一种梯级储热系统及梯级储热方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种储热系统，具体涉及一种梯级储热系统及梯级储热方法。
【背景技术】
[0002]随着常规能源的短缺以及人们对环境质量要求的提高，可再生能源，特别是太阳能，越来越受到人们的青睐；同时，工业生产产生的大量余热也是今后能源综合利用的重点。
[0003]无论是太阳能还是工业余热，其最大的不足就是能量供应的不稳定性。将太阳能热发电以及工业余热与储热系统结合起来，可增加太阳能和工业余热输出的稳定性以及可用性。
[0004]然而，现有的储热系统，具有热能输出的稳定性有限、成本高、结构复杂以及运行调度不灵活等问题，从而限制了大型太阳能热发电以及工业余热的广泛利用。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种梯级储热系统及梯级储热方法，可有效解决上述问题。
[0006]本发明采用的技术方案如下:
[0007]本发明提供一种梯级储热系统，包括:固体储热换热器(A)、相变储热换热器(B)、熔盐蒸汽过热器(C)、主管路和旁管路；
[0008]所述主管路包括第I主路管道、第2主路管道、第3主路管道和第4主路管道；通过所述主管路，依次将所述固体储热换热器(A)、所述相变储热换热器(B)和所述熔盐蒸汽过热器(C)串联连接；
[0009]具体为:输水接口通过所述第I主路管道与所述固体储热换热器㈧的低温端口连接，所述固体储热换热器(A)的高温端口通过所述第2主路管道与所述相变储热换热器(B)的低温端口连接，所述相变储热换热器(B)的高温端口通过所述第3主路管道与所述熔盐蒸汽过热器(C)的低温端口连接，所述熔盐蒸汽过热器(C)的高温端口通过所述第4主路管道与过热蒸汽接口连接；
[0010]所述旁管路包括第I旁路管道、第2旁路管道和第3旁路管道；
[0011]所述固体储热换热器(A)的左右两端并联所述第I旁路管道；所述相变储热换热器(B)的左右两端并联所述第2旁路管道；所述熔盐蒸汽过热器(C)的左右两端并联所述第3旁路管道。
[0012]优选的，在所述第I主路管道设置第I阀门(I);
[0013]在所述第2主路管道依次设置第2阀门(2)和第3阀门(3);其中，所述第2阀门
(2)靠近所述固体储热换热器(A)，所述第3阀门(3)靠近所述相变储热换热器(B);
[0014]在所述第3主路管道依次设置第4阀门(4)和第5阀门(5);其中，所述第4阀门
(4)靠近所述相变储热换热器(B)，所述第5阀门(5)靠近所述熔盐蒸汽过热器(C);
[0015]在所述第4主路管道设置第6阀门(6)。
[0016]优选的，所述第I旁路管道和所述第2旁路管道具有第I公共管道；所述第2旁路管道和所述第3旁路管道具有第2公共管道；
[0017]在所述第I公共管道设置第8阀门⑶；在所述第2公共管道设置第9阀门(9);
[0018]在所述第I旁路管道的非公共管道设置第7阀门(7);在所述第3旁路管道的非公共管道设置第10阀门(1)0
[0019]优选的，所述固体储热换热器(A)包括储热材料体和镶嵌于所述储热材料体的换热器；和/或
[0020]所述相变储热换热器(B)包括相变储热材料体和镶嵌于所述相变储热材料体的换热器；
[0021]所述恪盐蒸汽过热器(C)为管壳式换热器，包括外壳和与所述外壳连接的换热管；其中，所述外壳的腔体提供蒸汽输送通道，具有壳程进口和壳程出口 ；所述换热管提供熔盐输送通道，具有管程进口和管程出口。
[0022]优选的，所述储热材料体为固体储热材料体，具体为混凝土 ；和/或
[0023]所述相变储热材料体为固体-液体相变材料体。
[0024]优选的，在所述主管路和所述旁管路所设置的所有阀门为手动阀门或电动阀门。
[0025]本发明还提供一种梯级储热方法，将第I旁路管道、第2旁路管道和第3旁路管道断开，使固体储热换热器(A)、相变储热换热器(B)和熔盐蒸汽过热器(C)通过主管路形成通路；
[0026]则:所述梯级储热方法包括充热过程和放热过程；
[0027]所述充热过程包括以下步骤:
[0028]SI，过热蒸汽首先进入到熔盐蒸汽过热器(C)，与进入到熔盐蒸汽过热器(C)的液态冷熔盐发生第I次热交换，液态冷熔盐吸热后温度升高而变为热熔盐，过热蒸汽放热，其温度逐步降低到饱和温度，得到饱和温度的过热蒸汽；
[0029]S2，饱和温度的过热蒸汽进入到相变储热换热器(B)，与相变储热换热器⑶中的相变储热介质发生第2次热交换，相变储热介质吸热后由固态变为液态，饱和温度的过热蒸汽放热后凝结变成水；
[0030]S3，水进入到固体储热换热器(A)，与固体储热换热器㈧中的固体储热介质发生第3次热交换，固体储热介质吸热而升高到指定温度，水放热后温度进一步降低；降温后的水从输水接口排出到外部；
[0031]所述放热过程包括以下步骤:
[0032]S-a，输水接口输送的水进入到固体储热换热器(A)，与固体储热换热器(A)中的固体储热介质发生第I次热交换，固体储热介质放热而降低到指定温度，水吸热后达到饱和温度；
[0033]S-b，达到饱和温度的水进入到相变储热换热器(B)，与相变储热换热器⑶中的相变储热介质发生第2次热交换，相变储热介质放热后由液态变为固态，饱和温度的水吸热后变为饱和蒸汽；
[0034]S-c,饱和蒸汽进入到熔盐蒸汽过热器(C)，与进入到熔盐蒸汽过热器(C)的液态热熔盐发生第3次热交换，液态热熔盐放热后温度降低而变为冷熔盐，饱和蒸汽吸热，其温度逐步升高而变为过热蒸汽；过热蒸汽从与过热蒸汽接口排出到外部。
[0035]优选的，还包括:
[0036]仅将第I旁路管道导通，将所述固体储热换热器(A)旁路，使所述相变储热换热器
(B)和所述熔盐蒸汽过热器(C)通过主管路形成通路，进行储热或放热过程；
[0037]仅将第2旁路管道导通，使所述相变储热换热器(B)旁路，使所述固体储热换热器(A)和所述熔盐蒸汽过热器(C)通过主管路形成通路，进行储热或放热过程；
[0038]仅将第3旁路管道导通，使所述熔盐蒸汽过热器(C)旁路，使所述固体储热换热器(A)和所述相变储热换热器(B)通过主管路形成通路，进行储热或放热过程；
[0039]仅将第I旁路管道和第2旁路管道导通，使所述固体储热换热器(A)和所述相变储热换热器(B)旁路，仅通过所述熔盐蒸汽过热器(C)进行储热或放热过程；
[0040]仅将第I旁路管道和第3旁路管道导通，使所述固体储热换热器(A)和所述熔盐蒸汽过热器(C)旁路，仅通过所述相变储热换热器(B)进行储热或放热过程；
[0041]仅将第2旁路管道和第3旁路管道导通，使所述相变储热换热器(B)和所述熔盐蒸汽过热器(C)旁路，仅通过所述固体储热换热器(A)进行储热或放热过程。
[0042]本发明的有益效果如下:
[0043]本发明提供的梯级储热系统及梯级储热方法，具有热能输出的稳定性、成本低、结构简单以及运行调度灵活等优点，既适应于大型太阳能热电站储热系统的储热与换热，又适应于不稳定工业余热回收的热存储，对于可再生能源以及余热的充分利用具有重要意义。
【附图说明】
[0044]图1为本发明提供的梯级储热系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0045]以下结合附图对本发明进行详细说明:
[0046]如图1所示，本发明提供一种梯级储热系统，包括:固体储热换热器A、相变储热换热器B、熔盐蒸汽过热器C、主管路和旁管路；
[0047]其中，固体储热换热器A包括储热材料体和镶嵌于储热材料体的换热器；储热材料体可以是以混凝土为主要材料的固体，换热器包括换热管道，如金属管道。