CN217763370U - 一种零碳储热供汽系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种零碳储热供汽系统，该系统包括高压电加热系统、固体储热系统、蒸汽发生系统、给水系统和备用电蒸汽锅炉；该系统利用夜间廉价的低谷电转化成热能将其储存在规模化储热材料中，在日间进行能量释放，产生工业蒸汽，可有效避免燃煤锅炉供蒸汽产生大量污染物和单独使用燃气锅炉供蒸汽成本高昂等问题。通过配置固体储热系统和备用电蒸汽锅炉，使得该系统可以实现三种不同的供热模式。不同供热模式切换自由，能合理配置系统的储热供热，降低了系统的运行费用，实现了供热多元化、稳定化、控制简单化。

Description

一种零碳储热供汽系统

技术领域

本实用新型涉及储能供热领域，具体涉及一种零碳储热供汽系统。

背景技术

目前，在我国工业使用传统燃煤锅炉的比重还是比较大的，传统燃煤锅炉带来了一定程度的生态污染，工业蒸汽领域正慢慢被燃气锅炉或电锅炉所替代。可是，电供暖虽然具有使用方便、清洁的优点，但却存在成本过高、蓄热能力受限、生产周期长、无法实现大容量储热等问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的问题是，设计一种零碳储热供汽系统，利用夜间廉价的低谷电转化成热能将其储存在规模化储热材料中，在日间进行能量释放，产生工业蒸汽，可有效避免燃煤锅炉供蒸汽产生大量污染物和单独使用燃气锅炉供蒸汽成本高昂等问题。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种零碳储热供汽系统，其特征在于，包括高压电加热系统、固体储热系统、蒸汽发生系统、给水系统和备用电蒸汽锅炉；

高压电加热系统包括高压配电柜、电加热丝，高压配电柜的电压输出端通过导电线与电加热丝的接电端连接；电加热丝的发热端设置于固体储热系统内部；固体储热系统包括隔热外壳和储热材料，隔热外壳上设置有电加热丝安装孔、低温空气进口、高温空气出口，其余部分均密封；电加热丝通过电加热丝安装孔与隔热外壳固定连接；储热材料为带取热孔的蓄热砖，固定设置在隔热外壳的内部，且其取热孔的方向与低温空气进口、高温空气出口正对，位于电加热丝安装孔处的蓄热砖上设置有贯通的加热孔，用于容纳电加热丝的发热端；

蒸汽发生系统包括除氧器、预热器、蒸发器、汽包，给水系统由软化水处理装置组成；所述除氧器的下部为罐体，其上部为顶端设置有出气孔的加热部，加热部的底部与罐体的顶部衔接在一起；除氧器上设置有两个进水口，一个进气口，一个出水口，其余部分为密封结构；其中，第一进水口设置于加热部的上端，进气口设置于加热部的下端，出水口设置于罐体的下端，第二进水口设置于罐体的上端；预热器为管壳式结构，管程上设置有进水口与出水口，壳程上设置有进气口与出气口；蒸发器为釜式结构，内层罐体上设置有进水口和出气口，其外层壳体与内层罐体之间为热空气流通空间；该热空气流通空间除了设置有循环空气输入口、循环空气输出口之外，其余部分为密封结构；

软化水处理装置的出水管道连接除氧器的第一进水口；除氧器的出水管道上安装有给水泵，该出水管道的末端为两个分管路，分别连接预热器的进水口、备用电蒸汽锅炉的进水口，且在该两个分管路上各安装有一个流量阀；预热器的出水口通过管道与汽包的第一输入口连接，汽包的降液管与蒸发器的进水口连接，蒸发器的出气口通过升汽管连接汽包的第二输入口；汽包的饱和蒸汽输出口连接有三路管路，第一路管路的另一端连接预热器的进气口，第二路管路的另一端连接除氧器的进气口，第三路管路的另一端连接饱和蒸汽应用端，且在第三路管路上安装有流量阀；预热器的出气口与除氧器的第二进水口通过管道连接；备用电蒸汽锅炉的饱和蒸汽输出口通过管路连接饱和蒸汽应用端，且在该管路上安装有流量阀；蒸发器的循环空气输入口与隔热外壳上的高温空气出口通过管道连接，蒸发器的循环空气输出口与固体储热系统的隔热外壳上的低温空气进口通过管道连接，且在该两个管道的任意一个上安装有循环风机。

与现有工艺相比，本实用新型的有益效果是：

(1)固体蓄热砖具有制造成本低、生产周期短、比热大、热稳定性高、导热系数可达16.9W/(m*k)、使用寿命长等优点。由于铁矿石与水泥窑废旧镁铁砖头为320元/吨左右，成本低廉；不需要传统的高温烧成工艺，只需干燥后即可投入使用，生产周期短。

(2)本实用新型通过配置固体储热系统和备用电蒸汽锅炉，使得该系统可以实现三种不同的供热模式，不同供热模式切换自由，合理配置系统的储热供热，降低了系统的运行费用，实现了供热多元化、稳定化、控制简单化。

(3)本实用新型以空气为固体储热系统的导热介质，与常规采用的导热油相比，常规导热油温度最高使用为450℃，然而空气温度可用范围更广，最高可达800℃。

(4)利用低谷电为系统供热，可“削峰填谷”，消纳清洁风光电，零碳无污染。本实用新型设计的系统利用低价低谷电，能量利用效率高，能有效降低供蒸汽的运行成本。经初步测算，以广州为例，当前低谷低价电电价约为0.335元/kwh，峰电价格约为1.127元/kWh，假设每吨蒸汽耗电量约为0.7MWh，使用此种技术后，每吨蒸汽将节省554.4元。

附图说明

图1是本实用新型一种零碳储热供汽系统一种实施例的原理示意图。

图中，1、高压配电系统；2、固体储热系统；3、除氧器；4、预热器；5、蒸发器；6、汽包；7、备用电蒸汽锅炉；8、给水泵；9、循环风机；10、给水系统。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请的保护范围。

本实用新型提供一种零碳储热供汽系统，包括高压电加热系统1、固体储热系统2、蒸汽发生系统、给水系统10和备用电蒸汽锅炉7。

高压电加热系统1包括高压配电柜、电加热丝，电加热丝为铬镍合金材料，材料本身耐高温要求达到1300℃以上，具有耐高温、耐腐蚀等优点，可选用Cr20Ni80、Cr30Ni70、Cr15Ni60、Cr20Ni35等材料，优选Cr20Ni80。高压配电柜的电压输出端通过导电线与电加热丝的接电端连接，为电加热丝提供10kV高压电。电加热丝的发热端设置于固体储热系统内部。电加热丝通电后，产生的热量与固体储热系统进行热交换，从而使固体储热系统温度升高。固体储热系统包括隔热外壳和储热材料，隔热外壳上设置有电加热丝安装孔、低温空气进口、高温空气出口，其余部分均密封；电加热丝通过电加热丝安装孔与隔热外壳固定连接。储热材料为带取热孔的蓄热砖，固定设置在隔热外壳的内部，且其取热孔的方向与低温空气进口、高温空气出口正对，位于电加热丝安装孔处的蓄热砖上设置有贯通的加热孔，用于容纳电加热丝的发热端。

作为一种实施例，电加热丝的发热端为螺旋状结构，蓄热砖上的加热孔为与其外表面相匹配的螺纹孔，使得电加热丝的发热端与蓄热砖紧密贴合，增大接触面积，提高传热能力。

作为一种实施例，蓄热砖为多块拼装组合成型，蓄热砖的制备材料优选铁矿石和废旧镁铁砖，尺寸以90#镁铁砖、92#镁铁砖、95#镁铁砖为主，其中以92#镁铁砖组合而成的蓄热体在高温情况下，抗压、克服自身重量的效果更好，蓄热体内的热量传递以及蓄热体的蓄热效果也更好。

蒸汽发生系统包括除氧器3、预热器4、蒸发器5、汽包6，给水系统10由软化水处理装置组成，型号为HNP-85。

所述除氧器3的下部为罐体，其上部为顶端设置有出气孔的加热部，加热部的底部与罐体的顶部衔接在一起；除氧器上设置有两个进水口，一个进气口，一个出水口，其余部分为密封结构；其中，第一进水口设置于加热部的上端，进气口设置于加热部的下端，出水口设置于罐体的下端，第二进水口设置于罐体的上端。预热器4为管壳式结构，管程上设置有进水口与出水口，壳程上设置有进气口与出气口；蒸发器5为釜式结构，内层罐体上设置有进水口和出气口，其外层壳体与内层罐体之间为热空气流通空间；该热空气流通空间除了设置有循环空气输入口、循环空气输出口之外，其余部分为密封结构。

软化水处理装置的出水管道连接除氧器3的第一进水口；除氧器3的出水管道上安装有给水泵8，该出水管道的末端为两个分管路，分别连接预热器4的进水口、备用电蒸汽锅炉7的进水口，且在该两个分管路上各安装有一个流量阀。预热器4的出水口通过管道与汽包6的第一输入口连接，汽包6的降液管与蒸发器5的进水口连接，蒸发器5的出气口通过升汽管连接汽包6的第二输入口；汽包6的饱和蒸汽输出口连接有三路管路，第一路管路的另一端连接预热器4的进气口，第二路管路的另一端连接除氧器3的进气口，第三路管路的另一端连接饱和蒸汽应用端，且在第三路管路上安装有流量阀；预热器4的出气口与除氧器3的第二进水口通过管道连接。备用电蒸汽锅炉7的饱和蒸汽输出口通过管路连接饱和蒸汽应用端，且在该管路上安装有流量阀。蒸发器5的循环空气输入口与隔热外壳上的高温空气出口通过管道连接，蒸发器5的循环空气输出口与固体储热系统2的隔热外壳上的低温空气进口通过管道连接，且在该两个管道的任意一个上安装有循环风机9。循环风机9将固体储热系统内的热量通过空气引入到蒸发器5的热空气流通空间内，对内层罐体内的水进行加热，生成饱和蒸汽并输送到汽包6。

预热器4为管壳式结构，管内流通除氧器3输入的软化水，壳内流通汽包6输出的饱和蒸汽，以壳内的饱和蒸汽对管内的水进行预热，饱和蒸汽热交换后输入到除氧器3，低温蒸汽或者水流入除氧器3。

汽包6为内置汽水分离器的管式结构，型号为S-0.75/165。

除氧器3的出水管道、预热器4的壳程的饱和蒸汽输入管道、蒸发器5的循环空气输出管道等关键设备的进出口管路上均设有温度传感器，用于检测流体温度，型号选用PT100。

所述除氧器3为采用热力除氧设备，工作压力为0.12MPa(a)。

本实用新型零碳储能供汽系统的工作原理与流程：自软化水处理装置流出的常温水经除氧器3除氧预热后流出，流出的水通过给水泵8增压后分两股，一股自预热器4的管程入口流入预热器4，加热升温到一定温度后自预热器出口流出，之后进入汽包6进一步加热；其中，生成的饱和蒸汽在汽包6内经过汽水分离装置脱水干燥后，产生干饱和蒸汽，经汽包6的饱和蒸汽输出口输出；余下的液态水自汽包通过降液管流入蒸发器5，在蒸发器5的管程内完成相变蒸发，产生的饱和蒸汽自蒸发器5的管程出口经升汽管流入汽包6，湿饱和蒸汽在汽包内经过汽水分离装置脱水干燥后，产生干饱和蒸汽，经汽包6的饱和蒸汽输出口输出；另一股进入备用电蒸汽锅炉7，直接加热至所需的饱和蒸汽后，送至饱和蒸汽应用端。

汽包6输出的饱和蒸汽中的少量部分通过预热器4的壳程入口进入预热器4，在预热器4内换热降温后产生的液态水进入除氧器3；汽包6输出的饱和蒸汽中的另一少量的部分通过除氧器入口进入除氧器，满足热力除氧需要。

作为一种实施例，自蒸发器5的壳程出口流出的200℃空气经过循环风机9增压后进入固体储热系统2中加热升温，升温至700℃后从固体储热系统2流出后进入蒸发器5的壳程入口，进入蒸发器5进行换热。

软化水处理装置的出水管道上设有补水泵；蒸发器5设有连续排污口与定期排污口，系统运行时，需视水质情况进行排污。

系统工作模式分边储热边放热模式、只储热不放热模式、电蒸汽锅炉直供模式三种。

边储边放模式工作时：高压电加热系统1、固体储热系统2、蒸汽发生系统和给水系统10均处于工作状态，备用电蒸汽锅炉7处于停机状态；

只储热不放热模式工作时：高压电加热系统1、固体储热系统2处于工作状态，蒸汽发生系统、给水系统和备用电蒸汽锅炉7处于停机状态；

电蒸汽锅炉直供模式工作时：高压电加热系统1、固体储热系统2、蒸汽发生系统和给水系统均处于停机状态，备用电蒸汽锅炉7处于工作状态。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (8)

1.一种零碳储热供汽系统，其特征在于，包括高压电加热系统、固体储热系统、蒸汽发生系统、给水系统和备用电蒸汽锅炉；

高压电加热系统包括高压配电柜、电加热丝，高压配电柜的电压输出端通过导电线与电加热丝的接电端连接；电加热丝的发热端设置于固体储热系统内部；固体储热系统包括隔热外壳和储热材料，隔热外壳上设置有电加热丝安装孔、低温空气进口、高温空气出口，其余部分均密封；电加热丝通过电加热丝安装孔与隔热外壳固定连接；储热材料为带取热孔的蓄热砖，固定设置在隔热外壳的内部，且其取热孔的方向与低温空气进口、高温空气出口正对，位于电加热丝安装孔处的蓄热砖上设置有贯通的加热孔，用于容纳电加热丝的发热端；

蒸汽发生系统包括除氧器、预热器、蒸发器、汽包，给水系统由软化水处理装置组成；所述除氧器的下部为罐体，其上部为顶端设置有出气孔的加热部，加热部的底部与罐体的顶部衔接在一起；除氧器上设置有两个进水口，一个进气口，一个出水口，其余部分为密封结构；其中，第一进水口设置于加热部的上端，进气口设置于加热部的下端，出水口设置于罐体的下端，第二进水口设置于罐体的上端；预热器为管壳式结构，管程上设置有进水口与出水口，壳程上设置有进气口与出气口；蒸发器为釜式结构，内层罐体上设置有进水口和出气口，其外层壳体与内层罐体之间为热空气流通空间；该热空气流通空间除了设置有循环空气输入口、循环空气输出口之外，其余部分为密封结构；

软化水处理装置的出水管道连接除氧器的第一进水口；除氧器的出水管道上安装有给水泵，该出水管道的末端为两个分管路，分别连接预热器的进水口、备用电蒸汽锅炉的进水口，且在该两个分管路上各安装有一个流量阀；预热器的出水口通过管道与汽包的第一输入口连接，汽包的降液管与蒸发器的进水口连接，蒸发器的出气口通过升汽管连接汽包的第二输入口；汽包的饱和蒸汽输出口连接有三路管路，第一路管路的另一端连接预热器的进气口，第二路管路的另一端连接除氧器的进气口，第三路管路的另一端连接饱和蒸汽应用端，且在第三路管路上安装有流量阀；预热器的出气口与除氧器的第二进水口通过管道连接；备用电蒸汽锅炉的饱和蒸汽输出口通过管路连接饱和蒸汽应用端，且在该管路上安装有流量阀；蒸发器的循环空气输入口与隔热外壳上的高温空气出口通过管道连接，蒸发器的循环空气输出口与固体储热系统的隔热外壳上的低温空气进口通过管道连接，且在该两个管道的任意一个上安装有循环风机。

2.根据权利要求1所述的一种零碳储热供汽系统，其特征在于，电加热丝为铬镍合金材料。

3.根据权利要求2所述的一种零碳储热供汽系统，其特征在于，电加热丝的材料为Cr20Ni80、Cr30Ni70、Cr15Ni60、Cr20Ni35中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种零碳储热供汽系统，其特征在于，电加热丝的发热端为螺旋状结构，蓄热砖上的加热孔为与其外表面相匹配的螺纹孔。

5.根据权利要求1所述的一种零碳储热供汽系统，其特征在于，蓄热砖为多块拼装组合成型。

6.根据权利要求1或5任一项所述的一种零碳储热供汽系统，其特征在于，蓄热砖的制备材料为铁矿石或废旧镁铁砖，尺寸为90#镁铁砖、92#镁铁砖或95#镁铁砖。

7.根据权利要求1所述的一种零碳储热供汽系统，其特征在于，高压配电柜为电加热丝提供10kV高压电。

8.根据权利要求1所述的一种零碳储热供汽系统，其特征在于，汽包为内置汽水分离器的管式结构。

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