CN215810392U - 一种蒸汽冷凝温度可控的固体储热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种蒸汽冷凝温度可控的固体储热系统，其特征在于：所述的总阀门经辅助增压阀门与压力储水罐连通；压力储水罐经减压水泵与混合罐连通；补水水源经水源增压泵与压力储水罐连通。所述的总阀门经直通阀门与混合罐连通；混合罐与热用户连通。所述的高位输出纵向母管与中位输出纵向母管之间设置有串接阀门；中位输出纵向母管经高中位蒸汽出口阀门与饱和蒸汽罐体连通。本实用新型能有效利用储热蒸汽热源的温度和压力参数，在满足换热管内的蒸汽保持传递额定热能输出功率的条件下，尽可能地减少储热蒸汽热源的压力损失，达到提高冷凝水温度的目的，为用户提供满足输出要求的蒸汽热源。安装此设备后可以增加蒸汽储热的调节能力，降低生产成本。

Description

一种蒸汽冷凝温度可控的固体储热系统

技术领域

本实用新型涉及固体砌块砌筑的储热及热转换的技术领域，具体地说就是对利用廉价或废弃的蒸汽热源加热固体储热体进行储热的装置。

背景技术

目前，使用固体材料储热是一种提供热能的常规方式，是新能源储能发展趋势和手段。热源厂及工业生产过程中会有富余的高温高压蒸汽，此类蒸汽冷凝后会释放较高的汽化潜热，而将高温高压的蒸汽所携带的热能有效的储存在固体储热材料中，待需要时加热热水供用户使用，达到热源移峰填谷的目的。本申请人申报的《一种具有高稳定性储热及高效率放热的固体储热装置》（见专利申请号为：2021107247096）本实用新型就是解决上述问题的技术，可以实现蒸汽热源的有效存储并可控释放。蒸汽作为热源加热固体储热体实现热能存储的过程，是蒸汽热能降品质输出的过程，在《一种具有高稳定性储热及高效率放热的固体储热装置》发明申请中以向用户输出热水为目的，并没有考虑利用蒸汽中携带70%左右潜热的释放特点，而提出高温固体储热的措施；没有考虑蒸汽向固体储热体释放热能时，如何解决固体储热体向热用户输出高温蒸汽的问题。为弥补现有技术的不足，在此技术基础之上提出一种蒸汽冷凝温度可控的固体储热系统来优化蒸汽热源加热固体储热体进行储热的系统。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种蒸汽冷凝温度可控的固体储热系统。通过调控换热管组中的蒸汽工作压力实现对蒸汽冷凝点温度的控制，进而实现蒸汽潜热在高温区段有效的释放，用高温冷凝的蒸汽加热固体储热体并能向用户输出过热蒸汽或饱和蒸汽。

本实用新型目的是通过如下技术方案来实现的：一种蒸汽冷凝温度可控的固体储热系统，它包括给水罐体、细粉状填料、固体储热体、柔性封头、输出横向母管、高位输出纵向母管、膨胀节、饱和蒸汽罐体、压力储水罐、混合罐、滑动支座、换热支管、固定支座、总阀门、储热阀门、直通阀门、放热阀门、高位循环水阀门、中位循环水阀门、预热水阀门、高位蒸汽出口阀门、中位蒸汽出口阀门、热水出口阀门、补水泵、循环泵、输入纵向母管、输入横向母管、冷凝水阀门、减压水泵、热用户、水源增压泵、补水水源、辅助增压阀门、蒸汽热源、中高位蒸汽出口阀门、中位输出纵向母管、低位输出纵向母管构成；其特征在于：所述的总阀门经辅助增压阀门与压力储水罐连通；压力储水罐经减压水泵与混合罐连通；补水水源经水源增压泵与压力储水罐连通；所述的总阀门经直热阀门与混合罐连通，混合罐与热用户连通；所述的高位输出纵向母管与中位输出纵向母管之间设置有串接阀门；中位输出纵向母管经高中位蒸汽出口阀门与饱和蒸汽罐体连通。

本实用新型所述由固体储热体内设置的若干换热支管，以及与之所对应连通的输入纵向母管、输入横向母管、输出横向母管和输出纵向母管而构成的换热管组连接结构。

本实用新型所述的换热管组相邻之间经串连连接构成换热管网络。

本实用新型所述的换热管网络单组设置时，固体储热系统储热过程与放热过程分时工作，使用同组换热管网络；

本实用新型所述的换热管网络双组设置时，固体储热系统储热过程与放热过程可以同时工作，各自使用专属换热管网络。

本实用新型所述的压力储水罐、混合罐，是多连通管道接口的金属压力容器。

本实用新型包括所述的固体储热系统储热过程与直热过程分别工作或同时工作。

本实用新型的优点是：本实用新型能有效利用储热蒸汽热源的温度和压力参数，在满足换热管组内的蒸汽保持传递额定热能输出功率的条件下，尽可能地减少储热蒸汽热源的压力损失，达到提高冷凝水温度的目的，为用户提供满足输出要求的蒸汽热源。有效利用储热过程中换热管组内蒸汽工作压力的压降梯度，拉高释放蒸汽相变热的温度值，提高固体储热体的储热能力，增加单位固体储热体的储热能力，为用户热转换提供高温差的换热输出条件。尤其在需要过热蒸汽的用户，安装此设备后可以增加蒸汽储热的调节能力，提高蒸汽热能的利用率，降低生产成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意简图。

附图中主要部件说明如下：给水罐体1；细粉状填料2；固体储热体3；柔性封头4；输出横向母管5；高位输出纵向母管6；膨胀节7；饱和蒸汽罐体8；压力储水罐9；混合罐10；滑动支座11；换热支管12；固定支座13；总阀门14；储热阀门15；直通阀门16；串接阀门17；高位循环水阀门18；中位循环水阀门19；预热水阀门20；高位蒸汽出口阀门21；中位蒸汽出口阀门22；热水出口阀门23；补水泵24；循环泵25；输入纵向母管26；输入横向母管27；冷凝水阀门28；减压水泵29；热用户30；水源增压泵31；补水水源32；辅助增压阀门33；蒸汽热源34；中高位蒸汽出口阀门35；中位输出纵向母管601；低位输出纵向母管602。

上述附图仅是本新型的一个实施案例的示意图，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，可根据这一附图获得其他的附图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型具体实施方式作详细说明， 以下说明仅作为示范和解释，并不对本实用新型作任何形式上的限制。

如图1所示，图中的给水罐体1；细粉状填料2；固体储热体3；柔性封头4；输出横向母管5；高位输出纵向母管6；膨胀节7；饱和蒸汽罐体8；压力储水罐9；混合罐10；滑动支座11；换热支管12；固定支座13；总阀门14；储热阀门15；直通阀门16；串接阀门17；高位循环水阀门18；中位循环水阀门19；预热水阀门20；高位蒸汽出口阀门21；中位蒸汽出口阀门22；热水出口阀门23；补水泵24；循环泵25；输入纵向母管26；输入横向母管27；冷凝水阀门28；减压水泵29；热用户30；水源增压泵31；补水水源32；辅助增压阀门33；蒸汽热源34；中高位蒸汽出口阀门35；中位输出纵向母管601；低位输出纵向母管602构成；所述给水罐体1在下部设置有固定支座13，在饱和蒸汽罐体8下部设置有滑动支座11；在固体储热体的输出纵向母管6与饱和蒸汽罐体8之间的输热管上还均布有用于缓冲换热管组对饱和蒸汽罐体8轴向推力的膨胀节7；蒸汽热源34通过管路、总阀门14及储热阀门15与高位循环水阀门18相连的输入纵向母管26及与之相接的多根输入横向母管27、固体储热体3内的多根换热支管12相连通，经输出横向母管5连接与高位蒸汽出口阀门21相连接的输出纵向母管6，并经串接阀门17连接输出纵向母管601上相邻的多根输出横向母管5往复向下“蛇形”连接相连通；所述给水罐体1依次通过高位循环水阀门18，中位循环水阀门19及预热水阀门20以及所对应的输入纵向母管26及输入横向母管27与固体储热体3内的换热支管12相连通，经固体储热体3换热支管12依次通过输出横向母管5、高位输出纵向母管6、中位输出纵向母管601、低位输出纵向母管602及膨胀节7，所对应的高位蒸汽出口阀21、中高位蒸汽出口阀门35、中位蒸汽出口阀22、热水出口阀23再与饱和蒸汽罐体8相连通。所述的总阀门14经辅助增压阀门33与压力储水罐9连通；压力储水罐9经减压水泵29与混合罐10连通；补水水源32经水源增压泵31与压力储水罐9连通。所述的总阀门14经直通阀门16与混合罐10连通；混合罐10与热用户30连通。所述的换热管网络由设置在固体储热体3内的若干换热支管12以及与之所对应连通的各输入纵向母管、输入横向母管、输出横向母管和输出纵向母管构成换热管组，再将其串连形成的管网网络；换热管网络设置单组时固体储热系统储热与放热分时工作，可分时使用同组换热管网络；换热管网络设置双组时，固体储热系统储热与放热过程可以同时工作，各自使用专属换热管网络；在固体储热体3与换热支管12之间的环形间隙内填满有用于消除热应力的细粉状填料2，在固体储热体3与换热支管12之间环形间隙的封头处还充填有耐高温柔性封头4。本实用新型包括所述的压力储水罐9和混合罐10是多连通管道接口的金属压力容器。

所述的总阀门经辅助增压阀门与压力储水罐连通；压力储水罐经减压水泵与混合罐连通；补水水源经水源增压泵与压力储水罐连通；所述的总阀门经直热阀门与混合罐连通，混合罐与热用户连通；所述的高位输出纵向母管与中位输出纵向母管之间设置有串接阀门；中位输出纵向母管经高中位蒸汽出口阀门与饱和蒸汽罐体连通。

所述的储热过程：当蒸汽热源34有富余蒸汽需要存储时开启总阀门14、串接阀门17辅助增压阀33,用蒸汽热源34将换热管网络内压力升至至额定压力后，关闭辅助增压阀33，开启储热调节阀15，经设置在固体储热体顶端的输入纵向母管26将蒸汽热源34通入换热管网络中，使蒸汽热源34输出的蒸汽在设定的压力下冷凝释放潜热。蒸汽放热形成的冷凝水，在蒸汽压力的驱动下继续沿着换热管网络下行，冷凝水携带的显热在下行的过程中向固体储热体3释放热量而降温，并通过设置固体储热体3底部的换热管组经冷凝水阀门28输出到压力储水罐9中储存待用，整个过程持续进行，待固体储能体3升至额定温度后，储热过程停止。当换热管网络设置双组时，储热过程亦可与放热过程同步工作。

所述的直热过程：开启总阀门14、直通阀门16，将蒸汽热源34输出的蒸汽通入混合罐10中，开启减压水泵29，将压力储水罐9中冷凝水喷射至混合罐10中给高温高压蒸汽减温降压，系统将蒸汽参数调整至额定压力温度后输出热用户30，此过程可以独立运行，也可与储热过程同步运行。

所述的放热过程：当固体储热体3内存储的温度，满足用户输出蒸汽需求时，关闭串接阀门17，开启补水泵24将压力储水罐9中储存待用的冷凝水注入给水罐体1。当给水罐体1的水位超过设在固体储热体3底部的换热管的水平面时开启预热水阀门20，给水罐体1中的水经预热水阀门20流入设在固体储热体3底部的换热管组。换热管组内的低温水在固体储热体3中加热升温形成的高温水，经热水出口阀门23流入饱和蒸汽罐体8释放饱和蒸汽。当固体储热体3底部的温度低于输出饱和蒸汽要求时，关闭预热水阀门20，开启补水泵24将给水罐体1中的水位提升超过固体储热体3与底部相邻的换热管的水平面高度后，开启中位循环水阀门19使给水罐体1中的水，流入设在固体储热体3底部换热管相邻的换热管组中放热。交替向上传递完成固体储热体3储存热能的放热过程；饱和蒸汽罐体8释放饱和蒸汽后的高温水，在循环泵25的驱动下回流到给水罐体1中继续循环放热过程；饱和蒸汽罐体8中的饱和蒸汽经高位蒸汽出口阀门21进入设在固体储热体3顶部的换热管组加热形成过热蒸汽，从储热阀门15经直通阀门16进入混合罐10。开启减压水泵29，将压力储水罐9中冷凝水喷射至混合罐10中给高温高压蒸汽减温减压，系统将蒸汽参数调整至额定压力温度后输出热用户30。随着放热过程的进行，输出给热用户30蒸汽中水的消耗，需要补水时通过增压补水泵31，用补水水源给压力储水箱9补水。当换热管网络设置双组时，放热过程亦可与储热过程同步工作。

结构热应力释放过程如下：将给水罐体1固定在固定支座13上，当本装置受热时，换热支管12因膨胀产生轴向位移。由于左侧已被固定，轴向热位移向右侧传递。当热位移传递至膨胀节7时，热应力受到缓冲，并将经过缓冲的推力传递给饱和蒸汽罐体8，所产生的轴向推力克服滑动支座11接触面之间的摩擦阻力，推动饱和蒸汽罐体8向右侧移动，使因膨胀所产生的热应力得以释放。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims (7)

1.一种蒸汽冷凝温度可控的固体储热系统，它包括给水罐体、细粉状填料、固体储热体、柔性封头、输出横向母管、高位输出纵向母管、膨胀节、饱和蒸汽罐体、压力储水罐、混合罐、滑动支座、换热支管、固定支座、总阀门、储热阀门、直通阀门、放热阀门、高位循环水阀门、中位循环水阀门、预热水阀门、高位蒸汽出口阀门、中位蒸汽出口阀门、热水出口阀门、补水泵、循环泵、输入纵向母管、输入横向母管、冷凝水阀门、减压水泵、热用户、水源增压泵、补水水源、辅助增压阀门、蒸汽热源、中高位蒸汽出口阀门、中位输出纵向母管、低位输出纵向母管构成；其特征在于：所述的总阀门经辅助增压阀门与压力储水罐连通；压力储水罐经减压水泵与混合罐连通；补水水源经水源增压泵与压力储水罐连通；所述的总阀门经直热阀门与混合罐连通，混合罐与热用户连通；所述的高位输出纵向母管与中位输出纵向母管之间设置有串接阀门；中位输出纵向母管经高中位蒸汽出口阀门与饱和蒸汽罐体连通。

2.根据权利要求1所述蒸汽冷凝温度可控的固体储热系统，其特征在于：所述固体储热体内的若干换热支管，以及与之所对应连通的输入纵向母管、输入横向母管、输出横向母管和输出纵向母管而构成的换热管组。

3.根据权利要求2所述蒸汽冷凝温度可控的固体储热系统，其特征在于：所述的换热管组，相邻之间经串连连接构成换热管网络。

4.根据权利要求3所述蒸汽冷凝温度可控的固体储热系统，其特征在于：所述的换热管网络单组设置时，固体储热系统储热过程与放热过程分时工作，使用同组换热管网络。

5.根据权利要求3所述蒸汽冷凝温度可控的固体储热系统，其特征在于：所述的换热管网络双组设置时，固体储热系统储热过程与放热过程将同时工作，各自使用专属换热管网络。

6.根据权利要求1所述蒸汽冷凝温度可控的固体储热系统，其特征在于：所述的压力储水罐、混合罐，是多连通管道接口的金属压力容器。

7.根据权利要求1所述蒸汽冷凝温度可控的固体储热系统，其特征在于：所述的固体储热系统储热过程与直热过程分别工作或同时工作。

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