太阳能光热锅炉用于燃气加热系统的制作方法

本实用新型涉及燃气或LNG加热系统技术领域，具体涉及一种太阳能光热锅炉用于燃气或LNG气化门站加热系统。

背景技术：

目前，气田的集气管线和输送管线在低温情况下由于燃气中的水合物结冰而形成冰堵、冰胀或阀门操作故障，会造成管线完全堵塞甚至超压爆管，这种现象在北方地区冬季更加严重。即使是在南方城市地区的天然气降压门站，由于燃气膨胀降压吸热，也会造成燃气温度低于0℃，从而形成水合物结冰或冰堵冰胀现象。

另外，无论是气田集气管线还是燃气输送管道和城市区域的降压门站或LNG空温气化器后，都需要进行必要的燃气加热伴热系统。

目前的伴热方式主要有电伴热和热媒伴热两种。

电伴热方式主要形式有：电热丝伴热；电热膜伴热；电热带伴热等形式。

热媒伴热包括：高温导热油伴热；热水伴热；蒸汽伴热等形式。

从伴热布置方式角度分三种：

(1)外伴热管伴热：伴热管安装在工艺管道外部，伴热管放出的热量，一部补充主管(即被伴热管)内介质的热损失，另一部分通过保温层散失到四周大气中；

(2)夹套伴热：夹套伴热管即在工艺管道的外面安装一套管，类似管套式换热器进行伴热；

(3)电伴热：电伴热带安装在工艺管道外部，利用电阻体发热来补充工艺管道的散热损失。

从伴热的加热燃料方式主要有两种:

(1)燃气、燃煤热水或蒸汽炉；优点：燃料便宜，如果自输燃气气价较低；缺点：燃烧排放有污染问题，如果排放不达标，多地环保部门会禁止，将来环保压力越来越大。

(2)电加热方式；分电热水或蒸汽锅炉和管道包覆电热丝或电热膜进行加热两种；优点：无污染排放，清洁环保；缺点：目前电价高，电费成本高。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种通过利用采用绿色能源太阳能产生的热力以加热燃气或LNG的、节能环保的、减少能源浪费和降低成本的太阳能光热锅炉用于燃气加热系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种太阳能光热锅炉用于燃气加热系统，包括LNG储罐、加热器、太阳能光热锅炉和输气管道；太阳能光热锅炉的加热循环工质出口端与加热器的加热循环工质入口端通过管道连接；LNG储罐的出液口与加热器的进液口通过管道连接；加热器的出汽口与输气管道的进汽口通过管道连接。

需要补充说明的是，公知地，太阳能光热锅炉包括太阳能集热器和太阳能锅炉，太阳能集热器将太阳能转化为热能，太阳能锅炉利用该热能为加热循环工质提供热源，加热循环工质从太阳能锅炉传送到加热器。LNG储罐将低温的液体液态气传送至加热器，加热循环工质与低温液态天然气进行热传递，天然气吸收了热量后变成气态天然气，气态天然气从输气管道运送出去，从而天然气在进入输气管道前保持一定温度，避免因低温天然气通过输气管道造成的冰堵冰胀和阀门故障，从而保证了天然气运输的正常工作。

进一步，还包括伴热管，伴热管设置在输气管道的外部；加热器的伴热循环工质出口端与伴热管的伴热循环工质入口端通过管道连接。

需要补充说明的是，加热器除了直接加热LNG储罐外，还能加热伴热管为输气管道伴热。加热循环工质与加热器的伴热循环工质进行热交换，吸收了热量的伴热循环工质输出到伴热管内，由于伴热管套设在输气管道的外部，伴热管将伴热循环工质的热量传递到输气管道，能使天然气在输气管道的运输过程中保持一定温度。

进一步，还包括气化器，气化器包括空温式气化器，LNG储罐的出液口与空温式气化器的进液口通过管道连接，空温式气化器的出气口与加热器的进气口通过管道连接。空温式气化器是依靠自身显热和吸收外界大气环境热量而实现气化功能的，其费用远远低于其它气化器。LNG储罐将低温的液态天然气通过管道传送到空温式气化器内，经过空温式气化器加热后变成气态天然气，再传送到加热器内通入加热循环工质对气态天然气进行二次加热。

再进一步，还包括蓄热罐，蓄热罐的加热循环工质入口端与太阳能光热锅炉的加热循环工质出口端通过管道连接；蓄热罐的加热循环工质出口端与加热器的加热循环工质入口端通过管道连接。若存在伴热管时，蓄热罐的加热循环工质出口端还可与伴热管的循环工质入口端通过管道连接。

当日间太阳光线较为充足时，太阳能集热器能将充足的太阳能转化为热能，太阳能锅炉利用热能为加热循环工质提供热源，当加热循环工质满足了加热器内LNG热交换的需求后，多余的加热循环工质从加热器传送到蓄热罐内并储存。待夜间或阴天时，蓄热罐内储存的加热循环工质传到伴热管或加热器中。

进一步，还包括热源补充系统，热源补充系统的补充加热循环工质出口端与加热器的补充加热循环工质入口端通过管道连接；所述热源补充系统包括固体蓄热电锅炉、高压电极加热锅炉、高压电阻加热锅炉、高压燃气锅炉、高压燃油锅炉和高压燃煤锅炉中的任意一种或几种。

需要补充说明的是，当阴天或夜间，太阳能集热器无法将足够的太阳能转化为热能，加热循环工质从太阳能锅炉中得到的热量不足以和LNG进行热交换。此时，加入的补充热源系统内为补充加热循环工质提供热源，具有热量的补充加热循环工质传到加热器内与加热器的LNG进行热交换，LNG受热转化为液态天然气后再由加热器的出气口传送到输气管道。

固体蓄热电锅炉、高压电极加热锅炉和高压电阻加热锅炉属于电加热方式。由于电网夜间低谷电的价格低廉，加上夜间太阳能光热锅炉无法为加热循环工质提供足够的热量，所以日间主要通过太阳能光热锅炉为加热循环工质供热，夜间则通过电加热的方式为补充加热循环工质供热。太阳能供热耦合电加热的方式，不但可以解决排放污染和噪音问题，而且可以利用电锅炉和蓄热罐储能技术结合对电网进行峰谷差调峰，有利于达到石油工业和发电厂及电网电力调峰的节能减排、绿色环保的效果。

高压燃气锅炉、高压燃油锅炉和高压燃煤锅炉属于燃油、燃气、燃煤热水或蒸汽炉，其优点为燃料便宜，如果是自采原油或伴生气燃料成本为零；缺点为燃烧排放高污染，排放不达标，目前多地背环保部门禁止，将来环保压力越来越大。若处于用电高峰期或日间的太阳光线不充足的时段，太阳能光热锅炉无法为加热循环工质提供足够的热量，但是电价却较为高昂或供应不足时，采用传统燃料作为补充热源更为可靠，同时还节省了成本。

再进一步，所述加热器的加热循环工质出口端与太阳能光热锅炉的加热循环工质入口端通过循环泵连接。循环泵能使加热循环工质在太阳能锅炉与加热器之间循环流通。

进一步，所述加热器包括水浴式加热器或燃气加热器中的任意一种或两种。特别地，当加热器选用水浴式加热器且同时存在热源补充系统时，热源补充系统的加热循环工质可以直接加热水浴式加热器中的水，或者与水浴式加热器内的低温LNG进行热交换。

再进一步，所述加热循环工质、补充加热循环工质和伴热工质分别包括导热油、相变熔盐、惰性气体、氮气和循环水中的任意一种或几种。

进一步，所述太阳能光热锅炉包括塔式集热锅炉、槽式集热锅炉、菲涅尔式集热锅炉和碟式集热锅炉中的任意一种或几种。

本实用新型的有益技术效果：

1、利用太阳能光热锅炉为加热循环工质供热并通入加热器，加热循环工质与低温LNG发生热交换后，LNG受热转化为液态天然气后进入到输气管道运输，避免低温天然气直接进入输气管道内造成管道的冰堵冰胀和阀门故障的问题，保证气田采出工序和长途输送天然气工作的正常运行，此外清洁环保的太阳能能源不会在加热过程中产生污染排放和噪音污染的问题，有利于节能减排和节省成本；

2、经过太阳能光热锅炉加热后的加热循环工质还能通过加热器与伴热管中伴热循环工质换热，伴热管为输气管道伴热，对输气管道内的低温天然气进行加热，保证了在天然气的运输过程中，天然气在输气管道内的温度不会过低造成管道的冰堵冰胀和阀门故障的问题；

3、太阳能光热锅炉结合蓄热罐能将热量存储起来，能在夜间或阴天利用储存的热量，提高了能源利用率；

4、在夜间，可以采取太阳能光热锅炉耦合电加热方式供热，由于电网低谷电电费低廉，利用电加热的方式作为加热器的补充热源，即使在夜间，也能利用补充热源循环介质与LNG或伴热管中的伴热循环工质进行热传递，达到了节能减排和绿色环保的有益效果；

5、太阳能光热锅炉还能耦合燃烧传统化石燃料供热，在太阳光线不足和用电高峰期时，采用燃料传统化石燃料的方式作为补充热源更为可靠。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例2的结构示意图；

图3为实施例3的结构示意图；

图4为实施例4的结构示意图。

附图标记

太阳能光热锅炉1；加热器2；LNG储罐3；输气管道4；蓄热罐5；空温式气化器6；循环泵7；伴热管8；高压电极加热锅炉9；高压燃煤锅炉10。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。

实施例1

如图1所示，一种太阳能光热锅炉用于燃气加热系统，包括太阳能光热锅炉1、加热器2、LNG储罐3、输气管道4和蓄热罐5；太阳能光热锅炉1的加热循环工质出口端与加热器2的加热循环工质入口端通过管道连接；LNG储罐3的出液口与加热器2的进液口通过管道连接；加热器2的出气口与输气管道4的进气口通过管道连接。蓄热罐5的加热循环工质入口端与太阳能光热锅炉1的加热循环工质出口端通过管道连接；蓄热罐5的加热循环工质出口端与加热器2的加热循环工质入口端通过管道连接。所述加热器2的加热循环工质出口端与太阳能光热锅炉1的加热循环工质入口端通过循环泵7连接。太阳能光热锅炉1包括太阳能集热器和太阳能锅炉。

在本实施例中，所述循环工质为导热油、相变熔盐、惰性气体、氮气和循环水中的任意一种。所述太阳能光热锅炉1为塔式集热锅炉、槽式集热锅炉、菲涅尔式集热锅炉和碟式集热锅炉中的任意一种。

太阳能集热器将太阳能转化为热能，太阳能锅炉利用该热能为加热循环工质提供热源，并输入到加热器中。LNG储罐将低温的LNG传送到加热器，加热循环工质与加热器内的LNG进行热传递，LNG受热转化为气态天然气，最后输出至输气管道。循环泵7能使加热循环工质在太阳能锅炉与加热器2之间循环流通。由于LNG在进入输气管道4前已经经过加热，所以能避免因为低温而造成的管道冰堵冰胀和阀门故障。

当日间太阳光线较为充足时，太阳能集热器能将充足的太阳能转化为热能，太阳能锅炉利用热能为加热循环工质提供热源，当加热循环工质满足了加热器2内LNG热交换的需求后，多余的加热循环工质从加热器2传送到蓄热罐5内并储存。待夜间或阴天时，蓄热罐5内储存的加热循环工质传到加热器2中。

实施例2

如图2所示，实施例2与实施例1的组成相同，还包括空温式气化器6和伴热管8。LNG储罐3的出液口与空温式气化器6的进液口通过管道连接，空温式气化器6的出气口与加热器2的进气口通过管道连接。太阳能光热锅炉1包括太阳能集热器和锅炉。伴热管8设置在输气管道4的外部；加热器2的伴热循环工质出口端与伴热管8的伴热循环工质入口端通过管道连接。

在本实施例中，气化器为空温式加热器6，加热器2为水浴式加热器。所述加热循环工质和伴热循环工质可选用导热油、相变熔盐、惰性气体、氮气和循环水中的任意一种。所述太阳能光热锅炉为塔式集热锅炉、槽式集热锅炉、菲涅尔式集热锅炉和碟式集热锅炉中的任意一种。

太阳能集热器将太阳能转化为热能，太阳能锅炉利用该热能为加热循环工质提供热源，并输入到加热器2中。LNG储罐将低温的LNG传送到加热器2，加热循环工质与加热器2内的LNG进行热传递，LNG受热转化为气态天然气，最后输出至输气管道4。循环泵7能使加热循环工质在太阳能锅炉与加热器2之间循环流通。由于LNG在进入输气管道4前已经经过加热，所以能避免因为低温而造成的管道冰堵冰胀和阀门故障。

经太阳能锅炉加热后的加热循环工质还能与加热器2内的伴热循环工质进行热传递，吸收了热量的伴热循环工质输出到伴热管8。由于伴热管套设在输气管道的外部，伴热管将伴热循环工质的热量传递到输气管道，能使天然气在输气管道的运输过程中保持一定温度。

当日间太阳光线较为充足时，太阳能集热器能将充足的太阳能转化为热能，太阳能锅炉利用热能为加热循环工质提供热源，当加热循环工质满足了加热器2内LNG热交换的需求后，多余的加热循环工质从加热器传送到蓄热罐5内并储存。待夜间或阴天时，蓄热罐5将储存的加热循环工质，即加热循环工质传送到加热器2中与LNG进行换热，或者将加热循环工质传送伴热管8，加热循环工质与伴热管8内的伴热循环工质进行热传递。

实施例3

如图3所示，实施例3与实施例2的结构相同，还包括热源补充系统，热源补充系统为高压电极加热锅炉9，高压电极加热锅炉9的补充加热循环工质入口端与加热器2的补充加热循环工质出口端通过管道连接。太阳能光热锅炉1包括太阳能集热器和锅炉。

在本实施例中，气化器为空温式加热器6。所述加热循环工质、补充加热循环工质和伴热循环工质可选用导热油、相变熔盐、惰性气体、氮气和循环水中的任意一种。所述太阳能光热锅炉为塔式集热锅炉、槽式集热锅炉、菲涅尔式集热锅炉和碟式集热锅炉中的任意一种。

在夜间超过21：00之后，太阳能集热器无法将足够的太阳能转化为热能，加热循环工质从太阳能锅炉中得到的热量不足以和LNG进行热交换。此时，可利用价格低廉的电网夜间低谷电为补充加热循环工质加热耦合蓄热罐加热，高压电极加热锅炉9内为补充加热循环工质提供热源，并将其输出到加热器2内，补充加热循环工质与加热器内的LNG进行热交换，LNG受热转化为气态天然气后输出到输气管道。

此外，补充加热循环工质也可以与加热器2内的伴热循环工质进行热交换，吸收热量后的伴热循环工质传送到伴热管8中，由于伴热管8套设在输气管道4的外部，所以伴热管8能够将热量传递到输气管道4。

当日间太阳光线较为充足时，太阳能集热器能将充足的太阳能转化为热能，太阳能锅炉利用热能为加热循环工质提供热源，当加热循环工质满足了加热器2内LNG热交换的需求后，多余的加热循环工质从加热器传送到蓄热罐5内并储存。待夜间或阴天时，蓄热罐5将储存的加热循环工质，即加热循环工质传送到加热器2中与LNG进行换热，或者将加热循环工质传送伴热管8，加热循环工质与伴热管8内的伴热循环工质进行热传递。

实施例4

如图4所示，实施例4除了补充热源系统为高压燃煤锅炉10外，与实施例3的组成和步骤均相同。

若处于用电高峰期或日间的太阳光线不充足的时段，太阳能集热器无法将足够的太阳能转化为热能，加热循环工质从太阳能锅炉中得到的热量不足以和LNG进行热交换。此时，可利用高压燃煤锅炉耦合太阳能光热锅炉加热的方式，高压燃煤锅炉10加热补充加热循环工质，并将其输出到加热器内，补充加热循环工质与加热器内的LNG进行热交换，LNG受热转化为气态天然气后输出到输气管道。

此外，补充加热循环工质也可以与加热器2内的伴热循环工质进行热交换，吸收热量后的伴热循环工质传送到伴热管8中，由于伴热管8套设在输气管道4的外部，所以伴热管8能够将热量传递到输气管道4。

当日间太阳光线较为充足时，太阳能集热器能将充足的太阳能转化为热能，太阳能锅炉利用热能为加热循环工质提供热源，当加热循环工质满足了加热器2内LNG热交换的需求后，多余的加热循环工质从加热器传送到蓄热罐5内并储存。待夜间或阴天时，蓄热罐5将储存的加热循环工质，即加热循环工质传送到加热器2中与LNG进行换热，或者将加热循环工质传送伴热管8，加热循环工质与伴热管8内的伴热循环工质进行热传递。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围之内。