热蒸汽变换的过程特点，即:预热、蒸发到过热特点，分别利用不同储热材料的物理特性，使得梯级储热系统与水和蒸汽的变换过程有机结合起来，通过流体与各种储热体温度的变化，从而实现储热放热的功能，具有以下优点:
[0085](I)系统输出稳定、成本低廉以及结构简单:通过调节熔盐蒸汽过热器的热负荷，可补偿固体储热换热器以及相变储热换热器固有的换热不稳定性问题；固体储热换热器以及相变储热换热器实现了储热和换热的一体化，使得系统结构简单，同时利用相变介质相变潜热大的优点，降低了储热材料用量；另外，本系统用少量的熔盐以及熔盐蒸汽过热器实现了蒸汽的过热；上述设计有效降低了材料和设备的成本。
[0086](2)模块化设计，便于系统集成:本发明提供三种储热系统，这三种储热系统均单独设计，可以根据蒸汽压力的不同，选取不同的模块组合，使得系统始终满足储放热的需求。
[0087](3)采用旁路系统，既可以使三种储热系统联合充放热，也可以分块独立充放热，运行调度灵活。
[0088](4)为一种价格低廉、操作简单、安全、稳定的梯级储热系统，既适应于大型太阳能热电站储热系统的储热与换热，又适应于不稳定工业余热回收的热存储，对于可再生能源以及余热的充分利用具有重要意义。
[0089]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种梯级储热系统，其特征在于，包括:固体储热换热器(A)、相变储热换热器(B)、熔盐蒸汽过热器(C)、主管路和旁管路； 所述主管路包括第I主路管道、第2主路管道、第3主路管道和第4主路管道；通过所述主管路，依次将所述固体储热换热器(A)、所述相变储热换热器(B)和所述熔盐蒸汽过热器(C)串联连接； 具体为:输水接口通过所述第I主路管道与所述固体储热换热器(A)的低温端口连接，所述固体储热换热器(A)的高温端口通过所述第2主路管道与所述相变储热换热器(B)的低温端口连接，所述相变储热换热器(B)的高温端口通过所述第3主路管道与所述熔盐蒸汽过热器(C)的低温端口连接，所述熔盐蒸汽过热器(C)的高温端口通过所述第4主路管道与过热蒸汽接口连接； 所述旁管路包括第I旁路管道、第2旁路管道和第3旁路管道； 所述固体储热换热器(A)的左右两端并联所述第I旁路管道；所述相变储热换热器(B)的左右两端并联所述第2旁路管道；所述熔盐蒸汽过热器(C)的左右两端并联所述第3旁路管道。2.根据权利要求1所述的梯级储热系统，其特征在于，在所述第I主路管道设置第I阀门⑴; 在所述第2主路管道依次设置第2阀门(2)和第3阀门(3);其中，所述第2阀门(2)靠近所述固体储热换热器(A)，所述第3阀门(3)靠近所述相变储热换热器(B); 在所述第3主路管道依次设置第4阀门(4)和第5阀门(5);其中，所述第4阀门(4)靠近所述相变储热换热器(B)，所述第5阀门(5)靠近所述熔盐蒸汽过热器(C); 在所述第4主路管道设置第6阀门(6)。3.根据权利要求1所述的梯级储热系统，其特征在于，所述第I旁路管道和所述第2旁路管道具有第I公共管道；所述第2旁路管道和所述第3旁路管道具有第2公共管道； 在所述第I公共管道设置第8阀门(8);在所述第2公共管道设置第9阀门(9); 在所述第I旁路管道的非公共管道设置第7阀门(7);在所述第3旁路管道的非公共管道设置第10阀门(10) O4.根据权利要求1-3任一项所述的梯级储热系统，其特征在于，所述固体储热换热器(A)包括储热材料体和镶嵌于所述储热材料体的换热器；和/或 所述相变储热换热器(B)包括相变储热材料体和镶嵌于所述相变储热材料体的换热器; 所述熔盐蒸汽过热器(C)为管壳式换热器，包括外壳和与所述外壳连接的换热管；其中，所述外壳的腔体提供蒸汽输送通道，具有壳程进口和壳程出口 ；所述换热管提供熔盐输送通道，具有管程进口和管程出口。5.根据权利要求4所述的梯级储热系统，其特征在于，所述储热材料体为固体储热材料体，具体为混凝土；和/或 所述相变储热材料体为固体-液体相变材料体。6.根据权利要求1所述的梯级储热系统，其特征在于，在所述主管路和所述旁管路所设置的所有阀门为手动阀门或电动阀门。7.一种梯级储热方法，其特征在于，将第I旁路管道、第2旁路管道和第3旁路管道断开，使固体储热换热器(A)、相变储热换热器(B)和熔盐蒸汽过热器(C)通过主管路形成通路； 则:所述梯级储热方法包括充热过程和放热过程； 所述充热过程包括以下步骤: SI，过热蒸汽首先进入到熔盐蒸汽过热器(C)，与进入到熔盐蒸汽过热器(C)的液态冷熔盐发生第I次热交换，液态冷熔盐吸热后温度升高而变为热熔盐，过热蒸汽放热，其温度逐步降低到饱和温度，得到饱和温度的过热蒸汽； S2，饱和温度的过热蒸汽进入到相变储热换热器(B)，与相变储热换热器(B)中的相变储热介质发生第2次热交换，相变储热介质吸热后由固态变为液态，饱和温度的过热蒸汽放热后凝结变成水； S3，水进入到固体储热换热器(A)，与固体储热换热器(A)中的固体储热介质发生第3次热交换，固体储热介质吸热而升高到指定温度，水放热后温度进一步降低；降温后的水从输水接口排出到外部； 所述放热过程包括以下步骤: S_a，输水接口输送的水进入到固体储热换热器(A)，与固体储热换热器(A)中的固体储热介质发生第I次热交换，固体储热介质放热而降低到指定温度，水吸热后达到饱和温度； S-b，达到饱和温度的水进入到相变储热换热器(B)，与相变储热换热器(B)中的相变储热介质发生第2次热交换，相变储热介质放热后由液态变为固态，饱和温度的水吸热后变为饱和蒸汽； S-c，饱和蒸汽进入到熔盐蒸汽过热器(C)，与进入到熔盐蒸汽过热器(C)的液态热熔盐发生第3次热交换，液态热熔盐放热后温度降低而变为冷熔盐，饱和蒸汽吸热，其温度逐步升高而变为过热蒸汽；过热蒸汽从与过热蒸汽接口排出到外部。8.根据权利要求7所述的梯级储热方法，其特征在于，还包括: 仅将第I旁路管道导通，将所述固体储热换热器(A)旁路，使所述相变储热换热器(B)和所述熔盐蒸汽过热器(C)通过主管路形成通路，进行储热或放热过程； 仅将第2旁路管道导通，使所述相变储热换热器(B)旁路，使所述固体储热换热器(A)和所述熔盐蒸汽过热器(C)通过主管路形成通路，进行储热或放热过程； 仅将第3旁路管道导通，使所述熔盐蒸汽过热器(C)旁路，使所述固体储热换热器(A)和所述相变储热换热器(B)通过主管路形成通路，进行储热或放热过程； 仅将第I旁路管道和第2旁路管道导通，使所述固体储热换热器(A)和所述相变储热换热器(B)旁路，仅通过所述熔盐蒸汽过热器(C)进行储热或放热过程； 仅将第I旁路管道和第3旁路管道导通，使所述固体储热换热器(A)和所述熔盐蒸汽过热器(C)旁路，仅通过所述相变储热换热器(B)进行储热或放热过程； 仅将第2旁路管道和第3旁路管道导通，使所述相变储热换热器(B)和所述熔盐蒸汽过热器(C)旁路，仅通过所述固体储热换热器(A)进行储热或放热过程。
【专利摘要】本发明提供一种梯级储热系统及梯级储热方法，包括：固体储热换热器(A)、相变储热换热器(B)、熔盐蒸汽过热器(C)、主管路和旁管路；本发明提供的梯级储热系统及梯级储热方法，具有热能输出的稳定性、成本低、结构简单以及运行调度灵活等优点，既适应于大型太阳能热电站储热系统的储热与换热，又适应于不稳定工业余热回收的热存储，对于可再生能源以及余热的充分利用具有重要意义。
【IPC分类】F22B1/02, F22G1/00, F28D20/02, F28D20/00
【公开号】CN105627799
【申请号】CN201410601801
【发明人】荆汝林, 成斌, 邱河梅, 李明, 姜欣
【申请人】中广核太阳能开发有限公司, 中国广核集团有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年10月31日