具有感應加熱裝置和熔融金屬的高溫蓄熱器以及蓄熱器聯(lián)合供電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有感應加熱裝置的高溫蓄熱器、蓄熱器聯(lián)合供電系統(tǒng)和用于使高溫蓄熱器和蓄熱器聯(lián)合供電系統(tǒng)運行的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在與本發(fā)明的聯(lián)系上，概念“蓄能器”與概念“蓄熱器”同義。
[0003]在高溫熱形式熱能的蓄能器方面，蓄熱器裝載和卸載時失去有用能。出現(xiàn)這種有用能損失的原因在于，蓄能器卸載時再也達不到蓄能器裝載的溫度水平。這種效應的尺度取決于所選擇的蓄能器技術(shù)、所使用的(熱載體)介質(zhì)和所參與的換熱器的設計。
[0004]在以往為太陽能熱電廠研究和使用的蓄熱器方面，蓄能器材料的裝載通過熱從熱載體(例如蒸汽或空氣或熱油)傳遞到儲存介質(zhì)(例如液化鹽或混凝土)上進行。在此方面，蓄熱材料的溫度由于熱傳遞的損失造成低于輸出熱的熱載體的溫度。在蓄熱器卸載時，這一過程在相反的方向上進行。在這種情況下，溫度通過熱傳遞再次降低。其后果是，無論是蓄能器裝載時還是卸載時，均出現(xiàn)有用能損失。
[0005]在熱電廠中，幾十年來使用水-蒸汽的循環(huán)過程。在此方面，循環(huán)過程的效率也取決于汽輪機入口上蒸汽的蒸汽參數(shù)(壓力和溫度)。也就是說，如果由于蓄熱器內(nèi)的有用能損失達不到汽輪機入口上的蒸汽參數(shù)，那么汽輪機并因此電廠的功率和效率下降。
[0006]熱電廠目前不僅燃燒火電燃料，而且也經(jīng)常利用太陽輻射產(chǎn)生蒸汽。在此方面，也使用拋物形槽式搜集器或其他集中太陽能收集器。為在低的太陽入射情況下也達到太陽能熱電廠內(nèi)汽輪機循環(huán)的設計參數(shù)，作為單獨的蒸汽發(fā)生器或作為火電燃料的增壓燃燒裝置經(jīng)常安裝輔助燃燒裝置。
[0007]DE2100485A1介紹了一種用于快速增殖反應堆的采用液態(tài)金屬運行的汽化器。在這種情況下，利用液態(tài)鈉產(chǎn)生汽輪機循環(huán)的飽和蒸汽。鈉的熔融溫度為98°C。鈉的沸騰溫度約為880°C?？焖僭鲋撤磻训恼羝麥囟仍?45°C到545°C之間。汽輪機前面的蒸汽溫度為487°C,蒸汽壓力為177bar (Daten Superphenix I, Frankreich)。汽化器作為管束換熱器構(gòu)成，其初級端施加液態(tài)金屬并通過熱傳遞汽化和過熱次級端的水。用于液化鈉的熱量輸送在核反應堆內(nèi)進行。
[0008]DE2851197A1介紹了中間過熱與利用液態(tài)金屬運行的蒸汽變流器一體化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于，提供一種高溫蓄熱器，其可以在不使用火電能源載體的情況下，將蓄能器卸載時產(chǎn)生的蒸汽的溫度水平重新提高到電廠運行所需的溫度水平或甚至更聞。
[0010]該目的通過一種高溫蓄熱器得以實現(xiàn)，包括坩堝、感應加熱裝置和液態(tài)和/或氣態(tài)熱載體(例如水蒸汽)的管道，其中，坩堝至少部分填充導電的儲存介質(zhì)，其中，感應加熱裝置在繞流狀態(tài)下加熱儲存介質(zhì)以及其中管道至少部分通過儲存介質(zhì)分布。
[0011]依據(jù)本發(fā)明的這種高溫蓄熱器與感應爐具有許多平行線，正如鋁鑄造業(yè)中使用的那樣。因此許多部件例如像坩堝和感應加熱裝置在市場上可以買到和幾十年的操作經(jīng)驗可供依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器使用。不同于感應爐的是，坩堝不必回轉(zhuǎn)，因為處于坩堝內(nèi)的和一般情況下存在于液態(tài)下的儲存介質(zhì)不必更換。此外與傳統(tǒng)的感應爐不同的是，存在至少部分通過儲存介質(zhì)分布的管道。依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器的特點在于，裝載時的熱輸送按照不同于放電時的熱輸出方式進行。
[0012]在正常運行中，也就是儲存介質(zhì)以液體狀態(tài)存在的情況下，儲存介質(zhì)利用感應加熱裝置加熱。這一過程在處于坩堝內(nèi)的金屬熔化和加熱時，也在感應爐上進行。
[0013]因為用于加熱儲存介質(zhì)的電能的有用能含量接近或等于1，所以在依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器的工作溫度方面不存在熱力學的限制。不言而喻需要注意的是，儲存介質(zhì)的溫度并非不必要的高和高溫蓄熱器的部件，特別是像坩堝和管道，不受過熱的損壞。
[0014]依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器的卸載由此進行，即管道內(nèi)輸送液態(tài)或氣態(tài)熱載體。這一點在任何情況下都是在熱電廠的水-蒸汽循環(huán)中使用的蒸汽。
[0015]因為蓄熱材料利用感應加熱裝置可以加熱到例如770°C的溫度，所以可以毫無問題地將管道內(nèi)流動的熱載體(水蒸汽)從例如450°C的入口溫度加熱到550°C或600°C的出口溫度。因此可以產(chǎn)生過熱的蒸汽，然后要么直接，要么在與低溫的飽和蒸汽混合后輸送到汽輪機。
[0016]因為依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器的裝載利用電能進行和儲存介質(zhì)承受非常高的溫度，所以依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器具有非常高的工作溫度。該工作溫度明顯高于汽輪機入口上蒸汽的溫度。由此在依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器卸載時可以使蒸汽達到汽輪機入口上所需的溫度，從而汽輪機可以最佳的功率和最佳的效率運行。
[0017]事實證明在安全性和成本方面具有優(yōu)點的是，作為儲存介質(zhì)使用熔融金屬。
[0018]之所以選擇概念“熔融金屬”，是因為在正常工作時儲存介質(zhì)以液態(tài)形式存在。作為熔融金屬適用純金屬或合金，其熔點約處于500°C或高于600°C的范圍內(nèi)。
[0019]例如可以將市場上常見的鋁合金作為熔融金屬或儲存介質(zhì)使用。這種鋁合金的熔融溫度高于600°C。
[0020]鑄造業(yè)傳統(tǒng)感應爐中生產(chǎn)的鋁熔液的溫度在680°C到780°C之間。如果使用銅或其他金屬或合金，那么還可以達到更高的溫度。根據(jù)設計、管道材料和過程控制，蒸汽在此方面可以一直加熱到720°C。因為熔融金屬和水蒸汽具有非常好的導熱性和熔融金屬與管道內(nèi)流動的蒸汽之間的溫差相當大，所以管道處于熔融金屬內(nèi)的部分在許多情況下作為換熱器足夠。在管道的該部分不是筆直，而是回形成型的話，特別適用這一點。
[0021]如果管道處于熔融金屬內(nèi)部分的熱傳遞面積不夠，那么換熱器，例如管束換熱器可與管道一體化，以確保將熱從熔融金屬傳遞到管道內(nèi)流動的蒸汽上。
[0022]如果熔融金屬為液態(tài)，那么儲存介質(zhì)與里面流動熱載體的管道之間的熱過渡特別好并因此管道內(nèi)流動的熱載體可以被加熱到與熔融金屬相同的溫度上。
[0023]熔融金屬在管道上可能構(gòu)成固體層對于這種高溫蓄熱器來說不是問題，因為這些熔融金屬具有非常的導熱性。
[0024]依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器的另一主要優(yōu)點是，蓄能器也可以毫無問題地停止運行。在這種情況下，只要低于熔融溫度，儲存介質(zhì)就會凝固。這一點是一種不危險的過程，因為坩堝還有管道由此不受損壞。如果依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器需要重新投入運行，那么利用感應加熱裝置可以毫無問題地將凝固的熔融金屬重新加熱并處于液態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)中所公開的采用熔鹽工作的高溫蓄熱器相比，這一點是依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器的一個主要優(yōu)點。如果這種熔鹽凝固一次，那么由于鹽的導熱差而幾乎不可能將這種熔鹽重新液化。
[0025]依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器因此也可以非常簡單、耐用和毫無問題地進行運行控制。這一點因此非常重要，因為這種高溫蓄熱器數(shù)十年來晝夜不停地運行。
[0026]在依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器與其一體化的熱電廠的運轉(zhuǎn)模式方面，依據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱器還有其他優(yōu)點。
[0027]例如，可以將感應加熱裝置的功率作