一种导热油与熔盐胶囊复合蓄热供热系统及其方法与流程

本发明属于供热技术领域，具体涉及一种“峰谷电价”背景下的导热油储热、熔盐胶囊储热及相应的释热利用装置及方法。

背景技术：

随着国民经济的发展，人民生活水平的不断提高，我国特别是沿海地区用电结构发生了较大变化。一方面存在着高峰电力不足，另一方面更存在着峰谷差过大等问题，这些矛盾的出现又制约了国民经济的发展。为此，电业部门一方面加快电力建设的步伐，另一方面提出“削峰填谷”的政策以充分利用电力资源，缩小用电峰谷差。目前各省、市、地区电业部门纷纷公布用电政策和“峰谷分时电价”，以经济手段推动“削峰填谷”的实现。

大力开发低谷用电，充分享受低谷电价政策，不仅给社会带来效益，同时给用户带来实惠。从这一思路入手，对利用低谷电进行制热并蓄热、峰值释热这一蓄热式系统进行了技术分析。并通过经济性比较，得出了随着“峰谷分时电价”的出台，从国家的宏观政策和用户的经济利益考虑，低谷电机组蓄热形式供应，具有良好而广阔的前景，在我国的发展已经具备了可行性和必要性。

高温蓄热供热机组是利用夜间低谷电将储热介质加热到高温储存热量，在用电高峰期通过自控装置将热量按需释放，已达到“移峰填谷”、降低运行成本的效果。高温蓄热供热机组在技术上的重大突破在于采用固体储热材料和液体储热材料一体化结构设计，将加热、储热、换热、供热及控制功能组合在一起，形成一台常压供热机组。目前市场上主流的导热油蓄热系统及熔盐蓄热系统存在以下问题：

1)导热油加热系统复杂，设备使用量多。

当前主流的导热油蓄热释热系统主要是燃气导热油锅炉或电加热导热油锅炉，其导热油系统流程基本相似。先将导热油存储在高位槽中，然后用循环泵将导热油送至电加热器(或者热油炉)中加热至所需温度后并将其供给各用热设备，导热油经油气分离器排除其中的气体和杂质后再返回电加热器中继续加热，由此实现循环利用。其主要的设备有注油泵、低温槽、高位槽(膨胀槽)、油气分离器、循环泵、电加热器(热油炉)、热用户等设备。

2)熔盐加热循环系统流程复杂，操作要求高。

熔盐加热系统是对熔盐在高温加热后作为热载体在熔盐炉和用热设备之间进行加热循环的热传递体系，主要由熔盐炉、熔盐循环泵、熔盐罐以及一些管路配件等组成。

以熔盐为热载体的工业给热装置，包括熔盐炉和熔盐储槽，熔盐储槽置于地下，熔盐炉的熔盐进口管与设置在熔盐储槽内部的两台并联的熔盐泵相连，熔盐炉的熔盐出口管与用热设备相连，用热设备的熔盐出口与熔盐储槽相通，熔盐储槽内置一个电加热器，电加热器进出口分别与热介质进口管和热介质出口管相连，熔盐炉的壳体为立式圆筒形，燃烧器置于炉体下部。装置可作为高温热源使用。

熔盐加热系统运行过程如下：首先将粉状的混合盐放入熔盐罐内，通过安装在罐内电加热伴管等方式将熔盐加热到熔点以上，使其粘度达到可以用熔盐循环泵进行循环的值。与此同时，需对熔盐炉内空管进行预热，以防止熔盐在流经冷盘管时发生冷凝固化。盘管预热到一定程度之后，开启熔盐循环泵，将熔盐送入熔盐炉中加热，加热到特定温度的熔盐被输送到用热设备，供热后，再沿循环系统流回熔盐罐，上述过程不断循环，构成熔盐加热系统。系统运行停止时，全部熔盐将流回熔盐罐中。

在传统的熔盐加热系统中，熔盐经过首次融化之后，不能再次凝固，否则将会消耗大量热量，对熔盐进行再次融化，造成热量浪费。而且整个系统在运行操作方面无法实现全自动化控制。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种导热油与熔盐胶囊复合蓄热供热系统及其方法，该装置通过结合我国现有的能源配置问题，开发了利用低谷电进行制热并蓄热、并在峰值释热这一有效的蓄热式系统，完成电力上的“移峰填谷”。

本发明采用以下技术方案：

一种导热油与熔盐胶囊复合蓄热供热系统，包括导热油加热及蓄热系统、熔盐胶囊蓄热结构、供热系统和中央处理器；中央处理器分别与供热系统和导热油加热及蓄热系统连接，熔盐胶囊蓄热结构为胶囊型结构，多个熔盐胶囊蓄热结构设置在导热油加热及蓄热系统的储热罐内，供热系统用于对储热罐中的储热介质进行换热实现出口工况的稳定控制和输出，中央处理器用于实现自动控制。

具体的，导热油加热及蓄热系统包括注油泵、缓冲罐和氮气，注油泵与储热罐连接，储热罐顶部的排气管线分两路，一路接氮气，另一路经缓冲罐与注油泵连接。

进一步的，缓冲罐内设置有液位自动检测装置，液位自动检测装置与中央处理器连接。

具体的，供热系统包括风机和换热器，风机与换热器的进口端连接，换热器设置在储热罐内，位于熔盐胶囊蓄热结构的上方。

进一步的，换热器为管壳式换热器，设置在储热罐的中上部，熔盐胶囊蓄热结构设置在储热罐的中下部。

进一步的，供热系统还包括送风旁路，送风旁路与换热器的出口连接用于补充冷工质与热工质混合。

具体的，熔盐胶囊蓄热结构设置在导热油中，胶囊型结构内部填充有熔融盐并留有空隙，表面设置有翅片结构。

具体的，储热罐内沿储热罐的中轴安装有搅拌器，储热罐的底部设置有电加热器，电加热器通过温度检测装置与中央处理器连接，换热器的出口处设置有温度监测器，温度监测器用于将出口工质温度反馈给中央处理器，中央处理器根据换热器出口工质温度控制搅拌器。

本发明的另一个技术方案是，一种导热油与熔盐胶囊复合蓄热供热系统的工作方法，储热罐中先充满氮气；导热油由注油泵输送至储热罐中，储热罐中的氮气经过排气管线进入缓冲罐中；储热罐底部的电加热器开始加热蓄热，温度检测装置将温度数值反馈给中央处理器调节储热罐中搅拌器的转速；导热油在启动升温过程中，通过缓冲罐将产生的水蒸汽、空气及低沸点挥发物排出；熔盐胶囊蓄热结构内的低温熔盐与导热油进行传热，完成熔盐蓄热；通过调节供热系统的风机与送风旁路间的调节阀，使补充冷工质通过旁路与热工质进行混合；当储油罐开始放热的中后期，温度监测器将出口温度反馈给中央处理器，中央处理器通过调节搅拌器的转速改变导热油与对流管束的对流换热系数，实现出口热风工况的控制和输出。

具体的，当缓冲罐中的导热油达到设定值时，液位自动检测装置传输信号反馈给中央处理器，注油泵开始工作，将缓冲罐中的导热油注入储热罐中继续工作。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种导热油与熔盐胶囊复合蓄热供热系统，导热油加热及蓄热系统避免了传统导热油加热系统的复杂性，在满足设计要求下减少设备使用量。熔盐加热及蓄热系统充分考虑了熔盐加热系统的弊端，采用一种新型熔盐储热方式，可以有效的发挥熔盐潜热。供热系统中通过自动调节控制搅拌器，达到稳定对外输出热量。

进一步的，导热油加热及蓄热系统通过将低谷电能转化为导热油和熔盐的热量存储起来，并通过工质释放给热用户利用。通过导热油、熔盐复合加热蓄热，大大提高了系统的蓄热能力。进一步的，液位自动检测装置的设置可以监测缓冲罐中的液位高度，程序化自动控制注油泵工作，向热储罐注入导热油，并且维持缓冲罐中与热储罐中导热油容积的稳定。

进一步的，供热系统通过风机将空气通入热交换器，与导热油和热管换热得到具有稳定温度的热空气供用户使用。

进一步的，管壳式换热器具有高效节能的优点，换热系数可达6000～8000w/m².k，可实现导热油与热载体的高效换热。同时由于设计简单灵活，价格低廉，气设计成本较低。

进一步的，送风旁路的目的在于调节出风口工质温度的稳定，防止工质温度波动太大，不利于热用户的实用，同时也避免出风口出风温度过高，白白造成能量浪费。

进一步的，通过设置翅片，熔盐胶囊的换热面积达到蓄热要求，可有效进行换热。熔盐胶囊内部留有的空隙保证熔盐在蓄热、放热过程中的体积变化不会对熔盐胶囊结构造成破坏。

进一步的，通过设置搅拌器，强化工质之间的换热效率并且可以使热量稳定对外输出。

本发明还公开了低谷电加热导热油与熔盐复合蓄热供热系统的工作方法，通过设置相关的温度、液位检测及控制仪表，中央处理器可分析温度、液位参数，自动对整个系统的导热油流量、风机流量、旁路送风流量进行控制，实现系统的安全可靠、高效节能运转。

进一步的，通过液位调节装置，可有效对热储罐注入导热油，实现对缓冲罐中导热油的有效回收，并且维持缓冲罐中与热储罐中导热油容积的稳定。

综上所述，本发明通过将导热油蓄热和熔盐蓄热有机结合，有效地提高了系统的蓄热量，同时通过合理设置，同传统蓄热供热系统相比，大大减少了系统所需的设备，通过设置中央处理器及相应的控制仪表，实现了整个系统的安全可靠、高效节能运转。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为熔盐胶囊结构示意图。

其中：1.注油泵；2.缓冲罐；3.储热罐；4.电加热器；5.搅拌器；6.氮气；7.熔盐胶囊蓄热结构；8.风机；9.换热器。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明一种导热油与熔盐胶囊复合蓄热供热系统，包括导热油加热及蓄热系统、熔盐蓄热系统、供热系统和中央处理器；熔盐蓄热系统包括熔盐胶囊蓄热结构7，多个熔盐胶囊蓄热结构7设置在导热油加热及蓄热系统的储热罐3内，供热系统与储热罐3连接，用于对储热罐中的储热介质进行换热实现出口工况的稳定控制和输出，中央处理器分别与导热油加热及蓄热系统、熔盐蓄热系统和供热系统连接用于实现自动控制。

导热油加热及蓄热系统包括注油泵1、缓冲罐2、储热罐3、电加热器4、搅拌器5、氮气6；供热系统包括风机8、换热器9和送风旁路。

注油泵1与储热罐3连接，换热器9设置在储热罐3内，位于熔盐胶囊蓄热结构7的上方，风机8与换热器9的进口端连接，储热罐3的顶部连接有排气管线，排气管线分两路，一路与氮气6的管路连接，另一路经缓冲罐2与注油泵1连接，缓冲罐2内设置有液位自动检测装置，液位自动检测装置与中央处理器连接，液位自动检测装置采用一般的工业用液位测量传感器，能实现模拟信号与数字信号的转换并能将信号传递给中央处理器，中央处理器则采用一般的工业单片机。

沿储热罐3的中轴安装有搅拌器5，搅拌器5位于换热器9和上方和熔盐胶囊蓄热结构7的下方，储热罐3的底部设置电加热器4，电加热器4通过温度检测装置与中央处理器连接，用于检测电加热器4周围导热油的温度，换热器9的出口处设置有温度监测器，温度监测器与中央处理器连接，用于监测换热器9的出口工质温度，中央处理器根据换热器出口工质温度控制搅拌器5工作，温度检测装置为一般的工业用温度传感器，通过与中央处理器连接能实现实时将模拟信号转化为数字信号传递给中央处理器，等待进一步的命令指示。

在储热罐3导热油放热的过程中，储热罐3设有监测换热器出口工质温度的温度检测装置，同时在供热系统中配有旁路管路。由于导热油与工质接触，换热用户工质进行换热。初始阶段工质温度会高于设计工质温度，温度检测装置将出口温度反馈给中央处理器，通过调节自动控制供热系统主路与旁路间的调节阀，使补充冷工质通过旁路与热工质进行混合，从而控制出口工质温度达到要求。当储热罐3开始放热的中后期，由于导热油温度降低，换热效果较差，温度检测装置将出口温度反馈给中央处理器，从而调节自动控制电动机的转速以调节搅拌器5的转速，改变导热油与对流管束的对流换热系数，强化对流传热，同时由于熔盐与导热油之间存在换热，使得导热油可以长时间保持一定温度，从而实现出口热风工况的稳定控制和输出。

优选的，换热器9为管壳式换热器，设置在储热罐3的中上部。

请参阅图2，熔盐胶囊蓄热结构7包括熔盐胶囊，熔盐胶囊的表面设置有翅片结构，熔盐胶囊内部留有空隙，通过设置翅片，熔盐胶囊的换热面积达到蓄热要求，可有效进行换热。熔盐胶囊内部留有的空隙保证熔盐在蓄热、放热过程中的体积变化不会对熔盐胶囊结构造成破坏。

低谷电加热完成储热之后，风机8送风并通过换热器9与储热罐3中的储热介质进行换热，实现出口工况的稳定控制和输出。

本发明针对当前蓄热释热装置的缺点，采用固体储热材料(熔盐)和液体储热材料(导热油)一体化结构设计因其独特优势，将适合城市发展的需求，在工业、民用都有很大的应用空间。该技术可以有效的简化液体储热系统(导热油)和固体储热系统(熔盐)的复杂性，使得设备运行更安全、稳定、易操作。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一种导热油与熔盐胶囊复合蓄热供热系统的工作方法如下：

导热油加热及蓄热系统在开始工作前，储热罐3中先充满氮气6，避免容器内部与空气直接接触而导致氧化；导热油由注油泵1输送至储热罐3中，排出储热罐3中的氮气6，氮气6经过排气管线进入缓冲罐2中，并进一步排放到大气中；可根据导热油的实际膨胀量合理调整导热油注油量，从而在储热罐3中留有足够的导热油膨胀空间。

导热油开始加热蓄热时，电加热器4周围会出现局部高温导致导热油分解，温度检测装置将温度数值反馈给中央处理器调节搅拌器5转速，从而促进电加热器周围的高温导热油的流动，进而与低温导热油进行充分换热。

导热油在启动升温过程中，特别是初次投入运行，由于导热油自身残留水分等原因，会产生大量水蒸汽、空气及其它低沸点挥发物，借助排气管线，由缓冲罐2上的大气管将气体排到系统外，以确保系统正常可靠运行。

导热油在升温过程中体积膨胀并产生少量的油蒸汽，必须对此加以释放，才能保证有机热载体在系统中的正常循环。油蒸汽通过排气管进入缓冲罐2，由于缓冲罐2中有一定量的低温导热油，所以油蒸汽会在低温导热油中冷凝下来，当缓冲罐2中的导热油达到一定量的之后，液位自动检测装置传输信号，液位自动检测装置将液位数值反馈给中央处理器，注油泵开始工作，将缓冲罐中的多的导热油注入储热罐中继续工作。

电加热器4工作过程中，电加热器4附近的温度检测装置自动检测电加热器4周围导热油的温度，当导热油温度升温速率变大时，温度检测装置将数值反馈给中央处理器，搅拌器5开始工作，使得电加热器4周围的高温导热油与低温导热油充分混合，导热油热量分布均匀，电加热器4升温速率稳定在需要范围内。

熔盐加热及蓄热系统中，当导热油开始升温的过程中，由于熔盐胶囊结构7全部浸在导热油中，因此熔盐与导热油之间进行传热，使得熔盐的温度升高，达到储热的功能。利用熔盐胶囊进行储热释热，其大大增加了换热比表面积，提高换热效果，并在其表面设置翅片结构，进一步提高其换热能力。熔盐胶囊内部留有空隙，为熔盐在加热和冷却时的膨胀和收缩创造了空间条件。与传统的管式熔盐储存结构相比，在维修保养时，此熔盐胶囊更加便于更换。

就目前的研究来看，采用固体储热材料(熔盐)和液体储热材料(导热油)一体化结构设计，是适合城市发展的需求，在工业、民用都有很大的需求空间。可以有效的简化液体储热系统(导热油)和固体储热系统(熔盐)的复杂性，使得设备运行更安全、稳定、易操作。本发明的优点归结起来主要有以下几点：

(1)避免了导热油加热系统的复杂性，在满足设计要求下减少设备使用量。

本发明中大大减少了设备的使用量，主要设备为注油泵、储热罐、缓冲槽(体积很小，收集油蒸汽和排放空气及水蒸汽)。当导热油在升温脱水阶段，由于导热油自身残留水分等原因，会产生大量水蒸汽、空气及其它低沸点挥发物，借助排气管，由缓冲罐上的大气管将气体排到系统外，以确保系统正常可靠运行。

当导热油在升温过程中体积将会膨胀，可根据导热油的膨胀量实际情况合理调整导热油注油量，在储热罐中留有导热油的膨胀空间。在膨胀过程中会产生少量的油蒸汽，必须对此加以释放，才能保证有导热油在系统中的正常循环。油蒸汽通过排气管进入缓冲罐，由于缓冲罐中有一定量的低温导热油，所以油蒸汽会在低温导热油中冷凝下来，当缓冲罐中的导热油达到一定量的之后，液位自动检测装置传输信号，液位监测器将液位数值反馈给中央处理器，注油泵开始工作，将缓冲罐中的多的导热油注入储热罐中继续工作。

因此通过本发明设计，减少了高位槽、地位槽、油气分离器、循环油泵的使用，使设备大大简化，运行简单易操作，可实现自动化操作。

(2)避免了熔盐加热系统的复杂性，系统运行过程可控

当导热油开始升温的过程中，由于熔盐胶囊全部浸在导热油中，因此熔盐与导热油之间进行传热，使得熔盐的温度升高，达到储热的功能。当导热油中热量释放给供热介质后，熔盐胶囊中的熔盐进一步将热量释放给导热油，导热油温度进一步的升高。熔盐同导热油共同蓄热的方式不仅大大增加了系统的蓄热能力，并且通过调节导热油的参数可以方便实现对熔盐的参数控制。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。