一種梯級儲熱系統(tǒng)及梯級儲熱方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種儲熱系統(tǒng)，具體涉及一種梯級儲熱系統(tǒng)及梯級儲熱方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著常規(guī)能源的短缺以及人們對環(huán)境質(zhì)量要求的提高，可再生能源，特別是太陽能，越來越受到人們的青睞；同時，工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的大量余熱也是今后能源綜合利用的重點。
[0003]無論是太陽能還是工業(yè)余熱，其最大的不足就是能量供應(yīng)的不穩(wěn)定性。將太陽能熱發(fā)電以及工業(yè)余熱與儲熱系統(tǒng)結(jié)合起來，可增加太陽能和工業(yè)余熱輸出的穩(wěn)定性以及可用性。
[0004]然而，現(xiàn)有的儲熱系統(tǒng)，具有熱能輸出的穩(wěn)定性有限、成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及運行調(diào)度不靈活等問題，從而限制了大型太陽能熱發(fā)電以及工業(yè)余熱的廣泛利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種梯級儲熱系統(tǒng)及梯級儲熱方法，可有效解決上述問題。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明提供一種梯級儲熱系統(tǒng)，包括:固體儲熱換熱器(A)、相變儲熱換熱器(B)、熔鹽蒸汽過熱器(C)、主管路和旁管路；
[0008]所述主管路包括第I主路管道、第2主路管道、第3主路管道和第4主路管道；通過所述主管路，依次將所述固體儲熱換熱器(A)、所述相變儲熱換熱器(B)和所述熔鹽蒸汽過熱器(C)串聯(lián)連接；
[0009]具體為:輸水接口通過所述第I主路管道與所述固體儲熱換熱器㈧的低溫端口連接，所述固體儲熱換熱器(A)的高溫端口通過所述第2主路管道與所述相變儲熱換熱器(B)的低溫端口連接，所述相變儲熱換熱器(B)的高溫端口通過所述第3主路管道與所述熔鹽蒸汽過熱器(C)的低溫端口連接，所述熔鹽蒸汽過熱器(C)的高溫端口通過所述第4主路管道與過熱蒸汽接口連接；
[0010]所述旁管路包括第I旁路管道、第2旁路管道和第3旁路管道；
[0011]所述固體儲熱換熱器(A)的左右兩端并聯(lián)所述第I旁路管道；所述相變儲熱換熱器(B)的左右兩端并聯(lián)所述第2旁路管道；所述熔鹽蒸汽過熱器(C)的左右兩端并聯(lián)所述第3旁路管道。
[0012]優(yōu)選的，在所述第I主路管道設(shè)置第I閥門(I);
[0013]在所述第2主路管道依次設(shè)置第2閥門(2)和第3閥門(3);其中，所述第2閥門
(2)靠近所述固體儲熱換熱器(A)，所述第3閥門(3)靠近所述相變儲熱換熱器(B);
[0014]在所述第3主路管道依次設(shè)置第4閥門(4)和第5閥門(5);其中，所述第4閥門
(4)靠近所述相變儲熱換熱器(B)，所述第5閥門(5)靠近所述熔鹽蒸汽過熱器(C);
[0015]在所述第4主路管道設(shè)置第6閥門(6)。
[0016]優(yōu)選的，所述第I旁路管道和所述第2旁路管道具有第I公共管道；所述第2旁路管道和所述第3旁路管道具有第2公共管道；
[0017]在所述第I公共管道設(shè)置第8閥門⑶；在所述第2公共管道設(shè)置第9閥門(9);
[0018]在所述第I旁路管道的非公共管道設(shè)置第7閥門(7);在所述第3旁路管道的非公共管道設(shè)置第10閥門(1)0
[0019]優(yōu)選的，所述固體儲熱換熱器(A)包括儲熱材料體和鑲嵌于所述儲熱材料體的換熱器；和/或
[0020]所述相變儲熱換熱器(B)包括相變儲熱材料體和鑲嵌于所述相變儲熱材料體的換熱器；
[0021]所述恪鹽蒸汽過熱器(C)為管殼式換熱器，包括外殼和與所述外殼連接的換熱管；其中，所述外殼的腔體提供蒸汽輸送通道，具有殼程進(jìn)口和殼程出口 ；所述換熱管提供熔鹽輸送通道，具有管程進(jìn)口和管程出口。
[0022]優(yōu)選的，所述儲熱材料體為固體儲熱材料體，具體為混凝土 ；和/或
[0023]所述相變儲熱材料體為固體-液體相變材料體。
[0024]優(yōu)選的，在所述主管路和所述旁管路所設(shè)置的所有閥門為手動閥門或電動閥門。
[0025]本發(fā)明還提供一種梯級儲熱方法，將第I旁路管道、第2旁路管道和第3旁路管道斷開，使固體儲熱換熱器(A)、相變儲熱換熱器(B)和熔鹽蒸汽過熱器(C)通過主管路形成通路；
[0026]則:所述梯級儲熱方法包括充熱過程和放熱過程；
[0027]所述充熱過程包括以下步驟:
[0028]SI，過熱蒸汽首先進(jìn)入到熔鹽蒸汽過熱器(C)，與進(jìn)入到熔鹽蒸汽過熱器(C)的液態(tài)冷熔鹽發(fā)生第I次熱交換，液態(tài)冷熔鹽吸熱后溫度升高而變?yōu)闊崛埯}，過熱蒸汽放熱，其溫度逐步降低到飽和溫度，得到飽和溫度的過熱蒸汽；
[0029]S2，飽和溫度的過熱蒸汽進(jìn)入到相變儲熱換熱器(B)，與相變儲熱換熱器⑶中的相變儲熱介質(zhì)發(fā)生第2次熱交換，相變儲熱介質(zhì)吸熱后由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，飽和溫度的過熱蒸汽放熱后凝結(jié)變成水；
[0030]S3，水進(jìn)入到固體儲熱換熱器(A)，與固體儲熱換熱器㈧中的固體儲熱介質(zhì)發(fā)生第3次熱交換，固體儲熱介質(zhì)吸熱而升高到指定溫度，水放熱后溫度進(jìn)一步降低；降溫后的水從輸水接口排出到外部；
[0031]所述放熱過程包括以下步驟:
[0032]S-a，輸水接口輸送的水進(jìn)入到固體儲熱換熱器(A)，與固體儲熱換熱器(A)中的固體儲熱介質(zhì)發(fā)生第I次熱交換，固體儲熱介質(zhì)放熱而降低到指定溫度，水吸熱后達(dá)到飽和溫度；
[0033]S-b，達(dá)到飽和溫度的水進(jìn)入到相變儲熱換熱器(B)，與相變儲熱換熱器⑶中的相變儲熱介質(zhì)發(fā)生第2次熱交換，相變儲熱介質(zhì)放熱后由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，飽和溫度的水吸熱后變?yōu)轱柡驼羝?br>[0034]S-c,飽和蒸汽進(jìn)入到熔鹽蒸汽過熱器(C)，與進(jìn)入到熔鹽蒸汽過熱器(C)的液態(tài)熱熔鹽發(fā)生第3次熱交換，液態(tài)熱熔鹽放熱后溫度降低而變?yōu)槔淙埯}，飽和蒸汽吸熱，其溫度逐步升高而變?yōu)檫^熱蒸汽；過熱蒸汽從與過熱蒸汽接口排出到外部。
[0035]優(yōu)選的，還包括:
[0036]僅將第I旁路管道導(dǎo)通，將所述固體儲熱換熱器(A)旁路，使所述相變儲熱換熱器
(B)和所述熔鹽蒸汽過熱器(C)通過主管路形成通路，進(jìn)行儲熱或放熱過程；
[0037]僅將第2旁路管道導(dǎo)通，使所述相變儲熱換熱器(B)旁路，使所述固體儲熱換熱器(A)和所述熔鹽蒸汽過熱器(C)通過主管路形成通路，進(jìn)行儲熱或放熱過程；
[0038]僅將第3旁路管道導(dǎo)通，使所述熔鹽蒸汽過熱器(C)旁路，使所述固體儲熱換熱器(A)和所述相變儲熱換熱器(B)通過主管路形成通路，進(jìn)行儲熱或放熱過程；
[0039]僅將第I旁路管道和第2旁路管道導(dǎo)通，使所述固體儲熱換熱器(A)和所述相變儲熱換熱器(B)旁路，僅通過所述熔鹽蒸汽過熱器(C)進(jìn)行儲熱或放熱過程；
[0040]僅將第I旁路管道和第3旁路管道導(dǎo)通，使所述固體儲熱換熱器(A)和所述熔鹽蒸汽過熱器(C)旁路，僅通過所述相變儲熱換熱器(B)進(jìn)行儲熱或放熱過程；
[0041]僅將第2旁路管道和第3旁路管道導(dǎo)通，使所述相變儲熱換熱器(B)和所述熔鹽蒸汽過熱器(C)旁路，僅通過所述固體儲熱換熱器(A)進(jìn)行儲熱或放熱過程。
[0042]本發(fā)明的有益效果如下:
[0043]本發(fā)明提供的梯級儲熱系統(tǒng)及梯級儲熱方法，具有熱能輸出的穩(wěn)定性、成本低、結(jié)構(gòu)簡單以及運行調(diào)度靈活等優(yōu)點，既適應(yīng)于大型太陽能熱電站儲熱系統(tǒng)的儲熱與換熱，又適應(yīng)于不穩(wěn)定工業(yè)余熱回收的熱存儲，對于可再生能源以及余熱的充分利用具有重要意義。
【附圖說明】
[0044]圖1為本發(fā)明提供的梯級儲熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0045]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0046]如圖1所示，本發(fā)明提供一種梯級儲熱系統(tǒng)，包括:固體儲熱換熱器A、相變儲熱換熱器B、熔鹽蒸汽過熱器C、主管路和旁管路；
[0047]其中，固體儲熱換熱器A包括儲熱材料體和鑲嵌于儲熱材料體的換熱器；儲熱材料體可以是以混凝土為主要材料的固體，換熱器包括換熱管道，如金屬管道。