具有感應(yīng)加熱裝置和熔融金屬的高溫蓄熱器以及蓄熱器聯(lián)合供電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有感應(yīng)加熱裝置的高溫蓄熱器、蓄熱器聯(lián)合供電系統(tǒng)和用于使高溫蓄熱器和蓄熱器聯(lián)合供電系統(tǒng)運(yùn)行的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在與本發(fā)明的聯(lián)系上，概念“蓄能器”與概念“蓄熱器”同義。
[0003]在高溫?zé)嵝问綗崮艿男钅芷鞣矫妫顭崞餮b載和卸載時(shí)失去有用能。出現(xiàn)這種有用能損失的原因在于，蓄能器卸載時(shí)再也達(dá)不到蓄能器裝載的溫度水平。這種效應(yīng)的尺度取決于所選擇的蓄能器技術(shù)、所使用的(熱載體)介質(zhì)和所參與的換熱器的設(shè)計(jì)。
[0004]在以往為太陽(yáng)能熱電廠研究和使用的蓄熱器方面，蓄能器材料的裝載通過(guò)熱從熱載體(例如蒸汽或空氣或熱油)傳遞到儲(chǔ)存介質(zhì)(例如液化鹽或混凝土)上進(jìn)行。在此方面，蓄熱材料的溫度由于熱傳遞的損失造成低于輸出熱的熱載體的溫度。在蓄熱器卸載時(shí)，這一過(guò)程在相反的方向上進(jìn)行。在這種情況下，溫度通過(guò)熱傳遞再次降低。其后果是，無(wú)論是蓄能器裝載時(shí)還是卸載時(shí)，均出現(xiàn)有用能損失。
[0005]在熱電廠中，幾十年來(lái)使用水-蒸汽的循環(huán)過(guò)程。在此方面，循環(huán)過(guò)程的效率也取決于汽輪機(jī)入口上蒸汽的蒸汽參數(shù)(壓力和溫度)。也就是說(shuō)，如果由于蓄熱器內(nèi)的有用能損失達(dá)不到汽輪機(jī)入口上的蒸汽參數(shù)，那么汽輪機(jī)并因此電廠的功率和效率下降。
[0006]熱電廠目前不僅燃燒火電燃料，而且也經(jīng)常利用太陽(yáng)輻射產(chǎn)生蒸汽。在此方面，也使用拋物形槽式搜集器或其他集中太陽(yáng)能收集器。為在低的太陽(yáng)入射情況下也達(dá)到太陽(yáng)能熱電廠內(nèi)汽輪機(jī)循環(huán)的設(shè)計(jì)參數(shù)，作為單獨(dú)的蒸汽發(fā)生器或作為火電燃料的增壓燃燒裝置經(jīng)常安裝輔助燃燒裝置。
[0007]DE2100485A1介紹了一種用于快速增殖反應(yīng)堆的采用液態(tài)金屬運(yùn)行的汽化器。在這種情況下，利用液態(tài)鈉產(chǎn)生汽輪機(jī)循環(huán)的飽和蒸汽。鈉的熔融溫度為98°C。鈉的沸騰溫度約為880°C?？焖僭鲋撤磻?yīng)堆的蒸汽溫度在345°C到545°C之間。汽輪機(jī)前面的蒸汽溫度為487°C,蒸汽壓力為177bar (Daten Superphenix I, Frankreich)。汽化器作為管束換熱器構(gòu)成，其初級(jí)端施加液態(tài)金屬并通過(guò)熱傳遞汽化和過(guò)熱次級(jí)端的水。用于液化鈉的熱量輸送在核反應(yīng)堆內(nèi)進(jìn)行。
[0008]DE2851197A1介紹了中間過(guò)熱與利用液態(tài)金屬運(yùn)行的蒸汽變流器一體化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于，提供一種高溫蓄熱器，其可以在不使用火電能源載體的情況下，將蓄能器卸載時(shí)產(chǎn)生的蒸汽的溫度水平重新提高到電廠運(yùn)行所需的溫度水平或甚至更聞。
[0010]該目的通過(guò)一種高溫蓄熱器得以實(shí)現(xiàn)，包括坩堝、感應(yīng)加熱裝置和液態(tài)和/或氣態(tài)熱載體(例如水蒸汽)的管道，其中，坩堝至少部分填充導(dǎo)電的儲(chǔ)存介質(zhì)，其中，感應(yīng)加熱裝置在繞流狀態(tài)下加熱儲(chǔ)存介質(zhì)以及其中管道至少部分通過(guò)儲(chǔ)存介質(zhì)分布。
[0011]依據(jù)本發(fā)明的這種高溫蓄熱器與感應(yīng)爐具有許多平行線，正如鋁鑄造業(yè)中使用的那樣。因此許多部件例如像坩堝和感應(yīng)加熱裝置在市場(chǎng)上可以買(mǎi)到和幾十年的操作經(jīng)驗(yàn)可供依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器使用。不同于感應(yīng)爐的是，坩堝不必回轉(zhuǎn)，因?yàn)樘幱谯釄鍍?nèi)的和一般情況下存在于液態(tài)下的儲(chǔ)存介質(zhì)不必更換。此外與傳統(tǒng)的感應(yīng)爐不同的是，存在至少部分通過(guò)儲(chǔ)存介質(zhì)分布的管道。依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器的特點(diǎn)在于，裝載時(shí)的熱輸送按照不同于放電時(shí)的熱輸出方式進(jìn)行。
[0012]在正常運(yùn)行中，也就是儲(chǔ)存介質(zhì)以液體狀態(tài)存在的情況下，儲(chǔ)存介質(zhì)利用感應(yīng)加熱裝置加熱。這一過(guò)程在處于坩堝內(nèi)的金屬熔化和加熱時(shí)，也在感應(yīng)爐上進(jìn)行。
[0013]因?yàn)橛糜诩訜醿?chǔ)存介質(zhì)的電能的有用能含量接近或等于1，所以在依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器的工作溫度方面不存在熱力學(xué)的限制。不言而喻需要注意的是，儲(chǔ)存介質(zhì)的溫度并非不必要的高和高溫蓄熱器的部件，特別是像坩堝和管道，不受過(guò)熱的損壞。
[0014]依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器的卸載由此進(jìn)行，即管道內(nèi)輸送液態(tài)或氣態(tài)熱載體。這一點(diǎn)在任何情況下都是在熱電廠的水-蒸汽循環(huán)中使用的蒸汽。
[0015]因?yàn)樾顭岵牧侠酶袘?yīng)加熱裝置可以加熱到例如770°C的溫度，所以可以毫無(wú)問(wèn)題地將管道內(nèi)流動(dòng)的熱載體(水蒸汽)從例如450°C的入口溫度加熱到550°C或600°C的出口溫度。因此可以產(chǎn)生過(guò)熱的蒸汽，然后要么直接，要么在與低溫的飽和蒸汽混合后輸送到汽輪機(jī)。
[0016]因?yàn)橐罁?jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器的裝載利用電能進(jìn)行和儲(chǔ)存介質(zhì)承受非常高的溫度，所以依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器具有非常高的工作溫度。該工作溫度明顯高于汽輪機(jī)入口上蒸汽的溫度。由此在依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器卸載時(shí)可以使蒸汽達(dá)到汽輪機(jī)入口上所需的溫度，從而汽輪機(jī)可以最佳的功率和最佳的效率運(yùn)行。
[0017]事實(shí)證明在安全性和成本方面具有優(yōu)點(diǎn)的是，作為儲(chǔ)存介質(zhì)使用熔融金屬。
[0018]之所以選擇概念“熔融金屬”，是因?yàn)樵谡９ぷ鲿r(shí)儲(chǔ)存介質(zhì)以液態(tài)形式存在。作為熔融金屬適用純金屬或合金，其熔點(diǎn)約處于500°C或高于600°C的范圍內(nèi)。
[0019]例如可以將市場(chǎng)上常見(jiàn)的鋁合金作為熔融金屬或儲(chǔ)存介質(zhì)使用。這種鋁合金的熔融溫度高于600°C。
[0020]鑄造業(yè)傳統(tǒng)感應(yīng)爐中生產(chǎn)的鋁熔液的溫度在680°C到780°C之間。如果使用銅或其他金屬或合金，那么還可以達(dá)到更高的溫度。根據(jù)設(shè)計(jì)、管道材料和過(guò)程控制，蒸汽在此方面可以一直加熱到720°C。因?yàn)槿廴诮饘俸退羝哂蟹浅：玫膶?dǎo)熱性和熔融金屬與管道內(nèi)流動(dòng)的蒸汽之間的溫差相當(dāng)大，所以管道處于熔融金屬內(nèi)的部分在許多情況下作為換熱器足夠。在管道的該部分不是筆直，而是回形成型的話，特別適用這一點(diǎn)。
[0021]如果管道處于熔融金屬內(nèi)部分的熱傳遞面積不夠，那么換熱器，例如管束換熱器可與管道一體化，以確保將熱從熔融金屬傳遞到管道內(nèi)流動(dòng)的蒸汽上。
[0022]如果熔融金屬為液態(tài)，那么儲(chǔ)存介質(zhì)與里面流動(dòng)熱載體的管道之間的熱過(guò)渡特別好并因此管道內(nèi)流動(dòng)的熱載體可以被加熱到與熔融金屬相同的溫度上。
[0023]熔融金屬在管道上可能構(gòu)成固體層對(duì)于這種高溫蓄熱器來(lái)說(shuō)不是問(wèn)題，因?yàn)檫@些熔融金屬具有非常的導(dǎo)熱性。
[0024]依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器的另一主要優(yōu)點(diǎn)是，蓄能器也可以毫無(wú)問(wèn)題地停止運(yùn)行。在這種情況下，只要低于熔融溫度，儲(chǔ)存介質(zhì)就會(huì)凝固。這一點(diǎn)是一種不危險(xiǎn)的過(guò)程，因?yàn)檑釄暹€有管道由此不受損壞。如果依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器需要重新投入運(yùn)行，那么利用感應(yīng)加熱裝置可以毫無(wú)問(wèn)題地將凝固的熔融金屬重新加熱并處于液態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)中所公開(kāi)的采用熔鹽工作的高溫蓄熱器相比，這一點(diǎn)是依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。如果這種熔鹽凝固一次，那么由于鹽的導(dǎo)熱差而幾乎不可能將這種熔鹽重新液化。
[0025]依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器因此也可以非常簡(jiǎn)單、耐用和毫無(wú)問(wèn)題地進(jìn)行運(yùn)行控制。這一點(diǎn)因此非常重要，因?yàn)檫@種高溫蓄熱器數(shù)十年來(lái)晝夜不停地運(yùn)行。
[0026]在依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器與其一體化的熱電廠的運(yùn)轉(zhuǎn)模式方面，依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器還有其他優(yōu)點(diǎn)。
[0027]例如，可以將感應(yīng)加熱裝置的功率作