一种绕管式蒸发器控制方法及系统与流程

1.本发明属于储能技术领域，特别涉及一种绕管式蒸发器控制方法及系统。


背景技术：

2.部分压缩二氧化碳储能系统存在二氧化碳的冷凝和蒸发过程，其中蒸发过程由蒸发器实现，而绕管式蒸发器由于其换热效率高、热膨胀吸收能力好，多用于二氧化碳的蒸发，因为二氧化碳压力较高，绕管式蒸发器管侧介质为液态二氧化碳，壳侧介质为水，正常运行时，由于管侧管束太小，无法测量管侧二氧化碳液位，壳侧水充满整个蒸发器，故蒸发效果无法观测，对于蒸发过程的控制较难。若蒸发过度，则会造成系统及设备超压，若蒸发不足，则会造成系统所需气态二氧化碳不足且非饱和状态，系统无法正常运行。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供一种绕管式蒸发器控制方法及系统，能够保证蒸发器的安全稳定运行，系统蒸发量可控。
4.一种绕管式蒸发器控制方法，包括以下步骤：通过液泵将储能介质输送至绕管式蒸发器管侧中，气液分离器分离绕管式蒸发器管侧中未完全蒸发的液态储能介质；通过中心筒收集绕管式蒸发器管侧中未完全蒸发的液态储能介质并将其输送至测量筒；通过液位计监测测量筒内的液态储能介质液位，并将液位转换为液位信号发送至控制模块；通过压力变送器实时获取绕管式蒸发器管侧出口压力值，并将压力值转换为压力信号发送至控制模块；控制模块根据液位信号和/或压力信号，调节液泵输送至绕管式蒸发器管侧的储能介质流量。
5.进一步的，控制模块根据液位信号和/或压力信号，调节液泵输送至绕管式蒸发器管侧的储能介质流量，具体如下：
6.若控制模块根据液位信号确定测量筒内的液态储能介质液位持续升高，则控制模块控制液泵减小输送至绕管式蒸发器管侧的储能介质流量；
7.若控制模块根据压力信号确定绕管式蒸发器出口压力值超过设定值，则控制模块控制液泵增大输送至绕管式蒸发器管侧的储能介质流量。
8.进一步的，绕管式蒸发器控制方法还包括以下步骤：
9.控制模块根据液位信号和/或压力信号，控制调节阀的开度调节输送至绕管式蒸发器壳侧的换热介质流量。
10.进一步的，控制模块根据液位信号和/或压力信号，控制调节阀的开度调节输送至绕管式蒸发器壳侧的换热介质流量，具体如下：
11.若控制模块根据液位信号确定测量筒内的储能介质液位持续升高，则控制模块控制增大调节阀开度增加输送至绕管式蒸发器壳侧的换热介质流量；
12.若控制模块根据压力信号确定绕管式蒸发器出口压力值超过设定值，则控制模块控制减小调节阀开度减小输送至绕管式蒸发器壳侧的换热介质流量。
13.进一步的，绕管式蒸发器控制方法还包括以下步骤：
14.当测量筒的液位达到设定值时，控制模块向第四管道上的电动排污阀发送打开指令，并向液泵发送开启指令，液泵通过第四管道将液态储能介质输送至绕管式蒸发器内进行蒸发，其中，测量筒底部通过第四管道与液泵的入口流通。
15.进一步的，储能介质为二氧化碳、氢气和氦气中的任意一种。
16.本发明还提供一种绕管式蒸发器控制系统，包括：液泵、中心筒、气液分离器、压力变送器、测量筒、液位计和控制模块；
17.其中，所述液泵用于将储能介质通过第一管道输送至绕管式蒸发器管侧中，所述气液分离器用于分离绕管式蒸发器管侧中未完全蒸发的液态储能介质；
18.所述中心筒用于收集绕管式蒸发器管侧中未完全蒸发的液态储能介质并通过第二管道将其输送至所述测量筒；
19.所述液位计用于监测所述测量筒内的液态储能介质液位，并将液位转换为液位信号发送至所述控制模块；
20.所述压力变送器用于实时获取绕管式蒸发器管侧出口压力值，并将压力值转换为压力信号发送至所述控制模块；
21.所述控制模块用于根据所述液位信号和/或所述压力信号，调节所述液泵输送至绕管式蒸发器管侧的储能介质流量。
22.进一步的，所述中心筒竖直设在所述绕管式蒸发器内部，所述中心筒上端与绕管式蒸发器管侧连通，所述气液分离器设置在绕管式蒸发器上端与绕管式蒸发器管侧连通，且位于所述中心筒上方。
23.进一步的，所述绕管式蒸发器控制系统还包括第三管道，所述测量筒上部通过所述第三管道与绕管式蒸发器管侧连通。
24.进一步的，所述绕管式蒸发器控制系统还包括第四管道；
25.其中，所述测量筒底部通过所述第四管道与所述液泵的入口流通，所述第四管道上设置有电动排污阀，所述电动排污阀与所述控制模块信号连接。
26.进一步的，所述第一管道上设置有第一阀门，所述第二管道上设置有第二阀门，所述第三管道上设置有第三阀门。
27.进一步的，所述绕管式蒸发器控制系统还包括调节阀，所述调节阀设置在绕管式蒸发器的换热介质入口，所述换热介质入口与绕管式蒸发器壳侧连通，所述调节阀与控制模块信号连接。
28.本发明的有益效果：本发明采用测量绕管式蒸发器管侧液位和出口压力的方法控制冷量和热量的输入，防止绕管式蒸发器蒸发能力不足或者设备蒸发太快造成系统超压。
29.本发明采用在绕管式蒸发器管侧内设置气液分离器，未液化的储能介质液体气液分离后通过中心筒流入测量筒，再通过控制电动排污阀，将未液化液体由液泵重新吸入进绕管式蒸发器管侧进行蒸发，保障储热介质不损失。
30.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
31.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。
32.图1示出了根据本发明实施例的一种绕管式蒸发器控制系统的结构示意图；
33.图2示出了根据本发明实施例的一种绕管式蒸发器控制方法的流程示意图。
34.图中：1、液泵；2、中心筒；3、气液分离器；4、压力变送器；5、测量筒；6、液位计；7、储能介质输送管道；8、第一管道；9、绕管式蒸发器；10、第二管道；11、第三管道；12、第四管道；13、电动排污阀；14、第一阀门；15、第二阀门；16、第三阀门；17、换热介质入口；18、换热介质出口；19、调节阀。
具体实施方式
35.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、完整地说明，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。
36.需要说明的是，本技术中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。
37.本发明提出了一种绕管式蒸发器控制方法及系统，能够应用于压缩二氧化碳储能系统，能够保证蒸发器的安全稳定运行，系统蒸发量可控，满足压缩二氧化碳储能系统运行蒸发稳定，不超压，不过冷等要求。
38.如图1所示，一种绕管式蒸发器控制系统，控制系统包括液泵1、中心筒2、气液分离器3、压力变送器4、测量筒5、液位计6和控制模块(图中未示出)。
39.其中，液泵1的入口与储能介质输送管道7连通，液泵1的出口通过第一管道8与绕管式蒸发器9管侧的入口连通，中心筒2竖直设在绕管式蒸发器9内部，中心筒2上端与绕管式蒸发器9管侧连通，气液分离器3设置在绕管式蒸发器9上端与绕管式蒸发器9管侧连通，且位于中心筒2上方。
40.压力变送器4设置在绕管式蒸发器9管侧的出口，测量筒5设置在绕管式蒸发器9外部，测量筒5通过第二管道10与中心筒2的底部连通，测量筒5上部通过第三管道11与绕管式蒸发器9管侧连通，使得测量筒5与绕管式蒸发器9管侧保持压力平衡。液位计6设置在测量筒5上，控制模块与液泵1、压力变送器4、液位计6信号连接。
41.具体的，液泵1用于将储能介质通过第一管道8输送至绕管式蒸发器9管侧中，气液分离器3用于分离绕管式蒸发器9管侧中未完全蒸发的液态储能介质；中心筒2用于收集绕管式蒸发器9管侧中未完全蒸发的液态储能介质并通过第二管道10将其输送至测量筒5；液位计6用于监测测量筒5内的液态储能介质液位，并将液位转换为液位信号发送至控制模
块；压力变送器4用于实时获取绕管式蒸发器9管侧出口压力值，并将压力值转换为压力信号发送至控制模块；控制模块用于根据液位信号和/或压力信号，调节液泵1输送至绕管式蒸发器9管侧的储能介质流量。
42.本发明实施例的绕管式蒸发器控制系统的工作原理为：通过将绕管式蒸发器9管侧的液态储能介质液位引出至测量筒5中，用液位计6测量其液位，实时反映绕管式蒸发器9管侧的储能介质液位变化，若液位一直升高，则说明冷量太多热量太少，即储能介质处于过冷状态，此时需降低冷侧流量或者增加热侧流量。还在绕管式蒸发器9管侧出口设置压力变送器4，若出口压力较额定蒸发压力增加，则说明系统有超压风险，储热介质气体处于过热状态，此时需要增加冷侧流量或者减少热侧流量。
43.在一个实施例中，绕管式蒸发器控制系统还包括第四管道12，测量筒5底部通过第四管道12与液泵1的入口流通，第四管道12上设置有电动排污阀13，电动排污阀13与控制模块信号连接，控制模块还用于控制排污用电动阀开启或关闭，电动排污阀13开启后，未液化储能介质可以通过液泵1重新输送至绕管式蒸发器9管侧进行蒸发。
44.在一个实施例中，第一管道8上设置有第一阀门14，第二管道10上设置有第二阀门15，第三管道11上设置有第三阀门16，通过在管道上设置阀门，便于控制系统的安装和检修。例如，当液泵1出现故障时，可关闭排污用电动阀和第一管道8上的第一阀门14，将液泵1拆下进行检修，避免绕管式蒸发器9管侧内的储能介质流出。当需要对测量筒5进行检修时，关闭第二阀门15和第三阀门16，避免中心筒2内的储能介质继续流入测量筒5。
45.如图1所示，绕管式蒸发器9包括换热介质入口17和换热介质出口18，换热介质入口17和换热介质出口18均与绕管式蒸发器9壳侧连通，换热介质入口17设置在换热介质出口18的上方，在一个实施例中，绕管式蒸发器控制系统还包括调节阀19，调节阀19设置在换热介质入口17，调节阀19用于调节换热介质的流量，调节阀19与控制模块信号连接，控制模块用于根据液位信号和/或压力信号，控制调节阀19开度来调节输送至绕管式蒸发器9壳侧的换热介质流量。
46.需要说明的是，本发明是实施例的控制模块采集压力变送器4和液位计6的信号，以对液泵1和调节阀19的具体控制实现为常规技术手段，不是本发明的重点，不再赘述。
47.基于上述绕管式蒸发器控制系统，如图2所示，本发明实施例还提供一种绕管式蒸发器控制方法，包括以下步骤：
48.s1、通过液泵1将储能介质通过第一管道8输送至绕管式蒸发器9管侧中，气液分离器3分离绕管式蒸发器9管侧中未完全蒸发的储能介质。
49.s2、通过中心筒2收集绕管式蒸发器9管侧中未完全蒸发的液态储能介质并通过第二管道10将其输送至测量筒5。
50.s3、通过液位计6监测测量筒5内的液态储能介质液位，并将液位转换为液位信号发送至控制模块。
51.s4、通过压力变送器4实时获取绕管式蒸发器9管侧出口压力值，并将压力值转换为压力信号发送至控制模块；
52.s5、控制模块根据液位信号和/或压力信号，调节液泵1输送至绕管式蒸发器9管侧的储能介质流量，具体如下：
53.s51、若控制模块根据液位信号确定测量筒5内的液态储能介质液位持续升高，则
控制模块控制液泵1减小输送至绕管式蒸发器9管侧的储能介质流量。
54.s52、若控制模块根据压力信号确定绕管式蒸发器9出口压力值超过设定值，则控制模块控制液泵1增大输送至绕管式蒸发器9管侧的储能介质流量。
55.在一个实施例中，绕管式蒸发器控制方法还包括以下步骤：
56.s6、控制模块根据液位信号和/或压力信号，控制调节阀19的开度调节输送至绕管式蒸发器9壳侧的换热介质流量，具体如下：
57.s61、若控制模块根据液位信号确定测量筒5内的液态储能介质液位持续升高，则控制模块控制增大调节阀19开度增加输送至绕管式蒸发器9壳侧的换热介质流量。
58.s62、若控制模块根据压力信号确定绕管式蒸发器9出口压力值超过设定值，则控制模块控制减小调节阀19开度减小输送至绕管式蒸发器9壳侧的换热介质流量。
59.在一个实施例中，绕管式蒸发器控制方法还包括以下步骤：
60.s7、当测量筒5的液态储能介质液位达到设定值时，控制模块向第四管道12上的电动排污阀13发送打开指令，并向液泵1发送开启指令，液泵1通过第四管道12将液态储能介质输送至绕管式蒸发器9内进行蒸发。
61.需要说明的是，本发明可应用于压缩二氧化碳储能系统中绕管式蒸发器9的控制，但不局限于以二氧化碳为介质的储能，还可用于以氢气、氦气等为介质储能系统的绕管式蒸发器9控制，换热介质可以是水。
62.下面以本发明实施例的绕管式蒸发器控制方法及系统应用于将二氧化碳作为储能介质的储能系统进行示例性说明。
63.绕管式蒸发器9采用立式布置，液泵1将液态二氧化碳从绕管式蒸发器9底部输送至绕管式蒸发器9管侧，气液分离器3将未完全蒸发的二氧化碳分离出，然后经过中心筒2靠重力作用流入测量筒5中，测量筒5上的液位计6监测测量筒5中液态二氧化碳的液位，若液位一直升高，则控制液泵1减少液态二氧化碳送入量或者增加热水量，当液位达到一定值，打开电动排污阀13，将液态二氧化碳送至液泵1前，由液泵1再将其送入绕管式蒸发器9管侧进行蒸发。同时在绕管式蒸发器9管侧出口的压力变送器4获取的压力若超过设定值，控制模块则控制液泵1增加液态二氧化碳送入量或者减少热水量。
64.将氢气、氦气等作为介质的储能系统，本领域技术人员可参照上述系统和方法实施，不再赘述。
65.本发明实施例的绕管式蒸发器控制方法及系统，能够保证绕管式蒸发器9的安全稳定运行，储能系统蒸发量可控；本发明实施例采用测量绕管式蒸发器9管侧液位和出口压力的方法控制冷量和热量的输入，防止绕管式蒸发器9蒸发能力不足或者设备蒸发太快造成系统超压。
66.本发明实施例采用在绕管式蒸发器9管侧内设置气液分离器3，未液化的储能介质液体气液分离后通过中心筒2流入测量筒5，再通过控制电动排污阀13，将未液化储能介质由液泵1重新吸入进绕管式蒸发器9管侧进行蒸发，保障储能介质不损失。
67.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。