本发明涉及储能，尤其是一种控压定温储能换热机组。
背景技术：
1、2020年以来，我国的风电和光电技术进步明显，以风电和光电为代表的新能源产业得以快速发展，电网中“绿电”占比逐步提高。以“绿电”为主体的新型电力系统的发展，需要大力提升新能源消纳、存储及电网调节能力，并积极发展“源网荷储”一体化和多能互补，才能实现能源利用效益最大化。正是在这一背景下，我国蓄热储能技术得以快速孵化，呈现多元化的蓬勃发展态势，其中，以熔盐、蓄热砖、石墨质碳素等材料为储能介质的储能技术成为当前主流，通过电转热、蓄热储能、换热供汽方式将电能转化为高温蒸汽，满足生产、生活需要。
2、由于储能与换热两个过程为周期性分时段进行，现有的技术存在以下问题：
3、1.蒸汽参数难以保持稳定：在现有的储能换热技术中，由于储能介质(针对熔盐储能，储能介质为盐类物质)在工作周期内温度持续下降，与换热器内的换热介质(汽水)温差逐渐减小，从而导致外供蒸汽温度会逐步降低，而外供蒸汽需要保持压力和温度的相对稳定。这一矛盾导致蒸汽参数难以保持稳定，尤其在对供汽品质有较高要求的场景下，应用受到限制。
4、现有技术虽然通常采用冷热双罐系统或热空气作为中间换热介质来解决这一问题，但这增加了系统的复杂性和运维成本，且可能引发熔盐管道“冻管”事故，需要进一步的电伴热措施。
5、2.系统结构复杂，运维成本高：为了克服蒸汽参数不稳定的问题，现有技术往往采用复杂的系统结构，如冷热双罐系统或热空气中间换热系统。这些系统不仅增加了初期投资成本，还使得运维过程更为复杂，需要更多的专业知识和技能。
6、此外，复杂的系统结构还可能导致能效下降，因为更多的能量被用于系统的运行和维护，而不是直接用于生产高温蒸汽。
7、3.换热器放热介质与汽水间温差小，蒸汽品质低：在某些现有技术中，采用热空气作为中间换热介质。这不仅使系统更加复杂，还导致换热器放热介质(空气)与汽水间的温差进一步减小。这种温差减小降低了蒸汽的品质，使其无法满足高温蒸汽需求的工业场景。
8、为此我们提出一种控压定温储能换热机组。
技术实现思路
1、本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种控压定温储能换热机组，通过产汽率来控制汽包压力，保证蒸汽温度的稳定性。
2、本发明所采用的技术方案如下：
3、一种控压定温储能换热机组，包括：
4、汽包，为卧式圆桶型容器，兼具汽水分离、储水及蓄热功能，设有机组上水接口、引入管接口、汽水分离头或汽水分离包、主蒸汽出口，内部设有汽水分配管；
5、引入管，其母管与汽包上的引入管接口连接，支管与换热器芯管的过渡管连接，母管上根据水动力需要可选择性地设置循环泵，支管上设置控制阀；
6、换热器，为列管式结构，芯管置于储能介质中，芯管入口通过引入管与汽包下部接口相接，芯管出口通过引出管与汽包内部的汽水分配管相接；
7、引出管，包括母管和支管，支管与换热器芯管过渡管连接，母管与汽包内部的汽水分配管连接；
8、通过调节控制以保持设定的汽包压力为跟踪参数，压力降低时增加产汽量，压力升高时减少产汽量，从而保证生产用汽量的需求以及蒸汽压力和温度的稳定性。
9、作为上述技术方案的进一步改进：
10、还包括仪控系统，所述仪控系统包括plc系统和仪表系统，仪表系统包括设在汽包上的压力检测仪表和液位检测仪表，储能介质上的温度检测仪表，以及主蒸汽流量检测仪表。
11、所述汽包上部设置立式汽水分离头或卧式汽水分离包，内部设有汽水分离器，用以提供充足的汽水分离空间，保证供汽的干度和品质。
12、所述汽包内部设置的多孔式汽水分配管，从汽包上部引出并与换热器芯管的引出管连接，确保汽水混合物的有效分离和蒸汽的高质量输出。
13、所述引入管的母管上设置的热水循环泵，采用变频电机和变频器控制方式，以便根据水动力需要调节水流量，适应不同的产汽率需求。
14、所述换热器的列管式换热器芯管均匀布置于储能介质中，且采用耐高温高压的热强钢(材质sa-213t91)，以保证设备的安全性和避免氯腐蚀问题。
15、所述换热器芯管两端采用膨胀弯头结构设计，并通过过渡管与碳钢连通管道焊接，以减小机组在停汽干烧状态下的热应力和膨胀变形量，同时保证接口焊接强度。
16、所述引入管的支管上设置彼此独立的控制阀，将换热器芯管分为几组相对独立的换热单元，以便精确控制产汽量。
17、所述仪控系统通过调节控制阀和循环泵，跟踪汽包上压力检测仪表的数值，控制蒸汽温度和产汽率，实现机组运行稳定、可控。
18、还包括框架，其用以支撑和固定各系统部件，且对于小功率机组，框架设计成撬装结构，便于运输和安装。
19、本发明的有益效果如下：
20、本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过利用水在饱和状态下其温度与压力对应的唯一性，通过控制汽包压力，实现储能换热机组生产蒸汽的稳定性和可控性，巧妙地解决了蒸汽参数随储能介质温度变化或产汽率需求变化而波动失控的问题，通过在换热器外设置汽包，通过管路与换热器芯管入口和出口连接，形成汽水连通的回路，通过管路上的控制组件控制回路中汽水流量，实现机组换热量控制，即产汽率的控制；通过产汽率来控制汽包压力，保证蒸汽温度的稳定性。该技术不仅可以在储能介质工作周期内保证外供蒸汽物理参数的稳定性和机组运行的可靠性，实现机组产汽率可控可调，同时还简化了机组结构，运维方便，降低建设和运行成本，提高了项目投资的经济性，对节能、减排、降碳具有积极意义。
21、同时，本发明还具备如下优点：
22、1、在谷电储能最后时段，由于储能介质热阻的存在，电阻式加热器附近的储能介质一般温度会超过储能阶段最高平均温度50℃以上，高温区域内的换热器芯管极易因为处于非工作状态没有可靠冷却而发生过烧问题。本发明采用汽包，可以在危险状态时通过汽包蓄热产生蒸汽有效冷却换热管束，防止换热器芯管因为过烧而导致金相组织变化，提高了换热器芯管的使用寿命和运行安全性。
23、2、膜态沸腾和“烧干锅”是水在管内传热过程中的两种传热恶化状态，发生传热恶化时管壁与水之间传热系数会大幅降低。对于本储能换热项目，由于储能介质温度并非恒定，而机组产汽率根据用汽需要也并非一直恒定，在自然循环情况下，储能介质高温时会发生传热恶化问题，使产汽率与换热器芯管数量间呈现负相关现象，导致系统难以控制。本项目根据水动力计算情况，采用回路控制阀或回路控制阀与循环泵相结合的控制循环技术，避免传热恶化现象的发生，方便了系统调节和运行控制。
24、3、工业用蒸汽要求蒸汽温度相对稳定、可控，但对于储能式蒸汽发生器，因其储能介质温度在工作中持续衰减，机组传热温压不断减小，生产蒸汽温度难以控制。本发明设置外置汽包，其容器内部汽水共存，处于饱和状态，通过控制汽包压力的稳定性，从而实现生产蒸汽温度的稳定性。
25、4、工业用蒸汽的流量需要根据生产需要适时变化，换热器采用常规的直流或自然循环方式供水，难以实现蒸汽温度和产汽率的稳定控制。本发明采“可调自然循环”加“强制循环”的双重控制循环水动力技术代替直流和自然循环水动力形式，通过控制换热器的水流量和参与换热的换热器芯管数量(控制参与换热的模块单元数量)，控制储能换热机组热功率，实现产汽率可控。
26、5、本发明设置较大的汽包，其蓄水量满足一个储能周期(一般为24h)供汽要求。在谷电储能加热期间，将汽包补水至高水位，并通过控制循环将其加热至工作压力下饱和水温度，实现汽包谷电蓄热。采用汽包蓄热技术，不仅可以减少储能介质用量，降低建设规模，节省投资成本，而且可以提高换热器工作时进水温度，减小换热器芯管两端温差和由此产生的热应力，对于保证芯管运行可靠性和延长芯管使用寿命也有重要意义。对于熔盐储能项目，提高换热器工作时进水温度(采用给水加热器预热)，还可以有效防止换热器芯管外部熔盐结冻，影响正常换热和机组安全运行。
27、6、本发明的汽包上部设置立式汽水分离头(热功率较小机组)或卧式汽水分离包(热功率较大机组)，汽水分离头或汽水分离包内部设有汽水分离器。该结构既能充分利用汽包容积储水蓄热，节省投资成本，也能提供充足的汽水分离空间，设置汽水分离器，保证供汽的干度和品质。
28、7、本发明在谷电储能加热阶段，利用换热器完成汽包蓄水预热，不用单独设置给水预热器(针对熔盐储能换热机组，为防止熔盐结冻，需设给水加热器)。装置运行期间，汽包蓄水可以满足产汽需要，不用再行补水，系统简化，操作简单，运维方便。
29、8、本发明摒弃了常规储能换热机组跟踪流量和液位参数进行调节的控制模式，采用“以压定产”控制方式，即调节控制以保持设定的汽包压力为跟踪参数，压力降低时增加产汽量，压力升高时减少产汽量，从而既保证了生产用汽量的需求，也保证了蒸汽压力和温度的稳定性。
30、9、本发明的换热器为列管式结构，根据机组蒸汽参数、汽包是否高位布置(汽水系统有可靠的自生循环动力)等情况和通过水动力计算结果，科学设计换热器管芯布置方式(横向或竖向)，设置控制阀，必要时在引入管母管上设置热水循环泵，避免常规机组时常发生的换热器汽水分层问题，减小换热器芯管局部热应力，保证了系统水动力的可靠性。
31、10、换热器芯管采用耐高温高压的热强钢(材质sa-213t91)代替奥氏体不锈钢，既可以保证停产干烧状态下设备的安全性，也可以避免常见的换热器发生的氯腐蚀问题(软化水制备过程中树脂再生以氯化钠作为还原剂，故软化水中富含氯离子)。
32、11、换热器芯管两端采用膨胀弯头结构设计，外端通过12cr1movg(gb/t5310)材质过度管与碳钢连通管道焊接，即可以减小机组在停汽干烧状态下的热应力和膨胀变形量，也可以保证接口焊接强度，提高机组可靠性。
33、12、本发明换热机组的引出管从汽包上方接入其内部的汽水分配管，汽水分配管为多孔式，可以有效防止“水击”现象发生，保证机组水动力的可靠性。同时，可以避免换热器在干烧情况下因蒸汽对流传热导致的汽包自蒸发问题，保证系统的运行稳定性。
1.一种控压定温储能换热机组，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的控压定温储能换热机组，其特征在于：还包括仪控系统，所述仪控系统包括plc系统和仪表系统，仪表系统包括设在汽包上的压力检测仪表和液位检测仪表，储能介质上的温度检测仪表，以及主蒸汽流量检测仪表。
3.根据权利要求1所述的控压定温储能换热机组，其特征在于：所述汽包上部设置立式汽水分离头或卧式汽水分离包，内部设有汽水分离器，用以提供充足的汽水分离空间，保证供汽的干度和品质。
4.根据权利要求1所述的控压定温储能换热机组，其特征在于：所述汽包内部设置的多孔式汽水分配管，从汽包上部引出并与换热器芯管的引出管连接，确保汽水混合物的有效分离和蒸汽的高质量输出。
5.根据权利要求1所述的控压定温储能换热机组，其特征在于：所述引入管的母管上设置的热水循环泵，采用变频电机和变频器控制方式，以便根据水动力需要调节水流量，适应不同的产汽率需求。
6.根据权利要求1所述的控压定温储能换热机组，其特征在于：所述换热器的列管式换热器芯管均匀布置于储能介质中，且采用耐高温高压的热强钢其材质为sa-213t91，以保证设备的安全性和避免氯腐蚀问题。
7.根据权利要求1所述的控压定温储能换热机组，其特征在于：所述换热器芯管两端采用膨胀弯头结构设计，并通过过渡管与碳钢连通管道焊接，以减小机组在停汽干烧状态下的热应力和膨胀变形量，同时保证接口焊接强度。
8.根据权利要求1所述的控压定温储能换热机组，其特征在于：所述引入管的支管上设置彼此独立的控制阀，将换热器芯管分为几组相对独立的换热单元，以便精确控制产汽量。
9.根据权利要求2所述的控压定温储能换热机组，其特征在于：所述仪控系统通过调节控制阀和循环泵，跟踪汽包上压力检测仪表的数值，控制蒸汽温度和产汽率，实现机组运行稳定、可控。
10.根据权利要求1所述的控压定温储能换热机组，其特征在于：还包括框架，其用以支撑和固定各系统部件，且对于小功率机组，框架设计成撬装结构，便于运输和安装。
