[發(fā)明專利]熔鹽管殼式蒸汽發(fā)生裝置及方法

無效

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• 申請日: 2009-10-28
• 公開（公告）號: CN101699163A
• 公開（公告）日: 2010-04-28
• 發(fā)明（設計）人: 楊建平;陸建峰;丁靜;楊曉西
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;中山大學
• 主分類號: F22B1/06
• 分類號: F22B1/06
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權代理有限公司 44245
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發(fā)明涉及太陽能中高溫熱利用技術，特別涉及一種熔鹽管殼式蒸汽發(fā)生裝置及方法。

背景技術

太陽能中高溫熱利用技術作為低成本且具有規(guī)模化前景的清潔能源技術，是我國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性新能源技術。太陽能中高溫熱利用系統(tǒng)主要由聚光系統(tǒng)、吸熱系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)以及熱利用裝置組成。由于太陽能具有間歇性和不穩(wěn)定性，很難滿足工業(yè)化大規(guī)模連續(xù)穩(wěn)定供能的要求，因此必須發(fā)展高效蓄熱技術，才能有效解決太陽能轉換、傳輸與儲存問題。

熔鹽由于具有熱容大、穩(wěn)定性高、工作溫度范圍廣的顯著優(yōu)勢，是目前中高溫太陽能熱利用系統(tǒng)中廣泛采用的傳熱與蓄熱介質(zhì)。由于蒸汽的輸運和使用方便，目前蒸汽廣泛應用于發(fā)電、化工、食品等行業(yè)，因此如何把熔鹽蓄熱轉化為蒸汽也就成為太陽能中高溫熱利用的關鍵技術之一。

太陽能產(chǎn)蒸汽是太陽能規(guī)模化利用的重要形式，目前有多種基于玻璃真空管集熱的蒸汽發(fā)生器，而基于熔鹽傳熱蓄熱功能的蒸汽發(fā)生器有套管式蒸氣發(fā)生裝置。太陽能熔鹽套管式蒸氣發(fā)生裝置使用夾套外壁耐高溫選擇性涂層吸收太陽輻射能，并將吸收熱量傳遞給熔鹽套管內(nèi)的熔鹽，進一步傳給蛇形內(nèi)管的水形成蒸汽。在太陽能熱發(fā)電等規(guī)模化的太陽能中高溫熱利用系統(tǒng)中，熔鹽套管式蒸氣發(fā)生裝置存在一些缺陷：(1)由于管壁吸收的熱能通過套管內(nèi)熔鹽直接傳給管內(nèi)水工質(zhì)，熔鹽主要起傳熱作用，并且由于套管內(nèi)熔鹽的蓄熱量較少，熔鹽工質(zhì)與熔鹽槽的蓄熱功能并未得到充分應用；(2)由于套管外太陽能輻射的實時變化，套管內(nèi)熔鹽內(nèi)能變化與蒸發(fā)過程相耦合，套管系統(tǒng)整個傳熱過程和水蒸汽的參數(shù)不易控制；(3)由于蛇形吸熱管本體結構較為復雜，其套管的加工難度大，因此難于規(guī)模化利用。

為了滿足規(guī)模化熔鹽工質(zhì)蒸汽發(fā)生的需要，這就需要一種有效蓄熱容量大、長期穩(wěn)定、制造成本與運行維護成本更低的中高溫熔鹽蒸汽發(fā)生方法及?裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種有效蓄熱容量大、并能保持長期穩(wěn)定的熔鹽管殼式蒸汽發(fā)生裝置，該裝置能較好地滿足工業(yè)上規(guī)模化的太陽能中高溫熱利用要求。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過上述裝置實現(xiàn)的熔鹽管殼式蒸汽發(fā)生方法。

本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：一種熔鹽管殼式蒸汽發(fā)生裝置，包括管殼式換熱器、蒸汽分離輸出組件和加熱保溫組件，蒸汽分離輸出組件設于管殼式換熱器頂部，加熱保溫組件設于管殼式換熱器的容器壁外側；所述管殼式換熱器包括從上到下依次設置的頂部管箱、管體和底部管箱，管體內(nèi)部設有管束，管束兩端分別通過管板與管體固定連接，管體內(nèi)管束間的空隙填有熔鹽；所述管體外側設有熔鹽進口管道和熔鹽出口管道，所述底部管箱設有水進口管道和水出口管道。

所述管殼式換熱器的管體為筒體結構，頂部管箱和底部管箱分別為相應的橢圓管箱結構。

所述頂部管箱、底部管箱、管體、管板和管束的材料均為不銹鋼；管束與管板之間、管板與管體之間均通過焊接密封，固定形成一體式結構；頂部管箱和底部管箱分別通過法蘭與管體固定連接。

所述頂部管箱還設有用于蒸汽發(fā)生過程中保證液位穩(wěn)定的液位控制器。

所述管束中單根不銹鋼管的直徑為10～30mm，管壁厚度為1～2mm。

所述蒸汽分離輸出組件包括與頂部管箱依次連接的蒸汽通道和蒸汽包；所述蒸汽通道內(nèi)設有過濾網(wǎng)，蒸汽包上分別設有安全閥、蒸汽出口、壓力表和蒸汽壓力控制器。

所述加熱保溫組件包括保溫層和加熱絲，加熱絲纏繞于管殼式換熱器的管體外側，保溫層包裹于加熱絲外側。

所述保溫層可采用玻璃纖維保溫材料或其它保溫材料，保溫層的厚度取決于熔鹽的溫度和熱損失要求。

上述熔鹽管殼式蒸汽發(fā)生裝置中，熔鹽的種類可根據(jù)蒸汽的實際工作溫度區(qū)間進行選擇。

本發(fā)明的熔鹽管殼式蒸汽發(fā)生裝置工作時，其工作原理為：高溫熱水從水進口管道被抽入底部管箱，并通過管束進入頂部管箱，管束內(nèi)高溫熱水與管體內(nèi)的熔鹽熱交換過程中形成蒸汽與水的兩相流現(xiàn)象，管殼式換熱器內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽通道進入蒸汽包，使蒸汽包內(nèi)壓力不斷增加，當蒸汽包內(nèi)氣壓達到設定壓力后，蒸汽出口不斷輸出高溫高壓蒸汽；蒸汽發(fā)生過程中，液位控制器維持頂部管箱內(nèi)的液位水平，使高溫熱水輸入量與蒸汽輸出量達到平衡；蒸汽輸出過程中，壓力控制器使輸出蒸汽的壓力保持穩(wěn)定；管體外的加熱保溫組件在啟動時預熱管體以避免熔鹽凝固，停機后維持熔鹽溫度促使熔鹽回流，同時減少熱損失。

通過上述裝置實現(xiàn)的熔鹽管殼式蒸汽發(fā)生方法，包括以下步驟：