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CN109780877A - 一种基于管式加热炉的热能储存和释放系统 - Google Patents

一种基于管式加热炉的热能储存和释放系统 Download PDF

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CN109780877A
CN109780877A CN201910086803.6A CN201910086803A CN109780877A CN 109780877 A CN109780877 A CN 109780877A CN 201910086803 A CN201910086803 A CN 201910086803A CN 109780877 A CN109780877 A CN 109780877A
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CN
China
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energy storage
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heat
energy
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CN201910086803.6A
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王扬
张宁博
刘毅
蒋元丁
高路
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Beijing Pioneer Energy Polytron Technologies Inc
Original Assignee
Beijing Pioneer Energy Polytron Technologies Inc
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Abstract

本发明公开了一种基于管式加热炉的热能储存和释放系统，该系统包括相变蓄热材料、保温层、储能介质循环单元、储能外输管道和储能外取热器；保温层置于土壤中挖掘出的储能池中，相变蓄热材料由保温层完全包裹覆盖，保温层上方由泥土回填；储能介质循环单元同时与相变蓄热材料和连接在管式加热炉烟气管道中的储能外取热器相连，烟气管道中热能通过与相变蓄热材料进行热交换后储存在相变蓄热材料中，储能外输管道同时与相变蓄热材料相连，在需要时通过储能外输管道向外释放相变蓄热材料中储存的热能。本发明能够使管式加热炉的废热集中稳定储存，降低装置能耗和生产成本，最大程度上减少温室气体排放引起的气候变化。

Description

一种基于管式加热炉的热能储存和释放系统
技术领域
本发明涉及一种管式加热炉用储能系统，属于石油化工加热管式加热炉设备技术领域。
背景技术
管式加热炉是石油炼制、石油化工和化学、化纤工业、煤化工、煤制油中使用的工艺加热炉，被加热物质在管内流动，可是气体、液体和含有固体颗粒的气液固三相介质。而且，这些介质都是易燃易爆的物质，危险性大
管式加热炉的能耗消耗在装置中占有相当大的比例，最大时可达到90％。热效率是管式加热炉先进性的一个重要指标，受加工工艺和冷源介质的影响，加热炉一般设置空气预热器的形式，通过空气与烟气的换热来降低排烟温度，提高热效率。由于受含硫燃料的影响，含硫烟气在低温情况下，与烟气中的水蒸汽产生硫酸液体，对空气预热器进行腐蚀，通常情况下加热炉的排烟温度在140℃，过低的排烟温度会急剧腐蚀空气预热器，危害设备和系统的稳定运行。
由于加热炉废热属低品位余热，在现有工艺流程下，无法满足工业高品质热源的需求。废热回收目前只能实时利用，限制了废热在季节性供热和供暖上的使用。
一个典型的千万吨炼油厂，加热炉废气排放量约为70x104Nm3/h,有大量的烟气废热没有得到利用不仅造成能源的浪费，而其还污染了环境。受加工工艺、换热流程、无可利用冷源等因素尚无一种合适的方法来回收此部分废热，即使能有个别方法来回收，但利用成本太高，使用规模和范围受到很大限制，还无法在工业中广泛应用。开发一种稳定的储能系统，使废热集中储存，多样化利用的技术是十分迫切需要的。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于管式加热炉的热能储存和释放系统，能够使管式加热炉的废热集中稳定储存，当需要热能时可稳定向外输出，降低装置能耗和生产成本，最大程度上减少温室气体排放引起的气候变化。
一种基于管式加热炉的热能储存和释放系统，该系统包括相变蓄热材料、保温层、储能介质循环单元、储能外输管道和储能外取热器；
所述保温层置于土壤中挖掘出的储能池中，所述相变蓄热材料由保温层完全包裹覆盖，保温层上方由泥土回填；所述储能介质循环单元同时与相变蓄热材料和连接在管式加热炉烟气管道中的储能外取热器相连，烟气管道中热能通过与相变蓄热材料进行热交换后储存在相变蓄热材料中，所述储能外输管道同时与相变蓄热材料相连，在需要时通过储能外输管道向外释放相变蓄热材料中储存的热能。
进一步地，所述储能介质循环单元中的循环介质为液体。
进一步地，所述相变蓄热材料采用多孔纳米蜂窝蓄热体与换热介质直接接触进行换热，蓄热材料通过自身温度的变化来储热。
进一步地，所述多孔纳米蜂窝蓄热体由三氧化二铝和二氧化钛材料烧结成型。
进一步地，所述保温层由高温水泥混合蛭石或岩石浇筑成型，外层由保温砖砌筑，保温砖外表面涂上防腐蚀涂料。
有益效果：
1、本发明利用储能介质循环单元将换热介质送至储能外取热器与废热烟气进行换热，换热后的介质送入地下储能池与相变蓄热材料换热降温后，再次进入储能外取热器进行循环工作，由于换热介质与废热烟气是气液传热，比原气气(空气与烟气)传热效率提升200％以上，以一个1000万吨/年规模的炼油厂为例，加热炉烟气温度由常规的140℃降至50℃，烟气量为70x104Nm3/h，回收热量折合天然气热值约30兆瓦，每年可节省天然气约940吨，经济价值显著。
2、本发明可通过设置不同大小的储能池，解决不同规模的烟气处理能力，系统设计灵活方便适用不同规模的工业工厂，储能系统设置在地下，能干节省大量地面空间，节约土地使用成本。
3、本发明通过在土壤中挖掘出储能池，深层土壤和岩层也具有一定保温作用。相比设置在地表面上的蓄热体而言，埋入地下的蓄热体可以利用现有天然土壤和岩层进行外表面填埋，在一定程度上可以起到一定保温作用，在相同保温条件下，用天然土壤和岩层的填埋保温形式，与地上保温相比节省保温材料，绿色环保，保护了社会资源。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
其中，1-相变蓄热材料、2-保温层、3-土壤、4-储能介质循环单元、5-储能外输管道、6-储能外取热器、7-辐射室、8-对流室、9-烟囱、10-烟气管道、11-空气送风机、12-烟气送风机、13-燃烧单元。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1所示，本发明提供了一种基于管式加热炉的热能储存和释放系统，热能储存和释放系统与管式加热炉中的烟气管道10相连，通过热交换实现对管式加热炉烟气中的热能的存储。
管式加热炉中，燃烧单元13对辐射室7中的设备进行加热，燃料产生的高温烟气从辐射室上方的对流室8流入烟囱9中，烟气管道10将高温烟气从烟囱中引出至空气预热器中，空气送风机抽入的外部空气在空气预热器中与高温烟气换热后进入辐射室7参与燃烧，换热后的高温烟气被烟气送风机12送入热能储存和释放系统中的储能外取热器6内进行热交换，换热后的废烟气再由烟气管道10引入烟囱9中排空。
热能储存和释放系统包括相变蓄热材料1、保温层2、储能介质循环单元4、储能外输管道5和储能外取热器6；
在地面上挖掘出一个储存相变蓄热材料1和保温层2的储能池，保温层2置于土壤3中挖掘出的储能池中，相变蓄热材料1由保温层2完全包裹覆盖，保温层2上方由泥土回填；储能介质循环单元4同时与相变蓄热材料1和连接在管式加热炉烟气管道中的储能外取热器6相连，通过循环介质实现高温烟气与相变蓄热材料1之间的换热，循环介质将烟气管道中高温烟气的热能通过与相变蓄热材料进行热交换后储存在相变蓄热材料中，储能外输管道5同时与相变蓄热材料1相连，在需要时通过储能外输管道5向外输出相变蓄热材料1中储存的热能，实现热能的释放利用。
储能介质循环单元4中的循环介质为液体。
相变蓄热材料1采用多孔纳米蜂窝蓄热体与换热介质直接接触进行换热，蓄热材料通过自身温度的变化来储热；多孔纳米蜂窝蓄热体由三氧化二铝和二氧化钛材料烧结成型。
保温层2由高温水泥混合蛭石或岩石浇筑成型，外层由保温砖砌筑，保温砖外表面涂上防腐蚀涂料。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于管式加热炉的热能储存和释放系统，其特征在于，该系统包括相变蓄热材料、保温层、储能介质循环单元、储能外输管道和储能外取热器；
所述保温层置于土壤中挖掘出的储能池中，所述相变蓄热材料由保温层完全包裹覆盖，保温层上方由泥土回填；所述储能介质循环单元同时与相变蓄热材料和连接在管式加热炉烟气管道中的储能外取热器相连，烟气管道中热能通过与相变蓄热材料进行热交换后储存在相变蓄热材料中，所述储能外输管道同时与相变蓄热材料相连，在需要时通过储能外输管道向外释放相变蓄热材料中储存的热能。
2.如权利要求1所述的基于管式加热炉的热能储存和释放系统，其特征在于，所述储能介质循环单元中的循环介质为液体。
3.如权利要求2所述的基于管式加热炉的热能储存和释放系统，其特征在于，所述相变蓄热材料采用多孔纳米蜂窝蓄热体与换热介质直接接触进行换热，蓄热材料通过自身温度的变化来储热。
4.如权利要求3所述的基于管式加热炉的热能储存和释放系统，其特征在于，所述多孔纳米蜂窝蓄热体由三氧化二铝和二氧化钛材料烧结成型。
5.如权利要求4所述的基于管式加热炉的热能储存和释放系统，其特征在于，所述保温层由高温水泥混合蛭石或岩石浇筑成型，外层由保温砖砌筑，保温砖外表面涂上防腐蚀涂料。
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