本發(fā)明涉及節(jié)能、儲(chǔ)能、電力和熱力調(diào)峰及熱能工程等技術(shù)領(lǐng)域，是一種集產(chǎn)熱、儲(chǔ)熱、供熱于一體的一種基于儲(chǔ)熱的多功能蒸汽/熱風(fēng)供熱方法和裝置，可應(yīng)用于化工、干燥、食品加工、洗衣房、余熱回收、可再生能源利用、采暖和電力和供熱調(diào)峰等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

熱對(duì)于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)具有不可替代的作用，在采暖、干燥、食品加工和化工生產(chǎn)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，主要包括熱水供熱、熱風(fēng)供熱、蒸汽供熱和電供熱等多種方式。熱風(fēng)和蒸汽供熱是其中的重要方式。

熱風(fēng)供熱是將經(jīng)熱交換器加熱的熱空氣直接對(duì)需熱體進(jìn)行加熱的方式。這種加熱方式由于采用強(qiáng)制對(duì)流，產(chǎn)熱速度較高。專利CN201210470596公開了一種固化爐節(jié)能熱風(fēng)系統(tǒng)，利用廢棄的熱源將廢熱經(jīng)由窯爐和抽風(fēng)機(jī)傳送至循環(huán)管道，通過控制熱風(fēng)的抽風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)及循環(huán)風(fēng)機(jī)對(duì)固化爐內(nèi)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保了板線適合的固化程度；專利CN201210520821提供了一種生物質(zhì)能全自動(dòng)純凈熱風(fēng)系統(tǒng)及其使用方法，利用可再生的生物質(zhì)能，通過生物質(zhì)直燃和生物質(zhì)氣化技術(shù)，經(jīng)熱管換熱器和旋風(fēng)分離器后產(chǎn)生純凈的熱風(fēng)，具有綠色環(huán)保、熱風(fēng)供應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；專利CN201220306989公開了一種溫度可調(diào)的熱風(fēng)系統(tǒng)，熱風(fēng)經(jīng)燃燒機(jī)進(jìn)入濾風(fēng)室內(nèi)除塵，通過控制系統(tǒng)使得冷、熱空氣以一定的比例混和以確保熱風(fēng)的輸出溫度。

蒸汽供熱是利用蒸汽的形態(tài)從熱源攜帶熱量，經(jīng)熱網(wǎng)送至所需地點(diǎn)，按照蒸汽供應(yīng)壓力的不同可分為低壓、中壓及高壓蒸汽系統(tǒng)。蒸汽系統(tǒng)提供的蒸汽，尤其是過熱蒸汽，已經(jīng)有了廣泛應(yīng)用。專利CN201310725230公開了一種過熱蒸汽干燥裝置和方法，其特點(diǎn)為流化床干燥機(jī)排出的過熱蒸汽通過旋風(fēng)除塵后分為兩路，一路通過循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓后返回流化床干燥機(jī)，另一路通過洗滌器進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)并送入內(nèi)置加熱器，實(shí)現(xiàn)了過熱蒸汽的內(nèi)部循環(huán)利用；專利CN201310706064.9發(fā)明了一種高效蒸汽供熱及余熱回收系統(tǒng)，將蓄熱器、蒸汽系統(tǒng)和冷凝水系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，使得鍋爐熱量實(shí)現(xiàn)了梯級(jí)利用；專利CN201320863998提供了一種蒸汽余熱回收系統(tǒng)，利用循環(huán)水泵，將儲(chǔ)水罐中溫度較高的冷凝水輸送至制暖設(shè)備中為現(xiàn)場(chǎng)制暖，冷卻下來的冷凝水被輸送回儲(chǔ)水罐中，儲(chǔ)水罐排水口開關(guān)通過切換閥門進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了能源資源的合理分配利用。

由于目前中小型化石燃料鍋爐，特別是燃煤鍋爐的熱風(fēng)或蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)存在高污染、能耗大、運(yùn)行靈活性差、運(yùn)行成本偏高等問題，已成為現(xiàn)今環(huán)境問題特別是嚴(yán)重霧霾天氣的罪魁禍?zhǔn)字唬槍?duì)此類問題，國(guó)家已有明確規(guī)定，要求關(guān)停小型燃煤鍋爐及小型火電機(jī)組。此外，我國(guó)電網(wǎng)的調(diào)峰壓力日益加劇，急需發(fā)展有效利用低谷電的技術(shù)。同時(shí)，近年來可再生能源發(fā)展迅速，特別是風(fēng)電和太陽能發(fā)電，但是棄風(fēng)和棄光的比例仍然較高，存在很大浪費(fèi)。如果能夠提高風(fēng)能、太陽能等可再生能源的利用率，則可以大幅減少煤等化石燃料的使用量，減少對(duì)環(huán)境的污染，為人類的生存創(chuàng)造更好的條件。因此急需開發(fā)新型低成本、低污染、能源利用率高的技術(shù)來替代基于小型燃煤鍋爐等的蒸汽/熱風(fēng)發(fā)生系統(tǒng)，并可以用于可再生能源以及工業(yè)過程余熱的高效利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述的問題，提供可高效利用低谷電的一種基于儲(chǔ)熱的多功能蒸汽/熱風(fēng)供熱方法和裝置，以解決目前中小型化石燃料鍋爐的高污染和運(yùn)行靈活性差的問題，并可用于可再生能源以及工業(yè)過程余熱的高效利用。

為達(dá)此目的，本發(fā)明提供一種基于儲(chǔ)熱的多功能蒸汽/熱風(fēng)供熱方法和裝置，其包括熱風(fēng)發(fā)生單元、蒸汽發(fā)生單元和循環(huán)控制單元；

所述熱風(fēng)發(fā)生單元包括循環(huán)風(fēng)機(jī)、風(fēng)室及儲(chǔ)熱室；所述循環(huán)風(fēng)機(jī)和風(fēng)室分別用于空氣的輸送和均壓分布；所述儲(chǔ)熱室包括保溫層、布風(fēng)板、顆粒床、電加熱元件、儲(chǔ)熱磚、溫度壓力控制器和顆粒分離器；所述布風(fēng)板位于顆粒床下部，為顆粒床流化提供均勻流化空氣；所述顆粒床位于儲(chǔ)熱室下部，作用是在顆粒床流化時(shí)，強(qiáng)化空氣-顆粒兩相流與儲(chǔ)熱室內(nèi)的儲(chǔ)熱磚傳熱；所述電加熱元件和儲(chǔ)熱磚位于儲(chǔ)熱室中部，用于實(shí)現(xiàn)熱量的存儲(chǔ)功能和熱風(fēng)產(chǎn)生功能(對(duì)于工業(yè)余熱利用，電熱元件功能可不用)；所述溫度壓力控制器和顆粒分離器位于儲(chǔ)熱室上部，其中溫度壓力控制器與電加熱元件、循環(huán)風(fēng)機(jī)電路以及分布在各處的溫度、壓力和流量傳感器相連，可控制和調(diào)節(jié)儲(chǔ)熱室內(nèi)的儲(chǔ)熱速度與溫度及熱風(fēng)產(chǎn)生時(shí)的熱風(fēng)溫度、壓力和流量；所述顆粒分離器采用旋風(fēng)除塵原理，包括熱風(fēng)入口、熱風(fēng)出口和顆粒出口，用于含帶顆粒的熱風(fēng)的分離凈化，在熱風(fēng)出口得到的熱風(fēng)可分為兩股，一股經(jīng)過二通閥作為中高溫?zé)犸L(fēng)產(chǎn)品輸出，并可通過出口混風(fēng)閥調(diào)節(jié)供風(fēng)溫度，另一股經(jīng)過流量控制器進(jìn)入換熱室加熱水產(chǎn)生蒸汽；所述保溫層覆蓋在儲(chǔ)熱室和換熱室內(nèi)壁，用于與外界的絕熱，以降低熱損耗；

所述蒸汽發(fā)生單元包括換熱管、除氧器、水泵和汽包；所述換熱管位于換熱室內(nèi)部，分為上、中、下三部分，與自上而下的熱風(fēng)換熱，下部的換熱管也可稱為水預(yù)熱器，用于對(duì)將進(jìn)入汽包的除氧水進(jìn)行預(yù)加熱，中部的換熱管也稱為蒸發(fā)器，用于將汽包內(nèi)的循環(huán)熱水汽化 成飽和蒸汽(飽和蒸汽也可作為產(chǎn)品輸出)，上部的換熱管也稱過熱器，用于將飽和蒸汽加熱成為高壓過熱蒸汽，高壓過熱蒸汽通過二通閥作為產(chǎn)品輸出；所述除氧器和水泵分別用于除鹽水的除氧和輸送動(dòng)力的提供；所述汽包包括汽包本體、溫度與壓力檢測(cè)和控制裝置以及安全裝置，用于通過上升下降管和中部換熱管(蒸發(fā)器)進(jìn)行自然循環(huán)，并對(duì)產(chǎn)生的飽和蒸汽進(jìn)行汽水分離，得到的干燥蒸汽重新送入上部換熱管(過熱器)過熱；

所述循環(huán)控制單元包括換熱室、重力沉降室和閥門；所述換熱室包括流量控制器、切向入口、過濾風(fēng)帽和回流風(fēng)道，所述流量控制器位于換熱室的上部，并與二通閥一起用于控制熱風(fēng)的流量和流速，并調(diào)控中高溫產(chǎn)品熱風(fēng)和生產(chǎn)蒸汽用熱風(fēng)的比例；所述切向入口位于換熱室的上部，其功能是使熱風(fēng)以切向方向進(jìn)入換熱室形成旋流，強(qiáng)化與蒸汽產(chǎn)生換熱管的換熱，并促使熱風(fēng)中可能攜帶的少量顆粒從氣體中分離進(jìn)入重力沉降室；所述過濾風(fēng)帽和回流風(fēng)道位于換熱室底部，其中過濾風(fēng)帽在回流風(fēng)道入口上部，用于阻擋熱風(fēng)中殘留的顆粒進(jìn)入回流風(fēng)道，并把顆粒引流至重力沉降室，回流風(fēng)道將換熱后的純凈熱風(fēng)通過三通閥進(jìn)入循環(huán)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)氣流和氣流所含熱量的循環(huán)，這部分熱風(fēng)可以作為低溫?zé)犸L(fēng)產(chǎn)品通過三通閥外供；所述重力沉降室含有單向閥和斜坡通道，用于將熱風(fēng)中殘留的顆?；厥者M(jìn)入顆粒床；所述閥門包括三通閥、二通閥、單向閥和混風(fēng)閥，所述三通閥位于空氣入口，用于換熱后的熱風(fēng)循環(huán)利用、低溫?zé)犸L(fēng)產(chǎn)品供應(yīng)以及進(jìn)入循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)溫調(diào)控；所述二通閥位于換熱室和過熱蒸汽的出口處，用于熱風(fēng)和蒸汽產(chǎn)品的輸出供給控制；所述單向閥位于重力沉降室內(nèi)，用于含有殘留顆粒的熱風(fēng)的單向流通，這里的顆粒單向流動(dòng)也可通過短暫關(guān)閉三通閥進(jìn)行吹掃；所述混風(fēng)閥位于熱風(fēng)出口二通閥之后，用于對(duì)所供熱風(fēng)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。

優(yōu)選的，所述儲(chǔ)熱磚的形狀可以為球狀、正方體或長(zhǎng)方體、蜂窩型、其它異型結(jié)構(gòu)模塊或它們之間的組合，其材料可以為有機(jī)或無機(jī)的顯熱儲(chǔ)熱材料、潛熱(相變)儲(chǔ)熱材料、復(fù)合結(jié)構(gòu)儲(chǔ)熱材料或它們之間的組合，儲(chǔ)熱磚材料的使用溫度范圍為0-850℃。

優(yōu)選的，所述顆粒床的顆粒材料可以是沙子、氧化鋁、玻璃、陶瓷、耐高溫聚合物等，顆粒形狀可以是球形或非球形。

優(yōu)選的，所述電加熱元件的材質(zhì)為高溫耐腐蝕合金或耐高溫陶瓷。

優(yōu)選的，所述保溫層可以是單層或多層，其材質(zhì)為低導(dǎo)熱系數(shù)材料，包括泡沫塑料、炭化軟木、蛭石、泡沫玻璃、陶瓷纖維、輕質(zhì)保溫棉、微孔硅酸鈣、珍珠巖及玻璃棉等。

優(yōu)選的，所述循環(huán)風(fēng)機(jī)為低功耗中高溫離心風(fēng)機(jī)。

本發(fā)明的有益效果為：可利用低谷電、可再生能源和間歇性工業(yè)余熱等資源將儲(chǔ)熱室內(nèi)的儲(chǔ)熱磚加熱至設(shè)計(jì)存儲(chǔ)溫度以上，并有效利用使用溫度范圍內(nèi)的顯熱和潛熱儲(chǔ)熱；在需要使用熱量時(shí)，特別是用電高峰，低功耗循環(huán)風(fēng)機(jī)將空氣送入顆粒床，使顆粒床流化并與多孔 儲(chǔ)熱磚床層進(jìn)行熱交換得到中高溫?zé)犸L(fēng)，顆粒通過旋風(fēng)除塵返回流化床層，全部或部分熱風(fēng)可作為產(chǎn)品輸出，并可通過熱風(fēng)出口混風(fēng)閥調(diào)節(jié)供風(fēng)溫度；中高溫?zé)犸L(fēng)也可通過分段式管式換熱器加熱水，使水汽化，并通過汽包內(nèi)的汽水分離裝置得到飽和蒸汽，飽和蒸汽可以進(jìn)一步過熱，得到干燥的高壓過熱蒸汽，這里的飽和蒸汽和過熱蒸汽均可作為產(chǎn)品輸出；經(jīng)過蒸汽生產(chǎn)后溫度顯著降低的熱風(fēng)，通過進(jìn)入重力沉降室除去可能少量攜帶的顆粒，經(jīng)回流風(fēng)道和循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)進(jìn)入流化床，實(shí)現(xiàn)風(fēng)和熱的循環(huán)使用，這部分熱風(fēng)也可作為低溫?zé)犸L(fēng)產(chǎn)品輸出；本發(fā)明可解決目前基于中小型燃煤等化石燃料鍋爐的熱風(fēng)或蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)存在的高污染、能耗大、運(yùn)行靈活性差、運(yùn)行成本偏高等問題，在滿足熱風(fēng)和蒸汽多功能供給的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)熱能循環(huán)利用，提高了熱能利用率，達(dá)到了節(jié)能減排的目的，同時(shí)，儲(chǔ)熱技術(shù)的利用使本發(fā)明有效利用可再生能源和間隙性工業(yè)余熱，實(shí)現(xiàn)電力和供熱調(diào)峰，適宜大規(guī)模推廣使用。

附圖說明

圖1是為本發(fā)明具體實(shí)施方式提供的一種基于儲(chǔ)熱的多功能蒸汽/熱風(fēng)供熱方法和裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1、三通閥；2、循環(huán)風(fēng)機(jī)；3、風(fēng)室；4、儲(chǔ)熱室；5、換熱室；6a，6b，6c、換熱管；7、除氧器；8、水泵；9、汽包；10，21、二通閥；11、保溫層；12、布風(fēng)板；13、顆粒床；14、電加熱元件；15、儲(chǔ)熱磚、16、溫度壓力控制器；17、顆粒分離器；18、熱風(fēng)入口；19、熱風(fēng)出口；20、顆粒出口；22、流量控制器；23、切向入口；24、過濾風(fēng)帽；25、回流風(fēng)道；26、重力沉降室；27、單向閥；28、混風(fēng)閥

具體實(shí)施方式

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式提供的一種基于儲(chǔ)熱的多功能蒸汽/熱風(fēng)供熱方法和裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

以低谷電利用為例，本發(fā)明的具體實(shí)施方式為：夜間低價(jià)谷電期間，如不需供應(yīng)熱風(fēng)和蒸汽，可單獨(dú)開啟電加熱元件(14)對(duì)儲(chǔ)熱磚(15)進(jìn)行充熱，當(dāng)需要供應(yīng)熱風(fēng)或蒸汽時(shí)，開啟循環(huán)風(fēng)機(jī)(2)將空氣引入儲(chǔ)熱室(4)，由電加熱元件(14)進(jìn)行加熱，并由顆粒床(13)強(qiáng)化傳熱，同時(shí)對(duì)儲(chǔ)熱磚(15)進(jìn)行充熱，而加熱后的高溫?zé)犸L(fēng)經(jīng)由顆粒分離器(17)凈化后進(jìn)入換熱室(5)內(nèi)分流，一部分(或全部)通過二通閥(21)用于供熱輸出，所供高溫空氣的溫度可通過混風(fēng)閥(28)進(jìn)行調(diào)節(jié)，另一部分(或全部)用于加熱換熱管(6a/6b/6c)并利用回流風(fēng)道(25)和重力沉降室(26)實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)和顆粒的循環(huán)利用；除鹽水進(jìn)入除氧器(7) 除氧后，由水泵(8)加壓輸送至下部換熱管(水預(yù)熱器)(6c)加熱，加熱后的熱水送入汽包(9)，汽包通過上升管和下降管與中部換熱管(蒸發(fā)器)(6b)連接，通過自然循環(huán)產(chǎn)生一定壓力的飽和蒸汽，產(chǎn)生的飽和蒸汽在汽包內(nèi)汽水分離后，送入上部換熱管(過熱器)(6a)過熱后，通過二通閥(10)進(jìn)行輸出供給；當(dāng)白天供高價(jià)峰電期間，關(guān)閉電加熱元件(14)，當(dāng)僅需要供給熱風(fēng)時(shí)開啟循環(huán)風(fēng)機(jī)(2)、二通閥(21)將流量控制器(22)調(diào)為零，三通閥(1)開啟空氣入口，關(guān)閉循環(huán)熱風(fēng)入口，利用儲(chǔ)熱磚(15)儲(chǔ)存的熱量產(chǎn)生熱風(fēng)用于輸出供給，并可通過混風(fēng)閥(28)調(diào)節(jié)所供熱風(fēng)溫度；當(dāng)僅需要蒸汽時(shí)，開啟循環(huán)風(fēng)機(jī)(2)、水泵(8)、二通閥(10)、單向閥(27)和流量控制器(22)，三通閥(1)關(guān)閉空氣入口，開啟循環(huán)熱風(fēng)入口，關(guān)閉二通閥(21)，通入除鹽水，利用儲(chǔ)熱磚(15)儲(chǔ)存的熱量產(chǎn)生高壓過熱蒸汽用于輸出供給；當(dāng)同時(shí)需要熱風(fēng)和蒸汽時(shí)，開啟循環(huán)風(fēng)機(jī)(2)、水泵(8)、二通閥(10)、二通閥(21)、單向閥(27)和流量控制器(22)，三通閥(1)同時(shí)開啟空氣入口和循環(huán)熱風(fēng)入口，通入除鹽水，利用儲(chǔ)熱磚(15)儲(chǔ)存的熱量同時(shí)產(chǎn)生熱風(fēng)和高壓過熱蒸汽用于輸出供給，并通過控制流量控制器(22)進(jìn)行熱量分配。

由于環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，從北京開始已經(jīng)有不少城市實(shí)施“煤改電”工程，供熱方式逐漸從傳統(tǒng)的煤炭供熱過渡到電供熱，這就對(duì)如何降低用電成本提出了較大的挑戰(zhàn)。以電熱鍋爐供應(yīng)蒸汽為實(shí)施例，采用本發(fā)明所述的一種基于儲(chǔ)熱的多功能蒸汽/熱風(fēng)供熱方法和裝置連續(xù)提供1000kg的過熱蒸汽(0.5MPa(絕對(duì)壓力，以下同)，200℃)。查蒸汽表可得0.5MPa，200℃的過熱蒸汽的焓值為2855.90kJ/kg，所供溫度為20℃的除鹽水的焓值為83.92kJ/kg。假定系統(tǒng)的熱損失為3％，儲(chǔ)熱磚儲(chǔ)熱8h后可用于16h的熱供應(yīng)，由這些數(shù)據(jù)計(jì)算可得，利用本發(fā)明的裝置連續(xù)提供1 000kg的過熱蒸汽(0.5MPa，200℃)時(shí)，需要消耗約793.8度電，根據(jù)江蘇省“蘇價(jià)工[2011]358號(hào)”文規(guī)定，大工業(yè)、非優(yōu)待、1-10千伏用電價(jià)格為：高峰1.112元/千瓦時(shí)，平段0.667元/千瓦時(shí)，低谷0.322元/千瓦時(shí)，按照利用8小時(shí)低谷電儲(chǔ)熱，供8小時(shí)平段和8小時(shí)高峰時(shí)段使用，平均計(jì)算可得，若使用電熱鍋爐供應(yīng)蒸汽，每度電可節(jié)省0.5675元，則793.8度電可節(jié)省約450.5元。

本發(fā)明是通過實(shí)施例進(jìn)行描述的，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)這些特征和實(shí)施例進(jìn)行各種改變或等效替換。另外，在本發(fā)明的指導(dǎo)下，可以對(duì)這些特征和實(shí)施例進(jìn)行修改以適應(yīng)具體的情況及材料而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明不受此處所公開的具體實(shí)施例的限制，所有落入本申請(qǐng)的權(quán)利要求內(nèi)的實(shí)施例都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。