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CN108150986A - 一种熔融盐相变蓄热电锅炉 - Google Patents

一种熔融盐相变蓄热电锅炉 Download PDF

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CN108150986A CN201711449750.7A CN201711449750A CN108150986A CN 108150986 A CN108150986 A CN 108150986A CN 201711449750 A CN201711449750 A CN 201711449750A CN 108150986 A CN108150986 A CN 108150986A
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蔡亮
陈丽萍
张小松
陈涛
李光华
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Southeast University
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Abstract

本发明公开了一种熔融盐相变蓄热电锅炉。本发明包括锅炉罐体，所述的锅炉罐体里面通过隔板分隔为传热腔和蓄热腔，所述的蓄热腔里面设置有蓄热介质，所述的传热腔里面设置有传热介质，所述的蓄热腔里面设置有浸没式电加热器，所述的蓄热腔分别连接蓄热介质入口和蓄热介质出口，所述的传热腔连接传热介质入口和传热介质出口，所述的锅炉罐体里面设置有一组贯穿所述隔板的热管。本发明采用热管换热器，和普通换热器相比传热性能更好，能够快速的将蓄热提取出来，实现高效传热；热管的二极管特性确保热量单向传递，防止热量回流；热管的热开关特性控制了蓄热介质工作温度范围，保证熔盐在熔点附近发生固‑液相变循环，维持熔盐的相变储能特性。

Description

一种熔融盐相变蓄热电锅炉
技术领域：
本发明涉及一种熔融盐相变蓄热电锅炉，属于储热、蓄热技术领域。
背景技术：
为积极推进大气污染防治工作，我国的清洁、可再生能源发电增长迅速，风电、光伏发电装机容量得到很大的提升，但风力和光伏发电存在间歇性、随机性、可调度性低和明显的逆调峰特性等问题，使得新能源的并网、调峰和消纳成为其发展的瓶颈，导致风电、光电利用效率不高，“弃风弃光”现象凸显。
储热技术利用不稳定的风电、光电和夜间低谷电加热蓄热介质，将电能转换成热能储存起来，在需要用电时、白天用电高峰时将蓄存的高温热能释放出来用于发电或供暖、制冷，实现对可再生能源的消纳和电力的移峰填谷。现有的水蓄热式电锅炉存在以下问题：蓄热温度低（只有90℃），因而限制了热量的利用范围，只能用于低温换热供暖，不能用于发电；设备压力大，需要高压承压设备，安全性能要求高；属于显热蓄热，储热容量小，设备占地面积大。现有的熔盐储热设备仅利用熔盐的显热蓄热，蓄热量小，换热器多采用板式或壳管式，导热能力相对较差，不具有热二极管、热开关的作用，显热放热放出热量不稳定。
因而，一款好的蓄热锅炉应具有高蓄热、高传热两方面特性。高蓄热特性能够保证单位体积储存更多的热能；高传热特性能够保证蓄存的热量可以有效、快速的提取利用，提供稳定的热源。
发明内容
本发明的目的是提供一种熔融盐相变蓄热电锅炉，是一款高蓄热、高传热特性锅炉，解决可再生能源消纳，实现电力移峰填谷。
上述的目的通过以下技术方案实现：
一种熔融盐相变蓄热电锅炉，包括锅炉罐体，所述的锅炉罐体里面通过隔板分隔为传热腔和蓄热腔，所述的蓄热腔里面设置有蓄热介质，所述的传热腔里面设置有传热介质，所述的蓄热腔里面设置有浸没式电加热器，所述的蓄热腔分别连接蓄热介质入口和蓄热介质出口，所述的传热腔连接传热介质入口和传热介质出口，所述的锅炉罐体里面设置有一组贯穿所述隔板的热管。
所述的熔融盐相变蓄热电锅炉，所述的传热腔顶部设置有安全阀。
所述的熔融盐相变蓄热电锅炉，所述的锅炉罐体竖直设置，所述传热腔位于所述锅炉罐体的上部，所述蓄热腔位于所述锅炉罐体的下部，所述的热管采用重力式热管，蒸发段布置在蓄热腔内，冷凝段布置在传热腔内。
所述的熔融盐相变蓄热电锅炉，所述的传热介质进口和所述的传热介质出口处分别设置有阀门。
所述的熔融盐相变蓄热电锅炉，所述的浸没式电加热器采用螺旋管型加热器或者圆柱形电加热器；螺旋管式电加热器设置在蓄热腔底部，和蓄热腔体同轴布置；多个圆柱形电加热器均匀分布在蓄热腔底部对蓄热介质均匀加热。
所述的熔融盐相变蓄热电锅炉，所述的传热介质采用导热油或者水；所述蓄热介质采用熔盐。
所述的熔融盐相变蓄热电锅炉，所述的锅炉罐体外部设置有保温层。
所述的熔融盐相变蓄热电锅炉，所述的热管上具有一组翅片。
本发明所产生的有益效果：
1.本发明利用熔盐相变蓄热储存热能，相变潜热大，蓄热密度高，和显热蓄热相比单位体积储存的热量得到提升，蓄热装置结构紧凑占地面积小，实现高效蓄热；相变储、放热过程接近等温，温度波动较小，可以提供稳定的热源。
2.本发明采用热管换热器，和普通换热器相比传热性能更好，能够高效、快速的将蓄热提取出来，实现快速换热；热管的二极管特性确保热量单向传递，防止热量回流；热管的热开关特性控制了蓄热介质工作温度范围，保证熔盐在熔点附近发生固-液相变循环，维持熔盐的相变储能特性。
3.本发明利用风电、光电或谷电实现电力调峰，解决了可再生能源消纳的问题。
4.本发明解决游离于城市管网之外的小型办公场所，北方农村等采暖问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、锅炉罐体，2、蓄热腔，3、传热腔，4、保温层，5、隔板，6、蓄热介质，7、蓄热介质入口，8、蓄热介质出口，9、热管，10、翅片，11、传热介质，12、传热介质入口，13、传热介质出口，14、安全阀，15、浸没式电加热器，16、阀门a,17、阀门b。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
图1为本发明的结构示意图，如图1所示，本发明的熔融盐相变蓄热电锅炉，包括锅炉罐体1，所述的锅炉罐体里面通过隔板5分隔为传热腔3和蓄热腔2，所述的蓄热腔里面设置有蓄热介质6，所述的传热腔里面设置有传热介质11，所述的蓄热腔里面设置有浸没式电加热器15，所述的蓄热腔分别连接蓄热介质入口7和蓄热介质出口8，所述的传热腔连接传热介质入口12和传热介质出口13，所述的锅炉罐体里面设置有一组贯穿所述隔板的热管9。浸没式电加热器利用风电、光电或谷电加热锅炉罐体蓄热腔中蓄热介质，蓄热介质进行显热蓄热和潜热蓄热将电能转化成高温热能储存在蓄热腔中，在需要用电时或用电高峰通过热管将热量快速传到传热腔，传热介质低温水吸收热量变成高温蒸汽或高温水用于发电、供暖或驱动热泵发生器制冷，通过传热介质提取热能，蓄热介质进行显热、潜热放热后，再进行电力加热形成循环。
所述的锅炉罐体1由隔板5隔成蓄热腔2和传热腔3两部分，下部为蓄热腔2，上部为传热腔3，热管9贯穿隔板在锅炉罐体中，整个锅炉罐体设置保温层4。
所述的蓄热腔2内充蓄热介质6，内部放置浸没式电加热器15，热管9蒸发段，蓄热腔上部设蓄热介质入口7，下部设蓄热介质出口8。
所述蓄热介质6为熔盐，热容量大，比热容、相变潜热大，使得其蓄热密度高，蓄热装置结构紧凑，相变储、放热过程接近等温，温度波动小，可以提供稳定的热源。T0为熔盐熔点，温度高于此温度熔盐开始熔化；Tm为熔盐上限温度，高于此温度熔盐开始分解、变质。初始工作时，熔盐为固态，浸没式电加热器15开始工作，加热熔盐，熔盐进行显热蓄热，继续加热熔盐温度升高，当温度达到熔盐熔点T0，熔盐近似等温开始熔化吸收大量的相变潜热，继续加热至熔盐完全熔化，当温度达到（Tm-50）℃关闭加热器。放热时，熔盐温度高于热管的工作温度，热管开始工作，将熔盐蓄存的热能快速提取到传热腔3，通过传热介质11带走热量，熔盐初始进行显热放热，当温度降到熔盐凝固点，熔盐开始凝固放出大量的潜热，熔盐温度继续降低，当温度低于热管工作温度t，热管停止工作，放热停止，开启加热器进行加热蓄热，如此循环往复。
所述热管9是重力式热管，具有良好的传热性能，能够高效、快速的将蓄热腔的热量传给传热腔，重力式热管依靠重力回流工作液，具有单向导热特性，热量只能从蒸发段传向冷凝段，避免了热量的回流；热管的工作温度为t，根据热管的热开关特性：当热源温度高于某一温度t时，热管开始工作，当热源温度低于t时，热管就不传热，选择热管的工作温度t低于熔盐熔点T0并且高于90℃，这样当蓄热罐中温度低于90℃，热管停止工作，维持蓄热腔的最低温度，避免了蓄热腔温度过低，熔盐过度凝结，从而控制了熔盐的工作温度范围，保证熔盐在相变点附近的发生固-液相变循环，维持熔盐的相变储能特性，相变蓄热蓄存更多的热能。热管蒸发段和冷凝段管壁外部都设置翅片10，强化换热。
所述的浸没式电加热器15可以为螺旋管型加热器也可以为圆柱形电加热器。螺旋管式电加热器设置在蓄热腔底部，和蓄热腔体同轴布置；多个圆柱形电加热器均匀分布在蓄热腔底部对蓄热介质均匀加热。
所述隔板5为绝热板，将锅炉罐体1分隔成两个腔室，隔板开孔被热管贯穿，隔板垂直于罐体竖直方向轴线至于锅炉罐体中间。
所述传热腔3的内部设置热管9冷凝段，内充传热介质11，传热腔上设置传热介质入口12、传热介质出口13、安全阀14。传热介质11可以是低温水也可以是导热油等介质，换热时，传热介质11从传热介质入口12进入传热腔和热管进行换热，带走热量从传热介质出口13出去进行发电或供暖、制冷。从传热介质出口13出去的可以是高温导热油、高温水或高温蒸汽，可用于发电、供暖或制冷。
所述保温层4采用硅酸铝纤维毡，气凝胶毡或无石棉硅酸钙。
所述安全阀14在传热腔压力过高时进行泄压以保证锅炉安全运行。
应当指出，上述实施实例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种熔融盐相变蓄热电锅炉，包括锅炉罐体，其特征在于，所述的锅炉罐体里面通过隔板分隔为传热腔和蓄热腔，所述的蓄热腔里面设置有蓄热介质，所述的传热腔里面设置有传热介质，所述的蓄热腔里面设置有浸没式电加热器，所述的蓄热腔分别连接蓄热介质入口和蓄热介质出口，所述的传热腔连接传热介质入口和传热介质出口，所述的锅炉罐体里面设置有一组贯穿所述隔板的热管。
2.根据权利要求1所述的熔融盐相变蓄热电锅炉，其特征在于，所述的传热腔顶部设置有安全阀。
3.根据权利要求1所述的熔融盐相变蓄热电锅炉，其特征在于，所述的锅炉罐体竖直设置，所述传热腔位于所述锅炉罐体的上部，所述蓄热腔位于所述锅炉罐体的下部，所述的热管采用重力式热管，蒸发段布置在蓄热腔内，冷凝段布置在传热腔内。
4.根据权利要求1所述的熔融盐相变蓄热电锅炉，其特征在于，所述的传热介质进口和所述的传热介质出口处分别设置有阀门。
5.根据权利要求1所述的熔融盐相变蓄热电锅炉，其特征在于，所述的浸没式电加热器采用螺旋管型加热器或者圆柱形电加热器；螺旋管式电加热器设置在蓄热腔底部，和蓄热腔体同轴布置；多个圆柱形电加热器均匀分布在蓄热腔底部对蓄热介质均匀加热。
6.根据权利要求1所述的熔融盐相变蓄热电锅炉，其特征在于，所述的传热介质采用导热油或者水；所述蓄热介质采用熔盐。
7.根据权利要求1所述的熔融盐相变蓄热电锅炉，其特征在于，所述的锅炉罐体外部设置有保温层。
8.根据权利要求1所述的熔融盐相变蓄热电锅炉，其特征在于，所述的热管上具有一组翅片。
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