蒸汽蓄热罐及其保温装置

技术领域

本发明涉及热传导技术领域，具体涉及一种蒸汽蓄热罐的保温装置和一种蒸汽蓄热罐。

背景技术

工业能耗是当今我国最大的耗能行业，随着“碳中和，碳达峰”目标的提出，实现能源的高效利用，减少能源浪费是当前发展低碳经济的重要方式和手段。在火电、化工以及石油等高温工业领域，可以将多余的热能通过一定的介质储存起来，需要时加以利用，从而解决热能供求在时间和空间上不匹配的矛盾，提高能源的利用率。在此过程中，为了尽可能减少热损失，各种保温装置应运而生。

目前，蒸汽蓄热罐的保温多采用一体化保温方式，即不考虑压力容器内的变化，直接在外壁整体包裹各种有机、无机或是纳米隔热材料。然而蒸汽蓄热罐的各部分热损是不同的，如果整体选用导热系数小的隔热材料，由于蒸汽蓄热罐的体积较大，会导致成本大大增加，如果采用导热系数大一些的保温材料，虽然可以一定上降低成本，但是对于蒸汽蓄热罐热损失较大的区域（例如顶部）无法保证绝热性。

因此，如何提供一种兼顾绝热性和经济性的保温方式，成为本领域技术热员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种蒸汽蓄热罐的保温装置，该装置可以在兼顾绝热性和经济性的同时，最大化降低蒸汽蓄热罐的热量损失。

本发明还提供了一种蒸汽蓄热罐。

本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面的实施例提出了一种蒸汽蓄热罐的保温装置，包括：真空层，所述真空层在蒸汽蓄热罐的外壁，所述真空层至蒸汽蓄热罐的外壁中根据蒸汽蓄热罐的液位高度敷设不同的保温层，其中，蒸汽蓄热罐外壁顶部到最高液位部分敷设第一保温层、蒸汽蓄热罐的最高液位到最低液位部分敷设第二保温层、最低液位到蓄热罐底部部分敷设第三保温层，且第二保温层的导热系数＜第一保温层的导热系数＜第三保温层的导热系数；封装层，所述封装层设置在第一保温层、第二保温层和第三保温层之间的连接处，以进行材料隔离；第四保温层，所述第四保温层敷设在所述真空层的外部，以使整个保温装置处在高真空状态下。

本发明上述提出的蒸汽蓄热罐的保温装置，还具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述第一保温层为复合多层结构，所述第一保温层的第一层选用复合纳米SiO

根据本发明的一个实施例，所述第二保温层为多层复合结构，所述第二保温层贴近外壁的第一层为复合纳米SiO

根据本发明的一个实施例，第三保温层选择的保温材料为微孔硅酸钙球。

根据本发明的一个实施例，所述复合纳米SiO

根据本发明的一个实施例，所述硅酸铝纤维针织毡的厚度为9-11cm。

根据本发明的一个实施例，所述微孔硅酸钙球采用粘连剂以点接触的方式固定。

根据本发明的一个实施例，所述第四保温层采用铝箔、玻璃纤维纸、玻璃布、尼龙网依次包扎。

根据本发明的一个实施例，上述的保温装置还包括：相变储能层，所述相变储能层敷设在所述第四保温层的外部。

本发明第二方面实施例提出了一种蒸汽蓄热罐，包括本发明第一方面的实施例所述的蒸汽蓄热罐的保温装置。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明根据蒸汽蓄热罐的液位变化采用不同的保温层，形成非均匀保温策略，将蒸汽蓄热罐外壁的三个部分进行目标保温，不同区域的保温材料不同，兼顾绝热性和经济性的同时，最大化降低蒸汽蓄热罐的热量损失。

2、本发明在相变较大的最高液位与最低液位之间采用三层复合保温材料，在用料较少的情况下，减小散热损失，提高热能利用率。

3、本发明在最外层增加了相变储能层，最大程度地储存热量散失，当用汽负荷不足时，相变层释放相变潜热作为补充，提高能量利用率。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的蒸汽蓄热罐的保温装置的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的第一保温层的剖面结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的第二保温层的剖面结构示意图；

图4是根据本发明另一个实施例的蒸汽蓄热罐的保温装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面是结合附图来描述本发明实施例提出的蒸汽蓄热罐的保温装置和蒸汽蓄热罐。

图1是根据本发明一个实施例的蒸汽蓄热罐的保温装置的结构示意图。如图1所示，蒸汽蓄热罐主要由罐体1、进汽口2、安全阀座3、排气口4、人孔5、滚动支座6、固定支座7、排水阀8、液位计9、循环导流筒10和蒸汽喷嘴11等。保温装置包括：真空层15、封装层17和第四保温层16。

其中，真空层15位于蒸汽蓄热罐罐体1的外壁，真空层15至蒸汽蓄热罐的外壁中根据蒸汽蓄热罐的液位高度敷设不同的保温层，其中，蒸汽蓄热罐外壁顶部到最高液位部分敷设第一保温层12、蒸汽蓄热罐的最高液位到最低液位部分敷设第二保温层13、最低液位到蓄热罐底部部分敷设第三保温层14，且第二保温层13的导热系数＜第一保温层12的导热系数＜第三保温层14的导热系数。封装层17设置在第一保温层12、第二保温层13和第三保温层14之间的连接处，以进行材料隔离。第四保温层16敷设在真空层15的外部，以使整个保温装置处在高真空状态下。

具体地，当蒸汽蓄热罐的用汽负荷小于锅炉蒸发量时，多余蒸汽通过进汽口2进入到蒸汽蓄热罐的蒸汽总管和支管中，蒸汽从蒸汽喷嘴11中喷出，和载热体水接触，释放汽化潜热，变为具有一定压力的饱和水储存起来。在充热过程中，容器内水温升高，压力提高，液位随之升高。当充热过程结束后，利用液位计9记录最高液位。当用汽负荷大于锅炉蒸发量时，蓄热罐中排汽管内的压力下降，蒸汽冲开排气阀供给热量，容器内压力下降，饱和水温度高于降压后相应的饱和温度成为过热蒸汽，形成剩余热量，补充供气不足。此时，容器内压力、温度以及水位均下降。当放热过程结束后，利用液位计9记录最低液位。

由此可知，蒸汽蓄热罐中的充热和放热是动态相变的过程，在最高液位和最低液位之间存在周期性的强烈热质交换。因此，蒸汽蓄热罐外壁的最高液位和最低液位区域是散热损失较大的部分。另外，根据已有研究，蓄热罐的顶部由于蒸汽的吸入和排出，存在水温分层现象，这种现象对于蒸汽蓄热罐是不利的，所以同样需要对蓄热罐顶部的散热加以重视。为此，本发明根据蒸汽蓄热罐的液位变化采用不同的保温层，形成非均匀保温策略，将蒸汽蓄热罐外壁的三个部分进行目标保温，不同区域的保温材料不同，一般导热系数低、保温性能好的材料造价较高，综合经济性和保温性能考虑，第一至第三保温层12-14的导热系数应为：第二保温层的导热系数＜第一保温层的导热系数＜第三保温层的导热系数。第一保温层12、第二保温层13和第三保温层14之间利用封装层17隔离，避免不同保温层之间的材料混合。

由此，根据蒸汽蓄热罐的液位变化采用不同的保温层，形成非均匀保温策略，将蒸汽蓄热罐外壁的三个部分进行目标保温，不同区域的保温材料不同，兼顾绝热性和经济性的同时，最大化降低蒸汽蓄热罐的热量损失。

图2是根据本发明一个实施例的第一保温层的剖面结构示意图，如图2所示，在本发明的一个实施例中，第一保温层12为复合多层结构，第一保温层12的第一层101选用复合纳米SiO

第二保温层13可简化为多层圆筒壁导热。在其他条件不变时，若使蒸汽蓄热罐的热量散失较小，第二保温层13的最贴近压力容器外壁需要选择导热系数小的材料。综合经济性和保温性能角度考虑，第二保温层13从蒸汽蓄热罐外壁至外布置的保温材料的导热系数应为：λ

在本发明的一个实施例中，第三保温层14选择的保温材料为微孔硅酸钙球。

可以理解的是，复合纳米SiO

然而，SiO

第二保温层13的第二层202的材料选用硅酸铝纤维针织毡，该材料的制备过程如下：将硅酸铝纤维经过去渣处理后得到纯硅酸铝纤维，经过超声分散，获取到了分散均匀的纤维。将分散均匀的硅酸铝纤维和铝溶胶溶液混合后经过机械搅拌5min，之后真空抽滤，制备硅酸铝纤维针织毡。由于硅酸铝纤维和铝溶胶有基本相同的组成成分，因而相容性好，纤维不参与反应，铝溶胶溶液质量浓度为20%，硅酸铝纤维的质量分数为60%，铝溶胶由原来分散的结构聚合成为三维网络状骨架，将硅酸铝纤维均匀包覆，它在高温下能够保持较好的隔热性能和力学强度。除此之外，具备质量较小，能够在有限的空间，即真空层中加以布置。其导热系数和复合纳米SiO

在本发明的实施例中，第一保温层12的第二层202、第二保温层13的第三层203和第三保温层14中布置微孔硅酸钙球，由于硅酸钙球之间的接触方式为点接触，容易出现保温层的流动，影响导热性能，所以需要采用少量粘连剂（例如聚二甲基硅氧烷）以点接触的方式对微孔硅酸钙球固定。经测定，微孔硅酸钙球的导热系数λ

在本发明的实施例中，第四保温层16采用铝箔、玻璃纤维纸、玻璃布、尼龙网依次包扎，可以使内部整个系统处在高真空状态下。

为了进一步提升保温效果，为了满足工业节能要求，保证管道外壁温度不超过50℃，根据本发明的一个实施例，如图4所示，上述的蒸汽蓄热罐的保温装置还可以包括：相变储能层18，相变储能层18敷设在第四保温层16的外部。

具体地，相变储能层18的相变材料选用相变微胶囊，可选用的相变微胶囊型号为“PF39035”调温相变微胶囊。基于工业节能要求，相变温度区间为25℃~60℃。相变微胶囊的壁材是SiO

举例而言，所述的蒸汽蓄热罐的长度

；其中，r

蒸汽蓄热罐真空层15的热阻包含表面辐射热阻、空间辐射热阻以及导热热阻，其单位热阻R

；其中，微孔碳酸钙层的发射率为

蒸汽蓄热罐的相变储能层的热阻

，其中，r

综上，根据本发明实施例的蒸汽蓄热罐的保温装置，根据蒸汽蓄热罐的液位变化采用不同的保温层，形成非均匀保温策略，将蒸汽蓄热罐外壁的三个部分进行目标保温，不同区域的保温材料不同，兼顾绝热性和经济性的同时，最大化降低蒸汽蓄热罐的热量损失。

此外，本发明还提出一种蒸汽蓄热罐，包括本发明上述的蒸汽蓄热罐的保温装置。

根据本发明实施例的蒸汽蓄热罐，通过上述的保温装置，根据蒸汽蓄热罐的液位变化采用不同的保温层，形成非均匀保温策略，将蒸汽蓄热罐外壁的三个部分进行目标保温，不同区域的保温材料不同，兼顾绝热性和经济性的同时，最大化降低蒸汽蓄热罐的热量损失。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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必针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。