储能式蒸汽发生系统

本发明涉及蒸汽发生，具体为储能式蒸汽发生系统。

背景技术：

1、蒸汽作为一种高效的能源，尤其是100℃-200℃的高温蒸汽，被广泛应用于烹饪、杀菌、干燥、加热等各种工艺过程中。

2、由于蒸汽密度小，直接储能的难度大。目前常采用其他储热介质储热，再与水换热产生蒸汽。成熟的储热介质主要有水、导热油、熔盐等。导热油具有良好的蓄热性能，但需要定期更换，成本和建设资金较高。熔盐储热在核能和太阳能发电中应用较多，但是，熔盐在低于220℃时容易发生凝固，并且熔盐的腐蚀性相对水和导热油较强，对使用的锅炉或管道的材料要求较高。

3、闪蒸作为一种特殊的蒸发工艺，利用高压的饱和液体进入比较低压的容器中后，由于压力的突然降低，这些饱和液体变成一部分容器压力下的饱和蒸汽和饱和液体，闪蒸具有传热速度快、冷却效果好、蒸汽产生量大等特点。但在产生蒸汽的过程中，为了保护锅炉和管道往往会添加化学药剂，且在蒸汽的输送过程中，碳钢输送管道往往存在污垢和铁锈等，因此制备的蒸汽可能会含有铁锈、污垢及其它化学物质等。且由于闪蒸是当液体进入低于其温度所对应饱和压力的环境时，液体过热引发的快速汽化现象，这个过程中水的一部分热量会传递给空气，导致蒸发效率低。

4、现有技术中，也有采用太阳能吸热器制备蒸汽的工艺，太阳光照射到太阳能吸热器表面，太阳能吸热器内的水受热部分变成水蒸汽，水或汽水混合物与吸热器内壁间被水蒸汽膜隔开，导致吸热器传热系数急剧下降，管壁温度急剧升高，甚至出现过烧的现象，水蒸汽在管内换热会出现传热恶化现象。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供了一种结构简单、蒸发效率高的储能式蒸汽发生系统及储热方法，至少解决上述部分问题。

2、本发明提供一种储能式蒸汽发生系统，包括依次连通形成闭式循环回路的低温高压介质储罐、第一循环泵、加热装置、高温高压介质储罐、第二循环泵及蒸发器，高温高压介质储罐和低温低压介质储罐还通过气体平衡装置连通，气体平衡装置用于维持低温高压介质储罐和高温高压介质储罐内的气压；蒸发器内设有换热介质；

3、低温高压介质储罐出口的低温高压储热介质经第一循环泵泵送至加热装置加热后以高温高压液态形式储存于高温高压介质储罐，高温高压介质储罐出口的高温高压储热介质经第二循环泵泵送至蒸发器并与换热介质换热后进入低温高压介质储罐完成一次循环，换热介质换热后转变为高温换热介质蒸汽。

4、通过对低温高压储热介质进行升温处理得到高温高压储热介质并储存，利用高温高压储热介质与蒸发器内的换热介质进行换热，使换热介质升温转化为换热介质蒸汽，高温高压储热介质换热后温度下降进入低温高压介质储罐。与闪蒸相比，本实施方式采用高温高压储热介质间接加热蒸发器的方式，可以减少空气与换热介质的传热传质过程，减少了能量损失，有效地提高了蒸汽制备的效率；与传统的太阳能吸热器制备蒸汽相比，蒸发器内的换热介质与液态的高温高压储热介质(而非汽水混合物或储热介质蒸汽)换热转化为换热介质蒸汽，避免了传热恶化，采用高温高压热水与换热介质换热制备换热介质蒸汽保证了传热能力及传热效果。

5、本发明的可选技术方案中，加热装置为不含汽包的承压非相变式太阳能吸热器。

6、根据该技术方案，太阳能为清洁能源，且成本低，采用不含汽包的的承压非相变式太阳能吸热器加热低温高压储热介质，低温低压储热介质吸热后不会产生蒸汽，而是以液态形式存在，克服了常规水蒸气吸热器直接产生蒸汽，导致传热恶化导致及吸热器温度过高被烧坏的问题，提高了系统的安全性及运行可靠性。

7、本发明的可选技术方案中，加热装置为烟气换热器或电加热装置。

8、根据该技术方案，电能及烟气余热均可以作为热量来源加热低温高压储热介质，热量来源灵活性强；进一步地，电能可以由废弃的风能、谷电等能源转化而来，提高了废弃能源的转化率及利用率，有利于节约能源。

9、本发明的可选技术方案中，蒸发器包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口及热侧出口，冷侧入口用于输入低温换热介质，热侧出口用于输出换热介质蒸汽，热侧入口与高温高压介质储罐连通，冷侧出口与低温高压介质储罐连通。

10、本发明的可选技术方案中，热侧入口、热侧出口及冷侧入口均设有流量计和温度检测器，热侧入口还设有流量调节阀。

11、根据该技术方案，温度检测器用于检测蒸发器的热侧入口、热侧出口及冷侧入口的温度，流量计用于检测进入蒸发器的热侧入口、热侧出口及冷侧入口的水流量，电动调节阀用于调节进入热侧入口的高温高压储热介质流量，通过检测蒸发器热侧入口的温度、流量以及冷侧入口的温度、流量，并通过流量调节阀调节进入热侧入口的高温储热介质流量，能够根据实际需要控制蒸发器内换热介质蒸发所需的热量，提高了高温换热介质蒸汽温度调节的准确性与灵活性。

12、本发明的可选技术方案中，还包括储热介质供给装置，用于提供低温储热介质，储热介质供给装置与低温高压介质储罐的入口连通。

13、根据该技术方案，储热介质供给方式简单、便捷，有利于降低系统复杂程度，节约制造成本。

14、本发明的可选技术方案中，气体平衡装置包括气体平衡管、供气装置及止回阀，气体平衡管连通于高温高压介质储罐和低温高压介质储罐之间，且气体平衡管与供气装置的出口连通，止水阀设于供气装置的出口与气体平衡管的入口之间，止回阀能够防止气体向供气装置方向流动。

15、根据该技术方案，通过气体平衡管及供气装置使得高温高压介质储罐和低温高压介质储罐内的气压维持在较高水平，使得储热介质具有较高的沸点，从而提高储能密度，在与蒸发器换热时能够提供更多的热量，提高蒸汽发生效率。

16、本发明的可选技术方案中，供气装置为空气、氮气或惰性气体供给装置。

17、根据该技术方案，空气、氮气或惰性气体供给装置提供的气体不与高温高压介质储罐、低温高压介质储罐及输水管道发生反应，有利于提高储能式蒸汽发生系统的使用寿命。

18、本发明的可选技术方案中，换热介质为去离子水，高温高压储热介质或低温高压储热介质为去离子水。

19、根据该技术方案，换热介质与储热介质为同一种物质，且都为去离子水，节约了储热介质的成本，提高了蒸汽发生系统的环保性；去离子水能够减少杂质及化学试剂对介质储罐以及管道的腐蚀，有利于提高储能式蒸汽发生系统的使用寿命。

20、本发明的可选技术方案中，高温高压介质储罐内的水温为180℃-210℃，高温高压介质储罐内的压力为2-2.5mpa。

21、根据该技术方案，通过加热装置将储热介质加热至较高的温度以及使储热介质维持在较高的压力下，能够提高储热介质的沸点以及储热介质的储能密度。

技术特征：

1.一种储能式蒸汽发生系统，其特征在于，包括依次连通形成闭式循环回路的低温高压介质储罐、第一循环泵、加热装置、高温高压介质储罐、第二循环泵及蒸发器，所述高温高压介质储罐和所述低温低压介质储罐还通过气体平衡装置连通，所述气体平衡装置用于维持所述低温高压介质储罐和所述高温高压介质储罐内的气压；所述蒸发器内设有换热介质；

2.根据权利要求1所述的储能式蒸汽发生系统，其特征在于，所述加热装置为不含汽包的承压非相变式太阳能吸热器。

3.根据权利要求1所述的储能式蒸汽发生系统，其特征在于，所述加热装置为烟气换热器或电加热装置。

4.根据权利要求1所述的储能式蒸汽发生系统，其特征在于，所述蒸发器包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口及热侧出口，所述冷侧入口用于输入低温换热介质，所述热侧出口用于输出所述换热介质蒸汽，所述热侧入口与所述高温高压介质储罐连通，所述冷侧出口与所述低温高压介质储罐连通。

5.根据权利要求4所述的储能式蒸汽发生系统，其特征在于，所述冷侧入口、所述热侧入口、所述热侧出口及所述冷侧入口均设有流量计和温度检测器，所述热侧入口还设有流量调节阀。

6.根据权利要求2所述的储能式蒸汽发生系统，其特征在于，还包括储热介质供给装置，用于提供低温储热介质，所述储热介质供给装置与所述低温高压介质储罐的入口连通。

7.根据权利要求2所述的储能式蒸汽发生系统，其特征在于，所述气体平衡装置包括气体平衡管、供气装置及止回阀，所述气体平衡管连通于所述高温高压介质储罐和所述低温高压介质储罐之间，且所述气体平衡管与所述供气装置的出口连通，所述止水阀设于所述供气装置的出口与所述气体平衡管的入口之间，所述止回阀能够防止气体向所述供气装置方向流动。

8.根据权利要求7所述的储能式蒸汽发生系统，其特征在于，所述供气装置为空气、氮气或惰性气体供给装置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的储能式蒸汽发生系统，其特征在于，所述换热介质为去离子水，所述高温高压储热介质或所述低温高压储热介质为去离子水。

10.根据权利要求9所述的储能式蒸汽发生系统，其特征在于，所述高温高压介质储罐内的水温为180℃-210℃，所述高温高压介质储罐内的压力为2-2.5mpa。

技术总结本发明提供一种储能式蒸汽发生系统，包括依次连通形成闭式循环回路的低温高压介质储罐、第一循环泵、加热装置、高温高压介质储罐、第二循环泵及蒸发器，高温高压介质储罐和低温低压介质储罐还通过气体平衡装置连通，气体平衡装置用于维持低温高压介质储罐和高温高压介质储罐内的气压；蒸发器内设有换热介质；低温高压介质储罐出口的低温高压储热介质经第一循环泵泵送至加热装置加热后以高温高压液态形式储存于高温高压介质储罐，高温高压介质储罐出口的高温高压储热介质经第二循环泵泵送至蒸发器并与换热介质换热后进入低温高压介质储罐完成一次循环，换热介质换热后转变为高温换热介质蒸汽。本发明可以有效地提高蒸汽制备效率。技术研发人员：祝培旺,陈丹,肖刚受保护的技术使用者：浙江大学嘉兴研究院技术研发日：技术公布日：2024/1/13