单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉的制作方法

本发明涉及蓄热储能技术领域，尤其涉及一种单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉。

背景技术：

熔融盐具有液体温度范围宽、黏度低、流动性能好、蒸汽压小、对管路承压能力要求低、相对密度大、比热容高、蓄热能力强、成本较低等诸多优点，现已成为一种公认的良好的中高温传热蓄热介质，利用熔融盐作为传热蓄热介质的熔融盐储能技术是目前最为主流的中高温蓄热技术之一。

目前熔融盐双罐储热技术较为成熟，但双罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉占用空间大，二个蓄热罐体之间的连接管路多而复杂，且需要单独设置使熔融盐往返于两个蓄热罐体的驱动泵；此外采用的蓄热罐体材料与熔融盐使用量大、高温维持要求等因素，导致双罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉制造成本昂贵、运行维护成本也非常高。

技术实现要素：

本发明所需解决的技术问题是：提供一种能高效蓄热、制造成本低、运行维护成本低的单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉包括：单罐熔融盐蓄热装置和汽水分离器，所述的单罐熔融盐蓄热装置的结构为：包括带保温层的蓄热罐体，在蓄热罐体顶部设置有与蓄热罐体内腔连通的熔融盐注入口，在蓄热罐体底部设置有与蓄热罐体内腔连通的熔融盐排出口，筒状绝热隔板通过支撑件悬空设置于蓄热罐体内腔中部，且筒状绝热隔板与蓄热罐体同轴设置，筒状绝热隔板内腔构成高温区，筒状绝热隔板外侧壁与蓄热罐体内侧壁之间间距构成环状换热区，筒状绝热隔板顶部与蓄热罐体内腔顶部之间间隙构成供熔融盐流动的上通道，筒状绝热隔板底部与蓄热罐体内腔底部之间间隙构成供熔融盐流动的下通道；在位于环状换热区处的蓄热罐体侧壁上由上至下依次设置有蒸汽出口和给水进口，在蓄热罐体内腔底部设置有对高温区进行加热的电加热装置，在环状换热区设置有螺旋盘管换热器，螺旋盘管换热器的出口端与蒸汽出口密封连通，螺旋盘管换热器的进口端与给水进口密封连通；蒸汽出口通过第一连接管路与汽水分离器上的蒸汽入口密封连通，给水进口通过第二连接管路与汽水分离器上的回水出口密封连通，在第二连接管路上设置有给水泵。

进一步地，前述的单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉，其中，所述的电加热装置包括：若干设置于高温区下段的圆柱状电加热棒，各电加热棒尾端密封穿过蓄热罐体底部对应的通孔后伸出蓄热罐体外，各电加热棒均匀间隔分布环绕于高温区内。

进一步地，前述的单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉，其中，在蓄热罐体内腔底部竖向固定设置有若干套管，套管顶端封闭，套管底端敞开，套管顶端伸入高温区内，套管底端密封穿过蓄热罐体底部对应的通孔后伸出蓄热罐体外，各电加热棒分别通过套管底端敞开口插入对应套管中。

进一步地，前述的单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉，其中，各套管均匀间隔分布环绕于高温区内。

进一步地，前述的单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉，其中，在蓄热罐体上包裹的保温层为导热系数小于0.12w/（m·k）的保温层。

进一步地，前述的单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉，其中，在蓄热罐体内腔中设置的筒状绝隔板为导热系数不超过0.025w/（m·k）的筒状绝热隔板。

进一步地，前述的单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉，其中，所述的汽水分离器为挡板式汽水分离器，其结构为：包括罐体，在罐体内腔中设置有具有气液分离功能的挡汽板，挡汽板将罐体内腔分隔成上内腔和下内腔，在罐体顶部设置有与上内腔连通的饱和蒸汽出口，在罐体底部设置有与下内腔连通的回水出口；在位于下内腔处的罐体侧壁上分别开设有蒸汽入口和为下内腔补水的补水口，蒸汽管顶端与蒸汽入口密封连通，蒸汽管尾端浸没于下内腔的水中。

进一步地，前述的单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉，其中，补水口通过补水泵与水源连通，所述的给水泵为柱塞式计量泵。

进一步地，前述的单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉，其中，在罐体顶部设置有测量罐体内腔压力的压力表，压力表和柱塞式计量泵均与控制装置相连接，控制装置根据压力表测量得到的数据动态调节柱塞式计量泵的流量，从而使罐体内腔压力维持恒定值。

进一步地，前述的单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉，其中，在罐体上设置有用于测量下内腔水位的液位计。

本发明的有益效果是：单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉结构紧凑、占地面积小、运行过程简单，且能很好地实现高效储热目的。与双罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉相比，减少了蓄热罐体材料的使用量，减少了连接双罐的外部连接管路数量，此外利用高温区的熔融盐和环状换热区的熔融盐两者高低温差导致的密度差、使高温区的熔融盐和环状换热区的熔融盐形成自然对流，因而无需额外设置使熔融盐流动的驱动泵，相比双罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉的制造成本减少了35%，运行成本及维护成本也降低了。

附图说明

图1是本发明所述的单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉的内部结构原理示意图。

图2是图1中单罐熔融盐蓄热装置的剖视结构示意图。

图3是图1中俯视方向去除蓄热罐体顶部后的结构示意图。

图4是套管与电加热棒的位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。

实施例一

如图1、图2和图3所示，本实施例所述的单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉，包括单罐熔融盐蓄热装置和汽水分离器，所述的单罐熔融盐蓄热装置的结构为：包括带保温层的蓄热罐体1，本实施例中在蓄热罐体1上包裹的保温层为导热系数小于0.12w/（m·k）的保温层，导热系数小于0.12w/（m·k）的保温层的保温效果非常好，能有效防止蓄热后蓄热罐体内腔10中的高温熔融盐的热量散失。在蓄热罐体1顶部设置有与蓄热罐体内腔10连通的熔融盐注入口11，在蓄热罐体1底部设置有与蓄热罐体内腔10连通的熔融盐排出口12，熔融盐通过熔融盐注入口11进入蓄热罐体1中，熔融盐注入口11和熔融盐排出口12在正常工作时处于常闭状态。在蓄热罐体内腔10中设置有筒状绝热隔板3，所述的筒状绝隔板3为导热系数不超过0.025w/（m·k）的筒状绝热隔板。筒状绝热隔板3通过支撑件31悬空设置于蓄热罐体内腔10中部，且筒状绝热隔板3与蓄热罐体1同轴设置。筒状绝热隔板3顶部与蓄热罐体内腔10顶部之间间隙构成供熔融盐流动的上通道13，筒状绝热隔板3底部与蓄热罐体内腔10底部之间间隙构成供熔融盐流动的下通道14，筒状绝热隔板内腔构成高温区4，筒状绝热隔板3外侧壁与蓄热罐体1内侧壁之间间距构成环状换热区5，筒状绝热隔板3的设置阻挡高温区4的熔融盐与环状换热区5的熔融盐横向流动混合。在位于环状换热区5处的蓄热罐体1侧壁上由上至下依次设置有蒸汽出口15和给水进口16，在环状换热区5设置有螺旋盘管换热器2，螺旋盘管换热器2的出口端与蒸汽出口15密封连通，螺旋盘管换热器2的进口端与给水进口16密封连通。

在蓄热罐体内腔10底部设置有对高温区4进行加热的电加热装置，所述的电加热装置包括：若干设置于高温区4下段的圆柱状电加热棒6，各电加热棒6尾端密封穿过蓄热罐体1底部对应的通孔后伸出蓄热罐体1外。其中，各电加热棒6均匀间隔分布环绕于高温区4内。

所述的汽水分离器为挡板式汽水分离器，其结构为：包括罐体7，在罐体内腔中设置有具有气液分离功能的挡汽板8，挡汽板8将罐体内腔分隔成上内腔71和下内腔72，在罐体7顶部设置有与上内腔71连通的饱和蒸汽出口73，在罐体7底部设置有与下内腔72连通的回水出口75。在位于下内腔72处的罐体侧壁上分别开设有蒸汽入口76和补水口74，当下内腔72中的水位低于设定值时通过补水口74为下内腔72补水。在下内腔中设置有蒸汽管10，蒸汽管10的顶端与蒸汽入口76密封连通，蒸汽管10的尾端浸没于下内腔72的水中。汽水分离器正常工作时蒸汽管10的尾端始终浸没于下内腔72的水中。

蓄热罐体1上的蒸汽出口15通过第一连接管路91与汽水分离器上的蒸汽入口76密封连通，蓄热罐体1上的给水进口16通过第二连接管路92与汽水分离器上的回水出口75密封连通，在第二连接管路92上设置有给水泵101，通过给水泵101将下内腔72中的水抽入螺旋盘管换热器2中。

单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉的工作原理如下：

蓄热阶段：

给水泵101不工作，螺旋盘管换热器2内无传热介质——水，此时汽水分离器不工作，仅单罐熔融盐蓄热装置进行蓄热储能作业。

通过外部电源给各电加热棒6提供电能，使各电加热棒6对高温区4的熔融盐进行加热，位于高温区4的熔融盐温度逐渐提高，温度逐渐提高的熔融盐密度逐渐变小，而此时位于环状换热区5的熔融盐温度比高温区4的熔融盐温度低，温度低的熔融盐密度大，高温区4和环状换热区5两个区域存在的高低温差导致的两个区域熔融盐的密度差、使位于高温区4的熔融盐和环状换热区5的熔融盐形成自然对流：环状换热区5的熔融盐通过下通道14向高温区4流动，而位于高温区4的熔融盐则由高温区4底部向上流动，然后通过上通道13向环状换热区5流动，然后再从环状换热区5顶部向下流动，从而形成自然对流。

通过高温区4的熔融盐和环状换热区5的熔融盐自然对流从而使位于蓄热罐体内腔10中的熔融盐分布均匀，蓄热罐体内腔10中的温度分布均匀，这不仅实现了高效储能目的，还大大提高了熔融盐的利用率及使用寿命。

放热阶段：

给水泵101工作，使下内腔72中的传热介质——水通过回水出口75、给水泵101、给水进口16进入螺旋盘管换热器2中，与环状换热区5的熔融盐进行间接热交换，传热介质——水吸收熔融盐中的热量后变为高温过热蒸汽、并从蒸汽出口15、第一连接管路91、蒸汽入口76、蒸汽管10进入下内腔72中的水里，与下内腔72中的水进行二次换热形成饱和水蒸气，饱和水蒸气上升经挡汽板8进行气液分离，经挡汽板8分离出来的饱和蒸汽通过饱和蒸汽出口73输出给用户，经挡汽板8分离出来的液态水则掉落至下内腔72中，与下内腔72中的水混合。上述过程为一个水循环过程。

环状换热区5的熔融盐与螺旋盘管换热器2中的传热介质——水间接换热后温度降低，温度降低的熔融盐密度变大，此时位于环状换热区5的熔融盐温度比高温区4的熔融盐温度低，温度低的熔融盐密度大，高温区4和环状换热区5两个区域存在的高低温差导致的两个区域熔融盐的密度差、使位于高温区4的熔融盐和环状换热区5的熔融盐形成自然对流：环状换热区5的熔融盐通过下通道14向高温区4流动，而位于高温区4的熔融盐则由高温区4底部向上流动，然后通过上通道13向环状换热区5流动，然后再从环状换热区5顶部向下流动，从而形成自然对流。

在实际使用中可利用夜间便宜的低谷电，通过各电加热棒6将蓄热罐体内腔10中的熔融盐加热到设定温度，从而将夜间便宜的谷电转换为熔融盐的高温热能并储存起来。在白天需要用电的高峰期再将蓄存的高温热能释放出来用于供暖，既能实现电力的移峰填谷，又能解决城市污染严重的问题，且具有良好的经济性。

实施例二

如图2和图4所示，本实施例与实施一的不同之处在于：本实施例在各电加热棒6上套设有套管61，具体套管61与蓄热罐体1的连接方式如下：在蓄热罐体内腔10底部竖向固定设置有若干套管61，套管61顶端封闭，套管61底端敞开，套管61顶端伸入高温区4内，套管61底端密封穿过蓄热罐体1底部对应的通孔后伸出蓄热罐体1外，各电加热棒6分别通过套管61底端敞开口插入对应套管61中。其中，如图3所示，各套管61均匀间隔分布环绕于高温区4内。套管61的设置不仅能防止各电加热棒6与熔融盐直接接触而出现腐蚀现象，提高各电加热棒6的使用寿命，还能方便各电加热管6的更换，更换时单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉无需停机，也无需对蓄热罐体内腔10进行排熔融盐处理，只需将需要更换的电加热管6从套管61中抽出即可进行电加热管6的更换了。其余结构和使用方式与实施例一相同，不再赘述。

实施例三

如图1所示，本实施例与实施一的不同之处在于：补水口74通过补水泵102与水源连通，所述的给水泵101采用柱塞式计量泵。在罐体7顶部设置有测量罐体内腔压力的压力表103，压力表103和柱塞式计量泵均与控制装置相连接，控制装置根据压力表103测量得到的数据动态调节柱塞式计量泵的流量，从而使罐体内腔压力维持恒定值。具体动态调节是依据罐体内腔压力的变化速率变频控制柱塞式计量泵的流量：当汽水分离器中的升压速率超过设定值时，柱塞式计量泵的流量减小，当汽水分离器中的升压速率低于设定值时，柱塞式计量泵的流量增大。

本实施例中在罐体7上设置有用于测量下内腔72中的水位的液位计104，当下内腔72中的水位低于设定值时，可通过补水泵102为下内腔72补水。其余结构和使用方式与实施例一相同，不再赘述。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。

本发明的优点是：单罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉结构紧凑、占地面积小、运行过程简单，且能很好地实现高效储热目的。与双罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉相比，减少了蓄热罐体材料的使用量，减少了连接双罐的外部连接管路数量，此外利用高温区4的熔融盐和环状换热区5的熔融盐两者高低温差导致的密度差、使高温区4的熔融盐和环状换热区5的熔融盐形成自然对流，因而无需额外设置使熔融盐流动的驱动泵，相比双罐熔融盐蓄热式电加热蒸汽锅炉的制造成本减少了35%，运行成本及维护成本也降低了。