一种基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉的制作方法

1.本实用新型涉及蒸汽储能、电厂调峰领域，特别是一种基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉。

背景技术：

2.随着我国碳达峰及碳中和愿景目标进程的实施，各类清洁能源的投入运行正在稳步地向前推进，占总体能源的消费比例也在逐年稳步的提升，对电厂调峰的需求也逐渐升高，与清洁能源等电源相比，煤电具有较好的调峰性能，因此，煤电电厂的调峰需求正在逐年加大。因此，电厂调峰需求即是市场需求，也是国家能源战略需求。而电厂蒸汽储能调峰对电厂而言更直接便利，其市场需求也十分迫切。然而目前市场上针对蒸汽储能的产品很少，用于电厂调峰的蒸汽储能产品更是稀缺。
3.我国现有的电厂调峰措施相对较少，不同的调峰方式存在的问题也不尽相同。(1)针对电厂调峰的蒸汽直接储能的产品较少，适合于相变高储能密度的储能产品匮乏。(2)通过热电联产以热定电等措施进行电厂调峰方式存在着“季节影响”因素，尤其是在供暖季较短的南方地区，该问题尤为突出。(3)促进扶持电网调峰时段的电力消费，由此而发展起来的有各种机械式储能、电化学储能、蓄热式电锅炉、蓄热水罐等产品。该类产品一般都是需要将高品位的电能进行存储再转化为较低品位的热能释放应用，而不能将相对低品位的电厂蒸汽能直接进行存储。(4)电能存储的能量转换效率低，因为在将电厂的蒸汽能转化为电能再将电能进行输送存储的过程中其能量综合转换效率显然是低效的(电厂蒸汽能转化为电能的效率一般在45％以下)。
4.上述各项措施在电厂调峰需求中都起到了一定的积极作用。但也都存在有明显的不足，因此，本发明产品装置的主要功能就是为了缓解电厂调峰蒸汽储能领域的技术措施匮乏的问题以及能量存储转换综合能效较低的问题。

技术实现要素：

5.实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种存储高压“蒸汽能”和释放低压“蒸汽能”的基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉，以缓解电厂调峰蒸汽储能领域的技术措施匮乏的问题以及能量存储转换综合能效较低的问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：
7.一种基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉，包括保温材料制成的锅炉保温壳体，填充于锅炉保温壳体内部的相变储热材料，竖向均匀分布于相变储热材料中的一组蒸发换热管，以及位于锅炉保温壳体底部的支撑底座；各蒸发换热管顶部通过弯管汇集至蒸汽集箱，底部通过弯管汇集至供热给水集箱；
8.所述蒸汽集箱连接至相互并联连接的热源蒸汽管与外接功能汽包上；所述供热给水集箱连接至相互并联连接的凝结水管与锅炉给水管上；
9.当进行蓄热时，从电厂出来的高温蒸汽经热源蒸汽管送入蒸汽集箱，并分配至各
蒸发换热管内与相变储热材料进行热交换，将热量储存至相变储热材料内，同时高温蒸汽冷凝成液态水汇集于供热给水集箱中，经凝结水管送入电厂的储水罐中；
10.当进行供热时，电厂供水经锅炉给水管送入供热给水集箱，并分配至各蒸发换热管内与相变储热材料进行热交换，吸收相变储热材料热量后蒸发成高温蒸汽，并汇集于蒸汽集箱，经外接功能汽包和外供蒸汽管送至用户端。
11.进一步地，所述锅炉保温壳体的一侧，设有锅炉液位计，所述锅炉液位计顶部通过连通管连接至蒸汽集箱，底部通过连通管连接至供热给水集箱。
12.具体地，所述热源蒸汽管上设有蓄热蒸汽阀。
13.具体地，所述外接功能汽包上设有压力表，外供蒸汽管上设有供热蒸汽阀。
14.具体地，所述凝结水管上依次设有蓄热凝结水开关阀和设有疏水阀。
15.具体地，所述锅炉给水管上设有供热给水控制阀。
16.具体地，所述蒸发换热管的外部带有强化换热的鳍片管。
17.具体地，所述相变储热材料外围通过围护结构与锅炉保温壳体隔开。
18.有益效果：
19.(1)该基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉增补了国内“电厂调峰”措施的匮乏，也未见可比较的雷同产品及设施，主要适用于“电厂调峰”之用，也可用于具有类同目的要求的工矿企事业单位，其主要功能为存储高压“蒸汽能”和释放低压“蒸汽能”，在存储与释放蒸汽的转换中，“蒸汽”的品位虽会有适度的降低，但仍可满足电厂及绝大部分企业生产之需，能源转化的综合效率可达80～90％。
20.(2)该蒸汽锅炉能源转化效率高：能源转化的综合效率是现有其它调峰方式的2倍以上，减少了由蒸汽能转化为电能的过程(该过程的效率一般都在45％以下)。相变储能材料的储能密度高，可实现大容量的电厂“调峰负荷”的存储转移，有效的缓解现有调峰措施的“安全运行”“季节影响”“品位降低”等不足。该装置结构简单，容易实现模块化生产及组合，进而实现如阶梯蓄热供热等功能，且运行安全，高效，无污染。
附图说明
21.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
22.图1是该基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉的整体结构示意图。
23.其中，各附图标记分别代表：
24.1蓄热蒸汽阀；2供热蒸汽阀；3供热给水控制阀；4蓄热凝结水开关阀；5疏水阀；6蒸汽集箱；7锅炉液位计；8蒸发换热管；9相变储热材料；10围护结构；11锅炉保温壳体；12供热给水集箱；13支撑底座；14压力表；15弯管；16热源蒸汽管；17外接功能汽包；18凝结水管；19锅炉给水管；20外供蒸汽管。
具体实施方式
25.根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。
26.说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技
术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
27.如图1所示，该基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉包括保温材料制成的锅炉保温壳体11，填充于锅炉保温壳体11内部的相变储热材料9，竖向均匀分布于相变储热材料9中的一组蒸发换热管8，以及位于锅炉保温壳体11底部的支撑底座13；各蒸发换热管8顶部通过弯管15汇集至蒸汽集箱6，底部通过弯管15汇集至供热给水集箱12。
28.蒸汽集箱6连接至相互并联连接的热源蒸汽管16与外接功能汽包17上；所述供热给水集箱12连接至相互并联连接的凝结水管18与锅炉给水管19上。
29.当进行蓄热时，从电厂出来的高温蒸汽经热源蒸汽管16送入蒸汽集箱6，并分配至各蒸发换热管8内与相变储热材料9进行热交换，将热量储存至相变储热材料9内，同时高温蒸汽冷凝成液态水汇集于供热给水集箱12中，经凝结水管18送入电厂的储水罐中；
30.当进行供热时，电厂供水经锅炉给水管19送入供热给水集箱12，并分配至各蒸发换热管8内与相变储热材料9进行热交换，吸收相变储热材料9热量后蒸发成高温蒸汽，并汇集于蒸汽集箱6，经外接功能汽包17和外供蒸汽管20送至用户端。
31.其中，锅炉保温壳体11的一侧，设有锅炉液位计7，所述锅炉液位计7顶部通过连通管连接至蒸汽集箱6，底部通过连通管连接至供热给水集箱12。该液位计的主要功能为其液位高度显示蓄热装置的剩余蓄热量，由液位控制阀控制的液位升高速度用来调节控制供蒸汽压力。
32.热源蒸汽管16上设有蓄热蒸汽阀1。外接功能汽包17上设有压力表14，外供蒸汽管20上设有供热蒸汽阀2。凝结水管18上依次设有蓄热凝结水开关阀4和设有疏水阀5。锅炉给水管19上设有供热给水控制阀3。蒸发换热管8的外部带有强化换热的鳍片管。相变储热材料9外围通过非承压的围护结构10与锅炉保温壳体11隔开。
33.该基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉的使用过程如下：
[0034]“蓄热阶段”工作流程：
[0035]
初始状态时锅炉产品的所有阀门均处于关闭状态，储能蓄热开始后，依此开启蓄热蒸汽阀1、供热蒸汽阀2、蓄热凝结水开关阀4、疏水阀5；电厂的高温蒸汽经过蓄热蒸汽阀1进入蒸发换热管8并将热量交还给周围的相变蓄热材料9使其升温蓄热，实现热量的存储，凝结水经过下部的供热给水集箱12汇集后再经过输水管道排出返回电厂，需要说明的是，在正常运行时，由于上一个供蒸汽周期存留的管内低温给水在蓄热阶段初期也要在蒸汽压力的作用下首先排出返回电厂。
[0036]“供热阶段”工作流程：
[0037]
也就是锅炉产生蒸汽，同样初始状态时锅炉的所有阀门均处于关闭状态，锅炉启动供热后，依次开启供热给水控制阀3、供热蒸汽阀2，锅炉给水经供热给水控制阀3、供热给水集箱12进入蒸发换热管8，经过高温相变储热材料9加热产生蒸汽并汇集到蒸汽集箱6，经过外接功能汽包17和外供蒸汽阀2对外供蒸汽，随着供汽时间的持续，锅炉内的液位将持续升高，当锅炉液位计7的显示液位升高到上部给定值时则标志着放热“供热阶段”即将结束，
当供汽压力表14的供汽压力低于给定参数时“放热供热”阶段结束，至此，蒸汽储能式蒸汽锅炉便完成一个储能放热循环。在供汽运行中，锅炉液位计7、压力表14及给水控制阀3是保证锅炉按照给定参数运行的核心控制参数。
[0038]
当“蓄热阶段”、“供热阶段”各自完成一个运行过程后，蒸汽储能式蒸汽锅炉便完成了一个蓄热供热流程(对应着一个电厂调峰周期)，后续的运行以此类推。
[0039]
本实用新型提供了一种基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

技术特征：

1.一种基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉，其特征在于，包括保温材料制成的锅炉保温壳体(11)，填充于锅炉保温壳体(11)内部的相变储热材料(9)，竖向均匀分布于相变储热材料(9)中的一组蒸发换热管(8)，以及位于锅炉保温壳体(11)底部的支撑底座(13)；各蒸发换热管(8)顶部通过弯管(15)汇集至蒸汽集箱(6)，底部通过弯管(15)汇集至供热给水集箱(12)；所述蒸汽集箱(6)连接至相互并联连接的热源蒸汽管(16)与外接功能汽包(17)上；所述供热给水集箱(12)连接至相互并联连接的凝结水管(18)与锅炉给水管(19)上；当进行蓄热时，从电厂出来的高温蒸汽经热源蒸汽管(16)送入蒸汽集箱(6)，并分配至各蒸发换热管(8)内与相变储热材料(9)进行热交换，将热量储存至相变储热材料(9)内，同时高温蒸汽冷凝成液态水汇集于供热给水集箱(12)中，经凝结水管(18)送入电厂的储水罐中；当进行供热时，电厂供水经锅炉给水管(19)送入供热给水集箱(12)，并分配至各蒸发换热管(8)内与相变储热材料(9)进行热交换，吸收相变储热材料(9)热量后蒸发成高温蒸汽，并汇集于蒸汽集箱(6)，经外接功能汽包(17)和外供蒸汽管(20)送至用户端。2.根据权利要求1所述的基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉，其特征在于，所述锅炉保温壳体(11)的一侧，设有锅炉液位计(7)，所述锅炉液位计(7)顶部通过连通管连接至蒸汽集箱(6)，底部通过连通管连接至供热给水集箱(12)。3.根据权利要求1所述的基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉，其特征在于，所述热源蒸汽管(16)上设有蓄热蒸汽阀(1)。4.根据权利要求1所述的基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉，其特征在于，所述外接功能汽包(17)上设有压力表(14)，外供蒸汽管(20)上设有供热蒸汽阀(2)。5.根据权利要求1所述的基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉，其特征在于，所述凝结水管(18)上依次设有蓄热凝结水开关阀(4)和设有疏水阀(5)。6.根据权利要求1所述的基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉，其特征在于，所述锅炉给水管(19)上设有供热给水控制阀(3)。7.根据权利要求1所述的基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉，其特征在于，所述蒸发换热管(8)的外部带有强化换热的鳍片。8.根据权利要求1所述的基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉，其特征在于，所述相变储热材料(9)外围通过围护结构(10)与锅炉保温壳体(11)隔开。

技术总结

本实用新型公开了一种基于相变储热的蒸汽蓄热式蒸汽锅炉，包括锅炉保温壳体，填充于锅炉保温壳体内部的相变储热材料，蒸发换热管，以及支撑底座；各蒸发换热管顶部通过弯管汇集至蒸汽集箱，底部通过弯管汇集至供热给水集箱；蒸汽集箱连接至相互并联连接的热源蒸汽管与用户蒸汽管上；供热给水集箱连接至相互并联连接的凝结水管与锅炉给水管上。进行蓄热时，从电厂出来的高温蒸汽进入各蒸发换热管内与相变储热材料进行热交换，将热量储存至相变储热材料内。进行供热时，电厂供水经锅炉给水管送入供热给水集箱，并分配至各蒸发换热管内与相变储热材料进行热交换，吸收相变储热材料热量后蒸发成高温蒸汽，并汇集于蒸汽集箱，经蒸汽管送至用户端。蒸汽管送至用户端。蒸汽管送至用户端。