CN117537329A - 一种蒸汽发生系统及用于产生高温蒸汽的方法 - Google Patents

一种蒸汽发生系统及用于产生高温蒸汽的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蒸汽发生系统及用于产生高温蒸汽的方法，所述蒸汽发生系统包括启动蒸发器、外置蒸发器和热源，外置蒸发器内设置至少一个放热管路，热源内设置至少一个吸热管路，且一个所述吸热管路与一个所述放热管路连通形成同级循环管路，相邻两级循环管路之间相互连通，以使得所述同级循环管路中的蒸汽依次经过该级循环管路内的吸热管路和放热管路后，再依次进入下级循环管路内的所述吸热管路和所述放热管路以此循环，所述启动蒸发器的出口与所述吸热管路的进口连通，所述外置蒸发器的出口与所述吸热管路的进口连通，所述吸热管路的出口与蒸汽出口管路连通。本申请的蒸汽发生系统可直接稳定产生满足需求的蒸汽。

Description

一种蒸汽发生系统及用于产生高温蒸汽的方法
技术领域
本发明属于蒸汽发生设备技术领域，具体地说，涉及一种蒸汽发生系统及用于产生高温蒸汽的方法。
背景技术
现有技术中，现有的高温固态及相变储热装置大多采用空气等中间介质从储热体中取热，然后通过外置的换热装置(如余热锅炉)与给水交换热量产生蒸汽。由于增加了中间介质，最终产生的蒸汽品质较低，而且热损失大。并且由于空气的热容较小，导热系数小，造成风机的电耗以及换热器的成本很高。若直接通水与高温固态蓄热体换热，因蒸发产生过高的热流密度，会对高压换热管产生很高的热应力，而现有常规换热管材料无法抵抗如此高的热应力，造成失效。直接使用低品位蒸汽替代空气，因需持续性提供低品位蒸汽，工艺成本过高。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种蒸汽发生系统，该蒸汽发生系统可以直接稳定的产生高温高压蒸汽，避免因采用中间介质造成的蒸汽品位的下降，和额外新增换热装置及中间换热介质的循环动力系统，既提高了蒸汽品位又减少了系统成本。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种蒸汽发生系统，包括：
启动蒸发器，所述启动蒸发器的入口与设于所述系统上游的供水单元连接；
外置蒸发器，所述外置蒸发器的入口与所述供水单元连接，所述外置蒸发器内设置至少一个放热管路；
热源，所述热源内设置至少一个吸热管路，且一个所述吸热管路与一个所述放热管路连通形成同级循环管路，相邻两级循环管路之间相互连通，以使得上级循环管路中的蒸汽依次经过该级循环管路内的吸热管路和放热管路后，再依次进入下级循环管路内的所述吸热管路和所述放热管路以此循环，所述启动蒸发器的出口与所述吸热管路的进口连通，所述外置蒸发器的出口与所述吸热管路的进口连通，所述吸热管路的出口与蒸汽出口管路连通。
在一些可选的实施方式中，所述同级循环管路内，所述吸热管路的出口与所述放热管路的进口连通，相邻两级循环管路间，所述上级循环管路内的放热管路出口与所述下级循环管路内的吸热管路进口连通。
在一些可选的实施方式中，所述外置蒸发器的出口和第一级所述吸热管路的进口连通，和/或所述启动蒸发器的出口和第一级所述吸热管路的进口连通。
在一些可选的实施方式中，所述循环管路的级数n满足下述条件；
式中：h0ut为外置蒸发器出口的焓值；hin为外置蒸发器进口的焓值；hhi为由热源提供热量的第i级换热管组出口的焓值；chi为由热源提供热量的第i级换热管组进口的焓值。
在一些可选的实施方式中，任一所述吸热管路的出口与所述蒸汽出口管路连通。
进一步的，所述供水单元包括依次连通的除盐水供给装置、除氧器、给水泵。
在一些可选的实施方式中，所述给水泵通过第一阀门与所述启动蒸发器的进口连通；所述给水泵通过第二阀门与所述外置蒸发器的进口连通。
在一些可选的实施方式中，所述启动蒸发器的出口与所述除氧器连通；所述外置蒸发器的出口与所述除氧器连通。
在一些可选的实施方式中，所述蒸汽出口管路与所述除氧器连通。
在一些可选的实施方式中，任一所述吸热管路与所述蒸汽出口管路连通。
在一些可选的实施方式中，所述启动蒸发器包括电加热式蒸发器。
在一些可选的实施方式中，所述外置蒸发器包括立式自然循环中央换热管式蒸发器。
在一些可选的实施方式中，所述热源包括储热装置。
进一步的，所述储热装置中的储热材料包括相变储热材料。
本发明还提供了一种用于产生高温蒸汽的方法，包含上述蒸汽发生系统，包括以下步骤：
(1)输入由启动蒸发器产生的低温蒸汽至循环管路内的吸热管路，低温蒸汽被加热为次高温蒸汽；
(2)次高温蒸汽经过循环管路内的放热管路，加热外置蒸发器产生循环蒸汽，循环蒸汽汇入循环管路内，与次高温蒸汽在循环管路内混合后循环；
(3)当循环管路中的蒸汽达到预设条件时，由蒸汽出口管路向外稳定输出高温蒸汽。
上述方法中的预设条件可以是蒸汽量、蒸汽温度，或者即为循环管路的级数n所满足的条件。
在一些可选的实施方式中，外置蒸发器和启动蒸发器产生的循环蒸汽和次高温蒸汽总是从第一级吸热管路汇入循环管路中参与循环。
在一些可选的实施方式中，次高温蒸汽在吸热管路和放热管路中循环时，通过末级吸热管路(如设置n级循环管路时，末级吸热管路为第n+1级吸热管路)后通过旁路回到除氧器加热给水除氧。
在一些可选的实施方式中，稳定输出高温蒸汽时，外置蒸发器多余的蒸汽通过进入除氧器加热给水除氧。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明提供一种蒸汽发生系统，该蒸汽发生系统的蒸发所需的热量由自身产生的循环蒸汽从热源吸取，不通过中间换热介质，直接产生高温高压蒸汽，避免了因为采用中间介质造成的蒸汽品位的下降，和额外新增换热装置及中间换热介质的循环动力系统。既提高了蒸汽品位又减少了系统成本。可广泛应用于高温固体储热及高温相变储热系统的蒸汽发生。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：
图1是本发明提供一种蒸汽发生系统示意图。
图中：1、除盐水供给装置；2、除氧器；3、给水泵；4、第一阀门；5、第二阀门；6、启动蒸发器；7、外置蒸发器；8、放热管路；9、吸热管路；10、循环管路；11、第三阀门；12、蒸汽出口管路；13、热源。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。
如图1所示，本发明提供一种蒸汽发生系统，该蒸汽发生系统包括：
启动蒸发器6，启动蒸发器6的入口与设于所述系统上游的供水单元连接；
外置蒸发器7，外置蒸发器7的入口与所述供水单元连接，外置蒸发器7内设置至少一个放热管路8；
热源13，热源13内设置至少一个吸热管路9，且一个吸热管路9与一个放热管路8连通形成一个循环管路10，相邻两个循环管路10之间相互连通，以使得循环管路10中的蒸汽经过一吸热管路9进入放热管路8后，再进入下一个循环管路10内的吸热管路9和放热管路8以此循环，启动蒸发器6的出口与循环管路10的进口连通，外置蒸发器7的出口与循环管路10的进口连通，循环管路10的出口与蒸汽出口管路12连通。
在一些可选的实施方式中，如图1所示，同一级循环管路内，所述吸热管路9的出口与所述放热管路8的进口连接，相邻两级循环管路间，上一级循环管路内的所述放热管路8的出口与下一级循环管路内吸热管路9的进口连通。
在一些可选的实施方式中，如图1所示，外置蒸发器7的出口和第一级吸热管路9的进口连通；启动蒸发器6的出口和第一级吸热管路9的进口连通。
具体的，如图1所示，供水单元用于向启动蒸发器6和外置蒸发器7供水。供水单元包括依次连通的除盐水供给装置1、除氧器2、给水泵3。
除盐水供给装置1用于提供除盐水，除盐水经过除氧器2除氧，再经过给水泵3向启动蒸发器6和外置蒸发器7供水。给水泵3通过第一阀门4与启动蒸发器6的进口连通，给水泵3通过第二阀门5与外置蒸发器7的进口连通。第一阀门4用于控制给水泵3向启动蒸发器6的给水量，第二阀门5用于控制给水泵3向外置蒸发器7的给水量。
热源13包括储热装置。储热装置中的储热材料包括相变储热材料。热源13提供热量。外置蒸发器7包括立式自然循环中央换热管式蒸发器。
启动蒸发器6包括电加热式蒸发器，以产生系统启动所需的低温蒸汽。热源13内设置至少一个吸热管路9，外置蒸发器7内设置至少一个放热管路8，且一个吸热管路9与一个放热管路8连通形成一个循环管路10，热源13向至少一个吸热管路9提供热量。启动蒸发器6的出口与循环管路10的进第一级吸热管路进口连通，低温蒸汽进入由热源13提供热量的第一级吸热管路9进行加热成为次高温蒸汽。次高温蒸汽进入外置蒸发器7内部的第一级放热管路8，第一级放热管路8将热量传递给外置蒸发器7内的水，由于外置蒸发器7的出口与循环管路10的第一级吸热管路进口连通，外置蒸发器7内的水受热产生循环蒸汽，循环蒸汽并入由热源13提供热量的第一级吸热管路9中与次高温蒸汽混合加热。
为了给外置蒸发器7提供充足必要的热量，设置多个循环管路10，相邻两个循环管路10之间相互连通，以使得循环管路10中的蒸汽经过一吸热管路9进入放热管路8后，可再进入另一个循环管路10内的吸热管路9和放热管路8以此循环。
具体地，在此多级循环情况下，第一级吸热管路输出的高温蒸汽经过在第一级放热管路8放热后，进入设置在热源13内的第二级吸热管路9进行加热，加热后的次高温蒸汽再进入设置在外置蒸发器7内的第二级放热管路8进行放热。冷却后的蒸汽进入次一级(即相对第二级吸热管路的次一级)设置在热源13内的吸热管路9进行加热，加热后的次高温蒸汽再进入次一级(即相对第二级放热管路的次一级)设置在外置蒸发器7内的放热管路8进行放热。直至外置蒸发器7产生的循环蒸汽量达到期望值，关闭启动蒸发器6，系统进入持续运行。
由热源13提供热量的多级吸热管路9以及为外置蒸发器7提供热量的多级放热管路8往复串联。启动蒸发器6脱离后，流经吸热管路9的蒸汽全部来自外置蒸发器7本身，其蒸汽质量流量小于等于外置式蒸发器的蒸发量。通常情况下蒸发所需潜热远大于蒸汽从热源13吸收的显热。因此系统通过设置多级回热循环实现系统在脱离启动蒸发器6后稳定运行。
本发明通过多级回热循环，达到脱离启动蒸发器6，外置蒸发器7由自身产生的循环蒸汽通过热源13加热提供热量持续运行的状态。
具体的回热循环的级数与外置蒸发器7运行压力和由热源13提供热量的多级换热管组的出口蒸汽温度有关。通过以下方法确定不同设计工况条件下所需的循环数n。
式中：hout为外置蒸发器7出口的焓值；hin为外置蒸发器7进口的焓值；hhi为由热源13提供热量的第i级换热管组出口的焓值；chi为由热源13提供热量的第i级换热管组进口的焓值，n为外置蒸发器7提供热量的放热管路8的数量。
启动蒸发器6为电加热式蒸发器或其它形式蒸发器。其作用是在系统启动阶段提供低温蒸汽(即系统的启动蒸汽)，以驱动系统快速启动。其容量与设计期望的启动时间有关。其蒸发量越大，启动时间越短。
外置蒸发器7在正常运行阶段其所需的热量由自身产生的循环蒸汽从热源13携带。其形式多样，优选形式为立式自然循环中央换热管式蒸发器。其内布置有至少一级放热管路8，系统运行时放热管路8内通入次高温蒸汽与外置蒸发器7内液体(水)热交换以产生循环蒸汽。
在一些可选的实施方式中，如图1所示，外置蒸发器7的出口与除氧器2连通，可以将系统运行期间外置蒸发器7产生的多余蒸汽供给除氧器2除氧。既可为除氧器2除氧，又能达到利于系统运行稳定的目的。
在一些可选的实施方式中，如图1所示，启动蒸发器6的出口与除氧器2连通，可以在希望延长启动时间时，将部分启动蒸汽供给除氧器2除氧。减少进入蒸发循环的蒸汽量，达到延长启动时间的目的。
在一些可选的实施方式中，如图1所示，蒸汽出口管路12与除氧器2连通。可以将启动阶段未到达期望参数的蒸汽以及运行阶段部分到达期望参数的蒸汽供给除氧器2除氧。
在一些可选的实施方式中，如图1所示，任一吸热管路9与蒸汽出口管路12连通。
具体的，以图1所示为例进行说明，第n级吸热管路9通过第三阀门11与蒸汽出口管路12连通。第三阀门11可以根据系统运行状态调节主蒸汽的参数，可以将全部或者部分蒸汽直接连接至蒸汽出口管路12，减少输入外置蒸发器7的热量，达到利于系统运行稳定的目的。在一些可选的实施方式中，如图1所示，外置蒸发器7的出口与蒸汽出口管路12连通。可以根据系统运行状态调节主蒸汽的参数，达到利于系统运行稳定的目的。
蒸汽出口管路12的出口对外排出蒸汽，蒸汽用于对外做功。出口处可以设置阀门，控制出口的通断和流量大小。
需要说明的是本申请的供水单元并不仅限于供水，也可以是其它可蒸发产产生蒸汽的液体。本申请的放热管路8和吸热管路9不仅表示传统意义上的换热管，还可以是其它形式的换热结构。
需要说明的是：本领域技术人员理应了解的是，本发明提供的蒸汽发生系统必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门、除氧装置和通用泵设备，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型自行增设布局，来满足上述各个部件的连通关系和各个管路的切换通断，控制整个系统的各条管路的通断以及流量。
以上所述仅是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，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，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、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种蒸汽发生系统，其特征在于，包括：
启动蒸发器，所述启动蒸发器的入口与设于所述系统上游的供水单元连接；
外置蒸发器，所述外置蒸发器的入口与所述供水单元连接，所述外置蒸发器内设置至少一个放热管路；
热源，所述热源内设置至少一个吸热管路，且一个所述吸热管路与一个所述放热管路连通形成同级循环管路，相邻两级循环管路之间相互连通，以使得上级循环管路中的蒸汽依次经过该级循环管路内的吸热管路和放热管路后，再依次进入下级循环管路内的所述吸热管路和所述放热管路以此循环，所述启动蒸发器的出口与所述吸热管路的进口连通，所述外置蒸发器的出口与所述吸热管路的进口连通，所述吸热管路的出口与蒸汽出口管路连通。
2.根据权利要求1所示的蒸汽发生系统，其特征在于，所述同级循环管路内，所述吸热管路的出口与所述放热管路的进口连通，相邻两级循环管路间，所述上级循环管路内的放热管路出口与所述下级循环管路内的吸热管路进口连通。
3.根据权利要求1或2所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述外置蒸发器的出口和第一级所述吸热管路的进口连通，和/或所述启动蒸发器的出口和第一级所述吸热管路的进口连通。
4.根据权利要求1所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述循环管路的级数n满足下列条件；
式中：hout为外置蒸发器出口的焓值；hin为外置蒸发器进口的焓值；hhi为由热源提供热量的第i级换热管组出口的焓值；chi为由热源提供热量的第i级换热管组进口的焓值。
5.根据权利要求1所述的蒸汽发生系统，其特征在于，任一所述吸热管路的出口与所述蒸汽出口管路连通。
6.根据权利要求1所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述供水单元包括依次连通的除盐水供给装置、除氧器、给水泵。
7.根据权利要求6所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述给水泵通过第一阀门与所述启动蒸发器的进口连通；所述给水泵通过第二阀门与所述外置蒸发器的进口连通。
8.根据权利要求6所述的蒸汽发生系统，其特征在于，
所述启动蒸发器的出口与所述除氧器连通；
和/或所述外置蒸发器的出口与所述除氧器连通；
和/或所述蒸汽出口管路与所述除氧器连通。
9.根据权利要求1所述的蒸汽发生系统，其特征在于，
所述启动蒸发器包括电加热式蒸发器；
和/或，所述外置蒸发器包括立式自然循环中央换热管式蒸发器；
和/或，所述热源包括储热装置。
10.一种用于产生高温蒸汽的方法，包含如权利要求1至9任一所述的蒸汽发生系统，其特征在于，包括以下步骤：
(1)输入由启动蒸发器产生的低温蒸汽至循环管路内的吸热管路，低温蒸汽被加热为次高温蒸汽；
(2)次高温蒸汽经过循环管路内的放热管路，加热外置蒸发器产生循环蒸汽，循环蒸汽汇入循环管路内，与次高温蒸汽在循环管路内混合后循环；
(3)当循环管路中的蒸汽达到预设条件时，由蒸汽出口管路向外稳定输出高温蒸汽。
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