一种基于并联调节的显热蓄热式直接蒸汽发生系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于并联调节的显热蓄热式直接蒸汽发生系统及方法，本装置包括出口联箱、出口连接管、蓄热体、换热管束、第一温度传感器、密封保温层、电动阀、入口连接管、入口联箱、循环水泵、流量计、控制柜、补水连接管、蓄水池、第二温度传感器、第三温度传感器。本发明专利技术利用换热管路并联的方法，通过改变换热面积和减小单个管路内的流量的方法，有效的解决了显热蓄热体换热过程中温度不断降低导致单位换热面积换热功率不断减小的问题，提高了系统输出功率的稳定性，为替代传统中小煤锅炉和电锅炉，利用峰谷电提供稳定蒸汽提供了有效的解决方案，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于并联调节的显热蓄热式直接蒸汽发生系统及方法，属于显热蓄热换热

技术介绍
储能作为能源利用的重要环节，对工业节能和可再生能源利用具有十分重要的作用。以热能形式提供的能量占了能源利用中相当大的比例，因此蓄热技术成为储能技术中的关键部分。在目前间歇性能源的能量储存以及工业余热回收利用中，显热蓄热由于原理简单、技术成熟、材料来源丰富、成本低廉而得到了广泛应用。显热蓄热是利用蓄热材料的热容量，通过温度升高或降低而实现热量的储存或释放过程。现有的显热蓄热设计中换热面积不可调节，蓄热系统的换热功率随着蓄热体温度的变化而变化，存在输出功率不稳定的问题，只能应用于对蒸汽参数要求不高的场合，不能满足对蒸汽参数和输出功率有严格要求的热利用系统的需求，如电厂锅炉等。因此，如何保证蓄热体以恒定换热功率将热量传递给工质，实现蓄热系统在更大温度的范围内持续、稳定地产生满足需求的蒸汽，成为显热蓄热系统设计中亟需解决的问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种基于并联调节的显热蓄热式直接蒸汽发生系统及方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于并联调节的显热蓄热式直接蒸汽发生系统，包括出口联箱、出口连接管、蓄热体、换热管束、第一温度传感器、密封保温层、电动阀、入口连接管、入口联箱、循环水泵、流量计、控制柜、补水连接管、蓄水池、第二温度传感器、第三温度传感器；蓄热体内安装有换热管束，蓄热体安装有密封保温层，换热管束经入口连接管和出口连接管以并联方式分别与入口联箱和出口联箱连接，每个入口连接管和出口连接管上均安装有独立的电动阀，循环水泵出口经补水连接管与入口联箱相连，循环水泵入口与蓄水池相连，蓄热体上安装有第一温度传感器，入口联箱内安装有第二温度传感器，出口联箱内安装有第三温度传感器，补水连接管上装有流量计，流量计、温度传感器、电动阀、循环水泵、第二温度传感器、第三温度传感器分别与控制柜相连。所述的蓄热体由若干石墨块堆砌而成，石墨块上设有贯穿通孔实现与换热管束之间的过渡配合；贯穿通孔包括圆孔和半圆孔两种；其中，圆孔与换热管束之间过渡配合，两块石墨块之间半圆孔通过的配合形成圆孔，再与换热管束配合连接。所述的蓄热体材料为石墨，其加热方式包括电加热和太阳能聚光加热。所述的循环水泵为变频泵，以达到相同蓄热系统根据需求负荷的变化调整循环流量的效果。一种利用所述的基于并联调节的蓄热式直接蒸汽发生系统的换热方法，步骤如下：控制柜根据设定的循环流量G值，开启循环水泵，循环水泵通过变频达到目标流量；与此同时，控制柜根据第二温度传感器测得的入口温度、第三温度传感器设定的出口蒸汽温度以及第一温度传感器测得的蓄热体温度，开启入口连接管和出口连接管上相同换热管束进出口的电动阀，循环水在入口联箱中进行流量分配后，等流量流入不同的换热管束进行加热，产生蒸汽在出口联箱中汇集后流出；此时，换热管束每根换热管中的换热过程满足如下能量平衡方程： h 0 ‾ A ( T ‾ 0 - T f ‾ ) ≅ G N 0 Δ H - - - ( 1 ) ]]>式中，为初始阶段总平均换热系数，为蓄热体初始阶段平均温度，为单根换热管内流体平均温度，G为循环流量，N0为初始阶段开启换热管数量，ΔH为换热管束进出口流体焓差,A为单根换热管换热面积；随着换热过程的进行，蓄热体(3)平均瞬时温度的逐渐降低，当平均瞬时温度满足如下关系式(2)时： h i ‾ A ( T ‾ - T f ‾ ) + h i + 1 ‾ A ( T ‾ - T f ‾ ) = G N i Δ H + G N i + 1 Δ H - - - ( 2 ) ]]>式中：为第i阶段总平均换热系数；Ni为第i阶段开启换热管数量；为第i+1阶段总平均换热系数；Ni+1为第i+1阶段开启换热管数量；控制柜控制电动阀将换热管束开启的数量由第i阶段的Ni增加到第i+1阶段的Ni+1，从而增大换热面积，实现蓄热体在工作温度范围内稳定、持续的输出一定热力学参数的工质；其中，Ni+1＞Ni；对于选定系统而言，为已知参数，其关系式满足： h i ‾ A ( T ‾ i - T f ‾ ) = G N i Δ H - - - ( 3 ) ]]>式中:为第i阶段蓄热体的平均温度。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：(1)本专利技术利用换热管路并联的方法，通过改变换热面积和减小单个管路内的流量的方法，有效的解决了显热蓄热体换热过程中温度不断降低导致单位换热面积换热功率不断减小的问题，提高了系统输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于并联调节的显热蓄热式直接蒸汽发生系统，其特征在于包括出口联箱(1)、出口连接管(2)、蓄热体(3)、换热管束(4)、第一温度传感器(5)、密封保温层(6)、电动阀(7)、入口连接管(8)、入口联箱(9)、循环水泵(10)、流量计(11)、控制柜(12)、补水连接管(13)、蓄水池(14)、第二温度传感器(15)、第三温度传感器(16)；蓄热体(3)内安装有换热管束(4)，蓄热体(3)安装有密封保温层(6)，换热管束(4)经入口连接管(8)和出口连接管(2)以并联方式分别与入口联箱(9)和出口联箱(1)连接，每个入口连接管(8)和出口连接管(2)上均安装有独立的电动阀(7)，循环水泵(10)出口经补水连接管(13)与入口联箱(9)相连，循环水泵(10)入口与蓄水池(14)相连，蓄热体(3)上安装有第一温度传感器(5)，入口联箱(9)内安装有第二温度传感器(15)，出口联箱(1)内安装有第三温度传感器(16)，补水连接管(13)上装有流量计(11)，流量计(11)、温度传感器(5)、电动阀(7)、循环水泵(10)、第二温度传感器(15)、第三温度传感器(16)分别与控制柜(12)相连；所述的蓄热体(3)由若干石墨块(17)堆砌而成，石墨块上设有贯穿通孔(5)实现与换热管束(4)之间的过渡配合；贯穿通孔(5)包括圆孔(18)和半圆孔(19)两种；其中，圆孔(18)与换热管束(4)之间过渡配合，两块石墨块之间半圆孔(19)通过的配合形成圆孔，再与换热管束(4)配合连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于并联调节的显热蓄热式直接蒸汽发生系统，其特征在于包括出口联箱(1)、出口连接管(2)、蓄热体(3)、换热管束(4)、第一温度传感器(5)、密封保温层(6)、电动阀(7)、入口连接管(8)、入口联箱(9)、循环水泵(10)、流量计(11)、控制柜(12)、补水连接管(13)、蓄水池(14)、第二温度传感器(15)、第三温度传感器(16)；蓄热体(3)内安装有换热管束(4)，蓄热体(3)安装有密封保温层(6)，换热管束(4)经入口连接管(8)和出口连接管(2)以并联方式分别与入口联箱(9)和出口联箱(1)连接，每个入口连接管(8)和出口连接管(2)上均安装有独立的电动阀(7)，循环水泵(10)出口经补水连接管(13)与入口联箱(9)相连，循环水泵(10)入口与蓄水池(14)相连，蓄热体(3)上安装有第一温度传感器(5)，入口联箱(9)内安装有第二温度传感器(15)，出口联箱(1)内安装有第三温度传感器(16)，补水连接管(13)上装有流量计(11)，流量计(11)、温度传感器(5)、电动阀(7)、循环水泵(10)、第二温度传感器(15)、第三温度传感器(16)分别与控制柜(12)相连；所述的蓄热体(3)由若干石墨块(17)堆砌而成，石墨块上设有贯穿通孔(5)实现与换热管束(4)之间的过渡配合；贯穿通孔(5)包括圆孔(18)和半圆孔(19)两种；其中，圆孔(18)与换热管束(4)之间过渡配合，两块石墨块之间半圆孔(19)通过的配合形成圆孔，再与换热管束(4)配合连接。2.根据权利要求1所述的一种基于并联调节的蓄热式直接蒸汽发生系统，其特征在于所述的蓄热体(3)材料为石墨，其加热方式包括电加热和太阳能聚光加热。3.根据权利要求1所述的一种基于并联调节的蓄热式直接蒸汽发生系统，其特征在于所述的循环水泵(10)为变频泵。4.一种利用权利要求1所述的基于并联调节的蓄热式直接蒸汽发生系统的换热方法，其特征在于：控制柜(12)根据设定的循环流量G值，开启循环水泵(10)，循环水泵(10)通过变频达到目标流量；与此同时，控制柜(12)根据第二温度传感器(15)测得的入口温度、第三温度传感器(16)设定的出口蒸汽温度以及第一温度传感器(5)测得的蓄热体(3)温度，开启入口连接管(8)和出口连接管(2)上相同换热管束(4)进出口的电动阀(7)，循环水在入口联箱(9)中进行流量分配后，等流量流入不同的换热管束(4)进行加热，产生蒸汽在出口联箱(1)中汇集后流出；此时，换热管束(4)每根换热管中的换热过程满足如下能量平衡方程： h 0 ‾ A ( T ‾ 0 - T f ‾ ) ≅ G N 0 Δ H - ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张良，王涛，王宇飞，范利武，郑梦莲，俞自涛，胡亚才，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33