一种双罐熔盐耦合电蒸汽锅炉、燃气蒸汽锅炉供热系统的制作方法

本实用新型涉及储能集热技术领域，特别是一种双罐熔盐耦合电蒸汽锅炉、燃气蒸汽锅炉供热系统。

背景技术：

随着经济的飞速发展，我国的传统能源消耗量日益猛增，并伴生出严重的环境污染问题。为了促进煤炭产业的可持续发展，我国大力倡导清洁能源的推广应用，“煤改电”以及“煤改气”继而成为主要能源战略。

随着社会发展，昼夜电力需求间的峰谷差不断加大。目前我国大多数城市每日昼夜平均电力需求峰谷差超过60％，造成了电力系统负载不平衡、波动性巨大，给电力系统带来很大的运行困难，生产效率和运行成本也大幅提升。为了达到平衡用电节能减排的目的，采用“削峰填谷”平衡电力的模式卓有成效，即利用低价谷电进行蓄热。全天候供热的方式，不仅是降低供热运行费用的有效途径，还对平衡电衡电网起到积极作用。

熔盐具有温度阈值高、蓄热容量大、低运行压力、传热性能好、转化效率高等显著特性，具有很大的开发潜力和应用前景。

实际运行情况中，存在大型燃气蒸汽锅炉，常年为负载提供蒸汽供应，时有最低负荷运行仍远高于热用户需求，造成了热量的大量浪费，同时燃气蒸汽锅炉常年得不到充足的检修养护时间，带来了巨大的安全隐患。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中存在的问题，提出一种双罐熔盐耦合电蒸汽锅炉、燃气蒸汽锅炉供热系统。该供热系统集熔盐、电蒸汽锅炉、燃气蒸汽锅炉三元耦合为一体，解决了终端低负荷需求期的燃气蒸汽锅炉最低负荷带载仍远超需求量的问题，避免了能源极大浪费和燃气锅炉停炉检修时间不足的问题；同时积极利用低谷电蓄热供热，解决了运行成本高额和单一热源供热不稳定的问题；能够减少燃气的使用量，环境污染严重的问题也能得到相应的改善。

为解决以上问题本实用新型采用的技术方案如下：设计一种双罐熔盐耦合电蒸汽锅炉、燃气蒸汽锅炉供热系统，其特征在于，包括双罐熔盐系统和电蒸汽锅炉-燃气蒸汽锅炉并联系统；其中双罐熔盐系统包括熔盐电加热器、低温熔盐罐、高温熔盐罐、低温熔盐泵、高温熔盐泵、熔盐均布器、熔盐-蒸汽发生器，所述低温熔盐泵安装于低温熔盐罐的顶盖上，所述高温熔盐泵安装于高温熔盐罐的顶盖上，低温熔盐罐和高温熔盐罐的内部均安装有一个熔盐均布器；低温熔盐泵的下部位于低温熔盐罐内，其上部通过管路与熔盐电加热器连通，熔盐电加热器通过另一条管路与高温熔盐罐内部的熔盐均布器连通；高温熔盐泵的下部位于高温熔盐罐的内部，其上部通过管路与熔盐-蒸汽发生器的熔盐管路连通，熔盐-蒸汽发生器的熔盐管路的另一端通过管路与低温熔盐罐内部的熔盐均布器连通；

所述低温熔盐罐、低温熔盐泵、熔盐电加热器、高温熔盐罐内部的熔盐均布器、高温熔盐罐、高温熔盐泵、熔盐-蒸汽发生器、低温熔盐罐内部的熔盐均布器、低温熔盐罐之间形成熔盐循环通道；

电蒸汽锅炉-燃气蒸汽锅炉并联系统包括电蒸汽锅炉、燃气蒸汽锅炉、节能器、空气预热器、分气缸、鼓风机、引风机、循环泵、给水泵、除氧器、树脂罐；熔盐-蒸汽发生器的水路管路的进水端与电蒸汽锅炉的进水端并联，熔盐-蒸汽发生器的水路管路的出水端与电蒸汽锅炉的出水端并联，且两者的出水端与燃气蒸汽锅炉的出水端通过一个管道合并后与分气缸连接；分气缸通过一路输出管路连通热用户的输入管路，通过另一路输出管路连接除氧器；自来水输出管路连通树脂罐，树脂罐通过管路与除氧器连接；除氧器的输出管路上安装有给水泵，给水泵的输出管路与热用户回水管路合并后接入循环泵；循环泵的输出端设置有一条管路与节能器的水路输入端连接，且设置有另一条管路与熔盐-蒸汽发生器的水路管路的进水端及电蒸汽锅炉的进水端相连；

节能器的水路输出端与燃气蒸汽锅炉进水端相连，且燃气蒸汽锅炉上设置有一路气路输出管路与节能器的气路管道相连，节能器的气路输出管路与空气预热器的集热管路相连，空气预热器的集热管路输出端通过引风机与烟囱相连；燃气蒸汽锅炉的空气输入管路上安装鼓风机，鼓风机的输出端与空气预热器的预热管路的输入端相连，空气预热器的预热管路的输出端与燃气蒸汽锅炉的空气输入端相连。

与现有系统相比，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型采用高低温熔盐双罐进行蓄热，削弱了单个熔盐罐因受热不均产生的热应力，有效避免了罐体因受热不均匀产生热应力膨胀而造成罐体损坏。

2.本实用新型采用新式熔盐均布器进行回流熔盐的均匀分布，使双罐中熔盐均匀受热，抑制斜温层的产生，提高储放热效率近5％。

3.本实用新型熔盐双罐与电蒸汽锅炉以及燃气蒸汽锅炉相互耦合供蒸汽，大幅提高了蒸汽品质，有效保障了供热系统的稳定性；同时可有效应对负荷大幅波动造成的能源供应不足和能源大量浪费。还为单位热源的维护保养提供了足够的时间。

4.本实用新型利用低谷电蓄热，大幅降低运行费用，起到了平衡电网、节能减排、绿色环保、清洁供热等效果。

5.本实用新型融合节能器与空气预热器，可以提高热力转化率和促进余热的回收利用，提高整体热效率达10％。

6.本实用新型耦合联供模式保障了优质蒸汽的持续稳定供应，可以供末端生活热水、制冷和制热等多方需求，同时可以达到低温工业蒸汽级要求。

7.本实用新型蓄热供热量大，辅助设备较少、布置结构紧凑、占地面积小，有效降低了建造成本和降低了运行成本，具有较好的经济性。

附图说明

为了简单清晰的说明本实用新型的技术方案，以下将对本实用新型作出简要介绍。

图1为本实用新型供热系统一种实施例的装配示意图(其中，低温熔盐罐与高温熔盐罐均为正视示意图)。

附图中的标记为：1-熔盐电加热器；2-低温熔盐罐；3-高温熔盐罐；4-低温熔盐泵；5-高温熔盐泵；6-熔盐均布器；7-熔盐、蒸汽发生器；8-电蒸汽锅炉；9-燃气蒸汽锅炉；10-节能器；11-空气预热器；12-分气缸；13-鼓风机；14-引风机；15-循环泵；16-给水泵；17-除氧器；18-树脂罐；19-第一电动截止阀；20-第二电动截止阀；21-第三电动截止阀；22-第四电动截止阀；23-第五电动截止阀；24-第六电动截止阀；25-第七电动截止阀；26-第八电动截止阀；27-第九电动截止阀；28-第十电动截止阀；29-第十一电动截止阀；30-第十二电动截止阀；31-第十三电动截止阀；32-第十四电动截止阀；33-第十五电动截止阀；34-第十六电动截止阀；35-烟囱。

具体实施方式

下面结合本实用新型中的具体附图，对本实用新型作出全面、清晰的地阐述，涵盖但不仅限于本实用新型的实施例。基于本实用新型的实施例，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它实施例，都属于本专利的保护范围。

本实用新型提供一种双罐熔盐耦合电蒸汽锅炉、燃气蒸汽锅炉供热系统(参见图1，简称供热系统)，包括双罐熔盐系统和电蒸汽锅炉-燃气蒸汽锅炉并联系统；其中双罐熔盐系统包括熔盐电加热器1、低温熔盐罐2、高温熔盐罐3、低温熔盐泵4、高温熔盐泵5、熔盐均布器6、熔盐-蒸汽发生器7，所述低温熔盐泵4安装于低温熔盐罐2的顶盖上，所述高温熔盐泵5安装于高温熔盐罐3的顶盖上，低温熔盐罐2和高温熔盐罐3的内部均安装有一个熔盐均布器6；低温熔盐泵4的下部位于低温熔盐罐2内，其上部通过管路与熔盐电加热器1连通，熔盐电加热器1通过另一条管路与高温熔盐罐3内部的熔盐均布器6连通；高温熔盐泵5的下部位于高温熔盐罐3的内部，其上部通过管路与熔盐-蒸汽发生器7的熔盐管路连通，熔盐-蒸汽发生器7的熔盐管路的另一端通过管路与低温熔盐罐2内部的熔盐均布器6连通。

所述低温熔盐罐2、低温熔盐泵4、熔盐电加热器1、高温熔盐罐3内部的熔盐均布器6、高温熔盐罐3、高温熔盐泵5、熔盐-蒸汽发生器7、低温熔盐罐2内部的熔盐均布器6、低温熔盐罐2之间形成熔盐循环通道。

电蒸汽锅炉-燃气蒸汽锅炉并联系统包括电蒸汽锅炉(简称电锅炉)8、燃气蒸汽锅炉(简称燃气炉)9、节能器10、空气预热器11、分气缸12、鼓风机13、引风机14、循环泵15、给水泵16、除氧器17、树脂罐18；熔盐-蒸汽发生器7的水路管路的进水端与电蒸汽锅炉8的进水端并联，熔盐-蒸汽发生器7的水路管路的出水端与电蒸汽锅炉8的出水端并联，且两者的出水端与燃气蒸汽锅炉9的出水端通过一个管道合并后与分气缸12连接；分气缸12通过一路输出管路连通热用户的输入管路，通过另一路输出管路连接除氧器17；自来水输出管路连通树脂罐18，树脂罐18通过管路与除氧器17连接；除氧器17的输出管路上安装有给水泵16，给水泵16的输出管路与热用户回水管路合并后接入循环泵15；循环泵15的输出端设置有一条管路与节能器10的水路输入端连接，且设置有另一条管路与熔盐-蒸汽发生器7的水路管路的进水端及电蒸汽锅炉8的进水端相连；

节能器10的水路输出端与燃气蒸汽锅炉9进水端相连，且燃气蒸汽锅炉9上设置有一路气路输出管路与节能器10的气路管道相连，节能器10的气路输出管路与空气预热器11的集热管路相连，空气预热器11的集热管路输出端通过引风机14与烟囱35相连；燃气蒸汽锅炉9的空气输入管路上安装鼓风机13，鼓风机13的输出端与空气预热器11的预热管路的输入端相连，空气预热器11的预热管路的输出端与燃气蒸汽锅炉9的空气输入端相连。

其中，所述熔盐均布器6采用锥形离心式喷淋技术，材料为304级以上的耐高温不锈钢。

其中，所述低温熔盐罐2和高温熔盐罐3的内壁上均镶嵌耐高温抗氧化腐蚀的复合膜。

其中，所述高温熔盐泵5和低温熔盐泵4均为耐高温抗腐蚀的钢材制成的液下泵。

其中，所述双罐熔盐系统中使用的熔盐包含但不限于二元无机盐、三元无机盐和有机熔盐,所述熔盐在熔盐循环通道中以液态的形式流动，其制备原料包含但不限于硝酸盐(nano3、nano2、kno3)、氯化盐(nacl、kcl、mgcl2)等。

其中，所述各元件设备均设有进出口电动控制阀。

其中，所述给水泵16为恒压给水泵，且附带超压泄水装置。

本实用新型的工作原理如下：

熔盐蓄热模式(谷电时段)：基于低谷电时段，通过低温熔盐泵4抽送低温熔盐罐2中熔盐至熔盐电加热器1中，设定熔盐电加热器1的目标温度低于熔盐分解温度10℃左右，低温熔盐经过熔盐电加热器1的过程中吸热变成高温熔盐，并随着管路进入熔盐均布器6，接着回流至高温熔盐罐3中，熔盐均布器6确保高温熔盐罐3中熔盐均温分布。

熔盐供热阶段(非谷电时段)：通过高温熔盐泵5抽送高温熔盐罐3中熔盐至熔盐-蒸汽发生器7中，利用高温熔盐与低温水对流换热的原理，将熔盐侧热量换至水侧，高温熔盐在经过熔盐-蒸汽发生器7的熔盐管路的过程中，将其自身温度降至其熔点20℃以上，并经过熔盐均布器后返回低温熔盐罐2中。低温水经过熔盐-蒸汽发生器7后产生高温蒸汽，之后通过分气缸12为末端热用户提供优质热力服务。

电蒸汽锅炉-燃气蒸汽锅炉并联系统联供模式(全天候)，当熔盐蓄热时段：a.末端为低负荷需求时，如熔盐蓄热量充足，进入熔盐充放一体模式，在熔盐蓄热的同时进行熔盐的放热；如熔盐蓄热量不足，开启电蒸汽锅炉耦合联动进行末端蒸汽的供应。b.末端为高负荷需求时，如熔盐蓄热量充足，进入熔盐充放一体模式，在熔盐蓄热的同时进行熔盐的放热；如熔盐蓄热量不足，开启燃气蒸汽锅炉耦合联动进行末端蒸汽的供应。c.末端负荷波动时，根据运行实时动态，合理调控熔盐双罐、电蒸汽锅炉、燃气蒸汽锅炉的耦合联动方式，经济、合理的进行全天候的蒸汽供应。

实施例

现有4台燃气蒸汽锅炉，分别为1台35蒸吨、1台45蒸吨和2台75蒸吨的燃气蒸汽锅炉，锅炉最小运行负荷为30％，即10.5蒸吨、13.5蒸吨和22.5蒸吨。

每年4月份和10月份为供暖季和制冷季的过渡期，大量热用户停止用热，只剩少部分热用户有热力需求。每小时最大用蒸汽量约6蒸吨，最小用气量约2蒸吨；在上述过渡期内，一般采用35蒸吨或45蒸吨燃气锅炉供应热用户。由于产热量高于热用户需求量，为保证燃气蒸汽锅炉的平稳运行，过渡季期间将一部分锅炉蒸汽送入大网汽水换热站，作为锅炉基础消耗，而产生了巨大的热力浪费。

该种运行方案导致大功率燃气蒸汽锅炉长期运转，得不到检修养护，造成了相当大的安全隐患；同时通过热网汽水换热站无功消耗了大量的热量，也造成了巨大的能源浪费。

针对以上情况增设双罐熔盐系统，通过熔盐-蒸汽发生器7与上述燃气蒸汽锅炉并联接入到热用户。配置4mw的熔盐电加热器，为双罐熔盐系统进行谷电蓄热，并在全天候进行放热，为热用户提供热力服务。选用分解温度为550℃左右的二元无机盐(可选用含nano3、kno3的熔盐，按两者的质量百分比45:55制备而得)的熔盐，其熔点为130℃左右；控制熔盐-蒸汽发生器7出口端的低温熔盐温度在150℃以上，蒸汽温度为180℃左右，通过调节管道上的电动截止阀来实现控制。

由此可在过渡季期间(35天计算)，提供3400蒸吨蒸汽，可避免约5500蒸吨蒸汽的浪费，能源节约率达到61.8％，按照蒸汽净收益210元/蒸吨核算，直接产生经济效益约188万元；且在非供暖季(过渡季除外)仍可全天候提供3蒸吨/h的蒸汽量，非供暖季240天共计净收益可达363万元；全年净收益可达551万元；因为谷电价格较燃气价格优惠幅度大，相对燃料成本节省率达31.7％。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

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