固体电储热过热蒸汽输出系统的制作方法

1.本发明涉及电热存储技术领域，具体是一种利用高电压大功率的固体电储热为热源，通过多组过热蒸汽单元的放热组合结构，向用户完成热能输出的固体电储热过热蒸汽输出系统。

背景技术：

2.目前一般工业园区都在使用天然气或煤炭为燃料的锅炉，产生温度200℃至500℃的低压或中压过热蒸汽来满足生产过程的需要。随着天然气和煤炭价格的上涨，使每吨过热蒸汽的价格不断攀升，大大地增加了生产成本，又会增加碳排放和环保压力。如果将弃风电和弃光电等不能充分利用的清洁电能，经电网调度将110kv～10 kv电压等级的输、配电电源，向高电压大功率固体电储热炉供电，提高清洁电能利用率的同时，也可以大大降低制取过热蒸汽的成本；高电压大功率固体电储热炉利用廉价的低谷电或弃风、弃光等电能作为能源，可以完全替代燃煤、燃气等锅炉为用户供热。本技术人从2018年10月申请名称为《带过热蒸汽换热装置的固体储热系统》的专利后（专利申请号为201821709649.0），利用此技术已生产交付了几十台固体电储热蒸汽炉，为用户提供了能生产稳定蒸汽的设备，也为电网提供了可以消纳弃风电和弃光电的负荷。本发明人总结四年设备生产制造经验和交付用户取得的运行数据进行分析对比，发现把过热蒸汽换热器、饱和蒸汽换热器和预热蒸汽换热器处在同一风机换热通道内，虽然提高了循环风机的效率，也存在蒸汽的工作压力和过热温度值不能分别调整、不适合对过热蒸汽参数要求较高的用户使用的缺陷；预热蒸汽换热器内低温水的流量受补水泵控制，在汽包不需要补水的时间段内，因预热蒸汽换热器内的水停止流动，有时会出现汽化的现象；现有技术没有考虑给水除氧器供热问题，如果用户外购热力除氧器，需要消耗主蒸汽为除氧器供热，降低了设备过热蒸汽的输出能力和浪费了高品质的蒸汽。

技术实现要素：

3.针对上述所存在的问题，本发明提供了一种利用高电压大功率的固体电储热单元为热源，通过多组过热蒸汽单元组合形成的一种固体电储热过热蒸汽输出系统。
4.本发明所采用的技术方案如下：一种固体电储热过热蒸汽输出系统，它包括一个、两个或以上的过热蒸汽单元经管道与除氧器、主供水泵、主供水源、预热补水泵连接构成；过热蒸汽单元是由一个、两个或以上的蓄放热单元和汽包、水位计、蒸发补水泵及所对应管道连接构成；蓄放热单元由固体电储热单元、过热蒸汽换热器、饱和蒸汽换热器、水预热换热器、变频风机、上变频风机、回风管、上回风管、高温风通道、上高温风通道、预热蒸汽罐及所对应管道连接构成；固体电储热单元由固体储能体、保温层、高压绝缘支柱、高温风区、低温风区构成；其特征在于：所述固体电储热单元通过高温风通道、饱和蒸汽换热器、水预热换热器、变频风机、回风管相连成回路，同时通过上高温风通道、过热蒸汽换热器、水预热换热器、上变频风机、上回风管相连成回路；所述过热蒸汽换热器通过过热蒸汽管道支路、过
热蒸汽管道与过热蒸汽输出法兰a接口相连，同时通过饱和蒸汽管道支路、饱和蒸汽管道与汽包相连；所述饱和蒸汽换热器通过蒸发管道支路、蒸发管道、冷凝下降管道支路、冷凝下降管道与汽包相连，同时通过蒸发补水管道支路、蒸发补水管道、蒸发补水泵连接至蒸发补水管道法兰a接口；所述水预热换热器连接预热蒸汽罐，同时通过预热补水管道支路、预热补水管道连接至预热补水管道法兰a接口；所述预热蒸汽罐通过预热蒸汽管道支路、预热蒸汽管道连接至预热蒸汽输出法兰a接口，同时通过溢流管道支路、溢流管道连接至溢流管道法兰a接口；所述过热蒸汽单元通过过热蒸汽输出法兰a接口、过热蒸汽输出主管道、过热蒸汽输出法兰b接口连接至热用户，通过预热蒸汽输出法兰a接口、预热蒸汽输出主管道、预热蒸汽输出法兰b接口连接至除氧器，通过溢流管道法兰a接口、溢流主管道、溢流管道法兰b接口连接至除氧器水箱，通过预热补水管道法兰a接口、预热补水主管道、预热补水泵、预热补水管道法兰b接口连接至除氧器水箱，通过蒸发补水管道法兰a接口、蒸发补水主管道、蒸发补水管道法兰b接口连接至除氧器水箱；所述除氧器通过主供水法兰接口、主供水泵连接至主供水源。
5.本发明包括：所述过热蒸汽单元是以一个汽包为核心，包括一个或多个蓄放热单元及其所对应附件构成的结构组合体。
6.本发明具有以下优点效果：本发明提供的技术方案，摒弃了上述专利技术方案中的过热蒸汽换热器、饱和蒸汽换热器、水预热换热器全部串联风道，同时水预热换热器输出口连接至饱和蒸汽换热器结构。由于申请号为201821709649.0技术方案中的三种换热器全部串联在同一循环风道内受同一变频风机控制风量，而过热蒸汽换热器、饱和蒸汽换热器所需热量不完全同步，这样系统在运行时就不能同时兼顾两个换热器的换热工况，同时这种结构极易造成水预热换热器汽化，影响运行效果。本发明结构，将过热蒸汽换热器和饱和蒸汽换热器并行放置，分别连接高温风通道，由各自变频风机控制循环空气流量来适应相应的热需求量，相互用热量不再冲突，使系统运行稳定、蒸汽参数稳定，满足用户需求；水预热换热器设置在过热蒸汽换热器和饱和蒸汽换热器的高温风通道内，对两个高温热风通道再降温，拉大循环空气的降温梯度，提高循环空气的放热效率和降低风机叶片的工作温度；水预热换热器输出口不再连接饱和蒸汽换热器，而是连接至一个预热蒸汽罐，利用过热蒸汽换热器和饱和蒸汽换热器换热后的热能生成低温蒸汽供给除氧器进行热力除氧，同时水又通过溢流管道流入到除氧器水箱；在系统不工作时，即使有热量辐射，由于预热补水泵一直在工作，水预热换热器也会吸收热量换热不会汽化，也不会使变频风机超温损坏。
附图说明
7.图1是本发明的单个过热蒸汽单元组成示意简图；图2是本发明的过热蒸汽单元组合系统示意图；图3是本发明的固体电储热单元结构示意简图。
8.图中主要部件说明：1、固体储能体，2、保温层，3、过热蒸汽换热器，4、饱和蒸汽换热器，5、水预热换热器，6、汽包 (饱和蒸汽罐)，9、变频风机，9-1、上变频风机，10、回风管，10-1、上回风管，14、过热蒸汽管道，14-1、过热蒸汽管道支路，16、热用户，17、阵列热风孔，19、饱和蒸汽管道，19-1、饱和蒸汽管道支路，20、固体电储热单元，20-1、电热丝，20-2、高压绝缘支柱，20-3、高温风区，20-4、低温风区，20-5、高压电接引电极，21、高温风通道，21-1、
上高温风通道，22、蒸发管道，22-1、蒸发管道支路，23、冷凝下降管道，23-1、冷凝下降管道支路，24、预热蒸汽罐，25、预热蒸汽管道，25-1、预热蒸汽管道支路，26、溢流管道，26-1、溢流管道支路，27、控制器，28、水位计，29、蒸发补水泵，30、过热蒸汽单元，30-1、蓄放热单元，31、过热蒸汽输出主管道，31-1、过热蒸汽输出法兰a接口，31-2、过热蒸汽输出法兰b接口，32、预热蒸汽输出主管道，32-1、预热蒸汽输出法兰a接口，32-2、预热蒸汽输出法兰b接口，33、溢流主管道，33-1、溢流管道法兰a接口，33-2、溢流管道法兰b接口，34、预热补水主管道，34-1、预热补水管道法兰a接口，34-2、预热补水管道法兰b接口，34-3、预热补水管道，34-4、预热补水管道支路，35、蒸发补水主管道，35-1、蒸发补水管道法兰a接口，35-2、蒸发补水管道法兰b接口，35-3、蒸发补水管道，35-4、蒸发补水管道支路，36、预热补水泵，37、除氧器，38、除氧器排气阀门，39、除氧器水箱，40、主供水法兰接口，41、主供水泵，42、主供水源。
9.本附图仅仅是本发明的一个实施案例的示意图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可根据这一组附图获得其他的附图。
具体实施方式
10.下面结合附图对本发明具体实施方式作详细说明，以下说明仅作为示范和解释，并不对本发明作任何形式上的限制。
11.如图1-3所示，本实施例是以一种利用高电压大功率的固体电储热单元为热源，通过一个、两个或以上的过热蒸汽单元组合形成的一种固体储热过热蒸汽输出系统，它包括有：固体电储热单元20、过热蒸汽换热器3、饱和蒸汽换热器4、水预热换热器5、汽包 (饱和蒸汽罐)6、变频风机9、上变频风机9-1、回风管10、上回风管10-1、热用户16、高温风通道21、上高温风通道21-1、预热蒸汽罐24、控制器27、水位计28、蒸发补水泵29、过热蒸汽单元30、蓄放热单元30-1、预热补水泵36、除氧器37、除氧器水箱39、主供水法兰接口40、主供水泵41、主供水源42、各种管道及法兰。固体电储热单元20，通过高温风通道21、饱和蒸汽换热器4、水预热换热器5、变频风机9、回风管10相连成回路，同时通过上高温风通道21-1、过热蒸汽换热器3、水预热换热器5、上变频风机9-1、上回风管10-1相连成回路，在固体电储热单元20内部回风管10和上回风管10-1与低温风区20-4相连，再通过阵列热风孔17与高温风区20-3相连至高温风通道21和上高温风通道21-1；过热蒸汽换热器3通过过热蒸汽管道支路14-1、过热蒸汽管道14与过热蒸汽输出法兰a接口31-1相连，同时通过饱和蒸汽管道支路19-1、饱和蒸汽管道19与汽包6相连；饱和蒸汽换热器4通过蒸发管道支路22-1、蒸发管道22、冷凝下降管道支路23-1、冷凝下降管道23与蒸汽罐6相连，同时通过蒸发补水管道支路35-4、蒸发补水管道35-3、蒸发补水泵29连接至蒸发补水管道法兰a接口35-1；水预热换热器5连接预热蒸汽罐24，同时通过预热补水管道支路34-4、预热补水管道34-3连接至预热补水管道法兰a接口34-1；预热蒸汽罐24通过预热蒸汽管道支路25-1、预热蒸汽管道25连接至预热蒸汽输出法兰a接口32-1，同时通过溢流管道支路26-1、溢流管道26连接至溢流管道法兰a接口33-1；过热蒸汽单元30通过过热蒸汽输出法兰a接口31-1、过热蒸汽输出主管道31、过热蒸汽输出法兰b接口31-2连接至热用户16，通过预热蒸汽输出法兰a接口32-1、预热蒸汽输出主管道32、预热蒸汽输出法兰b接口32-2连接至除氧器37，通过溢流管道法兰a接口33-1、溢流主管道33、溢流管道法兰b接口33-2连接至除氧器水箱39，通过预热补水管道法
兰a接口34-1、预热补水主管道34、预热补水泵36、预热补水管道法兰b接口34-2连接至除氧器水箱39，通过蒸发补水管道法兰a接口35-1、蒸发补水主管道35、蒸发补水管道法兰b接口35-2连接至除氧器水箱39；除氧器37通过主供水法兰接口40、主供水泵41连接至主供水源42。
12.固体电储热过热蒸汽输出系统选型：系统主要由一个、两个或以上的过热蒸汽单元30结构组合而成，其中，过热蒸汽单元30由单个汽包6和多个蓄放热单元30-1组成，蓄放热单元30-1由固体电储热单元20、过热蒸汽换热器3、饱和蒸汽换热器4、水预热换热器5、变频风机9、上变频风机9-1等组成；采用单元体设置使装置组成具备摆设更灵活、维护更便捷等优势，可根据用户对蒸汽参数和蓄热量要求配置蓄放热单元30-1的质量配比关系和数量配比关系，即固体电储热单元20与过热蒸汽换热器3、饱和蒸汽换热器4、水预热换热器5、变频风机9、上变频风机9-1之间模数对应关系组成过热蒸汽单元30，最后，根据用户的场地灵活布局过热蒸汽单元30组成一个完整的固体电储热过热蒸汽输出系统，本发明主要解决输出蒸汽参数稳定性问题、给水除氧问题、预热器防汽化问题、末端变频风机9和上变频风机9-1冷却问题以及单元体结构技术方案的灵活布局等问题。
13.蒸汽稳定输出过程：通过装置控制器27，对各过热蒸汽单元30进行除氧水补给，除氧水由蒸发补水管道法兰a接口35-1进入，通过蒸发补水泵29加压后，经蒸发补水管道35-3均匀分配各蓄放热单元30-1，各蓄放热单元30-1经蒸发补水管道支路35-4进入饱和蒸汽换热器4中，启动变频风机9，变频风机9将固体电储热单元20内蓄热热能，通过低温风区20-4的循环空气经固体储能体1的阵列热风孔17加热后，由高温风通道21进入饱和蒸汽换热器4中与加压除氧水进行热交换，并将热交换后热循环空气通过水预热换热器5二次换热降温后，由回风管10送回低温风区20-4中；其中，变频风机9通过控制器27调节风量大小，进而调节热能输出，并根据热用户16对蒸汽压力需求进行定温加热，将加压除氧水加热成饱和压力水；各蓄放热单元30-1中饱和蒸汽换热器4的饱和压力水通过蒸发管道支路22-1，经蒸发管道22汇集后输入汽包6进行水汽分离，形成饱和蒸汽和欠饱和压力水，欠饱和压力水由冷凝下降管道23经各冷凝下降管道支路23-1均匀分配给各饱和蒸汽换热器4中，进行二次或多次加热，重复循环加热和汽水分离过程，形成因欠饱和压力水与饱和压力水之间水密度差的自然循环系统；其中，汽包6蒸发面高度通过控制器27和水位计28实现精准调控；饱和蒸汽由饱和蒸汽管道19经各饱和蒸汽管道支路19-1均匀分配各过热蒸汽换热器3中进行过热，启动上变频风机9-1，上变频风机9-1将固体电储热单元20内上部蓄热热能，通过低温风区20-4的循环空气经上部固体储能体1的阵列热风孔17加热后，由高温风通道21-1进入过热蒸汽换热器3中与饱和蒸汽进行热交换，并将热交换后热循环空气通过水预热换热器5二次换热降温后，由上回风管10-1送回低温风区20-4中；其中，上变频风机9-1通过控制器27调节风量大小，进而调节热能输出，并根据热用户16对蒸汽温度需求进行定温加热，将饱和蒸汽加热成过热蒸汽；各蓄放热单元30-1中过热蒸汽换热器3输出的过热蒸汽由过热蒸汽管道支路14-1经过热蒸汽管道14汇集后，由过热蒸汽单元30的过热蒸汽输出法兰a接口31-1输出。
14.给水除氧及末端风机冷却过程：装置的给水除氧过程结合传统热力除氧方式进行综合改良，形成给水除氧为主，末端风机冷却为辅的一套综合效能系统；通过装置控制器27，给水由主供水源42经主供水泵41加压至主供水法兰接口40进入除氧器37中进行给水雾
化，并与预热蒸汽输出法兰b接口32-2进入内压可调的饱和蒸汽进行热交换，实现给水热力除氧，将给水析出的氧气由除氧器排气阀门38对外排出，除氧水进入除氧器水箱39中；启动预热补水泵36，将除氧器水箱39的除氧水经预热补水管道法兰b接口34-2由预热补水泵36加压通过预热补水主管道34分配给各过热蒸汽单元30，经预热补水管道法兰a接口34-1进入过热蒸汽单元30中，再由预热补水管道34-3均匀分配给各蓄放热单元30-1的水预热换热器5，水预热换热器5的除氧水由预热补水管道支路34-4引入，并与变频风机9和上变频风机9-1的热循环空气进行换热升温，即与蒸汽稳定输出过程中热循环空气二次换热降温对应，除氧水换热升温形成与除氧器37内压可调的饱和水，内压可调的饱和水进入预热蒸汽罐24进行汽水分离，形成欠饱和水和饱和蒸汽，各蓄放热单元30-1的欠饱和水由溢流管道支路26-1经溢流管道26汇集输出至溢流管道法兰a接口33-1，经溢流主管道33汇集至溢流管道法兰b接口33-2进入除氧器水箱39，形成闭路强制循环；其中，各蓄放热单元30-1由预热换热器5产生的饱和蒸汽经蒸汽管道支路25-1汇集到预热蒸汽管道25后，从各过热蒸汽单元30的预热蒸汽输出法兰a接口32-1输出至预热蒸汽输出主管道32汇集，经预热蒸汽输出法兰b接口32-2进入除氧器37中，与雾化给水进行热交换，实现给水热力除氧，进而形成密闭式强制循环系统，可以实现给水除氧和末端风机冷却降温的过程。
15.蓄热工作过程：一个、两个或以上的固体电储热单元20组成一种固体电蓄热过热蒸汽输出系统的电加热部分和蓄热储能部分，蓄热工作过程通过装置的控制器27对固体电储热单元20进行电加热储能，外部电网110kv～10kv的供电电源通过高压电接引电极20-5接入设置在固体储能体1的阵列热风孔17中的电热丝20-1，由电热丝20-1将电能转换成热能存储在固体储能体1中；其中，保温层2为装置与外部实现隔热目的，高压绝缘支柱20-2为装置对地绝缘和承载固体储能体1作用；待装置储能温度达到额定温度上限时，蓄热工作过程停止。
16.放热工作过程：通过装置控制器27，由给水除氧及末端风机冷却过程实现给水除氧，除氧水通过除氧器水箱39的蒸发补水管道法兰b接口35-2经蒸发补水主管道35分配给各过热蒸汽单元30，经各过热蒸汽单元30的蒸汽稳定输出过程输出的过热蒸汽由过热蒸汽输出法兰a接口31-1汇集到过热蒸汽输出主管道31中，经过热蒸汽输出主管道31由过热蒸汽输出法兰b接口31-2与热用户16对接，待蒸汽的过热温度或蒸汽压力不满足热用户16使用要求时，放热过程停止。
17.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的实施方式进行修改或者等同替换，而不脱离本发明实施方式的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

技术特征：

1.一种固体电储热过热蒸汽输出系统，它包括一个、两个或以上的过热蒸汽单元经管道与除氧器、主供水泵、主供水源、预热补水泵连接构成；过热蒸汽单元是由一个、两个或以上的蓄放热单元和汽包、水位计、蒸发补水泵及所对应管道连接构成；蓄放热单元由固体电储热单元、过热蒸汽换热器、饱和蒸汽换热器、水预热换热器、变频风机、上变频风机、回风管、上回风管、高温风通道、上高温风通道、预热蒸汽罐及所对应管道连接构成；固体电储热单元由固体储能体、保温层、高压绝缘支柱、高温风区、低温风区构成；其特征在于：所述固体电储热单元依次通过高温风通道、饱和蒸汽换热器、水预热换热器、变频风机、回风管相连成回路，同时通过上高温风通道、过热蒸汽换热器、水预热换热器、上变频风机、上回风管相连成回路；所述过热蒸汽换热器通过过热蒸汽管道支路、过热蒸汽管道与过热蒸汽输出法兰a接口相连，同时通过饱和蒸汽管道支路、饱和蒸汽管道与汽包相连；所述饱和蒸汽换热器通过蒸发管道支路、蒸发管道、冷凝下降管道支路、冷凝下降管道与汽包相连，同时通过蒸发补水管道支路、蒸发补水管道、蒸发补水泵连接至蒸发补水管道法兰a接口；所述水预热换热器连接预热蒸汽罐，同时通过预热补水管道支路、预热补水管道连接至预热补水管道法兰a接口；所述预热蒸汽罐通过预热蒸汽管道支路、预热蒸汽管道连接至预热蒸汽输出法兰a接口，同时通过溢流管道支路、溢流管道连接至溢流管道法兰a接口；所述过热蒸汽单元通过过热蒸汽输出法兰a接口、过热蒸汽输出主管道、过热蒸汽输出法兰b接口连接至热用户，通过预热蒸汽输出法兰a接口、预热蒸汽输出主管道、预热蒸汽输出法兰b接口连接至除氧器，通过溢流管道法兰a接口、溢流主管道、溢流管道法兰b接口连接至除氧器水箱，通过预热补水管道法兰a接口、预热补水主管道、预热补水泵、预热补水管道法兰b接口连接至除氧器水箱，通过蒸发补水管道法兰a接口、蒸发补水主管道、蒸发补水管道法兰b接口连接至除氧器水箱；所述除氧器通过主供水法兰接口、主供水泵连接至主供水源。2.根据权利要求1所述的一种固体电储热过热蒸汽输出系统，其特征在于：所述过热蒸汽单元是以一个汽包为核心，包括一个、二个或以上蓄放热单元及其所对应附件构成的结构组合体。

技术总结

一种固体电储热过热蒸汽输出系统，它包括有：固体电储热单元、过热蒸汽换热器、饱和蒸汽换热器、水预热换热器、汽包、变频风机、风通道、预热蒸汽罐、过热蒸汽单元、除氧器，通过高温风通道与过热蒸汽换热器、饱和蒸汽换热器、水预热换热器，在变频风机的动力下进行热交换最终生成过热蒸汽供热用户使用；水预热换热器连接至一个预热蒸汽罐，利用过热蒸汽换热器和饱和蒸汽换热器换热后的热能生成低温蒸汽供给除氧器进行热力除氧，同时水又通过溢流管道流入到除氧器水箱；过热蒸汽单元是以一个汽包为核心，包括多组过热蒸汽换热器、饱和蒸汽换热器、水预热换热器及相应附件构成的结构组合体，整体过热蒸汽组合系统是由多个过热蒸汽单元组成。成。成。