[發(fā)明專利]操作具有旁路管道的熱交換系統(tǒng)的方法和該熱交換系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN108088295B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: T.A.巴邁爾;V.賽德爾;J.V.瓦格納
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子歌美颯可再生能源公司
• 主分類號: F28D20/00
• 分類號: F28D20/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 佘鵬;李雪瑩

本發(fā)明涉及操作具有旁路管道的熱交換系統(tǒng)的方法和該熱交換系統(tǒng)。提供了用于操作熱交換系統(tǒng)的方法。該熱交換系統(tǒng)包括至少一個熱交換室，其具有圍繞熱交換室的至少一個熱交換室內(nèi)部的熱交換室邊界，其中熱交換室邊界包括至少一個第一開口和至少一個第二開口，該至少一個第一開口用于將至少一種傳熱流體的流入物引入到熱交換室內(nèi)部中，該至少一個第二開口用于將傳熱流體的流出物從熱交換室內(nèi)部中引出，至少一種儲熱材料被布置在熱交換室內(nèi)部中，使得傳熱流體通過熱交換室內(nèi)部的熱交換流引起儲熱材料與傳熱流體之間的熱交換。在具有從傳熱流體到儲熱材料的傳熱的填充過程期間，使用高于700℃的傳熱流體。優(yōu)選地，使用高于750℃的傳熱流體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于操作具有旁路管道的熱交換系統(tǒng)的方法和具有旁路管道的熱交換系統(tǒng)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)的解決方案是將來自可再生能源的波動電能儲存為儲熱器（heatstorage）內(nèi)的熱，以便在需求高于生產(chǎn)時將它重新轉(zhuǎn)回成電能。這些儲熱器通常是熱能儲存設(shè)備的一部分，該熱能儲存設(shè)備附加地還可以包括加熱器裝置、蒸汽發(fā)生器、蒸汽輪機、熱輸送流體、儲存材料以及管道系統(tǒng)，參見圖1。為了實現(xiàn)熱功率循環(huán)（heat-to-powercycle）的高效率，蒸汽發(fā)生器應(yīng)以至少600℃的溫度來操作。結(jié)果，由于操作期間的熱損耗，并且在水平儲熱器的情況下，由于自然對流引起的儲熱器內(nèi)部的溫度分布的混合，儲熱器必須以高于600℃的溫度來填充。

由于熱損耗和自然對流的影響，熱輸送流體的溫度在排放期間比在填充過程期間要低。這種效應(yīng)對于長的系統(tǒng)停機時間而言尤其相關(guān)。為了補償這種溫度損耗，填充溫度被升高。熱儲存器和蒸汽發(fā)生器之間的管道承受熱流體的高溫應(yīng)力。如果它需要被設(shè)計用于高于600℃的溫度，則成本會急劇上升，這是因為需要使用高耐熱材料。因此，可能的溫度增加需要盡可能低，以限制額外的支出。

由于熱能儲存設(shè)備的安裝成本需要盡可能低以便能夠盈利，因此定制產(chǎn)品的使用應(yīng)保持在最低水平。

第二個影響是在排放周期期間排放溫度的降低。排放溫度在排放時間的大約40%之后下降，參見圖2。蒸汽循環(huán)被設(shè)計用于溫度上的一定供給，并且如果該溫度降低，則需要控制氣體和水流以保持一定的焓流或降低排放功率。這是可能的，直到對于設(shè)計的蒸汽循環(huán)而言蒸汽質(zhì)量過低的水平。因此，需要停止排放循環(huán)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的在于提供避免上述缺點的高溫?zé)峤粨Q系統(tǒng)。

該目的通過在權(quán)利要求中指定的發(fā)明來實現(xiàn)。

為了解決該問題，提供了一種用于操作熱交換系統(tǒng)的方法。所述熱交換系統(tǒng)包括至少一個熱交換室，其具有圍繞所述熱交換室的至少一個熱交換室內(nèi)部的熱交換室邊界，其中，所述熱交換室邊界包括至少一個第一開口和至少一個第二開口，所述至少一個第一開口用于將至少一種傳熱流體的流入物引入到所述熱交換室內(nèi)部中，所述至少一個第二開口用于將所述傳熱流體的流出物從所述熱交換室內(nèi)部中向外引出，至少一種儲熱材料被布置在所述熱交換室內(nèi)部中，使得所述傳熱流體通過所述熱交換室內(nèi)部的熱交換流引起所述儲熱材料與所述傳熱流體之間的熱交換。在具有從所述傳熱流體到所述儲熱材料的傳熱的填充過程期間，使用高于700℃的傳熱流體。優(yōu)選地，使用高于750℃的傳熱流體（13）。

本發(fā)明的新穎性在于補償排放期間的溫度下降的增加的填充溫度，以及利用繞過熱換熱室的冷端的流體的對排放溫度的控制。通過這種措施，排放溫度維持恒定，直到它低于蒸汽發(fā)生器的設(shè)計溫度。在這種情況下，蒸汽發(fā)生器可以被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計成傳熱流體的恒定排放特性。因此，需要較少的蒸汽發(fā)生器的控制動作，并且針對特定操作點的設(shè)計導(dǎo)致提高的效率，這是因為該系統(tǒng)不需要覆蓋寬泛的操作范圍。于是，部件可以對該操作點進行調(diào)整和設(shè)計，以在該設(shè)計點處高效地工作。

此外，熱交換系統(tǒng)的能量密度增加，并且熱交換室可以被設(shè)計得更小。

需要增加熱絕緣以減少由于儲存材料和環(huán)境之間的較高溫度差而產(chǎn)生的額外熱損耗。