一種采用鎂鐵磚封裝熔鹽的高溫蓄熱谷能利用裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于環保儲能領域，具體涉及一種采用鎂鐵磚封裝熔鹽的高溫蓄熱谷能利
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【背景技術】
[0002]隨著我國產業結構變化和人民生活水平的提高，白天高峰用電量不斷增加，夜間低谷時段用電量大幅降低，供電峰谷差逐年加大，給電網穩定運行帶來較大困難的同時，由于谷電消納不足，還造成了電能的大量浪費。應用儲能技術，將發電與用電從時間和空間分隔開來，電廠發出的電力不再需要即時傳輸，用電和發電也不再需要嚴格地保持平衡，這將使電網的結構形態、調度管理以及使用方式方法等發生根本性變革。大力推廣在低谷時段運行的電蓄熱儲能裝置，是“削峰填谷”的有效辦法。
[0003]目前蓄熱技術根據儲熱機制的不同分為顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學蓄熱。盡管適用于電網調峰的中高溫蓄熱技術已經取得了一些進展，但在應用過程中仍存在一些問題:
(I)以固體為蓄熱材料的中高溫顯熱儲熱材料依靠自身溫度變化進行熱量存儲與傳遞，儲熱密度小，設備體積龐大；(2)熱化學儲熱材料是利用化學物質發生可逆的化學反應進行熱量的存儲與釋放，適用的溫度范圍比較寬，儲熱密度大，理論上可以適用在中高溫儲熱領域。但熱化學儲熱技術工藝復雜，迄今為止，其技術成熟性尚低，需要進行大量的研究投入；
[3]中高溫相變儲熱材料儲熱密度大、放熱過程近似等溫，有利于設備的緊湊和微型化，但是相變材料的腐蝕性、與結構材料的兼容性、相變材料的熱/化學穩定性、循環使用壽命等問題都需要進一步的研究。目前單一的固體蓄熱系統放熱不均勻溫度波動不穩定，導致系統換熱效率降低；而單一的相變蓄熱系統因相變材料導熱系數較小，致使系統充、放熱速率較慢。
【發明內容】
[0004]發明目的:為了解決單一的固體蓄熱系統放熱不均勻、溫度波動不穩定導致系統換熱效率下降和單一的相變蓄熱系統中相變材料導熱系數小，致使充、放熱速率慢的問題，本發明提供一種采用鎂鐵磚封裝熔鹽的高溫蓄熱谷能利用裝置，用于高溫熱能存儲，將低谷時段電能轉化為熱能儲存，為用戶提供生活熱水或者采暖用熱。
[0005]技術方案:為實現上述技術目的，本發明的采用鎂鐵磚封裝熔鹽的高溫蓄熱谷能利用裝置包括蓄熱堆、電加熱單元和換熱部分，其中，
[0006]所述的蓄熱堆由若干蓄熱單元構建而成，每塊蓄熱單元為由中空的鎂鐵磚內部封裝熔鹽而形成的立方體，每塊蓄熱單元在項部預留有矩形通道并在側壁預留有管道孔道；所述蓄熱堆在項部和周向設有多層耐高溫的保溫層，所述保溫層和蓄熱單元之間鋪設有鎂鐵蓄熱轉，所述蓄熱堆底部使用耐火磚作為整個蓄熱堆的承重結構。根據蓄熱量的大小可以實現不同規模蓄熱堆的組裝，構建出的蓄熱堆作為核心，由內而外采用不同溫度級別的保溫材料作為保溫隔熱層，而外殼采用剛性纖維板替代常規的鑄鐵材料。
[0007]所述的電加熱單元包括導熱板和設置于所述導熱板兩端的電加熱裝置，所述電加熱單元設置于蓄熱單元的矩形通道內；優選地，導熱板為矩形，兩側采用實心鑄鐵材料，為節約材料，中部可以做成中空的填裝金屬塊或絲網的結構，矩形導熱板可以方便地通入蓄熱堆的各個矩形孔道中，并且不作為承重結構。
[0008]所述的換熱部分包括導熱油換熱盤管、一次側介質循環栗和換熱器，所述的導熱油換熱盤管布置于所述蓄熱堆內部，由下而上最終形成通路，所述的導熱油換熱盤管通過高溫導熱油栗與換熱器相連；換熱器的熱端與一次側高溫導熱油管相連，冷端與二次側低溫流體介質管相連，一次側高溫介質從換熱器項部的管口進入并從下部管口流出，二次側低溫流體介質則從換熱器的下部管口進入上部管口流出，從而換熱器完成一次側高溫介質和二次側低溫流體介質之間的換熱。優選地，所述換熱器選用管殼式換熱器或板式換熱器。所述的換熱器上安裝上安全閥及膨脹罐等附屬設備。優選地，當蓄熱堆溫度在350°C以下時，一次側選用高溫導熱油作為換熱介質；當溫度高于350°C時，選用熔鹽作為一次側的換熱介質，但同時要考慮熔鹽凝固帶來的增加預熱或保溫設備及維護工作的問題。
[0009]優選地，二次側多采用水作為換熱介質，出于不同的需求也可能會選用導熱油或其它換熱介質。。
[0010]優選地，所述固體蓄熱材料選用高密度、高導熱系數、高比熱容都的鎂鐵磚；所述的熔鹽依據不同蓄熱溫度的要求進行選擇，當蓄熱溫度在300°C?400°C范圍內時，選用凝固點在3000C?400°C范圍內的硝酸鹽，當蓄熱溫度高于450°C時，可以選用凝固點在450°C以上的碳酸類熔鹽；封裝的熔鹽體積為鎂鐵磚中空體積的60%?85%。
[0011]具體地，所述的鎂鐵磚的密度約為2700kg/m3?3000kg/m3，導熱系數約為4.2w/m.k ?5.07w/m.k，比熱容約為 900J/kg.k ?1100J/kg.k。
[0012]所述的蓄熱堆的長、寬比為1:1?1.2: I，高度的尺寸為長度尺寸的1.2?1.4倍。此布置方式可以形成底部和項部更大梯度的溫差，以提高換熱效率，放熱時，換熱介質由下而上溫度越來越高，在項部出流時達到最高。
[0013]所述的矩形通道設置于蓄熱單元的項部，從而避免加熱單元作為承重結構。
[0014]所述的多層耐高溫的保溫層由內向外據溫度高低，分別選用高溫陶瓷纖維毯(耐溫在500°C以上)、保溫巖棉或者玻璃巖棉(耐溫在200°C?300°C )、聚氨酯復合板(耐溫在80°C?100°C )、剛性纖維外殼；同時周向和項部采用不同厚度的保溫結構，項部厚度約為周向厚度的1.2?1.5倍；由于蓄熱后蓄熱堆的溫度在高度方向上呈現上高下低且溫差明顯的分布形態，蓄熱堆底部的溫度低，保溫工作可以簡化，蓄熱堆底部采用耐火磚作為整個蓄熱堆的承重結構。
[0015]所述導熱板的兩端采用耐800°C以上高溫的的金屬材料，優選為實心鑄鐵，中部采用中空的添加入鑄鐵、銅等金屬導熱材料結構。
[0016]優選地，所述的導熱板為金屬導熱板，所述的電加熱裝置為圓柱狀加熱管。
[0017]優選地，位于所述蓄熱堆項部電加熱裝置的功率小于蓄熱堆下層的電加熱裝置的功率。
[0018]更優選地，位于所述蓄熱堆項部電加熱裝置的功率為蓄熱堆下層的電加熱裝置功率的 60% -80% ο
[0019]所述換熱端，包括埋藏在蓄熱堆內的換熱盤管、用以提取蓄熱堆熱量的一次側換熱介質循環栗、換熱器及附屬設備。
[0020]優選地，所述的導熱油換熱盤管呈S型布置于所述蓄熱堆的內部。具體地，埋藏在蓄熱堆內的換熱盤管采用S形的連接方式依次從最底部一層開始逐層而上連接成通路，換熱盤管的進出口和循環栗相連，一次側換熱介質進入換熱盤管先與底層蓄熱單元換熱，升溫后進入上層蓄熱單元，最終輸出的高溫流體進入換熱器與二次側介質換熱，如此循環。
[0021]安全地，換熱器上安裝上安全閥及膨脹罐等附屬設備。
[0022]發明原理:電加熱管外表面升溫后通過導熱和輻射的方式將熱量傳遞給其所在通道內的金屬導熱板，金屬導熱板升溫后將熱量傳遞給各個顯-潛熱蓄熱單元；所述蓄熱堆由鎂鐵磚封裝熔鹽而形成的顯-潛熱蓄熱單元堆砌而成，形成一個高度方向距離大于長寬方向距離的長方體，在重力方向形成較大溫度梯度；每塊蓄熱單元的為由鎂鐵磚封裝熔鹽而形成的立方體，鎂鐵磚預制成中空的立方體，該中空空間將用于封裝與蓄熱溫度相適應的鹽類相變蓄熱材料；所述裝置的換熱部分由埋在蓄熱堆內的盤管、導熱油介質循環栗和管殼式換熱器組成，盤管內走可以承受高溫的導熱油介質，導熱油首先進入埋在底層蓄熱單元中的盤管，完成初次換熱后升溫進入高層盤管，獲得蓄熱堆的熱量，最后進入管殼式換熱器，形成換熱器的一次側高溫油路，在換熱器內與以水為媒介的二次側流體進行換熱，向用戶提供熱水；所述蓄熱堆保溫層從內到外采用高溫陶瓷纖維毯結合中低溫保溫巖棉及聚氨酯復合板、剛性纖維板等材料構建的多層保溫結構，注重在蓄熱堆前后左右及頂端五個方向的布置，尤其重視布置了電加熱管的兩側和頂端的保溫工作，而對于底部的保溫工作可以簡化，采用耐火磚作為整個蓄熱堆的承重結構。
[0023]有益效果:與現有技術相比，本發明具有如下技術效果:
[0024](I)本發明的裝置采用中空的鎂鐵磚為載體，將熔鹽相變材料充裝其內，所占體積約為中空體積的60% _85%，集成了固體顯熱與相變潛熱蓄熱的優點，相比單一固體蓄熱裝置，不僅提高了單位體積的蓄熱量，而且穩定了放熱時的出流溫度，從而提高了換熱效率。
[0025](2)鎂鐵磚的使用使得蓄熱堆充、放熱的速率提高了，鎂鐵磚具有耐酸、耐堿的特性，適合做高溫熔鹽的容器，從而克服了常規鹽類相變過程中對金屬容器的腐蝕性問題；
[0026](3)由于采用了導熱板通入蓄熱堆內部的結構，相對常規的將電加熱棒埋入蓄熱堆內部的結構，其可以在加快導熱的基礎上減短加熱棒的長度，而且便于電加熱裝置的更換和維修；
[0027](4)與單一的固體蓄熱及單一的熔鹽相變蓄熱相比，此集成顯熱潛熱高溫蓄熱的谷能利用裝置從蓄熱系統的單位體積蓄熱密度、蓄放熱速率和蓄放熱穩定性這三大主要評價指標入手，結合了熔鹽單位體積蓄熱密度大、蓄放熱溫度穩定和固體材料的高溫蓄熱穩定性好、密度大、高溫顯熱蓄熱量大、導熱系數高、材料易得等優點，整個蓄熱裝置能表現出蓄熱密