一种熔盐储热式供暖系统的制作方法

本发明涉及电热供热技术，更具体地，涉及一种熔盐储热式供暖系统。

背景技术：

我国现在面临环保压力，为了有效治理雾霾天气，提升环境空气质量，多个省市大力推动“煤改电”项目，用电采暖替代燃煤锅炉。但是，社会的发展以及人民生活水平的提高，使我国用电结构发生了急剧变化，高峰电力严重不足，峰谷差不断加大，谷期发电机组低效率运行，为解决这一矛盾，在电力行业提出了“削峰填谷”措施，施行峰谷电价，推行夜间低谷用电优惠政策，鼓励利用廉价的低谷电加热蓄热材料储存热能。

熔盐蓄热密度高，导热性能好，是现在广泛应用的新型蓄热材料。采用电加热熔盐来实现集中供暖，可以在用电低谷时将多余的电力转换成热能储存于高温熔盐中，当用电高峰期时再将蓄存的热量进行释放采暖，不仅解决了城市燃煤锅炉对空气的污染，更是缓解电网峰谷差的一条有效的技术途径。熔盐储热式供暖系统是利用电加热熔盐，高温熔盐再通过换热器把热量传递到供暖水，可以有效地替代燃煤锅炉。

现有的熔盐储热式供暖系统采用的是设置一个冷盐储罐和一个热盐储罐，冷盐储罐的低温熔盐被冷盐泵输送到电加热器升温后进入热盐储罐储存再去往换热设备。但是熔盐储罐体积大、保温性能要求高，设置两个储罐造价高昂，设置一个储罐又有冷、热熔盐混合，造成熔盐出口温度不稳定，不利于系统的全面推广和稳定运行。

技术实现要素：

本发明提供一种解决上述问题或者部分地解决上述问题的熔盐储热式供暖系统。

根据本发明的一方面，提供一种熔盐储热式供暖系统，包括：熔盐外罐和熔盐内罐；所述熔盐外罐用于存储换热前的熔盐；所述熔盐内罐设置在所述熔盐外罐内，用于存储换热后的熔盐，且所述熔盐内罐顶部具有开口；其中，所述熔盐内罐内设有内罐电加热器。

其中，所述熔盐内罐顶部的开口为敞口设置，所述熔盐内罐占所述熔盐外罐体积的20％-50％。

其中，所述熔盐内罐设置在所述熔盐外罐内的上部。

其中，所述供暖系统还包括设置在所述熔盐外罐内底部的外罐电加热器。

其中，所述供暖系统还包括第一换热器，所述第一换热器的熔盐进口与设置在所述熔盐外罐顶部的熔盐泵出口相通，所述第一换热器的熔盐出口与所述熔盐内罐相通，所述第一换热器的供暖水进口与供暖回水口相通、供暖水出口与供暖上水口相通。

其中，所述供暖系统还包括第二换热器；相应地，所述第一换热器的冷流体由所述供暖水更换为储热材料，所述第一换热器的储热材料进口通过循环泵与膨胀罐出口相通、储热材料出口与所述第二换热器的储热材料进口相通；所述第二换热器的储热材料出口与所述膨胀罐入口相通，所述第二换热器的供暖水进口与供暖回水口相通、供暖水出口与供暖上水口相通。

其中，所述第一换热器和所述第二换热器的类型为u型管式换热器、浮头式换热器或釜式重沸器。

其中，所述第一换热器的管程流体为储热材料，壳程流体为熔盐；所述第二换热器的管程流体为储热材料，壳程流体为供暖水。

其中，所述储热材料为导热油、蒸汽或者水。

其中，所述熔盐泵的入口伸入到所述熔盐外罐的底部，且所述熔盐泵包括一开一备的两台熔盐泵。

本发明提供的一种熔盐储热式供暖系统，通过在熔盐外罐内设置熔盐内罐的方式，提供了一种熔盐内外罐，其总体积相当于单罐体积，比两台熔盐储罐的制造成本低。这种熔盐内外罐在将冷、热熔盐分开的同时，可以利用内罐电加热器加热熔盐内罐内的冷熔盐，然后再与熔盐外罐内的热熔盐混合，使熔盐出口温度相对较稳定，提高供暖系统的可推广性和稳定运行性能。同时利用波谷时期的电加热熔盐，缓解了高峰电力严重不足、峰谷差不断加大和谷期发电机组低效率运行的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的熔盐储热式供暖系统结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的熔盐储热式供暖系统结构示意图。

其中，1-第一电加热器、2-第一熔盐罐、3-第二熔盐罐、4-第二电加热器、5-熔盐泵、6-第一换热器、7-循环泵、8-膨胀罐、9-第二换热器。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为根据本发明实施例提供的熔盐储热式供暖系统，如图1所示，该供暖系统包括：熔盐外罐2和熔盐内罐3；所述熔盐外罐2用于存储换热前的熔盐；所述熔盐内罐3设置在所述熔盐外罐2内，用于存储换热后的熔盐，且所述熔盐内罐3顶部具有开口；其中，所述熔盐内罐3内设有内罐电加热器4。

其中，熔盐是在标准温度和大气压下呈固态，而温度升高后存在于液相的盐类。通常把熔融无机盐称为熔盐，但现已包括氧化物熔体及熔融有机物。将熔盐放入熔盐槽内直接加热熔解，或在熔盐中加入少量水，加热使之熔解，熔解到粘度足可以用熔盐泵打循环后，送至载热炉逐步循环升温，达到目标温度。

其中，熔盐罐也称为熔盐槽，其作用是储存高温液体熔盐。在熔盐系统中，熔盐罐的主要作用是储存热量。熔盐罐一般是圆筒形卧式罐，开始使用时将固体熔盐放入熔盐罐中，通过某种加热方式将熔盐熔化，达到所需要的温度后，利用熔盐泵将熔盐输送到熔盐炉、反应器、换热器、蒸发器等需要换热的装置，达到换热的目的。

具体地，在熔盐内罐3的底部设有支座，然后通过熔盐外罐2底板的立柱支撑支座，从而将熔盐内罐3安装在熔盐外罐2内。熔盐外罐2内熔盐被加热后，排出与供暖水进行换热，经换热后被加热的供暖水通过供暖管道去往用户的供暖设备，经换热被冷却的熔盐通过管道回流至熔盐内罐3，再通过内罐电加热器4将冷熔盐加热升温，直到升温后的熔盐将熔盐内罐3填满之后，升温后的熔盐从熔盐内罐3顶部的开口处溢出至熔盐外罐2，然后再被加热以供重复循环使用。

本发明实施例与现有技术相比，通过在熔盐外罐内设置熔盐内罐的方式，提供了一种熔盐内外罐，其总体积相当于单罐体积，比两台熔盐储罐的制造成本低。这种熔盐内外罐在将冷、热熔盐分开的同时，利用内罐电加热器加热熔盐内罐内的冷熔盐，然后再与熔盐外罐内的热熔盐混合，使熔盐出口温度相对较稳定，提高供暖系统的可推广性和稳定运行性能。

在上述图1所述实施例的基础上，所述熔盐内罐3顶部的开口为敞口设置，所述熔盐内罐3占所述熔盐外罐2体积的20％-50％。

具体地，将熔盐内罐3顶部的开口设置为敞口，既可以让换热后的熔盐回流至熔盐内罐3，又可以让被内罐电加热器4加热后的熔盐从熔盐内罐3溢出至熔盐外罐2，还可以节约熔盐内罐3的制造成本，并且在制造时也简单方便。由于熔盐内罐3主要用于储存换热后的熔盐，则可以将熔盐内罐3的体积设置的较小。在本发明实施例中将熔盐内罐3的体积设置为占熔盐外罐2体积的20％-50％，例如，将熔盐内罐3的体积占熔盐外罐2体积的50％，可以降低熔盐罐的制造成本；同时又达到了将冷、热熔盐分开的目的，使得熔盐出口温度相对较稳定，提高供暖系统运行的稳定性。

在上述图1所述实施例的基础上，所述熔盐内罐3设置在所述熔盐外罐2内的上部。

具体地，将熔盐内罐3设置在熔盐外罐2内的上部，可以增大熔盐内罐3与熔盐外罐2的高度差，增加熔盐外罐2内熔盐的存储量，进而可以让较多的熔盐被加热并储存热量，提高供暖系统的供暖时长。

在上述实施例的基础上，如图1所示，所述供暖系统还包括设置在所述熔盐外罐2内底部的外罐电加热器1。

具体地，由于熔盐在温度较低时密度大、温度较高时密度小，则通过在熔盐外罐2内的底部设置外罐电加热器1，可以让被加热后的熔盐上浮，未被加热的熔盐下沉，然后通过底部的外罐电加热器1持续加热未被加热的熔盐，使得熔盐受热较均匀，进而可以使熔盐尽可能多的存储热量，达到提高供暖系统的时长的目的。同时还可以使熔盐在与供暖水进行换热时能够满足供暖系统的需求，提高供暖系统的稳定性。

在上述实施例的基础上，如图1所示，所述供暖系统还包括第一换热器6，所述第一换热器6的熔盐进口与设置在所述熔盐外罐2顶部的熔盐泵5出口相通，所述第一换热器6的熔盐出口与所述熔盐内罐3相通，所述第一换热器6的供暖水进口与供暖回水口相通、供暖水出口与供暖上水口相通。

其中，熔盐泵是专门用来输送高温熔盐的泵，按照结构形式，可以分为熔盐液下泵和熔盐轴流泵，另外还有rxb型熔盐循环泵。熔盐液下泵是小流量高扬程的熔盐泵，其叶轮为离心式叶轮，这种形式的泵应用最广泛。熔盐轴流泵是大流量小扬程的熔盐泵，其叶轮为轴流式叶轮，特别适用于化工行业大流量熔盐换热场合。rxb熔盐循环泵为根据熔盐系统特殊设计的熔盐泵，其作用是熔盐循环。

具体地，本发明实施例中，以熔盐液下泵为例进行说明，但并不用于限制本发明的保护范围。熔盐外罐2内的熔盐被外罐电加热器1加热后，通过设置在熔盐外罐2顶部的熔盐泵5泵出至第一换热器6的熔盐进口，冷的供暖水通过供暖回水口进入第一换热器6的供暖水进口，然后热熔盐与冷的供暖水在第一换热器6内进行换热，经换热冷却后的熔盐从第一换热器6的熔盐出口通过管道回流至熔盐内罐3，经换热加热后的供暖水从第一换热器6的供暖水出口通过供暖管道输送至供暖上水口，然后进入用户的供暖设备进行供暖。

以下对本发明实施例进行举例说明，但并不用于限制本发明的保护范围。以北京市的用电状况为例，用电波谷时间为晚上21:00至次日早上6:00，在此时间段内启动外罐电加热器1，发热体直接将熔盐外罐2中的熔盐加热到500℃-600℃，被加热后的高温熔盐通过熔盐泵5泵送至第一换热器6的熔盐进口，例如，第一换热器6熔盐进口的温度为500℃、熔盐出口的温度为200℃、供暖水进口的温度为40℃、供暖水出口的温度为70℃。第一换热器6将高温熔盐与供暖水进行换热后，冷却下来的熔盐通过管道回流至设置在熔盐外罐2内的熔盐内罐3，并通过内罐电加热器4将冷熔盐加热升温，直到升温后的熔盐将熔盐内罐3填满后，热熔盐从熔盐内罐3溢出至熔盐外罐2，然后通过熔盐外罐2内的外罐电加热器1加热再循环利用。被加热的供暖水则通过供暖管道输送至供暖上水口，然后去往用户的供暖设备进行供暖。

图2为本发明另一实施例提供的熔盐储热式供暖系统，在上述图1所示实施例的基础上，所述供暖系统还包括第二换热器9；相应地，所述第一换热器6的冷流体由所述供暖水更换为储热材料，所述第一换热器6的储热材料进口通过循环泵7与膨胀罐8的出口相通、所述第一换热器6的储热材料出口与所述第二换热器9的储热材料进口相通；所述第二换热器9的储热材料出口与所述膨胀罐8的入口相通，所述第二换热器9的供暖水进口与供暖回水口相通、供暖水出口与供暖上水口相通。所述储热材料为导热油、蒸汽或水。

其中，膨胀罐主要用于缓冲和储存储热材料。

其中，循环泵是指装置中输送反应液、分离液和吸收液再生的循环液用泵。循环泵的流量中等大小，在稳定工作条件下，泵的流量变化比较小。它的扬程较低，只是用来克服循环系统的压力降。

其中，导热油又称传热油，是gb/t4016-1983《石油产品名词术语》中“热载体油”的曾用名，用于间接传递热量的一类热稳定性较好的专用油品。其具有抗热裂化和化学氧化的性能，传热效率好，散热快，热稳定性很好。

在本发明实施例中，储热材料以导热油为例进行说明，但并不用于限制本发明的保护范围。具体地，如图2所示，供暖系统还包括第二换热器9，相应地，第一换热器6的冷流体由供暖水更换为储热材料。膨胀罐8用于储存循环导热的储热材料，膨胀罐8的出口与循环泵7的吸入口相连接。循环泵7用于从膨胀罐8内吸入储热材料，例如，导热油，并将导热油泵送至第一换热器6的导热油进口。则在第一换热器6内导热油与热熔盐进行换热，经换热被冷却的熔盐通过管道回流至熔盐内罐3，经换热被加热的导热油通过管道输送至第二换热器9的导热油进口。在第二换热器9内被加热的导热油与供暖水进行换热，经换热被冷却的导热油通过管道回流至膨胀罐8内，经换热被加热的供暖水通过供暖管道输送至供暖上水口，然后去往用户的供暖设备进行换热。

本发明实施例与现有技术相比，通过设置第一换热器和第二换热器，先将被加热的熔盐经第一换热器与膨胀罐内的储热材料进行换热，再将被加热的储热材料经第二换热器与供暖水进行换热，经两级换热可以减少换热设备的换热温差，提高换热设备的安全性和稳定性，从而提高整个供暖系统运行的稳定性。

以下对本发明实施例进行举例说明，但不用于限制本发明的保护范围。以北京市的用电状况为例，用电波谷时间为晚上21:00至次日早上6:00，在此时间段内启动外罐电加热器1，将熔盐外罐2中的熔盐加热到500℃-600℃，然后被加热后的高温熔盐通过熔盐泵5泵送至第一换热器6的熔盐进口；同时循环泵7从膨胀罐8内吸入导热油，并将导热油泵送至第一换热器6的导热油进口。此时，在第一换热器6内高温熔盐与导热油进行换热，例如，第一换热器6熔盐进口的温度为600℃、熔盐出口的温度为260℃、导热油进口的温度为90℃、导热油出口的温度为180℃。经换热被冷却的熔盐通过管道回流至熔盐内罐3，再次被内罐电加热器4加热升温后逐渐溢出至熔盐外罐2，然后再被外罐电加热器1加热以供循环利用；经换热被加热的导热油通过管道输送至第二换热器9的导热油进口。然后在第二换热器9内，被加热的导热油与供暖水进行换热，例如，第二换热器9导热油进口的温度为180℃、导热油出口的温度为120℃、供暖水进口的温度为50℃、供暖水出口的温度为70℃。经换热被冷却的导热油通过管道被输送至膨胀罐8的入口，用于循环换热；经换热被加热的供暖水通过管道被输送至供暖上水口，然后去往用户的供暖设备用于供暖。

在上述图2所示实施例的基础上，所述第一换热器6和所述第二换热器9的类型为u型管式换热器、浮头式换热器或釜式重沸器。

其中，u形管式换热器的换热管为u形，管子两端均固定于同一管板上。此类换热器的特点是管束可以自由伸缩，不会因管壳之间的温差而产生热应力，热补偿性能好；管程为双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好；承压能力强；管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。

其中，浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。

其中，釜式重沸器是一种换热器，具有浮头式换热器和u形管式换热器的特点，壳体上部设置的一个蒸发空间的大小由产气量和所要求的蒸气品质所决定。

由于u型管式换热器、浮头式换热器或釜式重沸器在供暖系统中的作用都是将热介质与冷介质进行换热，所以本发明实施例中，仅以u型管式换热器为例进行说明，但并不用于限制本发明的保护范围。本发明实施例中的u型管式换热器可以为壳程带中间隔板的u型管式换热器，其为多壳程结构，可以提高壳程流体的流速，增强壳程流体的湍流程度，从而提高壳程流体的传热系数，增强换热效率。

具体地，通过将第一换热器6设置为多壳程u型管式换热器，可提高第一换热器6内壳程流体的流速，同时壳程流体会多次横向穿过管束，增强壳程流体的湍流程度，提高熔盐与导热油的传热效率，从而使第一换热器6导热油出口的温度能够达到供暖系统的需求，还可以消除换热设备内温差产生的热应力，提高供暖系统的供暖性能。通过将第二换热器9设置为多壳程u型管式换热器，可提高第二换热器9内壳程流体的流速，同时壳程流体会多次横向穿过管束，增强壳程流体的湍流程度，提高供暖水与导热油的传热效率，从而使第二换热器6供暖水出口的温度能够达到供暖系统的需求，还可以消除换热设备内温差产生的热应力，提高供暖系统的供暖性能。

在上述图2所示实施例的基础上，所述第一换热器6的管程流体为储热材料，壳程流体为熔盐；所述第二换热器9的管程流体为储热材料，壳程流体为供暖水。

在换热器中进行换热的冷热两流体，管程流体一般为：不洁净和易结垢流体、腐蚀性流体和高压流体等；壳程流体一般为：饱和蒸汽、大粘度流体和膜传热系数小的流体等。

具体地，在第一换热器6中熔盐与储热材料进行换热，在第二换热器9中储热材料与供暖水进行热交换，由于储热材料系统的工作压力较高，为了避免壳体同时受压，选择储热材料在管程中流通。

在上述实施例的基础上，如图2所示，所述熔盐泵5的入口伸入到所述熔盐外罐2的底部，且所述熔盐泵5包括一开一备的两台熔盐泵。

具体地，熔盐泵5设置在熔盐外罐2的顶部，且熔盐泵5的入口伸入到熔盐外罐2的底部，这样可以将熔盐外罐2内的熔盐尽可能的抽干，使储存热量的熔盐尽可能多的与供暖水进行换热，可延长供暖系统的使用时长。设置一开一备的两台熔盐泵，当正在运行的一台熔盐泵出现故障时，可以及时的运行另一台熔盐泵，避免了因熔盐泵故障而使供暖系统暂停的情况，有效地提高了供暖系统的稳定性能。

在上述各实施例提供的熔盐储热式供暖系统，通过在熔盐外罐内设置熔盐内罐的方式，提供了一种熔盐内外罐，其总体积相当于单罐体积，比两台熔盐储罐的制造成本低。这种熔盐内外罐在将冷、热熔盐分开的同时，可以利用内罐电加热器加热熔盐内罐内的冷熔盐，然后再与熔盐外罐内的热熔盐混合，使熔盐出口温度相对较稳定，提高供暖系统的可推广性和稳定运行性能。通过设置第一换热器和第二换热器，使熔盐先经过第一换热器与储热材料换热，然后被加热的储热材料经过第二换热器再与供暖水进换热，经过两级换热使得供暖水出口温度相对较稳定，提高供暖系统运行的稳定性。同时利用波谷时期的电加热熔盐，缓解了高峰电力严重不足、峰谷差不断加大和谷期发电机组低效率运行的问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。