[发明专利]一种石墨显热换热装置及其换热方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨蓄热换热装置及其换热方法，属于蓄热利用技术领域。

背景技术

储能技术是实现智慧能源网系统的关键核心设备之一。蓄热技术是储能技术领域的重要组成部分。蓄热技术在太阳能热发电、工业烟气余热利用、峰谷电调节供热等方面有着广泛的应用前景。其中在峰谷电调节供热方面，通过蓄热技术将便宜的用电低谷时的电能转化成热能进行储存，在有热负荷需求时利用蓄热系统进行直接供热，既达到了调节用电平衡的目的，又提高了供热系统的经济性，具有很好的经济性。

蓄热技术主要包括显热蓄热和潜热相变蓄热两种方式，在显热蓄热方面，中国专利CN201510169131.7发明了一种电加热固体蓄热装置，但该发明采用的是低导热系数的蓄热砖，因此需要控制蓄热砖的尺寸大小，且要布置大量的加热丝以保证加热时系统的均温性和换热的充分性，使得加热过程较为复杂；此外，为了保证系统换热的均匀性，需要均匀布置风道，尽可能保证换热面布置的均匀性，这些都为系统的设计带来复杂性。

因此，对于显热系统而言，如何保证蓄热系统在加热和放热过程中的均温性，同时避免系统过于复杂，建立结构简单，安装方便的蓄热系统，成为显热蓄热系统发展面临的问题。

另外，对于蓄热系统而言，单位质量蓄热密度越高，所需要的蓄热材料越小，系统的经济性越好。因此，对于显热蓄热系统而言，如何进一步提高蓄热系统的蓄热温度，提高蓄热密度也是显热蓄热系统发展的重要方向。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提出一种石墨显热蓄热换热装置及换热方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种石墨显热蓄热换热装置，包括石墨蓄热堆、抗氧化剂、耐火砖、换热循环风道、保温层、进口连接管道、补气口、单向阀、氮气罐、变频风机、换热器、第一温度传感器、出口连接管道、第二温度传感器、压力传感器、控制柜、加热棒、第三温度传感器；石墨蓄热堆的外围砌有耐火砖，石墨蓄热堆与耐火砖之间通过填埋抗氧化剂进行密封，耐火砖的外围安装有保温层，其中两个短侧面和顶面的耐火砖与保温层之间留有空隙形成换热循环风道，长侧面的保温层与耐火砖紧密贴合，石墨蓄热堆的底部设有支撑钢架；进口连接管道分别与换热循环风道入口和换热器热源出口相连，进口连接管道上安装有变频风机，进口连接管道设有补气口，补气口与氮气罐相连，补气口与氮气罐之间装有单向阀；换热循环风道内装有压力传感器；换热器冷源出口安装有第一温度传感器；出口连接管道分别与换热循环风道出口和换热器热源入口相连，出口连接管道安装有第二温度传感器，石墨蓄热堆上分别安装有加热棒和若干第三温度传感器；第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、加热棒、第三温度传感器分别与控制柜相连。

石墨蓄热堆由若干加热石墨块、蓄热石墨块、换热石墨块错列叠加堆砌而成，石墨蓄热堆的四个侧面的和底面的外围一层由加热石墨块或由加热石墨块和蓄热石墨块交叉布置组成，顶面一层由换热石墨块组成；内部由蓄热石墨块组成。

所述的加热石墨块上有加热棒安装孔，加热棒安装孔与换热器过渡配合安装，加热石墨块上的加热棒安装孔朝外布置。

所述的换热石墨块由换热孔道和连接块两部分组成，两者之间的高度比为1.0～3.0之间。

所述的石墨蓄热堆与耐火砖的高度差为石墨块的换热孔道的高度；石墨蓄热堆顶部与保温层之间的间隙为石墨块的换热孔道孔径的1-2倍。

所述的换热循环风道内的换热工质为氮气，换热循环风道内保持正压。

所述的换热器包括气-气式和气-液式，具体形式包括管壳式换热器和板式换热器。

所述的抗氧化剂包括碳化硅、二硅化钼、耐火砖粉末中任意一种。

一种利用所述石墨显热蓄热换热装置的换热方法，加热蓄热过程中，控制柜根据第三温度传感器的反馈，当石墨温度低于设定阀值时，控制加热棒加热石墨蓄热堆中的加热石墨块，石墨蓄热堆利用石墨的高热扩散系数特征，快速将加热石墨块的热量传递给蓄热石墨块和换热石墨块，使得整个石墨蓄热堆的温度分布均匀；抗氧化剂和耐火砖的布置，使得石墨蓄热堆的主体部分不与换热气体接触，避免了石墨的高温氧化。换热过程中，变频风机根据第二温度传感器和第一温度传感器的感应温度以及换热功率要求，调节循环风量，低温氮气经过进口连接管道、换热循环风道在换热孔道中换热后，经出口连接管道流入到换热器中，通过换热器实现换热。单向阀根据压力传感器的测量值实现开闭，当换热循环风道压力低于阀值时，单向阀开启，氮气罐向换热循环风道内补充氮气，保证正压，避免空气漏入。