一种高温固体显热蓄热式蒸汽过热器及其蓄热放热方法技术

本发明专利技术公开了一种高温固体显热蓄热式蒸汽过热器及其蓄热放热方法，本装置包括流量计、入口集箱、入口温度传感器、入口压力传感器、高温显热蓄热体、出口混合集箱、蓄热体加热元件、出口温度传感器、出口压力传感器、若干蓄热温度传感器、加热及流量分配调节控制器以及连接管路和若干阀门。本发明专利技术利用峰谷电，通过根据蓄热体温度调节相应的阀门，实现对旁路的流量和换热管数量的控制，以应对显热蓄热过热器输出功率的变化，保证蒸汽过热器出口蒸汽温度的稳定性。度的稳定性。度的稳定性。

A high temperature solid sensible heat regenerative steam superheater and its heat storage and heat release method

【技术实现步骤摘要】
一种高温固体显热蓄热式蒸汽过热器及其蓄热放热方法


[0001]本专利技术涉及一种高温固体显热蓄热式蒸汽过热器及其蓄热放热方法，属于显热蓄热换热


技术介绍

[0002]随着“双碳”目标和能源消费结构优化调整的目标的提出，蓄热技术在解决清洁能源供给和需求的时间，空间差，清洁供热，电力“移峰填谷”，废热和余热回收利用等问题上将发挥更加重要的作用。显热蓄热由于导热性能优良，热稳定性好，工作温区大等诸多优势成为储热领域最常用的蓄热方法。
[0003]显热蓄热是通过蓄热体的温度升高或降低而实现热量的储存或释放。常见的显热蓄热材料包括水，混凝土，耐火砖，高温陶瓷，石墨等。由于蓄热体的温度会随着换热过程不断变化，固体显热蓄热器较难实现稳定的输出功率。为解决这类问题，中国专利CN105953202A和CN106016219A提出采用并联和串联管路的方式，通过在不同温区段切换相应数量的管路增加换热面积来解决此问题。该方法可以实现高温固体蓄热器换热功率在允许范围内波动以满足工程实际需求。但是，由于蓄热体尺寸和结构布局的限制，管道分段数量不能无限制增加，无法实现更加精确的调控，因此稳定换热功率的效果有限，过多管路也会造成部件可靠性降低。如何克服蓄热温度下降导致的高温显热蓄热器的放热功率下降的问题，成为提高高温固体显热蓄热器性能的重点和难点之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述问题，提供一种高温固体显热蓄热式蒸汽过热器及其蓄热放热方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种高温固体显热蓄热式蒸汽过热器，其包括入口主管路、入口截止阀、流量计、主路节流阀、入口集箱、入口温度传感器、入口压力传感器、换热管组开关阀、若干并联换热管组、高温显热蓄热体、出口混合集箱、饱和蒸汽旁路管、旁路节流阀、过热蒸汽出口连接管、蓄热体加热元件、出口温度传感器、出口压力传感器、若干蓄热温度传感器、加热及流量分配调节控制器；
[0007]入口主管路与入口集箱相连，入口主管路上依次设有入口截止阀、流量计和主路节流阀，入口集箱与出口混合集箱之间通过若干并联换热管组相连，过热蒸汽出口连接管与出口混合集箱相连；各并联换热管组的入口分别安装有换热管组开关阀，若干并联换热管组均匀内嵌安装于高温显热蓄热体内；饱和蒸汽旁路管一端与主路节流阀前端的入口主管路相连，另一端与出口混合集箱相连，饱和蒸汽旁路管上安装有旁路节流阀；入口集箱中分别安装有入口温度传感器和入口压力传感器，出口混合集箱分别安装有出口温度传感器和出口压力传感器，蓄热体加热元件和若干蓄热温度传感器分别内嵌安装于高温显热蓄热体内；流量计、入口温度传感器、入口压力传感器、出口温度传感器、出口压力传感器、蓄热
体加热元件和若干蓄热温度传感器分别与加热及流量分配调节控制器相连。
[0008]作为优选，所述的蓄热体加热元件为电阻加热元件，其类型包括电阻加热棒和减阻加热丝，其均匀内嵌于高温显热蓄热体内。
[0009]作为优选，所述的蓄热体加热元件的内嵌方向包括平行于并联换热管组和垂直于并联换热管组。
[0010]作为优选，所述的高温显热蓄热体的蓄热材料类型包括石墨、混凝土、铸铁、镁砖及其组合体。
[0011]作为优选，所述的高温显热蓄热体包括蓄热材料和开设于蓄热材料中的内嵌安装槽，其中内嵌安装槽包括加热元件安装槽、管道安装槽和温度传感器安装槽。
[0012]作为优选，所述的内嵌安装槽通过模块化开槽或直接浇注成槽。
[0013]另一方面，本专利技术提供了一种利用所述高温固体显热蓄热式蒸汽过热器的蓄热放热方法，该方法需根据存在热需求的不同时间段分别进行蓄热放热控制，其中：
[0014]当热负荷需求仅为峰电时间段时：预先在谷电工况下通过加热及流量分配调节控制器控制高温显热蓄热体内的蓄热体加热元件利用谷电进行加热，直至达到设定的最高蓄热温度后停止加热；在峰电时间段存在过热蒸汽需求但热源蒸汽品位仅为饱和蒸汽时，加热及流量分配调节控制器根据入口饱和蒸汽的温度、压力和流量以及高温显热蓄热体的温度参数，对主路节流阀和旁路节流阀的开度进行调节以改变流量分配比例，同时控制换热管组开关阀开启的数量，使得入口主管路输入的一部分饱和蒸汽经并联换热管组在高温显热蓄热体中被加热升温后，在出口混合集箱中与另一部分直接经饱和蒸汽旁路管输出的饱和蒸汽混合，达到满足用户所需要的过热度的过热蒸汽；同时，通过出口温度传感器和出口压力传感器对混合后的过热蒸汽参数进行检测并实时反馈给加热及流量分配调节控制器从而对流量分配比例进行微调；随着蓄热体温度的下降，当仅通过流量分配比例调节已无法使出口过热蒸汽达到用户需要的蒸汽参数时，加热及流量分配调节控制器增加换热管组开关阀开启的数量，进而增加高温显热蓄热体内管道的换热面积，再继续对流量分配比例进行调节，使出口过热蒸汽达到用户需要的蒸汽参数；
[0015]当谷电时间段也存在热负荷需求时，加热及流量分配调节控制器在控制蓄热体加热元件对高温显热蓄热体进行加热的同时，根据当前的蓄热体温度，首先初步确定换热管组开关阀开启的数量，再确定主路节流阀和旁路节流阀的开度控制流量分配比例，同时根据出口混合集箱中出口温度传感器和出口压力传感器检测并反馈的温度和压力进行流量分配比例的微调，使得出口的过热蒸汽达到用户需要的蒸汽参数；同样地，由于谷电公开下加热和放热同时进行，随着运行时间的增加，加热及流量分配调节控制器需要定期根据蓄热体的温度变化情况，在仅通过流量分配比例调节已无法使出口过热蒸汽达到用户需要的蒸汽参数时，先增减换热管组开关阀开启的数量，再进行流量分配比例的微调，使出口过热蒸汽满足用户需要的蒸汽参数。
[0016]本专利技术与现有技术相比具有的有益效果：
[0017]1)旁路的设计实现了蓄热体输出功率更精准的调控，能有效降低显热过热器因为切换管路或蓄热体温度下降而导致的输出功率的波动，提升过热器加热的稳定性。
[0018]2)旁路的设计简化了过热器的换热管路结构和布局，减少了投资，提高了系统的安全性和可靠性。
附图说明
[0019]图1是一种高温固体显热蓄热式蒸汽过热器的结构示意图；
[0020]图2是蓄热体结构示意图；其中：a)为加热元件与换热管组垂直布置，b)为加热元件与换热管组平行布置
[0021]图3是蓄热体块分层堆叠布置示意图；其中：a)为加热元件与换热管组垂直布置，b)为加热元件与换热管组平行布置
[0022]图4是实施例中有无旁路调节的石墨显热蓄热式蒸汽过热器调节效果对比图
[0023]图中：入口主管路1、入口截止阀2、流量计3、主路节流阀4、入口集箱5、入口温度传感器6、入口压力传感器7、换热管组开关阀8、若干并联换热管组9、高温显热蓄热体10、出口混合集箱11、饱和蒸汽旁路管12、旁路节流阀13、过热蒸汽出口连接管14、蓄热体加热元件15、出口温度传感器16、出口压力传感器17、若干蓄热温度传感器18、加热及流量分配调节控制器1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温固体显热蓄热式蒸汽过热器，其特征在于，包括入口主管路(1)、入口截止阀(2)、流量计(3)、主路节流阀(4)、入口集箱(5)、入口温度传感器(6)、入口压力传感器(7)、换热管组开关阀(8)、若干并联换热管组(9)、高温显热蓄热体(10)、出口混合集箱(11)、饱和蒸汽旁路管(12)、旁路节流阀(13)、过热蒸汽出口连接管(14)、蓄热体加热元件(15)、出口温度传感器(16)、出口压力传感器(17)、若干蓄热温度传感器(18)、加热及流量分配调节控制器(19)；入口主管路(1)与入口集箱(5)相连，入口主管路(1)上依次设有入口截止阀(2)、流量计(3)和主路节流阀(4)，入口集箱(5)与出口混合集箱(11)之间通过若干并联换热管组(9)相连，过热蒸汽出口连接管(14)与出口混合集箱(11)相连；各并联换热管组(9)的入口分别安装有换热管组开关阀(8)，若干并联换热管组(9)均匀内嵌安装于高温显热蓄热体(10)内；饱和蒸汽旁路管(12)一端与主路节流阀(4)前端的入口主管路(1)相连，另一端与出口混合集箱(11)相连，饱和蒸汽旁路管(12)上安装有旁路节流阀(13)；入口集箱(5)中分别安装有入口温度传感器(6)和入口压力传感器(7)，出口混合集箱(11)分别安装有出口温度传感器(16)和出口压力传感器(17)，蓄热体加热元件(15)和若干蓄热温度传感器(18)分别内嵌安装于高温显热蓄热体(10)内；流量计(3)、入口温度传感器(6)、入口压力传感器(7)、出口温度传感器(16)、出口压力传感器(17)、蓄热体加热元件(15)和若干蓄热温度传感器(18)分别与加热及流量分配调节控制器(19)相连。2.根据权利要求1所述的高温固体显热蓄热式蒸汽过热器，其特征在于，所述的蓄热体加热元件(15)为电阻加热元件，其类型包括电阻加热棒和减阻加热丝，其均匀内嵌于高温显热蓄热体(10)内。3.根据权利要求2所述的高温固体显热蓄热式蒸汽过热器，其特征在于，所述的蓄热体加热元件(15)的内嵌方向包括平行于并联换热管组(9)和垂直于并联换热管组(9)。4.根据权利要求1所述的高温固体显热蓄热式蒸汽过热器，其特征在于，所述的高温显热蓄热体(10)的蓄热材料类型包括石墨、混凝土、铸铁、镁砖及其组合体。5.根据权利要求1所述的高温固体显热蓄热式蒸汽过热器，其特征在于，所述的高温显热蓄热体(10)包括蓄热材料(20)和开设于蓄热材料(20)中的内嵌安装槽，其中内嵌安装槽包括加热元件安装槽(21)、管道安装槽(22)和温度传...

【专利技术属性】
技术研发人员：张良，王尔卓，王达，张连鑫，范利武，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：