一种同时具有保温和加热功能的高温储热罐及其工作方法与流程
一种同时具有保温和加热功能的高温储热罐及其工作方法与流程
本发明提供了一种同时具有保温和加热功能的高温储热罐及其工作方法，通过创新设计的储罐结构和进排气系统，实现了储罐的预热、保温和加热功能。与现有技术相比，本发明通过热空气在储罐中部侧壁形成的S型流道流动的方式预热储罐，对流换热系数更高，换热面积更大，升温更加均匀、迅速。
本发明属于热储能领域，具体涉及一种同时具有保温和加热功能的高温储热罐及其工作方法。
背景技术
- 热储能技术作为一种能源存储和利用技术，在节能减排、提高能源利用效率等方面具有重要意义。
- 在储热系统中，高温储热罐作为关键设备之一，其内部承载着高温储热介质。为避免高温储热介质初次入罐过程中在储罐壁面发生凝固，以及防止由于大温差导致的罐体瞬时热应力较大，从而造成罐壁破裂，需采取有效措施提前进行储罐的预热。此外，在长时间储热过程中，对储热罐的保温性能要求较高，避免造成较大的散热损失，进而影响系统的综合热效率。因此，对高温储热罐使用前的预热以及运行过程中的保温和加热，是储热系统能否高效工作的关键。
- 现有技术通常在高温储热介质进入到储罐前，将热空气通入储罐内实现对储罐的预热。通常使用较厚的保温棉实现对储罐的保温。通常采用在储罐壁面缠绕电伴热带的方式实现长时间储热期间对储罐的加热。
- 现有技术对高温储热罐使用前的预热以及运行过程中的保温和加热采用分别加装设备独立控制的做法，部件繁多，系统复杂。
技术实现思路
本发明提供了一种同时具有保温和加热功能的高温储热罐及其工作方法，能够实现高温储热罐使用前的预热以及运行过程中的保温和加热功能，提升预热效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种同时具有保温和加热功能的高温储热罐，包括储罐，所述储罐包括储罐壳体、开设在储罐壳体上的侧壁空气进口、侧壁空气出口、内部空气进口和内部空气出口；
所述储罐壳体包括依次固定连接的壳体顶部、壳体中部和壳体底部；所述壳体中部包括由内向外依次设置的内衬、空气夹层、分隔板、保温棉和保护壳；所述内衬与分隔板通过若干桁条和扰流柱相连，之间的空隙形成所述空气夹层；所述桁条间隔分布在储罐壳体中部内衬与分隔板之间，所述桁条将空气夹层分隔为S型流道；相邻桁条之间设置若干扰流柱；
所述侧壁空气进口和侧壁空气出口均与空气夹层连通；所述内部空气进口和内部空气出口和储罐的内腔连通。
进一步的，侧壁空气进口与侧壁进气管路连接；所述侧壁空气出口与侧壁排气管路一端连接，所述侧壁排气管路另一端与三通第一端相连，所述三通第二端通过调节阀与热空气回收管相连，第三端通过调节阀与顶部进气管路一端相连，所述顶部进气管路另一端与内部空气进口相连，所述内部空气出口通过顶部排气管路与外界环境连通；所述顶部排气管上安装有第三调节阀。
进一步的，空气夹层上下两侧由壳体顶部和壳体底部的保温棉封闭。
进一步的，桁条包括若干第一桁条、若干第二桁条和一根第三桁条，第一桁条上端与壳体顶部的保温棉相连，下端与壳体底部的保温棉上端具有间隙，该间隙用于流通气流；第二桁条下端与壳体底部的保温棉相连，上端与壳体顶部的保温棉下端具有间隙，该间隙用于流通气流；第一桁条和第二桁条间隔设置；第三桁条上端与壳体顶部的保温棉相连，下端与壳体底部的保温棉相连；侧壁空气进口和侧壁空气出口分别位于第三桁条两侧。
进一步的，扰流柱并排排布。
进一步的，壳体顶部和壳体底部由内向外分别为内衬、保温棉和保护壳。
进一步的，所述内衬为不锈钢内衬。
进一步的，壳体顶部、壳体中部和壳体底部的厚度相同。
进一步的，桁条为T型结构。
上述的一种同时具有保温和加热功能的高温储热罐的工作方法，包括：
在高温储热介质进入到储罐前：高温空气通过侧壁空气进口流经储罐中部侧壁的S型流道，由侧壁空气出口流出；所述高温空气在S型流道内高温空气与储罐罐壁结构进行均匀换热，所述桁条和扰流柱起均流和强化换热的作用；当储罐壳体温度达到预定温度后，停止高温空气的输入，完成对储罐的预热；
在高温储热介质进入储罐过程中：储罐内的冷空气从内部空气出口排至外界环境，高温储热介质全部流入储罐后，储罐内高温储热介质上部仍留有一部分空气，将内部空气出口关闭；
在高温储热介质进入到储罐后：封存在S型流道内的热空气与保温棉共同完成储罐的保温；
当储罐需要加热时，高温空气流经S型流道，再经过侧壁空气出口、顶部进气管路和内部空气进口进入储罐内部，挤走储罐内储热介质上方的冷空气，由内部空气出口流至外界环境，通过储罐壳体中部S型流道和储罐内储热介质上方持续流动的热空气对储罐加热；加热完成后，关闭顶部进气管路和内部空气出口，进入保温模式。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种同时具有保温和加热功能的高温储热罐，包括储罐和进排气系统，储罐的壳体中部下端设置侧壁空气进口和侧壁空气出口，顶部设置内部空气进口和内部空气出口；储罐壳体中部内衬、分隔板、桁条、扰流柱组成的空气夹层结构形成S型流道。在高温储热介质进入到储罐前，高温空气通过进排气系统流经储罐中部侧壁的S型流道，然后由热空气回收管流出。在S型流道内高温空气与储罐罐壁结构进行均匀换热，实现对储罐罐壁的快速升温；当储罐壳体温度达到预定温度后，停止热空气的供给，完成对储罐的预热。在高温储热介质进入到储罐后，封存在S型流道内的热空气与保温棉共同完成储罐的保温。在长时间储热过程中，当储罐的散热损失较大时，高温空气通过进排气系统流经储罐中部侧壁的S型流道，再经过储罐顶部内部空气进口进入储罐内部，挤走储罐内储热介质上方的空气，由储罐顶部内部空气出口流出至外界环境。在储罐壳体中部S型流道和储罐内储热介质上方持续流动的热空气同时对储罐进行加热，补充储热介质损失的能量，减少储热介质的冷却速率和散热损失。
本发明提供的同时具有保温和加热功能的高温储热罐，通过储罐结构的创新设计和用于热空气流通的进排气系统实现了储罐的预热、保温和加热功能。现有技术通常在高温储热介质进入到储罐前，将热空气通入储罐内实现对储罐的预热。与现有技术相比，本发明通过热空气在储罐中部侧壁形成的S型流道流动的方式预热储罐，对流换热系数更高，换热面积更大，升温更加均匀、迅速。
不同于现有技术使用较厚的保温棉实现对储罐的保温，本发明通过保温棉和空气夹层组合的方式对储罐进行保温，空气夹层内的S形流道限制了空气的自然对流，且空气的导热系数比保温棉导热系数低。本发明通过保温棉和空气夹层相结合的方式不仅保温效果更佳，而且减少了保温棉的使用量，进而节约了成本。
现有技术通常采用在储罐壁面缠绕电伴热带的方式实现长时间储热期间对储罐的加热，本发明通过储罐壳体中部S型流道和储罐内储热介质上方持续流动的热空气对储罐进行加热，加热方式简单，无需额外的电加热设备。
综上所述，本发明提供的同时具有保温和加热功能的高温储热罐，通过对储罐结构及进排气系统一体化设计，实现高温储热罐使用前的预热以及运行过程中的保温和加热功能，改变了现有技术对上述功能分别加装设备独立控制的做法，储热系统的部件数量大幅减少，更加简洁高效。