一种移动式储热装置及蓄放热方法

技术领域

本发明属于储热供热领域，特别涉及一种移动式储热装置及蓄放热方法。

背景技术

电力、水泥、钢铁、有色金属、石化、印染等高能耗行业生产过程中伴生的大量热能尚未被充分有效利用。与燃煤和天然气供暖相比，工业余热供暖的热源成本要低很多，如果能利用这些工业余热进行供暖，既能达到资源再利用的目的，又能节省生产成本。但工业余热种类繁多，其数量、形态、时间、空间等具有不确定性，囿于传统余热回收技术水平，难以被高效利用。此外，我国北方大部分地区采用集中供热模式，多以燃煤、燃油为供热燃料，在燃烧过程中排放大量有害气体和尘埃，是大气污染的主要成分，不环保。且与小型分散式供热系统相比，集中供热管网敷设的建设周期较长、初投资较大，远离热源和用户数量较少的地区管道敷设投资成本较高，影响该类地区供热管网敷设率。移动式储热供热技术将余废热排放企业与热用户之间以新的供热模式进行连接，实现了能量收集、能量存储与输送以及能量供给的有机结合，摒弃了管道输送的诸多弊端，可以缓解能量供需双方在时空、强度与地域上不匹配的矛盾。然而，目前的移动式储热装置的结构设计不合理，普遍存在蓄热容量低、蓄放热速率低等问题。

发明内容

针对现有技术移动式储热装置存在蓄热容量低、蓄放热速率低的问题，本发明提供一种移动式储热装置及蓄放热方法，通过制备饱和流体来提高储热装置的蓄热容量，通过设置喷射格栅和电加热器提升蓄放热速率，以解决现有移动式储热装置存在的问题。

本发明采用技术方案如下：一种移动式储热装置，包括：

储热箱，其具有供热出口和连接热源的高温流体进口，所述储热箱内置储热介质和多层高温流体喷射装置，其中，多层高温流体喷射装置设置在所述储热介质内，并通过管路彼此连通；每层高温流体喷射装置具有至少一个喷射格栅，每个喷射格栅上均开有朝下的喷射孔，用于向下喷出从所述高温流体进口获得的高温流体，以便储热介质与高温流体换热，进而形成饱和流体；所述供热出口包括出蒸汽口和出热水口，分别用于输出蒸汽和热水。

传统的移动式储热装置中，均采用中间换热器进行换热，这样换热效率低、蓄放热速率低；本申请中，储热时形成饱和流体，有效提高蓄热容量；热源可为高耗能企业的余热，方便实现余热能源再利用，储热箱内布置喷射格栅，且喷射格栅上的喷射孔朝下，由于高温流体密度较小，高温流体自喷射孔中喷出后会相对于储热介质向上运动，有效增强容器内液体扰动，进而提升换热速率；放热时带压蒸汽和热水能够分别通过出蒸汽口、出热水口输出，不需中间换热器即可直接为用热需求大的用户供热，放热速率快。

进一步地，所述储热箱还设有电加热器，用于加热储热介质；所述喷射格栅包括喷射管和连通所述喷射管的连接管，所述喷射管沿第一水平向设置，所述连接管沿第二水平向设置，所述第一水平向和所述第二水平向呈夹角，所述喷射管和所述连接管的底部均设有所述喷射孔。喷射格栅可为梳齿状、栅栏状、框架状，均匀布置的喷射孔能够使高温流体与储热介质充分接触，保证换热速率，同时有利于实现均匀换热。电加热器可为内置式也可为外置式，用于加热储热介质，在储热时加速形成饱和流体。

进一步地，所述喷射管上套设多个环形翅片，所述环形翅片设置在相邻的两个喷射孔之间。环形翅片与储热介质之间为传导式换热，增加了喷射格栅与储热介质之间的换热面积，热对流与热传导两种换热形式相结合，有效增强喷射格栅与储热介质之间的换热速率。

进一步地，所述储热箱的顶部设有并排布置的调压阀和第一压力传感器，所述调压阀用于调节输出蒸汽或热水的压力，所述第一压力传感器用于测量所述储热箱内的压力；所述储热箱的侧部设有第一温度传感器，所述第一温度传感器用于测量所述储热箱内的温度。第一压力传感器和第一温度传感器分别获得储热箱内的压力值和温度值，通过调压阀的调节能够获得不同压力的蒸汽或热水，能够满足不同用热需求，可调性和灵活性较好。

进一步地，所述高温流体进口处设置高温流体输送管，所述高温流体输送管上依次配置第三阀门、第三温度传感器、第三压力传感器和第三流量传感器；所述出蒸汽口位于所述储热箱的顶部，所述出蒸汽口处连有出蒸汽管，所述出蒸汽管上依次配置第四阀门、第四温度传感器、第四压力传感器和第四流量传感器；所述出热水口位于所述储热箱的底部，所述出热水口处连有出热水管，所述出热水管上依次配置第五阀门、第五温度传感器、第五压力传感器和第五流量传感器。

进一步地，所述储热箱上还设有注水口，所述注水口位于所述储热箱的上部，以便通过所述注水口向储热箱内注入储热介质，所述注水口处设有注水管，所述注水管上依次连有第二阀门、第二流量传感器和第二温度传感器。

进一步地，所述移动式储热装置还包括热管理系统和终端控制系统，所述热管理系统和终端控制系统均连接：所述第一压力传感器、第一温度传感器，所述第二流量传感器和第二温度传感器，所述第三温度传感器、第三压力传感器和第三流量传感器，所述第四温度传感器、第四压力传感器和第四流量传感器，所述第五温度传感器、第五压力传感器和第五流量传感器，所述第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门以及所述电加热器，用于获得检测到的压力值、温度值、流量值以及阀门开度值、电加热器运行状态；所述热管理系统根据当前储热系统的状态和用户指令向终端控制系统输出下一步动作指令，所述终端控制系统根据所述热管理系统的输出指令分别调整第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门的开度以及电加热器的运行状态。

进一步地，所述电加热器位于所述储热箱底部，使得受热流体经过自然对流进行传热，所述储热箱底部设有疏水阀，用于放出废水。

进一步地，所述储热箱为圆筒形或棱柱形，且至少为两个，相邻的储热箱之间通过分隔板隔开。至少两个储热箱通过分隔板分隔，方便实现分级供热，增强设备的灵活性和可调性。

进一步地，所述储热箱设置在一外壳内，所述外壳上设有隔热保温材料，所述隔热保温材料包括内层材料和外层材料，所述内层材料包括耐高温的岩棉、玻璃棉、陶瓷纤维；所述外层材料包括高密度聚氨酯发泡材料。内层材料有较低的导热系数，能够较好的阻挡热传导造成的热量损失；外层材料不但有较低的导热系数，能够较好的阻挡热传导，还有较好的密封性能，有效地阻止热对流的产生，达到较好的保温节能目的。

采用上述移动式储热装置进行蓄放热的方法，包括蓄热过程和放热过程；

所述蓄热过程为：向储热箱内注入储热介质，直至储热介质液面高度高于储热箱内最顶层高温流体喷射装置的顶部；打开电加热器，开始蓄热，同时通过高温流体进口将高温流体通入喷射格栅，使得高温流体通过喷射孔喷出后与储热介质换热，以形成饱和流体；

当储热箱内的液位达到最高限时，停止注入高温流体；当储热箱内的温度和压力达到预定值时，关闭电加热器，蓄热过程结束；

所述放热过程为：设定输出需求，通过调节调压阀，在出蒸汽口获得满足设定压力和温度的蒸汽，在出热水口获得满足需求温度的热水。

本发明具有的有益效果：本发明为一种移动式储放热装置及蓄放热方法，储热时形成饱和流体，有效提高蓄热容量；热源可为高耗能企业的余热，方便实现余热能源再利用，储热箱内布置喷射格栅，且喷射格栅上的喷射孔朝下，由于高温流体密度较小，高温流体自喷射孔中喷出后会相对于储热介质向上运动，有效增强容器内液体扰动，进而提高换热速率；热对流与热传导两种换热形式相结合，有效增强喷射格栅与储热介质之间的换热速率。电加热器用于加热储热箱内的储热介质，在储热时加速形成饱和水或带压蒸汽；放热时带压蒸汽和饱和水能够分别通过出蒸汽口、出热水口输出，不需中间换热器即可直接为用热需求大的用户供热，放热速率快。

附图说明

图1为本申请的储热装置的内部结构示意图；

图2为喷射格栅结构示意图。

图中：1-高温储热箱；2-中温储热箱；3-低温储热箱；4-分隔板；5-喷射格栅；6-喷射管；7-环形翅片；8-喷射孔；9-电加热器；10-注水口；11-高温流体进口；12-疏水阀；13-调压阀；14-出蒸汽口；15-出热水口；16-第一温度传感器；17-第一压力传感器；18-注水管；19-第二温度传感器；20-第二流量传感器；21-第二阀门；22-高温流体输送管；23-第三温度传感器；24-第三压力传感器；25-第三流量传感器；26-第三阀门；27-出蒸汽管；28-第四温度传感器；29-第四压力传感器；30-第四流量传感器；31-第四阀门；32-出热水管；33-第五温度传感器；34-第五压力传感器；35-第五流量传感器；36-第五阀门；37-连接管。

具体实施方式

下面结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例中移动式储热装置，包括三个储热箱，如图1和图2所示，三个储热箱通过分隔板4隔开，依次为高温储热箱1、中温储热箱2和低温储热箱3，方便实现分级供热，增强设备的灵活性和可调性；三个储热箱均为碳钢或不锈钢制成，且表面做防腐处理，每个储热箱具有供热出口和连接热源的高温流体进口11，每个储热箱内置储热介质和多层高温流体喷射装置，其中，多层高温流体喷射装置设置在所述储热介质内，并通过管路彼此连通；每层高温流体喷射装置具有至少一个喷射格栅5，每个喷射格栅5上均开有朝下的喷射孔8，用于向下喷出从所述高温流体进口11获得的高温流体，以便储热介质与高温流体换热，进而形成饱和流体；所述供热出口包括出蒸汽口14和出热水口15，分别用于输出蒸汽和热水。

储热时在储热箱内形成饱和流体，有效提高蓄热容量；热源可为高耗能企业的余热，方便实现余热能源再利用，储热箱内布置喷射格栅5，且喷射格栅5上的喷射孔8朝下，由于高温流体密度较小，高温流体自喷射孔8中喷出后会相对于储热介质向上运动，有效增强容器内液体扰动，进而提高换热速率；放热时带压蒸汽和饱和水能够分别通过出蒸汽口14、出热水口15输出，不需中间换热器即可直接为用热需求大的用户供热，放热速率快。

所述储热箱内还设有电加热器9，用于加热储热箱内的储热介质，在储热时加速形成饱和水或带压蒸汽；所述喷射格栅5包括喷射管6和连通所述喷射管6的连接管37，所述喷射管6沿第一水平向设置，所述连接管37沿第二水平向设置，本实施例中第一水平向和第二水平向垂直，所述喷射管6和所述连接管37的底部均设有所述喷射孔8。喷射格栅5可为梳齿状、栅栏状、框架状，均匀布置的喷射孔能够使高温流体与储热介质充分接触，保证换热速率，同时有利于实现均匀换热。

所述喷射管6上套设多个环形翅片7，所述环形翅片7设置在相邻的两个喷射孔8之间。环形翅片7与储热介质之间为热传导换热，增加了喷射格栅5与储热介质之间的换热面积，热对流与热传导两种换热形式相结合，有效增强喷射格栅5与储热介质之间的换热速率。

所述储热箱的顶部设有并排布置的调压阀13和第一压力传感器17，所述调压阀13用于调节输出蒸汽或热水的压力，所述第一压力传感器17用于测量所述储热箱内的压力；所述储热箱的侧部设有第一温度传感器16；所述第一温度传感器16用于测量所述储热箱内的温度。第一压力传感器17和第一温度传感器16分别获得储热箱内的压力值和温度值，通过调压阀13的调节能够获得不同压力的蒸汽或热水，能够满足不同用热需求，可调性和灵活性较好。

所述高温流体进口11处设置高温流体输送管22，所述高温流体输送管22上依次配置第三阀门26、第三温度传感器23、第三压力传感器24和第三流量传感器25；所述出蒸汽口14位于所述储热箱的顶部，所述出蒸汽口14处连有出蒸汽管27，所述出蒸汽管27上依次配置第四阀门31、第四温度传感器28、第四压力传感器29和第四流量传感器30；所述出热水口15位于所述储热箱的底部，所述出热水口15处连有出热水管32，所述出热水管32上依次配置第五阀门36、第五温度传感器33、第五压力传感器34和第五流量传感器35。

所述储热箱上还设有注水口10，所述注水口10位于所述储热箱的上部，以便通过所述注水口10向储热箱内注入储热介质，所述注水口10处设有注水管18，所述注水管18上依次连有第二阀门21、第二流量传感器20和第二温度传感器19。

所述移动式储热装置还包括热管理系统和终端控制系统，所述热管理系统和终端控制系统均连接：所述第一压力传感器17、第一温度传感器16，所述第二流量传感器20和第二温度传感器19，所述第三温度传感器23、第三压力传感器24和第三流量传感器25，所述第四温度传感器28、第四压力传感器29和第四流量传感器30，所述第五温度传感器33、第五压力传感器34和第五流量传感器35，所述第二阀门21、第三阀门26、第四阀门31和第五阀门36以及所述电加热器9，用于获得检测到的压力值、温度值、流量值以及阀门开度值、电加热器9运行状态；所述热管理系统根据当前储热系统的状态和用户指令向终端控制系统输出下一步动作指令，所述终端控制系统根据所述热管理系统的输出指令分别调整第二阀门21、第三阀门26、第四阀门31和第五阀门36的开度以及电加热器9的运行状态。

所述电加热器9位于所述储热箱底部，使得受热流体经过自然对流进行传热，所述储热箱底部设有疏水阀12，用于放出废水。

三个储热箱设置在外壳内，所述外壳设有隔热保温材料，所述隔热保温材料包括内层材料和外层材料，所述内层材料包括耐高温的岩棉、玻璃棉、陶瓷纤维；所述外层材料包括高密度聚氨酯发泡材料。内层材料有较低的导热系数，能够较好的阻挡热传导造成的热量损失；外层材料不但有较低的导热系数，能够较好的阻挡热传导，还有较好的密封性能，有效地阻止热对流的产生，达到较好的保温节能目的。

实施例2

采用实施例1的移动式储热装置进行蓄放热的方法，包括蓄热过程和放热过程；

所述蓄热过程为：向储热箱内注入储热介质，直至储热介质液面高度高于储热箱内最顶层高温流体喷射装置的顶部；打开电加热器9，开始蓄热，同时通过高温流体进口11将高温流体通入喷射格栅5，使得高温流体通过喷射孔8喷出后与储热介质换热，以形成饱和流体；

当储热箱内的液位达到最高限时，停止注入高温流体；当储热箱内的温度和压力达到预定值时，关闭电加热器，蓄热过程结束；

所述放热过程为：设定输出需求，通过调节调压阀13，在出蒸汽口14获得满足设定压力和温度的蒸汽，在出热水口15获得满足需求温度的热水。

本实施例中，采用的高温流体为高耗能行业中余废热蒸汽或热水。蓄热阶段形成的饱和流体在放热阶段形成蒸汽和热水。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求的范围中。