基于箱式电炉间接加热固体介质的高温储热装置及方法-k8凯发

本发明涉及储热，特别涉及一种基于箱式电炉间接加热固体介质的高温储热装置及方法。

背景技术：

1、大力发展可再生能源是实现碳达峰、碳中和目标的关键，然而可再生能源具有不可预测性、间歇性、不稳定性等特点，其大量直接并网必将给电网造成严重的安全隐患。另外，一些风、光电资源丰沛的区域，如我国的三北地区，由于电热供给与用户需求不平衡，存在严重的弃风弃光现象。储能是解决这些问题的有效方法，储热作为储能的一种方式，具有经济性和大规模应用前景好的特点。在电源侧增加储热装置，可以提高发电厂的灵活性，同时可以实现热电深度解耦，满足用户的热负荷需求。在用户侧增加储热装置，则可以更好地将用户的热电需求与可再生能源发电的电力供应相匹配，减小电网的压力。

2、相关技术中将流化床加入固体介质(简称固介)的储热系统，流化床加热技术早期应用于太阳能储热，近几年发展应用于电储热领域。相较于常用的以水、导热油等加热介质，该技术使用沙子做介质，经济环保，储热温度及质量能量密度显著提高；相较于镁砖、岩石等静态的块状储热介质，沙子的流动性好，加热均匀性强，此外沙子在流化床中气固换热强烈，克服了静态储热导热系数小的缺点，加热器及储热系统更为紧凑；相较于熔盐储热，沙子经济、环保，储热温度也更高得多，而且系统简单。因此，流化床电储热是一种先进的高效储热技术。

3、基于流化床中气固换热强烈的优点被应用于多个相关技术中，如一种用于热电联产机组的循环流化床锅炉电加热储热系统，该方案利用流化床电加热将提高部分入炉煤颗粒的温度，改进热电联产机组的循环流化床锅炉系统，该储热系统的主要目的是节能，将多余或者价格低廉的电能应用于发电系统中；如一种循环灰储热系统及其优化深度调峰的方法，该方法中在料腿位置设置小型鼓泡流化床；如一种利用电石渣进行化学储/放能的装置及方法，该方案实质上是一种化学储能，需要使用水的相态转化，系统复杂同时需要水质处理，系统效率较低；除上述的相关技术外，国际上也有在流化床内布置加热元件加热固体介质的方案，然而这些方案中内置的加热元件周围的颗粒速度均较高，存在磨损风险，而且不易检修和维护。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于箱式电炉间接加热固体介质的高温储热装置，以解决现有方案采用内置加热元件，周围颗粒速度较高，存在磨损风险，而且不易检修和维护等问题。

2、本发明第一方面实施例提供一种基于箱式电炉间接加热固体介质的高温储热装置，包括：箱式电炉；流化床提升管，所述流化床提升管内部装有预设固体介质，设置在所述箱式电炉内部，用于通过流化空气将所述预设固体介质加热至目标温度，得到带有流化空气的高温固体介质；旋风分离器，所述旋风分离器设置在所述箱式电炉内部，并与所述流化床提升管连接，用于接收并气固分离所述带有流化空气的高温固体介质，得到高温固体介质；高温储料罐，所述高温储料罐与所述旋风分离器连接，用于存储所述高温固体介质，并在外部需要热量的情况下，释放所述高温固体介质；换热器，所述换热器与所述高温储料罐连接，用于在外部需要热量的情况下，接收所述高温储料罐释放的所述高温固体介质，将所述高温固体介质的热能转化为高温蒸汽或热水，并生成冷却后的固体介质；低温储料罐，所述低温储料罐与所述换热器连接，用于收集所述冷却后的固体介质；返料设备，所述返料设备分别与所述低温储料罐、所述流化床提升管连接，用于在处于用电低峰期的情况下，接收所述冷却后的固体介质，并控制所述冷却后的固体介质以预设料流率返回至所述流化床提升管中，通过箱式电炉加热将电转换为热量进行存储；气-气换热器，所述气-气换热器与所述流化床提升管连接，用于预热所述流化空气。

3、可选地，所述箱式电炉包括左半部分和右半部分，且沿高度方向分为多段，每段单独控温和左右开启。

4、可选地，所述气-气换热器还与所述旋风分离器连接，用于收集所述带有流化空气的高温固体介质气固分离后产生的余热尾气。

5、可选地，所述高温储料罐与所述换热器之间设置用于控制热固介流量的固体流量控制阀。

6、可选地，所述气-气换热器采用逆流换热，以将所述流化空气预热至400℃。

7、可选地，所述流化床提升管采用耐高温金属，且管壁厚度为3mm至15mm。

8、可选地，还包括：除尘器，所述除尘器与所述气-气换热器连接，用于收集气固分离后产生的余热尾气中的细颗粒；鼓风机，所述鼓风机与所述气-气换热器连接，还与所述除尘器与所述气-气换热器的连接管路连接，用于对所述气固分离后产生的余热尾气进行换热；引风机，所述引风机与所述除尘器连接，并与外部空气相通，用于将除尘后的尾气排到所述外部空气中。

9、本发明第二方面实施例提供一种基于箱式电炉间接加热固体介质的高温储热方法，包括：判断当前情况是否处于用电低谷期；

10、若处于所述用电低谷期，则开启箱式电炉，加热流化床提升管使预设固体介质到达目标温度，得到带有流化空气的高温固体介质；

11、利用旋风分离器对所述带有流化空气的高温固体介质进行气固分离，得到高温固体介质；

12、将所述高温固体介质送入高温储料罐进行高温储热，并在储热过程完成后，断电所述箱式电炉，停止所述流化床提升管的工作；

13、若不处于所述用电低谷期，则判断外部是否需要热量；

14、若外部需要热量高温，则将所述高温固体介质由所述高温储料罐释放至换热器内；

15、利用所述换热器将所述高温固体介质存储的热能转化为高温蒸汽或者热水，并生成冷却后的固体介质；

16、利用低温储料罐收集所述冷却后的固体介质，并通过返料设备将所述冷却后的固体介质以预设料流率返回至所述流化床提升管中，以进行下次的储热。

17、本发明第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的基于箱式电炉间接加热固体介质的高温储热方法。

18、本发明第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的基于箱式电炉间接加热固体介质的高温储热方法。

19、本发明实施例提出的基于箱式电炉间接加热固体介质的高温储热方法及装置，由箱式电炉加热金属材料制成的流化床提升管，提升管内的固体介质通过空气流化，与流化床提升管的热管壁高效换热，加热后的固体介质通过旋风分离器收集在高温存料罐中，尾气通过气-气换热器预热流化床入口的空气，提高热利用效率，而后通过除尘器将尾气中的细颗粒进行收集，减少尾气对空气的污染。该系统可以将火电厂或者电网过剩的电量转化为高温热能储存，并在需要电能或热能的时候将高温储罐中的固体介质存储的热能提取利用。此外，该装置的加热元件维护更换便利，可以高效消纳可再生能源，也可与火电厂结合实现深度调峰和热电解耦。

20、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。