储热装置

本发明涉及储热领域，尤其是涉及一种储热装置。

背景技术：

钢铁行业在炼铁过程中会产生1450-1550℃的高温炉渣，通常可以选用水对高温炉渣降温，由此产生大量的高炉冲渣热水，高炉冲渣热水的温度在是86-90℃。

相关技术中，由工艺及设备水平的限制，其中的一部分热量用于冬季采暖，绝大部分热量通过冷却塔放散到大气中，不仅浪费了大量的余热资源，而且还引起环境污染。

并且，为了减少能耗，可以对冲渣水的热量进行回收利用，利用高炉冲渣热水的热量发电，例如：有机工质朗肯循环发电系统利用冲渣水的热量进行发电，有机工质朗肯循环发电系统等需要稳定热源才能持续产生电能。而在高炉冲渣间歇阶段(即没有炉渣排出阶段)，不产生高炉冲渣热水，导致有机工质朗肯循环发电系统的发电装置频繁启停，使有机工质朗肯循环发电系统不能持续运转工作，影响有机工质朗肯循环发电系统的工作稳定性和安全性。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出了一种储热装置，该储热装置能够实现冲渣水热量的快速储存和释放，可以避免有机工质朗肯循环发电系统的发电装置频繁启停，从而可以提升有机工质朗肯循环发电系统的工作稳定性和安全性，并且能够避免余热资源的浪费，也可以防止污染环境。

根据本发明的储热装置包括：储热本体，所述储热本体限定出换热空间；进口流道和出口流道，所述进口流道和所述出口流道均与所述换热空间连通；具有储存和释放热量功能的储热结构，所述储热结构设于所述换热空间内。

根据本发明的储热装置，通过设置储热结构，这样设置能够实现冲渣水热量的快速储存和释放，可以避免有机工质朗肯循环发电系统的发电装置频繁启停，从而使有机工质朗肯循环发电系统能持续运转工作，进而可以提升有机工质朗肯循环发电系统的工作稳定性和安全性，并且，能够避免余热资源的浪费，可以实现余热资源的高效利用，同时，也可以防止污染环境。

在本发明的一些示例中，所述的储热装置还包括：第一隔板和第二隔板，所述换热空间具有相对的第一敞开端和第二敞开端，所述第一隔板设于所述第一敞开端，所述第二隔板设于所述第二敞开端。

在本发明的一些示例中，所述进口流道与所述第一敞开端连通，所述出口流道与所述第二敞开端连通。

在本发明的一些示例中，所述第一隔板和所述第二隔板均设有通孔。

在本发明的一些示例中，所述第一隔板和所述第二隔板均构造为网状结构。

在本发明的一些示例中，所述储热本体的外表面、所述进口流道的外表面、所述出口流道的外表面中的至少一个设有保温层。

在本发明的一些示例中，所述储热结构包括：壳体和相变储热基体，所述壳体限定出密封的储物空间，所述相变储热基体设于所述储物空间内。

在本发明的一些示例中，所述储热结构的外部轮廓构造为球型。

在本发明的一些示例中，所述储热结构的直径构造为3-7mm。

在本发明的一些示例中，所述相变储热基体的相变温度为t，满足关系式：75℃≤t≤85℃。

在本发明的一些示例中，在所述换热空间的高度方向，所述第一隔板和所述第二隔板之间的间隔距离为d，所述储热结构的设置高度为h，满足关系式：1/3d≤h≤2/3d。

在本发明的一些示例中，所述进口流道的自由端设有进口，所述出口流道的自由端设有出口。

在本发明的一些示例中，从所述进口流道的自由端至所述第一敞开端的方向，所述进口流道的横截面积逐渐增大；从所述出口流道的自由端至所述第二敞开端的方向，所述出口流道的横截面积逐渐增大。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的储热装置的示意图；

图2是根据本发明实施例的储热装置的储热结构的示意图。

附图标记：

储热装置1；

储热本体2；换热空间21；第一敞开端22；第二敞开端23；

进口流道3；进口31；

出口流道4；出口41；

储热结构5；壳体51；相变储热基体52；储物空间53

第一隔板61；第二隔板62。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1和图2描述根据本发明实施例的储热装置1。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的储热装置1包括：储热本体2、进口流道3、出口流道4和具有储存和释放热量功能的储热结构5，储热本体2限定出换热空间21，进口流道3和出口流道4均与换热空间21连通，储热结构5设置于换热空间21内。

现有技术中，高炉是钢铁厂用于炼铁的核心装备，高炉炼铁的原理是铁矿石在特定的气氛中通过物化反应获取还原后的生铁。高炉炼铁过程中，物料中的炭素在热风中发生燃烧反应，产生具有高温的还原性气体，炽热的气流在上升过程中将下降的炉料加热，并与矿石发生还原反应，高温气流中的一氧化碳、氢气和部分炽热的固定碳夺取矿石中的氧，将铁还原出来。还原出来的还原铁进一步熔化和渗碳，最后形成铁水。铁水定期从铁口放出，矿石中的脉石变成炉渣浮在液态的铁面上，定期从渣口排出。以某钢铁厂5800高炉为例，每日出铁13000吨/天，排渣4300吨/天，排渣温度1550℃，冲渣水循环流量4650吨/小时，冲渣热水温度90℃，目前排渣过程中的熔渣废热以冲渣水闪蒸及冷却塔降温形式放散到环境中，每个出铁周期为120分钟，其中高炉排渣周期为80分钟，排渣间歇周期(即没有炉渣排出阶段)为40分钟，可见高炉排渣的过程是典型的间歇性过程，进而冲渣热水的产生也是间断性。如果直接利用冲渣热水作为有机工质朗肯循环发电系统的热源，在高炉冲渣有机工质朗肯循环发电系统启动，在冲渣间歇阶段有机工质朗肯循环发电系统停止工作，导致有机工质朗肯循环发电系统频繁启停，对于有机工质朗肯循环发电系统的稳定和安全运行非常不利。

在本申请中，通过设置储热装置1，高炉冲渣热水可以通过进口流道3流入换热空间21，高炉冲渣热水流过换热空间21时，储热结构5与高炉冲渣热水相互扰动，高炉冲渣热水与储热结构5换热，使一部分热量存储在储热结构5内，换热后的高炉冲渣热水通过出口流道4流出储热装置1，然后流入有机工质朗肯循环发电系统加热有机工质，实现有机工质朗肯循环发电系统的发电，而在高炉冲渣间歇阶段，低温水流过换热空间21时，储热结构5将热量传递至低温水，使低温水温度升高为高温水，然后高温水通过出口流道4流出储热装置1，然后流入有机工质朗肯循环发电系统加热有机工质，实现有机工质朗肯循环发电系统的发电。由此可知，在高炉冲渣阶段储热装置1可以有效的对高炉冲渣热水的热量进行储存，在高炉冲渣间歇阶段，储热装置1可将储存的热量释放出来，为余热利用系统(有机工质朗肯循环发电系统)提供稳定的热源，可以保证有机工质朗肯循环发电系统的持续运行，进而可以提升有机工质朗肯循环发电系统的工作稳定性和安全性，并且，能够避免余热资源的浪费，可以实现余热资源的高效利用，同时，也可以防止污染环境。

由此，通过设置储热结构5，能够实现冲渣水热量的快速储存和释放，可以避免有机工质朗肯循环发电系统的发电装置频繁启停，从而使有机工质朗肯循环发电系统能持续运转工作，进而可以提升有机工质朗肯循环发电系统的工作稳定性和安全性，并且，能够避免余热资源的浪费，可以实现余热资源的高效利用，同时，也可以防止污染环境。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，储热装置1还包括：第一隔板61和第二隔板62，换热空间21可以具有相对的第一敞开端22和第二敞开端23，第一隔板61可以设置于第一敞开端22，第二隔板62可以设置于第二敞开端23。其中，第一敞开端22是指图1中换热空间21的下端，第二敞开端23是指图1中换热空间21的上端，第一隔板61和第二隔板62能够将储热结构5限位在换热空间21内，可以防止储热结构5从换热空间21内运动出，从而可以保证储热装置1的工作性能。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，进口流道3与第一敞开端22连通，出口流道4与第二敞开端23连通。当液体(水)流经储热装置1时，液体首先流入进口流道3内，然后液体通过第一隔板61流入换热空间21内，当液体流出储热装置1时，液体通过第二隔板62流入出口流道4，然后液体流出出口流道4，如此设置能够保证流入进口流道3内的液体可流入换热空间21内，也能够保证换热空间21内的液体流出储热装置1。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，第一隔板61和第二隔板62均可以设置有通孔(图中未示出)。通孔的横截面积可以小于储热结构5的横截面积，优选地，通孔可以设置为圆孔，如此设置可以防止储热结构5从通孔运动出换热空间21，也可以实现进口流道3与换热空间21、出口流道4与换热空间21的连通。

需要说明的是，如图1所示，冲渣水从储热装置1下端的进口流道3流入换热空间21内后，储热结构5在第一隔板61和第二隔板62之间运动并完成热交换，换热后的冲渣水从储热装置1上端的出口流道4流出储热装置1。由于储热结构5在第一隔板61和第二隔板62间被冲渣水携带呈上下运动，冲渣水完全包围储热结构5的四周，在冲渣水流动中全接触换热，同时储热结构5与冲渣水(液体)相互扰动，因此可以提高冲渣水和储热结构5的换热效率，同时储热结构5的热量释放过程更加稳定，可以保证余热利用系统的稳定运行。

在本发明的一些实施例中，第一隔板61和第二隔板62均可以构造为网状结构。优选地，网状结构的网隙最大处可以设置为小于储热结构5的横截面积。如此设置可以防止储热结构5通过网状结构的网隙流出换热空间21。需要说明的是，如图1所示，冲渣水从储热装置1下端的进口流道3流入换热空间21内后，储热结构5在第一隔板61和第二隔板62之间运动并完成热交换，换热后的冲渣水从储热装置1上端的出口流道4流出储热装置1，同时储热结构5与冲渣水(液体)相互扰动。由于储热结构5在第一隔板61和第二隔板62间被冲渣水携带呈上下运动，冲渣水完全包围储热结构5的四周，在冲渣水流动中全接触换热，因此可以提高冲渣水和储热结构5的换热效率，同时储热结构5的热量释放过程更加稳定，可以保证余热利用系统的稳定运行。

在本发明的一些实施例中，储热本体2的外表面、进口流道3的外表面、出口流道4的外表面中的至少一个设置有保温层，优选地，储热本体2的外表面、进口流道3的外表面、出口流道4的外表面均设置有保温层，保温层具有保温的作用，通过设置保温层，保温层可以在外界环境与储热装置1内部环境之间阻挡热能传递，当液体与储热结构5发生热交换或者储热装置1之中没有液体流过时，保温层可以减少热能流失到外界环境中，由此，保温层可以提高储热装置1的储热效果。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，储热结构5可以包括：壳体51和相变储热基体52。壳体51可以限定出密封的储物空间53，相变储热基体52设置于储物空间53内，相变储热基体52可以由三元混合硝酸盐低温相变材料制成，也可以由硝酸钙、硝酸钠和硝酸钾的混合物制成，例如：硝酸钙：硝酸钠：硝酸钾＝32:24:44，此时相变储热基体52的相变温度为80℃，还可以由八水氢氧化钡、氟化钙和明胶的混合物制成，此时相变储热基体52的相变温度为80℃。相变储热基体52在从其中一相转化为另一相的过程中，可以吸收或放出大量的热能，因此在储热装置1中相变储热基体52可以作为优良的储热材料，由于相变储热基体52存在相变特性，因此可以将相变储热基体52限定在储物空间53内，壳体51可以在相变储热基体52和冲渣水之间传递热量，优选地，壳体51的材料可以设置为防腐蚀金属或者塑料材质，如此设置可以保证壳体51具有良好的密封性和导热性，也可以避免壳体51被腐蚀。

需要说明的是，通过在壳体51内设置相变储热基体52，可以有效的吸收冲渣水的热量。以冲渣热水温度为90℃，低温的相变储热基体52的相变温度为80℃度为例。在高炉冲渣阶段，冲渣热水从进口流道3流入换热空间21，冲渣热水向上流动带动储热结构5在两个隔板间滚动，冲渣热水中的热量通过壳体51传导给内部的相变储热基体52，相变储热基体52吸收热量后发生相变，并将热量以潜热的方式储存在相变储热基体52内。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，储热结构5的外部轮廓可以构造为球型。在相同体积的情况下球型结构的储热结构5具有更大的表面积，如此设置能够增加储热结构5与冲渣热水的接触面积，可以提高储热结构5与冲渣热水之间的热交换效率。

在本发明的一些实施例中，如图1和图2所示，储热结构5的直径可以构造为3-7mm。优选地，储热结构5的直径设置为5mm。需要说明的是，相变储热基体的相变潜热可达到100-200kj/kg，缺点在于导热系数很低，通常小于3w/(m·k)-1，因此为了保证储热和换热的效果，往往需要将相变储热基体填充在很小的空间内，这就导致储热结构的整体储热量和换热效果降低。

在本申请中，通过将相变储热基体52填充至壳体51内，在储热结构5储热和放热过程中，储热结构5四周均被换热的流体冲刷，大大的提高了换热的效率。同时，由于冲渣水及循环水向上流动携带储热结构5运动时，使得储热结构5在两层隔板间不停的上下交换、来回翻动，整个储热装置1内所有储热结构5的储热和放热速率基本一致，储热过程更快，放热过程更平稳。通过实验室研究和模拟计算，采用储热结构5储热的运行方式，相比于采用10mm的储热结构5的运行方式，储热结构5直径设置为5mm储热能力增加50％，换热效果增强25％，放热温度稳定时间延长30％左右，大大提高了储热装置1的储热和换热性能。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，相变储热基体52的相变温度为t，满足关系式：75℃≤t≤85℃，优选地，相变储热基体52可以设置为相变温度为80℃的相变储热基体52。其中，由于冲渣水通常为86℃-90℃的高温热水，相变储热基体52在相变温度下吸收热量最多，最适合作为储热材料，这样设置能够保证相变储热基体52可以发生相变，可以保证储热结构5具有储热和放热功能，从而可以保证储热结构5的工作可靠性。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，在换热空间21的高度方向，第一隔板61和第二隔板62之间的间隔距离为d，储热结构5的设置高度为h，满足关系式1/3d≤h≤2/3d。液体经过储热装置1时，液体与储热结构5产生热交换，储热结构5在换热空间21中运动，如果储热结构5的设置高度过小，会造成换热空间21利用率低，储热装置1储热能力较低，如果储热结构5的设置高度过高，会造成储热结构5在换热空间21内无法运动，储热结构5与液体不能充分接触，导致储热装置1储热能力较低。因此，通过1/3d≤h≤2/3d，能够使换热空间21内设置足够的储热结构5，可以保证储热装置1储热和放热能力，并且，也能够使储热结构5在换热空间21内运动，可以保证储热结构5与液体充分接触，从而可以保证储热结构5的换热效率。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，进口流道3的自由端可以设置有进口31，出口流道4的自由端可以设置有出口41。进口31和出口41分别设置在储热装置1的下端和上端，如此设置可以保证液体从下至上流过储热装置1的换热空间21，储热结构5与液体可以充分接触，可以提高储热装置1的储热能力。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，进口流道3的自由端至第一敞开端22的方向，即从图1中进口流道3的下端至上端的方向，进口流道3的横截面积逐渐增大，出口流道4的自由端至第二敞开端23的方向，即从图1中出口流道4的上端至下端的方向，出口流道4的横截面积逐渐增大。当冲渣热水(液体)从进口31流入进口流道3时，由于进口流道3的横截面积逐渐增大，可以降低液体的流速，在换热空间21内的储热结构5与液体可以充分接触并且发生热交换，可以提高液体在换热空间21内的换热效率.当液体由出口流道4流至出口41时，由于出口流道4的横截面积逐渐减小,液体的流速提高，可以使液体快速流入余热利用系统，从而可以更加快速加热有机工质。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。