一种固介储热系统和热电厂换热系统的制作方法

本实用新型涉及一种固介储热系统及应用固介储热系统的热电厂换热系统，属于热能存储及利用领域。

背景技术：

随着科技的快速发展，我国电力生产行业日益昌盛，然而电力过剩造成了极大的浪费，因而储能技术逐渐成为当前科学研究的热点。能源主要可以电能、热能和机械能的形式进行存储。储电技术包括二次电池和电容器，而以机械能形式存储的技术主要有压缩空气和水坝，四者均有响应速度快，且效率较高的优点，但其或是成本高，或是存储容量较小。储热技术是以储热材料为介质，将太阳能、地热能、工业余热、低品位废热等热能储存起来，在需要时进行释放，以解决电力生产与消耗之间的不匹配，提高能源利用率的一种技术。目前的储热技术所用的储热介质多为熔融盐，然而熔盐成本高，且维持熔盐流动所需的功耗较大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种固介储热系统及热电厂换热系统，以包括沙子、陶瓷颗粒、碳化硅颗粒的一种或多种混合物的固体颗粒作为储热介质，利用沙子等固体颗粒储热介质具有耐高温、易获得、成本低廉的优点，将储能技术应用于热电厂中，可以存储过剩的热能，进一步提高热电厂发电系统的调峰能力，实现能源的合理利用。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种固介储热系统，所述储热系统包括热固介罐、冷固介罐以及至少两个换热器，所述两个换热器至少包括一个热固介换热器和一个冷固介换热器；所述换热器以固体储热介质作为换热工质；所述热固介罐进口和出口分别与所述冷固介换热器和所述热固介换热器相连；所述冷固介罐进口和出口分别与所述热固介换热器和所述冷固介换热器相连；所述热固介换热器还设有低温介质入口和高温介质出口，所述冷固介换热器还设有高温介质入口和低温介质出口。

上述技术方案中，所述热固介罐出口与所述热固介换热器之间设置有调节阀。

上述技术方案中，所述冷固介罐出口与所述冷固介换热器之间设置有固介给料泵。

上述技术方案中，所述热固介罐壁面设有保温材料。

上述技术方案中，所述固体储热介质包括沙子、石英砂、陶瓷颗粒、碳化硅颗粒的一种或多种混合物。

一种热电厂换热系统，所述换热系统包括锅炉尾部烟道、设置在锅炉尾部烟道里的尾部烟道受热面和过热器，以及汽包、汽轮发电机组和给水泵，所述汽包与所述尾部烟道受热面之间有上升管和下降管连接，所述汽包与所述过热器之间设有饱和蒸汽管相连；所述过热器与所述汽轮发电机组之间有蒸汽管道连接，所述汽轮发电机组与给水泵连接。所述换热系统还包括固介储热系统，所述固介储热系统包括热固介罐、冷固介罐以及至少一个热固介换热器和至少一个冷固介换热器；所述热固介罐进口和出口分别与所述冷固介换热器和所述热固介换热器相连；所述冷固介罐进口和出口分别与所述热固介换热器和所述冷固介换热器相连；所述热固介换热器还设有低温介质入口和高温介质出口，所述冷固介换热器还设有高温介质入口和低温介质出口；所述过热器与所述固介储热系统的冷固介换热器之间设置有旁通蒸汽管连接，所述旁通蒸汽管连接在所述蒸汽管道上，所述冷固介换热器与所述尾部烟道受热面之间设置有连接管连接；所述热固介换热器与所述汽轮机组之间设有管道连接。

上述技术方案中，所述过热器与所述冷固介换热器的高温介质入口通过旁通蒸汽管连接；所述冷固介换热器的低温介质出口与所述尾部烟道受热面之间通过连接管连接。

上述技术方案中，所述过热器与所述汽轮机发电机组之间的蒸汽管道上设置有第一蒸汽阀，所述过热器与所述固介储热系统的高温介质入口之间的旁通蒸汽管上设置有第二蒸汽阀，且所述第一蒸汽阀与所述第二蒸汽阀之间呈并联连接。

上述技术方案中，所述汽轮发电机组包括依次相连的汽轮机高压缸机组、汽轮机中低压缸机组及发电机。

上述技术方案中，所述汽轮机中低压缸机组设置有进汽口和抽汽口，所述抽汽口通过管道与所述热固介换热器的低温介质入口连接，所述热固介换热器的高温介质出口通过管道与所述进汽口连接。

上述技术方案中，所述抽汽口与所述热固介换热器的低温介质入口连接的管道上设有抽汽阀，所述热固介换热器的高温介质出口与所述进汽口连接管道上设有进汽阀。

本实用新型具有以下优点及有益效果：1)根据用电负荷的变化情况，通过蒸汽旁路，将多余蒸汽通入固介储热系统，将热量转移到沙子等固体储热介质中进行存储，进一步提升电厂发电系统的负荷调节能力；2)利用存储了热量的沙子等固体储热介质加热做过功的抽汽，并使其返回到汽轮机中做功，减少能源浪费，实现能源的合理利用；3)沙子等固介是优良的储热介质，易获得，成本低廉，且耐高温；4)系统结构简单，对原热力发电厂系统干扰小。

附图说明

图1为本实用新型所涉及一种实施方式的固介储热系统及热电厂换热系统示意图。

图中：1－热固介罐；2－冷固介罐；3－热固介换热器；4－冷固介换热器；5－低温介质入口；6－高温介质出口；7－高温介质入口；8－低温介质出口；9－调节阀；10－固介给料泵；11－锅炉尾部烟道；12－尾部烟道受热面；13－汽包；14－过热器；15－汽轮机高压缸机组；16－汽轮机中低压缸机组；17－进汽口；18－抽汽口；19－发电机；20－凝汽器；21－凝结水泵；22－回热系统；23－给水泵；24－第一蒸汽阀；25－第二蒸汽阀；26－抽汽阀；27－进汽阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

本实用新型所述的固介指固体储热介质，亦即包括沙子或石英砂、陶瓷颗粒、碳化硅颗粒的一种或多种混合物的固体颗粒，因此也可以称为固体颗粒储热介质。相应的，所述冷固介指的是冷态或者冷却后的低温固体储热介质，热固介指的是热态或者加热后的高温固体储热介质。

如图1所示，一种固介储热系统，所述储热系统包括热固介罐1、冷固介罐2以及至少两个换热器。两个换热器至少包括一个热固介换热器3和一个冷固介换热器4，热固介换热器和冷固介换热器均以包括沙子、陶瓷颗粒、碳化硅颗粒的一种或多种混合物的固体颗粒作为换热工质，既热载体。

热固介罐1进口和出口分别与冷固介换热器4和热固介换热器3相连。热固介罐1用来存储通过冷固介换热器4加热后的热沙等热固体颗粒，同时能够把热沙等热固体颗粒给入到热固介换热器3中作为热载体加热低温介质。热固介罐1的壁面设有耐高温保温材料。冷固介罐2进口和出口分别与热固介换热器3和冷固介换热器4相连。冷固介罐2用来接纳加热低温介质后冷却的固体颗粒储热介质，并能够将固体颗粒储热介质给入到冷固介换热器4与高温介质换热成为热载体。热固介换热器3还设有低温介质入口5和高温介质出口6，作为低温介质进出热固介换热器3的进出口。冷固介换热器4还设有高温介质入口7和低温介质出口8，作为高温介质进出冷固介换热器4的进出口。低温介质、高温介质与沙子等固体颗粒储热介质间为间壁式换热。

热固介罐1出口与热固介换热器3之间设置有调节阀9，能够调节热固介流量。

冷固介罐2出口与冷固介换热器4之间设置有固介给料泵10。

如图1所示的一种热电厂换热系统，包括锅炉尾部烟道11、设置在锅炉尾部烟道里的尾部烟道受热面12、汽包13、汽轮发电机组，以及固介储热系统等。如上所述，固介储热系统包括热固介罐1、冷固介罐2以及至少一个热固介换热器3和至少一个冷固介换热器4。根据换热量需求，热固介换热器3和冷固介换热器4能够设置多个，多个热固介换热器3之间能够并联或者串联设置，类似的，多个冷固介换热器4之间也能够并联或者串联设置。

汽包13与尾部烟道受热面12之间有上升管和下降管连接，与过热器14之间通过饱和蒸汽管连接。锅炉产生的高温烟气进入锅炉尾部烟道11，与工质水在尾部烟道受热面12换热，产生的汽水混合物通过上升管进入汽包13汽水分离，水通过下降管回到锅炉或者尾部烟道受热面12的低温换热部件继续加热，而饱和蒸汽通过饱和蒸汽管进入到过热器14中加热成为目标参数的过热蒸汽。过热器14与汽轮发电机组之间有蒸汽管道连接，将过热蒸汽输入汽轮发电机组发电。

汽轮发电机组包括汽轮机高压缸机组15、汽轮机中低压缸机组16和发电机19。热电厂汽水换热系统还包括依次相连的凝汽器20、凝结水泵21和回热系统22等。凝汽器20与汽轮机中低压缸机组16连接。过热器14与汽轮机高压缸机组15连接，过热蒸汽通过蒸汽管道供汽轮机发电机组，过热蒸汽做功发电后，废汽进入凝汽器20冷凝成水由凝结水泵21抽出，经过回热系统22后由给水泵23送回锅炉。

增加了固介储热系统的热电厂换热系统，固介储热系统分别与过热器14、汽轮发电机组中的汽轮机中低压缸机组16以及尾部烟道受热面12连接。首先，过热器14通往汽轮高压缸机组机15的蒸汽管道上接入旁通蒸汽管，旁通蒸汽管与固介储热系统的冷固介换热器4相连。蒸汽管道与汽轮机高压缸机组15相连的部分作为蒸汽干管，蒸汽干管与旁通蒸汽管呈并联连接。过热器14与汽轮机高压缸机组15之间的蒸汽管道，即蒸汽干管上设置有第一蒸汽阀，过热器14与冷固介换热器4之间的旁通蒸汽管上设置有第二蒸汽阀，第一蒸汽阀与第二蒸汽阀呈并联连接。

旁通蒸汽管与冷固介换热器4的高温介质入口7连通，能够将过热蒸汽通入冷固介换热器4内与沙子等固体颗粒储热介质换热。冷固介换热器4的低温介质出口8与尾部烟道受热面12之间设置有连接管。尾部烟道受热面12包括高温省煤器、低温省煤器以及蒸发器等不同换热温区的受热面部件。低温介质出口8在尾部烟道受热面12的接入位置根据换热介质温度确定。

汽轮机中低压缸机组16设置有进汽口17和抽汽口18，抽汽口18通过管道与热固介换热器3的低温介质入口5连接，将做功过的废汽送入热固介换热器3与热固介换热。热固介换热器3的高温介质出口6通过管道与进汽口17连接，使换热后的蒸汽回到汽轮机中低压缸机组16。抽汽口18与热固介换热器3的低温介质入口5连接的管道上设有抽汽阀26，热固介换热器3的高温介质出口6与进汽口17连接管道上设有进汽阀27，能够用来调节废汽或蒸汽流量。

当锅炉系统产生的过热蒸汽大于发电需求量时，调节第一蒸汽阀24和第二蒸汽阀25，将多余蒸汽输入固介储热系统。过热蒸汽进入冷固介换热器4加热沙子等固体颗粒储热介质降温后回到尾部烟道受热面12进入汽水加热循环系统。沙子等固体颗粒储热介质加热后成为热固介，进入热固介罐1。根据需要，调节热固介罐1与热固介换热器3之间的调节阀9调节热固介流量。做功后的废汽从低温介质入口6进入热固介换热器3，与热固介换热后再回到汽轮发电机组参与做功。热固介换热后冷却成为冷固介进入冷固介罐2。

对固介储热系统而言，高温介质和低温介质不限于蒸汽和水。固介储热系统还可以用于导热油炉，此时导热油作为换热介质。同时，还能够包括沙子、陶瓷颗粒、碳化硅颗粒的一种或多种混合物的固体储热介质中添加金属粉末或碎粒，从而提高固体储热介质的换热系数，加快储能或释放热量过程。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。