[发明专利]一种产生工业蒸汽的高压储热系统及其使用方法

说明书

本发明公开了一种产生工业蒸汽的高压储热系统及其使用方法，该系统分为六部分：水处理模块、管路连接与控制模块、热源模块、储热模块、远程信号采集与处理模块、蒸汽加热模块。采用循环水作为储能介质，通过高温余热源（300℃）加热后的水变成高温蒸汽进入多级并联的储热罐，将高温余热源的热能储存起来，通过控制节流阀来产生工业蒸汽；或者将电厂过热蒸汽存储在高压水中，待需要时通过节流降压返回除氧器，实现热电解耦的目的。本发明通过设计特殊的蒸汽放热结构，实现将蒸汽均匀分散在高压水体，同时通过结构产生的扰流强化换热，将储热功率提高一个数量级以上。本发明可以高效高值利用工业余热生产蒸汽并实现高密度存储，同时也可以应用于热电厂，实现供热与发电解耦。

技术领域

本发明属于储热技术领域，具体涉及一种以水为储热工质的产生工业蒸汽的高压储热系统及其使用方法。

背景技术

蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，可用于解决热能供给与需求失配的矛盾，在太阳能利用、电力“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，是世界范围内的研究热点。《高温钢铁渣处理及余热回收技术进展》一文中指出，钢铁渣是钢铁企业中典型的固体废弃物，年产量超过4亿吨，蕴含余热资源超过7.5×10¹⁷J，若不加以利用，其绝大部分都以热量的形式散失到环境中，余热资源回收潜力巨大，除此之外，钢铁渣余热回收处理还具有重要的节能减碳价值。除钢铁渣外，火电厂发电过程中产生的炉渣中也带有大量的显热，目前存在高温余热的利用回收率较低导致大量热源浪费的问题。此外，电厂调峰负荷大也是亟需解决的问题。在国家“双碳”能源战略下，新能源占比逐渐提高，火电厂将承担起调峰和调频的作用。通过抽汽储热的方式是最为经济的一种储能调节方案，与目前现有的熔盐储热调峰方案相比，储能介质水相较于熔盐，具有价格低廉、无凝固风险、系统操作简单、储能密度高、初投资低等优势，具备未来大规模部署条件，是未来储能调峰的重要支撑性技术。同时，通过抽汽储热也可以不回热力系统，而直接通过闪蒸的形式向外供应蒸汽，有效提高机组顶负荷的能力，解决了向外供应蒸汽机组顶峰能力不足的缺点，实现机组100%顶峰能力。

为实现上述目的，首先要解决在大温差下（250℃）汽水高效换热问题，否则将发生传热恶化，不但影响储热功率，而且气液相变容积剧烈降低形成的剧烈扰动也会使储热罐发生大幅度震动，影响储热部件的安全运行和寿命。中国专利CN 115060091 A公开了一种降噪型汽水直接加热蒸汽喷射装置及方法，采用了4个90°弯头喷管形成大尺度涡流，这种方式虽然一定程度上可以提高储热功率，但由于形成涡流易对监测及安全元件形成冲刷，同时也会引起储热罐的振动或颤动，对于高压储罐来讲，会影响其密封性而导致承压能力降低，严重时甚至会引发安全事故。因此，如何在大温差条件下，实现高压条件下的蒸汽与高压水的高效、安全换热，是蒸汽高压储热与调峰系统亟待解决的问题。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种以水为循环介质的产生工业蒸汽的储热系统及方法。本发明中提供了两种储热热源：一种是高温余热回收式，将经过净化处理的水经过高压水泵打入到余热回收模块的间壁式换热器中，经过高温余热加热后的水转化为高温蒸汽介质，产生的蒸汽进入多级并联的储热罐中将热量存储起来；另一种为电厂中压缸抽气储热式，将过热蒸汽存储在储热罐的高压水中，放热时通过节流降压生成蒸汽并进入蒸汽加热罐变成可作为厂用蒸汽的工业级蒸汽。