高单位蓄热容量及长寿命的固体蓄热电锅炉的制作方法

本实用新型涉及一种固体蓄热电锅炉，特别是一种具有高单位蓄热容量、长寿命的固体蓄热电锅炉。属于固体电蓄热技术领域。

背景技术：

目前的固体蓄热装置中，塌炉和电热丝断丝或变形等是常见故障和问题，对固体蓄热装置的稳定、可靠运行造成严重的影响，并会导致巨大的经济损失。产生塌炉故障的主要原因，是蓄热体内部温度分布的严重不均匀导致的，同时，为了避免该问题，实际运行时往往采用降低蓄热温度的方式，又会造成蓄热容量的大幅下降，导致系统出力不足或投资大幅增加。产生电热丝断丝或变形的主要原因，是由于电热丝氧化，以及为了防止氧化将电热丝通道隔离在主风道之外，从而导致电热丝过热等引起的。而且，这种方式又进一步导致了是蓄热体内部温度分布的严重不均匀。

现有技术中，蓄热体内部形成的风道结构本质上是二维结构，比较典型和普遍应用的是在水平面上交替正交的风道结构，其特点是每条风道均独立贯穿整个蓄热体、且相互之间完全隔离，电热丝一般位于其中的多组平行通道中。显然，这样的结构会导致每条换热风道的首尾温差较大、也会导致位于不同通道中的电热丝温差过高等问题。

蓄热体一般由多块蓄热砖堆砌而成，现有技术中的蓄热砖结构使得一般每块蓄热砖的一个面的局部与电热丝换热、相对面的局部与换热风道中的气体换热，水平相邻的两个电热丝通道或换热风道之间为较厚的蓄热砖实体，换热面积小、蓄热砖内部的温度梯度大，导致了蓄热体内部温差过大。

不同蓄热砖之间，以及同一蓄热砖不同空间部位的温差过大，会降低整体的蓄热温度，从而降低蓄热容量、影响吸热和放热特性，降低蓄热系统效率和动态响应性能；电热丝的封闭空间温度过高还会显著减少电热丝的使用寿命等。

在外部换热温度控制上，中国专利“一种空气分级加热控温的固体电蓄热锅炉装置(申请号：201710974300.3)”，提出蓄热机构由层层叠放设置的多级蓄热室组成，相邻的蓄热室之间通过隔热层分隔。多级蓄热室采用串联加热的方式，通过分级电动风阀的开闭控制出风温度，以解决换热器的二次侧的水温控制通过调节电机转速实现。显然，目前的电机转速都是通过变频器实现，并不存在其提出的“可控范围小、精度差”的问题；而且分级蓄热结构上、控制上都比较复杂。中国专利“一种可调出风温度的固体蓄热装置(申请号：201720632879.0)”，则提出在储热腔下方设置有风道，风道出口流出的气流与储热腔气体出口流出的气流相汇集混合后排出，风道的入口和出口位置均设置有可调开口大小的百叶窗挡风板，通过plc控制百叶窗挡风板开度来调节混合气体的温度。显然，在固体蓄热装置内部设置百叶窗挡风板会使得装置体积变大、维修维护不便，而且节流调节方式还会造成压力损失和能量损失。

蓄热砖的密度较高，堆砌成蓄热体后下部的蓄热砖承重很大，而且底部的耐火绝热砖要承受整个蓄热体的重量。下部的蓄热砖和耐火绝热砖如果在长期高温环境下再承受较大的重量，必然会对机械性能造成影响，轻则减少使用寿命，严重的甚至可能会造成塌炉等事故。因此，需要采取有效措施，减轻单位面积的承重、降低运行环境温度。中国专利“高温固体电热储能炉(申请号：201510082349.9)”，绝缘基础部分由呈矩阵形式分布的绝缘支撑组成，单独构成对绝缘基础部分进行降温的外部独立风道，但是其绝缘隔热层与其上部的低温风道之间的支撑结构并未说明，显然采用第二高温绝缘挡板的话很难承重，就基本失去了绝缘隔热层存在的意义。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种高单位蓄热容量及长寿命的固体蓄热电锅炉，降低蓄热体内各部分的温差，减少电热丝的过热和氧化，增强底部的通风冷却，从而有效提高单位蓄热容量、延长使用寿命，解决塌炉和电热丝断丝或变形等严重热故障问题。还具有结构简单、成本较低、运行可靠、维护方便等优点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

所述的高单位蓄热容量及长寿命的固体蓄热电锅炉，包括蓄热体1、加热通道2、进风通道3、出风通道4、进风室5、出风室6、出风管道7、用热设备8、进风管道9、风机10、电热丝11、绝热基座12、绝热层13、智能测控装置14。

蓄热体1内部有加热通道2，以及与其空间正交且分别连通的进风通道3和出风通道4，进风通道3和出风通道4为空间平行关系，且多条加热通道2、多条进风通道3、多条出风通道4呈空间立体网格状连通结构、或者空间并联结构。

加热通道2在蓄热体1内两侧贯通，进风通道3的末端封闭，出风通道4的首端封闭，进风室5与多个进风通道3的首端连通，出风室6与多个出风通道4的末端连通，进风室5内的气体从进风通道3首端流入，流经沿程的加热通道2后进入出风通道4，由出风通道4末端流出汇集到出风室6。

出风室6将加热及换热得到的高温气体经出风管道7送给用热设备8，换热后的低温气体在安装于进风管道9上的风机10的驱动下，经由进风管道9返回进风室5。

多个电热丝11安装在多条加热通道2内部。

绝热基座12位于蓄热体1底部，对蓄热体1起到绝热和机械支撑作用，且换热后的低温气体从进风室5流经绝热基座12进入多个进风通道3。

绝热层13将蓄热体1、进风室5、出风室6完全包裹。

由智能测控装置14实时监测所述固体蓄热电锅炉的运行状态，并控制风机10、电热丝11的运行。

进一步地，所述的固体蓄热系统为密闭系统。

进一步地，包括气体惰性化处理装置15和氧气含量传感器16，氧气含量传感器16实时监测出风室6的氧气含量，送给智能测控装置14进行分析处理，当氧气含量较高时，智能测控装置14控制气体惰性化处理装置15工作，直至氧气含量低于设定的阈值；气体惰性化处理装置15与进风室5相通，采用氧气消除或其他气体替换的方式降低氧气含量。

进一步地，包括温度传感器17，检测出口和入口风温，送给智能测控装置14分析处理，实现所述固体蓄热电锅炉的自动运行控制。

进一步地，包括平衡阀18，安装在出风室6上，当出风室6与外部压差过高时，自动打开平衡内外压力。

进一步地，所述的电热丝11表面有高温导热防腐涂层19。

进一步地，所述的加热通道2、进风通道3和出风通道4内壁上有高温导热涂层20。

进一步地，包括净化过滤装置21，在所述的固体蓄热电锅炉启动加热之前，由风机10驱动空气封闭循环。

进一步地，包括旁路管道22，与用热设备8并联，旁路管道22上安装有旁路控制装置23，在智能测控装置14的控制下调节旁路风量。

与现有技术相比较，本实用新型具有如下优点：

1、多条加热通道、进风通道、出风通道呈空间立体网格状连通结构或者空间并联结构，采用进风通道的末端、出风通道的首端封闭的设计，实现温度相对均衡的垂直进风，避免各换热面由不同进风温度导致的大温差情况出现；有效增加蓄热砖的换热面积、降低温度梯度，避免出现蓄热砖与换热面之间距离过厚的情况出现。从而显著降低了不同蓄热砖之间以及同一蓄热砖不同空间部位的温差，提高蓄热容量、吸热放热效率和动态响应性能。同时，还具有结构简单、成本较低、运行可靠、维护方便等优点。

2、进风室设置在底部，热交换后的冷风流经绝热基座，自动使得绝热基座的温度最低；而且整个蓄热体的温度分布从下至上逐渐增高，有效增加了整体的机械强度，提高了耐火绝热砖和底部蓄热砖的使用寿命，解决了塌炉等严重热故障问题。

3、采用多种设计促进加热通道的换热效率，降低换热通道及电热丝的温升，不但有助于提高单位蓄热容量，而且还可有效提高电热丝的使用寿命。采用高温导热涂层、加热通道直接并入通风风路等，有效加强了电热丝和加热通道对外的热交换效率，降低了电热丝的温升。

4、采用多种设计有机结合，提高电热丝的使用寿命。系统采用封闭式结构，通过净化过滤装置对封闭循环的气体进行过滤，消除大颗粒杂质和水汽等；并通过气体惰性化处理装置采用替换法或消除法，有效消除系统内部的氧化气体，有效减缓了电热丝的氧化；同时，还使得电热丝在蓄热过程中能够直接参与通风换热，有效降低了电热丝的工作温度；结合电热丝表面的高温导热防腐涂层，从而大大提高了电热丝使用寿命。

5、采用旁路管道及旁路控制装置，通过旁路掺风的方式调节送入用热设备的风温，而不需要调节风机转速，保证了换热风速和温度、降低了设备成本。

附图说明

图1：固体蓄热电锅炉系统结构示意图。

图中：1-蓄热体、2-加热通道，3-进风通道、4-多条出风通道、5-进风室、6-出风室、7-出风管道、8-用热设备、9-进风管道、10-风机、11-电热丝、12-绝热基座、13-绝热层、14-智能测控装置、15-气体惰性化处理装置、16-氧气含量传感器、17-温度传感器、18-平衡阀、19-高温导热防腐涂层、20-高温导热涂层、21-净化过滤装置、22-旁路管道、23-旁路控制装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明：

如图1所示为系统结构示意图，所述的高单位蓄热容量及长寿命的固体蓄热电锅炉包括蓄热体1、加热通道2，进风通道3、多条出风通道4、进风室5、出风室6、出风管道7、用热设备8、进风管道9、风机10、电热丝11、绝热基座12、绝热层13、智能测控装置14、气体惰性化处理装置15、氧气含量传感器16、温度传感器17、平衡阀18、高温导热防腐涂层19、高温导热涂层20、净化过滤装置21、旁路管道22、旁路控制装置23。

图1中，蓄热体1内部的多条进风通道3和多条出风通道4空间平行，且分别与多条加热通道2空间正交且分别连通，多个电热丝11安装在多条加热通道2内部。加热通道2、进风通道3和出风通道4内壁上有高温导热涂层20，有效增加壁面的换热效率。

进风通道3的末端封闭，出风通道4的首端封闭。进风室5的气体从进风通道3首端流入，流经沿程的加热通道2后进入出风通道4，由出风通道4末端流出汇集到出风室6；出风室6将高温气体经出风管道7送给用热设备8，换热后的低温气体在安装于进风管道9上的风机10的驱动下，经由进风管道9返回进风室5。气体由进风通道3到达出风通道4时，中间必须经过加热通道2，也就是将加热通道2和电热丝11并入了通风风路系统。实现温度相对均衡的垂直进风，避免各换热面由不同进风温度导致的大温差情况出现；有效增加蓄热砖的换热面积、降低温度梯度。

绝热基座12位于蓄热体1底部，对蓄热体1起到绝热和机械支撑作用，且换热后的低温气体从进风室5流经绝热基座12进入多个进风通道3。显然，本设计使得绝热基座12的温度最低，蓄热体1温度从底部开始，随着向上的换热进程逐渐增高。

绝热层13将蓄热体1、进风室5、出风室6完全包裹。由智能测控装置14实时监测所述固体蓄热电锅炉的运行状态，并控制风机10、电热丝11的运行。

蓄热体1内部的温差变小，尤其是电热丝11及加热通道2的温差变小，可以使得蓄热体1的工作温度提高，而不必担心对电热丝11、绝热基座12等部件造成过热影响，从而有效避免塌炉等严重热故障问题的发生，显著提高了所述的高单位蓄热容量及长寿命的固体蓄热电锅炉的单位蓄热容量。

图1中，所述的高单位蓄热容量及长寿命的固体蓄热电锅炉为密闭系统，净化过滤装置21一般在所述的固体蓄热电锅炉启动加热之前，由风机10驱动空气封闭循环，消除大颗粒杂质和水汽等，也可增加吸附装置，消除循环气体中的含硫气体及其他腐蚀性气体成分等。

氧气含量传感器16实时监测出风室6的氧气含量，送给智能测控装置14进行分析处理，当氧气含量较高时，智能测控装置14控制气体惰性化处理装置15工作，直至氧气含量低于设定的阈值；气体惰性化处理装置15与进风室5相通，采用氧气消除或其他气体替换的方式降低氧气含量，有效消除系统内部的氧化气体，有效减缓了电热丝的氧化。

电热丝11表面有高温导热防腐涂层19，在不影响换热的同时，对电阻丝11做进一步的保护。

采用上述的多种设计有机结合，大大提高了电热丝使用寿命。同时，上述措施还使得电热丝11在蓄热过程中能够直接参与通风换热，有效降低了电热丝11的工作温度，形成良性循环，进一步避免了电热丝11的氧化烧断或过热变形等问题的发生。

图1中，温度传感器17检测出口和入口风温，送给智能测控装置14分析处理，实现所述固体蓄热电锅炉的自动运行控制。平衡阀18安装在出风室6上，当出风室6与外部压差过高时，自动打开平衡内外压力。保障所述的高单位蓄热容量及长寿命的固体蓄热电锅炉的自动、可靠运行。

图1中，旁路管道22与用热设备8并联，旁路管道22上安装有旁路控制装置23，在智能测控装置14的控制下调节旁路风量。通过旁路掺风的方式调节送入用热设备的风温，而不需要调节风机转速，保证了换热风速、降低了设备成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施实例，并不用以限制本实用新型，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。