一種陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用蒸汽發(fā)生裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用蒸汽發(fā)生裝置，包括蓄熱堆、蓄熱堆保溫結(jié)構(gòu)、傳熱介質(zhì)系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)；蓄熱堆包括鋼性殼體和若干內(nèi)部封裝熔鹽外表面設(shè)有電加熱裝置的蓄熱單元；蓄熱堆保溫結(jié)構(gòu)設(shè)于蓄熱堆的外表面，從內(nèi)到外包括導(dǎo)熱磚、相變保溫層和水冷壁，其中水冷壁由上水箱、下水箱和連接的水管構(gòu)成；傳熱介質(zhì)系統(tǒng)的水泵通過管路與下水箱相連，霧化噴頭設(shè)于蓄熱堆底部，將霧化后的軟水噴入蓄熱堆；換熱系統(tǒng)的換熱器通過蒸汽管道與蓄熱堆相連，通過水管道與上水箱相連，蒸汽管道上設(shè)有三通閥。本實用新型能夠在夜間低谷電時，將電能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行儲存，白天用電高峰期采用軟水霧化后將熱量導(dǎo)出，為用戶提供生活熱水并提供蒸汽。
【專利說明】
一種陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用蒸汽發(fā)生裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種蒸汽發(fā)生裝置，尤其是一種非氧化物陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用及蒸汽發(fā)生裝置，屬于谷能利用和蒸汽制備的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，社會對能源的需求也顯著的增加。然而，在白天高峰時期的用電量急劇增大的同時，夜間谷電卻浪費嚴(yán)重，從而導(dǎo)致用電峰谷差越來越明顯。一般地，發(fā)電、供電和用電是在同一時間完成的，因而儲存電力比較困難，如果發(fā)出來的電力未能得到有效利用，它將以電網(wǎng)發(fā)熱的方式損耗，從而造成大量的電能浪費。目前，以導(dǎo)熱油為傳熱介質(zhì)的相變蓄熱技術(shù)的應(yīng)用對于“削峰填谷”以及充分利用谷電方面具有顯著的優(yōu)點和廣泛的開發(fā)應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有的蓄熱技術(shù)仍存在蓄熱溫度低、貯存能量小、體積較大以及釋放過程不穩(wěn)定的問題；同時，由于導(dǎo)熱油的最高工作溫度一般在300?400°C，當(dāng)相變蓄熱的溫度過高時，導(dǎo)熱油則容易發(fā)生老化結(jié)焦的現(xiàn)象，這就限制了導(dǎo)熱油在高溫蓄熱領(lǐng)域的推廣使用。
[0003]蒸汽在很多工業(yè)生產(chǎn)過程中都是常用的熱介質(zhì)，在生活以及工藝生產(chǎn)過程中也是必不可少的熱源，目前，城市的工藝及工業(yè)生產(chǎn)用途的蒸汽供應(yīng)主要由燃煤鍋爐提供，而鍋爐在生產(chǎn)蒸汽的同時會產(chǎn)生一定量的污染性氣體。所以為了推行綠色環(huán)保的蒸汽生產(chǎn)方式，我們需要充分利用現(xiàn)有能源并改進(jìn)其生產(chǎn)利用方式。因而，如何設(shè)計并提供一種蓄熱溫度高，結(jié)構(gòu)緊湊和蓄/放熱效率高的谷電利用及蒸汽制備的裝置是目前急需解決的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]發(fā)明目的:為了推行綠色環(huán)保的蒸汽生產(chǎn)方式，解決現(xiàn)有相變蓄熱技術(shù)存在蓄熱溫度低、貯存能量小、設(shè)備體積較大、釋放過程不穩(wěn)定以及導(dǎo)熱油不適宜在高溫情況下(>400°C)進(jìn)行工作的問題，本實用新型提供了一種非氧化物陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用及蒸汽發(fā)生裝置，其能夠在夜間低谷電時，將電能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行儲存，白天用電高峰期采用軟水霧化后將熱量導(dǎo)出，為用戶提供生活熱水并提供蒸汽。特別適用于有蒸汽需求和峰谷電價差明顯或南方和北方無集中供暖管網(wǎng)地區(qū)的供暖和熱水供應(yīng)，同時還適合于風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電地區(qū)。
[0005]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用蒸汽發(fā)生裝置，其特征在于，包括蓄熱堆、蓄熱堆保溫結(jié)構(gòu)、傳熱介質(zhì)系統(tǒng)和換熱系統(tǒng);所述蓄熱堆包括一鋼性殼體和若干以列管式均勻布在所述鋼性殼體內(nèi)的蓄熱單元;所述蓄熱單元為中空結(jié)構(gòu)且內(nèi)部封裝蓄熱溫度達(dá)到700°C以上的熔鹽，外表面設(shè)有電加熱裝置;所述蓄熱堆保溫結(jié)構(gòu)設(shè)于蓄熱堆的外表面，包括導(dǎo)熱層、相變保溫層和水冷壁，所述水冷壁包括上水箱、下水箱和連接上下水箱的水管;所述傳熱介質(zhì)系統(tǒng)包括水栗、電磁流量計、液壓調(diào)節(jié)器、壓力計和霧化噴頭，所述水栗通過管路與下水箱相連，所述霧化噴頭設(shè)于蓄熱堆底部，將霧化后的軟水噴入蓄熱堆;所述換熱系統(tǒng)包括換熱器，所述換熱器通過蒸汽管道與蓄熱堆相連，通過水管道與上水箱相連，所述蒸汽管道上設(shè)有三通閥，可以根據(jù)用戶及不同的工藝要求，調(diào)節(jié)三通閥的開度以及調(diào)節(jié)換熱器的冷水流量，向用戶提供熱水和工藝用途的蒸汽。
[0007]作為優(yōu)選，所述蓄熱單元的外表面設(shè)有螺紋狀凹槽，所述電加熱裝置嵌在凹槽中，包括螺紋狀導(dǎo)熱外殼和內(nèi)部的電加熱絲。
[0008]作為優(yōu)選，所述蓄熱堆的底部設(shè)有隔溫板，所述霧化噴頭的附屬的管道布置在隔溫板的下方，噴頭布置在隔溫板的上方。所述的霧化噴頭采用空心圓錐霧化噴頭。
[0009]作為優(yōu)選，所述蓄熱堆采用立式圓柱的布置形式，高度方向上大于橫向直徑距離(比例大于2:1)，使蓄熱堆的內(nèi)部上下兩端能夠形成較大溫差，以確保軟水霧化后可以充分換熱形成飽和水蒸氣。
[0010]作為優(yōu)選，所述蓄熱單元包括中空圓柱結(jié)構(gòu)的非氧化物陶瓷管，內(nèi)部封裝氯化物熔鹽，熔鹽體積不超過陶瓷管中空體積的80%，使用非氧化物陶瓷封頭密封。
[0011]作為優(yōu)選，所述蓄熱堆保溫結(jié)構(gòu)包裹在所述鋼性殼體的外部，從內(nèi)向外依次為導(dǎo)熱磚、相變保溫層、水冷壁和聚氨酯復(fù)合板保溫層。通過相變保溫層形成的恒溫墻以及水冷壁，可以減小高溫蓄熱堆與周圍環(huán)境之間的溫差，減少溫差傳熱及輻射帶來的熱損失。
[0012]作為優(yōu)選，所述相變保溫層采用石蠟為相變材料，膨脹石墨作為相變材料的支撐載體，蓄熱過程中，經(jīng)過導(dǎo)熱磚的傳熱，維持相變保溫層內(nèi)復(fù)合相變材料始終處于相變狀態(tài)，形成一道恒溫墻，減少高溫蓄熱堆的熱損失。
[0013]工作原理:本實用新型的谷電利用及蒸汽發(fā)生裝置中蓄熱堆采用立式管殼式換熱器的形式，內(nèi)部的蓄熱單元以列管式密布，內(nèi)部封裝氯化物熔鹽，外表面纏有電加熱裝置，可將其在夜間低價谷電時段開啟，進(jìn)行蓄熱。蓄熱堆經(jīng)導(dǎo)熱層傳熱后，使相變保溫層中復(fù)合相變材料始終保持在相變的狀態(tài)(80°C左右)，形成恒溫墻，能夠減少高溫蓄熱堆與周圍環(huán)境之間高溫差引起的耗散熱損失;水冷壁由水管組成并連接著上水箱和下水箱，傳熱介質(zhì)為軟水，其中常溫軟水貯存在上水箱，重力作用下通過水冷壁進(jìn)行預(yù)熱后進(jìn)入下水箱。在白天用電高峰期，下水箱中的軟水經(jīng)過栗抽吸后進(jìn)入流量計和液壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)流量和壓力，再經(jīng)過霧化噴頭霧化后進(jìn)入蓄熱堆，與高溫蓄熱單元充分換熱后，形成高溫飽和蒸汽并輸送出，通過三通分流后進(jìn)入換熱器與冷水換熱，產(chǎn)生熱水向用戶提供熱水和供暖，同時也可以提供工藝所需的蒸汽。
[0014]有益效果:本實用新型一種陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用蒸汽發(fā)生裝置的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的創(chuàng)新點及其有益效果有:I)首先是耐腐蝕性方面，相比于常規(guī)的蓄熱裝置，本實用新型所選用的非氧化物陶瓷管同時具有較高的熱傳導(dǎo)率和良好的耐腐蝕性;2)其次是蓄熱能力方面，本實用新型采用蓄熱溫度可以達(dá)到700°C的熔鹽，如氯化物熔鹽(熔點是550°C)為相變材料，具有蓄熱溫度高、蓄熱密度大、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點；3)第三是保溫結(jié)構(gòu)方面，本實用新型采用了多層保溫結(jié)構(gòu)，其中相變保溫層和水冷壁，相變保溫層中復(fù)合相變材料始終維持在相變狀態(tài)(溫度在80°C左右)，水冷壁中為常溫軟水，兩者能夠形成有效的隔溫層，大大減小了高溫蓄熱堆與周圍環(huán)境的高溫差所引起的熱耗散損失;4)此外，本實用新型的蓄熱堆內(nèi)部采用類似于管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置密布有陶瓷管蓄熱單元，下方設(shè)置有霧化噴頭，使換熱介質(zhì)霧化后再與蓄熱單元換熱，能夠確保兩者進(jìn)行充分的換熱，同時可以根據(jù)用戶需求改變軟水的每小時的霧化流量，應(yīng)對不同程度的生活熱水供應(yīng)和蒸汽供應(yīng)的要求。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本實用新型實施例中蓄熱堆及其保溫層的剖面示例圖。
[0017]圖3為本實用新型實施例的工作原理示意圖。
[0018]圖中，1-聚氨酯復(fù)合板，2-上水箱，3-水冷壁，4-下水箱，5-相變保溫層，6_導(dǎo)熱磚，7-鋼性殼體，8-蓄熱單元，9-氣液分離區(qū)，10-隔溫板，11-水栗，12-電磁流量計，13-液壓調(diào)節(jié)器，14-壓力計，15-霧化噴頭，16-三通閥，17-換熱器。
【具體實施方式】
[0019]為詳細(xì)地對本實用新型的技術(shù)原理、技術(shù)方案及優(yōu)點描述得更加清楚，以下結(jié)合附圖，對本實用新型進(jìn)行更加全面的描述。
[0020]如圖1、圖2和圖3所示，本實施例實用新型實施例公開的中一種陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用蒸汽發(fā)生裝置，主要包括蓄熱堆主體、蓄熱堆保溫結(jié)構(gòu)、傳熱介質(zhì)系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)。蓄熱堆通過蒸汽管道與換熱系統(tǒng)相連，蒸汽管內(nèi)的高溫飽和水蒸氣通過三通閥調(diào)節(jié)流量分配，能夠同時滿足生活熱水及工藝用途的蒸汽供應(yīng)。各部分的具體介紹如下:
[0021]蓄熱堆主體:包括鋼性殼體7、蓄熱單元8以及下層隔溫板10;其中蓄熱堆內(nèi)部為立式管殼式換熱器形式，鋼性殼體7上設(shè)置有軟水入口和蒸汽出口；蓄熱堆內(nèi)部，頂部設(shè)置為氣液分離區(qū)9，底部設(shè)置為隔溫空間；蓄熱堆以殼程為傳熱介質(zhì)，管側(cè)設(shè)置熔鹽相變蓄熱單元8;所述的蓄熱單元表面嵌有螺紋狀的電加熱裝置;所述的隔溫板(10)在蓄熱堆下方形成一個高溫隔離層，并作為蓄熱單元的支撐結(jié)構(gòu);蓄熱單元8豎直方向上以列管式均布在鋼性殼體7內(nèi)，每個蓄熱單元8之間留有換熱通道;蓄熱單元8采用內(nèi)部封裝熔鹽的圓柱形非氧化物陶瓷管結(jié)構(gòu)，其外表面有螺紋狀的凹槽，能夠以嵌入式布置螺旋狀的電加熱裝置，電加熱裝置采用螺旋狀的導(dǎo)熱板，其內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)并布置有電加熱絲。其中非氧化物陶瓷管具有高導(dǎo)熱率及高比熱容，陶瓷管制預(yù)成中空的圓柱結(jié)構(gòu)；熔鹽依據(jù)蓄熱溫度的要求(700°C)，可以選用氯化物熔鹽，封裝的熔鹽體積不超過陶瓷管中空體積的80%，熔鹽相變材料使用預(yù)制的碳化硅陶瓷封頭密封。隔溫板10在蓄熱堆下方形成一個高溫隔離層，并作為蓄熱單元的支撐結(jié)構(gòu)。
[0022]蓄熱堆保溫結(jié)構(gòu):如圖1和圖2所示蓄熱堆的保溫結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外，包括導(dǎo)熱磚6、相變保溫層5、水冷壁3和聚氨酯復(fù)合板I。導(dǎo)熱磚6可選用輕質(zhì)硅石，其在高溫狀態(tài)下，導(dǎo)熱系數(shù)較小，因而可以減小蓄熱堆的溫差損失，同時也能夠傳遞一部分熱量到相變保溫層，并根據(jù)相變保溫層溫度和蓄熱堆殼體溫度要求，合理布置導(dǎo)熱磚厚度。相變保溫層5可以以石蠟(C40H82)為相變材料，采用膨脹石墨作為相變材料的支撐結(jié)構(gòu)，其溫度保持在能夠維持膨脹石墨和石蠟所組成的復(fù)合相變材料始終處于相變的狀態(tài)。水冷壁3包括上水箱2、下水箱4和鋼管，常溫軟水貯存在上水箱中，使用時打開上水箱中的開口，受重力作用軟水會通過鋼管進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后進(jìn)入下水箱。聚氨酯復(fù)合板I的耐溫在80°C-12(TC。
[0023]傳熱介質(zhì)系統(tǒng):包括水栗11、電磁流量計12、液壓調(diào)節(jié)器13、壓力計14和霧化噴頭15。水栗11可根據(jù)用戶熱水供應(yīng)和工業(yè)蒸汽供應(yīng)要求調(diào)節(jié)軟水的流量;流量計12、液壓調(diào)節(jié)器13和壓力計14主要用于根據(jù)霧化噴頭15的要求調(diào)節(jié)軟水的流量和壓力;霧化噴頭15的前端的管道布置在蓄熱堆下方的隔熱空間，即隔溫板10的下方，防止管道中的介質(zhì)在到達(dá)噴頭前發(fā)生霧化;霧化噴頭15可采用空心圓錐霧化噴頭，其下端固定在隔熱板上方。
[0024]換熱系統(tǒng):包括三通閥16、換熱器17及其附屬管道。換熱器17可采用管殼式換熱器，三通閥16設(shè)置在換熱器17與蓄熱堆相連的蒸汽管道上，可根據(jù)工藝用途的蒸汽需求量，調(diào)節(jié)三通閥閥門開度。換熱器17可根據(jù)蒸汽的溫降要求調(diào)節(jié)冷水水栗的流量，與冷水充分換熱后的傳熱介質(zhì)(軟水)重新被冷卻到常溫狀態(tài)，通過水管道送入上水箱中循環(huán)使用。尤其特別地注意蒸汽管道及換熱器17的保溫工作。
[0025]本實用新型實施例的一種陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用蒸汽發(fā)生裝置，其工作流程主要敘述如下:
[0026]蓄熱時:如圖1所示，在夜間低價谷電時，啟動電加熱裝置，電加熱絲升溫并開始以熱輻射和導(dǎo)熱的方式將熱量傳遞給螺旋狀導(dǎo)熱板，導(dǎo)熱板以熱傳導(dǎo)和導(dǎo)熱的形式將熱量散發(fā)給陶瓷管蓄熱單元8，由于電加熱裝置嵌在蓄熱單元8的外表面，且非氧化物陶瓷管導(dǎo)熱系數(shù)比較高，因而能確保蓄熱單元8快速地吸收熱量，并緊接著迅速的將熱量傳遞給氯化物熔鹽，熔鹽發(fā)生相變從而進(jìn)行蓄熱，加熱到要求溫度(700°C)后，關(guān)閉電加熱裝置。
[0027]放熱時:在白天用電高峰時，起動水栗11將下水箱4中的軟水抽取進(jìn)入霧化裝置，經(jīng)霧化噴頭15霧化后進(jìn)入蓄熱堆內(nèi)部與蓄熱單元8進(jìn)行充分換熱，形成的高溫飽和水蒸氣，高溫飽和水蒸氣被引出后經(jīng)三通閥16調(diào)節(jié)分流，一部分供應(yīng)蒸汽，另一部分進(jìn)入管殼式換熱器17換熱，冷卻后的軟水重新循環(huán)送到上水箱2。
[0028]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，目的是為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或者實際運行本實用新型。本文所定義的原理及技術(shù)內(nèi)容，專業(yè)的技術(shù)人員可以在不脫離本實用新型的精神或范圍下做出等同的修改，只要符合本實用新型的精神，其都將在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用蒸汽發(fā)生裝置，其特征在于，包括蓄熱堆、蓄熱堆保溫結(jié)構(gòu)、傳熱介質(zhì)系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)； 所述蓄熱堆包括一鋼性殼體(7)和若干以列管式均勻布在所述鋼性殼體(7)內(nèi)的蓄熱單元(8);所述蓄熱單元(8)為中空結(jié)構(gòu)且內(nèi)部封裝蓄熱溫度達(dá)到700 °C以上的熔鹽，外表面設(shè)有電加熱裝置； 所述蓄熱堆保溫結(jié)構(gòu)設(shè)于蓄熱堆的外表面，包括導(dǎo)熱層、相變保溫層和水冷壁，所述水冷壁包括上水箱(2)、下水箱(4)和連接上下水箱的水管； 所述傳熱介質(zhì)系統(tǒng)包括水栗(11)、電磁流量計(12)、液壓調(diào)節(jié)器(13)、壓力計(14)和霧化噴頭(15)，所述水栗(11)通過管路與下水箱(4)相連，所述霧化噴頭(15)設(shè)于蓄熱堆底部，將霧化后的軟水噴入蓄熱堆； 所述換熱系統(tǒng)包括換熱器(17)，所述換熱器(17)通過蒸汽管道與蓄熱堆相連，通過水管道與上水箱(2)相連，所述蒸汽管道上設(shè)有三通閥(16)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用蒸汽發(fā)生裝置，其特征在于，所述蓄熱單元(8)的外表面設(shè)有螺紋狀凹槽，所述電加熱裝置嵌在凹槽中，包括螺紋狀導(dǎo)熱外殼和內(nèi)部的電加熱絲。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用蒸汽發(fā)生裝置，其特征在于，所述蓄熱堆的底部設(shè)有隔溫板(10)，所述霧化噴頭(15)的附屬的管道布置在隔溫板(10)的下方，噴頭布置在隔溫板(10)的上方。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用蒸汽發(fā)生裝置，其特征在于，所述霧化噴頭(15)為空心圓錐霧化噴頭。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用蒸汽發(fā)生裝置，其特征在于，所述蓄熱堆采用立式圓柱的布置形式，高度方向上大于橫向直徑距離。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用蒸汽發(fā)生裝置，其特征在于，所述蓄熱單元包括中空圓柱結(jié)構(gòu)的非氧化物陶瓷管，內(nèi)部封裝氯化物熔鹽，熔鹽體積不超過陶瓷管中空體積的80%，使用非氧化物陶瓷封頭密封。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用蒸汽發(fā)生裝置，其特征在于，所述蓄熱堆保溫結(jié)構(gòu)包裹在所述鋼性殼體(7)的外部，從內(nèi)向外依次為導(dǎo)熱磚(6)、相變保溫層(5)、水冷壁(3)和聚氨酯復(fù)合板(I)保溫層。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種陶瓷基體熔鹽相變高溫蓄熱式谷電利用蒸汽發(fā)生裝置，其特征在于，所述相變保溫層(5)為采用石蠟為相變材料，膨脹石墨作為相變材料支撐載體的相變保溫層。
【文檔編號】F22B1/06GK205535703SQ201620061846
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月21日
【發(fā)明人】陸勇, 張勉照, 段文軍, 鹿浩偉
【申請人】東南大學(xué)