一種采用鎂鐵磚封裝熔鹽的高溫蓄熱谷能利用裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)保儲(chǔ)能領(lǐng)域，具體涉及一種采用鎂鐵磚封裝熔鹽的高溫蓄熱谷能利
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【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化和人民生活水平的提高，白天高峰用電量不斷增加，夜間低谷時(shí)段用電量大幅降低，供電峰谷差逐年加大，給電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)較大困難的同時(shí)，由于谷電消納不足，還造成了電能的大量浪費(fèi)。應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)，將發(fā)電與用電從時(shí)間和空間分隔開(kāi)來(lái)，電廠發(fā)出的電力不再需要即時(shí)傳輸，用電和發(fā)電也不再需要嚴(yán)格地保持平衡，這將使電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)、調(diào)度管理以及使用方式方法等發(fā)生根本性變革。大力推廣在低谷時(shí)段運(yùn)行的電蓄熱儲(chǔ)能裝置，是“削峰填谷”的有效辦法。
[0003]目前蓄熱技術(shù)根據(jù)儲(chǔ)熱機(jī)制的不同分為顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學(xué)蓄熱。盡管適用于電網(wǎng)調(diào)峰的中高溫蓄熱技術(shù)已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但在應(yīng)用過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題:
(I)以固體為蓄熱材料的中高溫顯熱儲(chǔ)熱材料依靠自身溫度變化進(jìn)行熱量存儲(chǔ)與傳遞，儲(chǔ)熱密度小，設(shè)備體積龐大；(2)熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料是利用化學(xué)物質(zhì)發(fā)生可逆的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行熱量的存儲(chǔ)與釋放，適用的溫度范圍比較寬，儲(chǔ)熱密度大，理論上可以適用在中高溫儲(chǔ)熱領(lǐng)域。但熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)工藝復(fù)雜，迄今為止，其技術(shù)成熟性尚低，需要進(jìn)行大量的研究投入；
[3]中高溫相變儲(chǔ)熱材料儲(chǔ)熱密度大、放熱過(guò)程近似等溫，有利于設(shè)備的緊湊和微型化，但是相變材料的腐蝕性、與結(jié)構(gòu)材料的兼容性、相變材料的熱/化學(xué)穩(wěn)定性、循環(huán)使用壽命等問(wèn)題都需要進(jìn)一步的研究。目前單一的固體蓄熱系統(tǒng)放熱不均勻溫度波動(dòng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致系統(tǒng)換熱效率降低；而單一的相變蓄熱系統(tǒng)因相變材料導(dǎo)熱系數(shù)較小，致使系統(tǒng)充、放熱速率較慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了解決單一的固體蓄熱系統(tǒng)放熱不均勻、溫度波動(dòng)不穩(wěn)定導(dǎo)致系統(tǒng)換熱效率下降和單一的相變蓄熱系統(tǒng)中相變材料導(dǎo)熱系數(shù)小，致使充、放熱速率慢的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種采用鎂鐵磚封裝熔鹽的高溫蓄熱谷能利用裝置，用于高溫?zé)崮艽鎯?chǔ)，將低谷時(shí)段電能轉(zhuǎn)化為熱能儲(chǔ)存，為用戶(hù)提供生活熱水或者采暖用熱。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的采用鎂鐵磚封裝熔鹽的高溫蓄熱谷能利用裝置包括蓄熱堆、電加熱單元和換熱部分，其中，
[0006]所述的蓄熱堆由若干蓄熱單元構(gòu)建而成，每塊蓄熱單元為由中空的鎂鐵磚內(nèi)部封裝熔鹽而形成的立方體，每塊蓄熱單元在項(xiàng)部預(yù)留有矩形通道并在側(cè)壁預(yù)留有管道孔道；所述蓄熱堆在項(xiàng)部和周向設(shè)有多層耐高溫的保溫層，所述保溫層和蓄熱單元之間鋪設(shè)有鎂鐵蓄熱轉(zhuǎn)，所述蓄熱堆底部使用耐火磚作為整個(gè)蓄熱堆的承重結(jié)構(gòu)。根據(jù)蓄熱量的大小可以實(shí)現(xiàn)不同規(guī)模蓄熱堆的組裝，構(gòu)建出的蓄熱堆作為核心，由內(nèi)而外采用不同溫度級(jí)別的保溫材料作為保溫隔熱層，而外殼采用剛性纖維板替代常規(guī)的鑄鐵材料。
[0007]所述的電加熱單元包括導(dǎo)熱板和設(shè)置于所述導(dǎo)熱板兩端的電加熱裝置，所述電加熱單元設(shè)置于蓄熱單元的矩形通道內(nèi)；優(yōu)選地，導(dǎo)熱板為矩形，兩側(cè)采用實(shí)心鑄鐵材料，為節(jié)約材料，中部可以做成中空的填裝金屬塊或絲網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，矩形導(dǎo)熱板可以方便地通入蓄熱堆的各個(gè)矩形孔道中，并且不作為承重結(jié)構(gòu)。
[0008]所述的換熱部分包括導(dǎo)熱油換熱盤(pán)管、一次側(cè)介質(zhì)循環(huán)栗和換熱器，所述的導(dǎo)熱油換熱盤(pán)管布置于所述蓄熱堆內(nèi)部，由下而上最終形成通路，所述的導(dǎo)熱油換熱盤(pán)管通過(guò)高溫導(dǎo)熱油栗與換熱器相連；換熱器的熱端與一次側(cè)高溫導(dǎo)熱油管相連，冷端與二次側(cè)低溫流體介質(zhì)管相連，一次側(cè)高溫介質(zhì)從換熱器項(xiàng)部的管口進(jìn)入并從下部管口流出，二次側(cè)低溫流體介質(zhì)則從換熱器的下部管口進(jìn)入上部管口流出，從而換熱器完成一次側(cè)高溫介質(zhì)和二次側(cè)低溫流體介質(zhì)之間的換熱。優(yōu)選地，所述換熱器選用管殼式換熱器或板式換熱器。所述的換熱器上安裝上安全閥及膨脹罐等附屬設(shè)備。優(yōu)選地，當(dāng)蓄熱堆溫度在350°C以下時(shí)，一次側(cè)選用高溫導(dǎo)熱油作為換熱介質(zhì)；當(dāng)溫度高于350°C時(shí)，選用熔鹽作為一次側(cè)的換熱介質(zhì)，但同時(shí)要考慮熔鹽凝固帶來(lái)的增加預(yù)熱或保溫設(shè)備及維護(hù)工作的問(wèn)題。
[0009]優(yōu)選地，二次側(cè)多采用水作為換熱介質(zhì)，出于不同的需求也可能會(huì)選用導(dǎo)熱油或其它換熱介質(zhì)。。
[0010]優(yōu)選地，所述固體蓄熱材料選用高密度、高導(dǎo)熱系數(shù)、高比熱容都的鎂鐵磚；所述的熔鹽依據(jù)不同蓄熱溫度的要求進(jìn)行選擇，當(dāng)蓄熱溫度在300°C?400°C范圍內(nèi)時(shí)，選用凝固點(diǎn)在3000C?400°C范圍內(nèi)的硝酸鹽，當(dāng)蓄熱溫度高于450°C時(shí)，可以選用凝固點(diǎn)在450°C以上的碳酸類(lèi)熔鹽；封裝的熔鹽體積為鎂鐵磚中空體積的60%?85%。
[0011]具體地，所述的鎂鐵磚的密度約為2700kg/m3?3000kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)約為4.2w/m.k ?5.07w/m.k，比熱容約為 900J/kg.k ?1100J/kg.k。
[0012]所述的蓄熱堆的長(zhǎng)、寬比為1:1?1.2: I，高度的尺寸為長(zhǎng)度尺寸的1.2?1.4倍。此布置方式可以形成底部和項(xiàng)部更大梯度的溫差，以提高換熱效率，放熱時(shí)，換熱介質(zhì)由下而上溫度越來(lái)越高，在項(xiàng)部出流時(shí)達(dá)到最高。
[0013]所述的矩形通道設(shè)置于蓄熱單元的項(xiàng)部，從而避免加熱單元作為承重結(jié)構(gòu)。
[0014]所述的多層耐高溫的保溫層由內(nèi)向外據(jù)溫度高低，分別選用高溫陶瓷纖維毯(耐溫在500°C以上)、保溫巖棉或者玻璃巖棉(耐溫在200°C?300°C )、聚氨酯復(fù)合板(耐溫在80°C?100°C )、剛性纖維外殼；同時(shí)周向和項(xiàng)部采用不同厚度的保溫結(jié)構(gòu)，項(xiàng)部厚度約為周向厚度的1.2?1.5倍；由于蓄熱后蓄熱堆的溫度在高度方向上呈現(xiàn)上高下低且溫差明顯的分布形態(tài)，蓄熱堆底部的溫度低，保溫工作可以簡(jiǎn)化，蓄熱堆底部采用耐火磚作為整個(gè)蓄熱堆的承重結(jié)構(gòu)。
[0015]所述導(dǎo)熱板的兩端采用耐800°C以上高溫的的金屬材料，優(yōu)選為實(shí)心鑄鐵，中部采用中空的添加入鑄鐵、銅等金屬導(dǎo)熱材料結(jié)構(gòu)。
[0016]優(yōu)選地，所述的導(dǎo)熱板為金屬導(dǎo)熱板，所述的電加熱裝置為圓柱狀加熱管。
[0017]優(yōu)選地，位于所述蓄熱堆項(xiàng)部電加熱裝置的功率小于蓄熱堆下層的電加熱裝置的功率。
[0018]更優(yōu)選地，位于所述蓄熱堆項(xiàng)部電加熱裝置的功率為蓄熱堆下層的電加熱裝置功率的 60% -80% ο
[0019]所述換熱端，包括埋藏在蓄熱堆內(nèi)的換熱盤(pán)管、用以提取蓄熱堆熱量的一次側(cè)換熱介質(zhì)循環(huán)栗、換熱器及附屬設(shè)備。
[0020]優(yōu)選地，所述的導(dǎo)熱油換熱盤(pán)管呈S型布置于所述蓄熱堆的內(nèi)部。具體地，埋藏在蓄熱堆內(nèi)的換熱盤(pán)管采用S形的連接方式依次從最底部一層開(kāi)始逐層而上連接成通路，換熱盤(pán)管的進(jìn)出口和循環(huán)栗相連，一次側(cè)換熱介質(zhì)進(jìn)入換熱盤(pán)管先與底層蓄熱單元換熱，升溫后進(jìn)入上層蓄熱單元，最終輸出的高溫流體進(jìn)入換熱器與二次側(cè)介質(zhì)換熱，如此循環(huán)。
[0021]安全地，換熱器上安裝上安全閥及膨脹罐等附屬設(shè)備。
[0022]發(fā)明原理:電加熱管外表面升溫后通過(guò)導(dǎo)熱和輻射的方式將熱量傳遞給其所在通道內(nèi)的金屬導(dǎo)熱板，金屬導(dǎo)熱板升溫后將熱量傳遞給各個(gè)顯-潛熱蓄熱單元；所述蓄熱堆由鎂鐵磚封裝熔鹽而形成的顯-潛熱蓄熱單元堆砌而成，形成一個(gè)高度方向距離大于長(zhǎng)寬方向距離的長(zhǎng)方體，在重力方向形成較大溫度梯度；每塊蓄熱單元的為由鎂鐵磚封裝熔鹽而形成的立方體，鎂鐵磚預(yù)制成中空的立方體，該中空空間將用于封裝與蓄熱溫度相適應(yīng)的鹽類(lèi)相變蓄熱材料；所述裝置的換熱部分由埋在蓄熱堆內(nèi)的盤(pán)管、導(dǎo)熱油介質(zhì)循環(huán)栗和管殼式換熱器組成，盤(pán)管內(nèi)走可以承受高溫的導(dǎo)熱油介質(zhì)，導(dǎo)熱油首先進(jìn)入埋在底層蓄熱單元中的盤(pán)管，完成初次換熱后升溫進(jìn)入高層盤(pán)管，獲得蓄熱堆的熱量，最后進(jìn)入管殼式換熱器，形成換熱器的一次側(cè)高溫油路，在換熱器內(nèi)與以水為媒介的二次側(cè)流體進(jìn)行換熱，向用戶(hù)提供熱水；所述蓄熱堆保溫層從內(nèi)到外采用高溫陶瓷纖維毯結(jié)合中低溫保溫巖棉及聚氨酯復(fù)合板、剛性纖維板等材料構(gòu)建的多層保溫結(jié)構(gòu)，注重在蓄熱堆前后左右及頂端五個(gè)方向的布置，尤其重視布置了電加熱管的兩側(cè)和頂端的保溫工作，而對(duì)于底部的保溫工作可以簡(jiǎn)化，采用耐火磚作為整個(gè)蓄熱堆的承重結(jié)構(gòu)。
[0023]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果:
[0024](I)本發(fā)明的裝置采用中空的鎂鐵磚為載體，將熔鹽相變材料充裝其內(nèi)，所占體積約為中空體積的60% _85%，集成了固體顯熱與相變潛熱蓄熱的優(yōu)點(diǎn)，相比單一固體蓄熱裝置，不僅提高了單位體積的蓄熱量，而且穩(wěn)定了放熱時(shí)的出流溫度，從而提高了換熱效率。
[0025](2)鎂鐵磚的使用使得蓄熱堆充、放熱的速率提高了，鎂鐵磚具有耐酸、耐堿的特性，適合做高溫熔鹽的容器，從而克服了常規(guī)鹽類(lèi)相變過(guò)程中對(duì)金屬容器的腐蝕性問(wèn)題；
[0026](3)由于采用了導(dǎo)熱板通入蓄熱堆內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，相對(duì)常規(guī)的將電加熱棒埋入蓄熱堆內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，其可以在加快導(dǎo)熱的基礎(chǔ)上減短加熱棒的長(zhǎng)度，而且便于電加熱裝置的更換和維修；
[0027](4)與單一的固體蓄熱及單一的熔鹽相變蓄熱相比，此集成顯熱潛熱高溫蓄熱的谷能利用裝置從蓄熱系統(tǒng)的單位體積蓄熱密度、蓄放熱速率和蓄放熱穩(wěn)定性這三大主要評(píng)價(jià)指標(biāo)入手，結(jié)合了熔鹽單位體積蓄熱密度大、蓄放熱溫度穩(wěn)定和固體材料的高溫蓄熱穩(wěn)定性好、密度大、高溫顯熱蓄熱量大、導(dǎo)熱系數(shù)高、材料易得等優(yōu)點(diǎn)，整個(gè)蓄熱裝置能表現(xiàn)出蓄熱密