述蒸汽流量计设置于与所述管壳式换热器的入口连接的所述第一循环管道上，所述供水流量计设置于靠近所述储热装置的入口处的所述第一循环管道上。
5.根据权利要求4所述的直热式高温相变储热综合性能测试系统，其特征在于：所述管壳式换热器和所述储热装置之间的所述第一循环管道上设置有凝结水箱，所述凝结水箱和所述储热装置之间设置有供水循环泵。
6.根据权利要求5所述的直热式高温相变储热综合性能测试系统，其特征在于：所述储热装置的出口通过多个并行设置的输送管连接有集汽器，所述集汽器远离所述储热装置的一端通过所述第一循环管道依次串行连接有减压阀、蒸汽流量计、管壳式换热器；所述补水装置位于所述减压阀和所述蒸汽流量计之间；所述集汽器通过第二支管与所述凝结水箱连通，所述第二支管上安装有一个疏水器，所述集汽器和减压阀之间的第一循环管道通过一个疏水器与所述第二支管连通。
7.根据权利要求1所述的直热式高温相变储热综合性能测试系统，其特征在于：所述流量调节装置包括与所述第一循环管道连通的分水器，所述分水器末端通过多个并行设置的电动调节阀与所述储热装置的入口连通。
8.根据权利要求1所述的直热式高温相变储热综合性能测试系统，其特征在于：所述二次侧回路外接有补水装置，所述第二循环管道上设置有热水循环泵和热水流量计。
9.根据权利要求8所述的直热式高温相变储热综合性能测试系统，其特征在于：所述热水流量计设置于循环工质流向所述散热风机的第二循环管道上，所述热水循环泵设置于循环工质流向所述管壳式换热器的第二循环管道上；所述补水装置包括高位补水箱，所述高位补水箱通过第三支管与设置有所述热水循环泵的第二循环管道连通。
10.根据权利要求1所述的直热式高温相变储热综合性能测试系统，其特征在于：所述储热装置、第一循环管道和第二循环管道上均分别设置有多个温度传感器；所述第一循环管道和第二循环管道上均设置有多个压力传感器。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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