[發明專利]一種雙管板結構的太陽能熔鹽蒸發裝置

在審

• 申請號: 201710178175.5
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN106855323A
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 姚飛奇;劉可亮;徐昂
• 申請（專利權）人: 杭州鍋爐集團股份有限公司
• 主分類號: F24J2/34
• 分類號: F24J2/34;F24J2/46;F28D20/00;F28F9/02;F28D5/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本發明屬于太陽能高溫熱利用的技術領域，具體涉及一種雙管板結構的太陽能熔鹽蒸發裝置。

背景技術

太陽能高溫熱發電技術是太陽能規模利用的一個重要方向，對人類解決化石能源危機、空氣污染等問題具有深遠的意義。其中塔式聚光熱發電技術具有大容量、高參數等優點，尤其是帶有儲熱的塔式光熱電站，由于具有更長的發電時長及更穩定的電能輸出，因此具有廣闊的應用前景。已建或在建的塔式光熱電站項目幾乎遍布了各大洲，該技術路線展示出強大的市場及生命力。我國的塔式熱發電事業經過前期的研究與技術積累，目前還處于示范化運營階段。2016年09月，我國太陽能熱發電的示范電價與示范項目發布(容量為1.35GW)，可以預見我國的太陽能熱發電事業將迎來一個嶄新的發展階段。

在塔式熱發電技術路線中，目前采用最多的是水工質和熔鹽工質技術。水工質技術具有工質廉價、安全性高、初投資成本低等優勢，但該技術也具有工作壓力高、水和蒸汽儲熱困難等問題。而采用熔鹽工質的太陽能熱發電系統具有工作溫度高、工作壓力低、容易實現大規模儲熱、功率輸出穩定、電網接納程度高等優點，但熔鹽系統也具有系統復雜的特點。同時以熔鹽為吸熱、儲熱介質的光熱發電系統還需要專門的蒸汽發生系統：利用熔鹽儲存的熱量產生高參數的蒸汽。現有的蒸發器通常采用的是管殼式結構型式(熔鹽走管側、蒸發過程發生在殼側)，但這種結構應用到太陽能熔鹽蒸發系統時，蒸發器熔鹽管板上通常需要承受很高的溫差，對于典型的塔式光熱發電系統而言，這種溫差有時會達到150℃以上，由此可能會導致蒸發器管板的應力、甚至裂紋等，并容易導致熔鹽蒸發器管束的泄漏，從而影響蒸汽發生系統及整個光熱電站的正常運行。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：提供了一種雙管板結構的太陽能熔鹽蒸發裝置，該裝置的熔鹽蒸汽發生器具有彼此分開的兩個管板，兩個管板上分別布置換熱管的進口端與出口端，管子的進、出口端分別與管板通過焊接或脹接的方式緊密連接起來。太陽能熔鹽蒸發器的外形可以是U型、半環形、或近環形等類型的結構。這種雙管板結構的蒸發器把熔鹽的進口與出口完全分開，每個管板上的溫度分布均勻，由此消除了溫差應力產生的根源，提高了熔鹽蒸發器的可靠性與壽命。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：一種雙管板結構的太陽能熔鹽蒸發裝置，包括了雙管板結構的熔鹽蒸發器、汽包、汽水上升管和下降管，雙管板結構的熔鹽蒸發器包括蒸發器殼體、熔鹽進口管板、熔鹽出口管板和換熱管束，熔鹽進口管板、熔鹽出口管板、換熱管束均包含在蒸發器殼體內，換熱器管束的兩端分別與熔鹽進口管板、熔鹽出口管板通過焊接或脹接的方式緊密連接，熱熔鹽從雙管板結構的蒸發器的熔鹽進口管板進入到換熱管束，熔鹽釋放熱量加熱蒸發器殼體側的水變成飽和蒸汽，再從熔鹽出口管板流出雙管板結構的熔鹽蒸發器，其中產生的飽和水蒸汽攜帶著飽和水從汽水上升管進入到汽包內，在汽包內完成汽水分離過程，蒸汽輸出送到下一級換熱器，汽包內的水通過下降管進入到雙管板結構的蒸發器。

其中，雙管板結構的熔鹽蒸發器的外形可以是U型、半環形或環形結構，雙管板結構的熔鹽蒸發器把熔鹽的進口與出口完全分開。

本發明的原理在于：目前常用的蒸汽發生器通常采用的是單一管板結構，這種蒸發器的進口、出口熔鹽管端部分布在同一個管板上。對應于發電容量為50MW、100MW的太陽能熔鹽熱發電系統，蒸發器的熔鹽進出口溫差在設計工況下通常會達到100℃以上，在低負荷條件下該溫差可能會超過150℃。同一管板上的大溫差會產生很高的內應力，由此可能導致蒸發器管板及管口等處的裂紋，從而影響到蒸汽發生系統的可靠性。本發明提供了一種雙管板結構的太陽能熔鹽蒸發裝置，這種雙管板結構的太陽能熔鹽蒸發裝置的工作原理如圖1所示，把蒸發器管束的進口與出口分別布置在獨立的管板上，管板之間通過換熱管束連接，管板與換熱管端部通過焊接或脹接工藝連接在一起。根據太陽能熔鹽蒸發器的特點，蒸發器的外形通常設計成大U型，這種雙管板結構可以使同一管板上的溫度分布均勻，消除了溫差應力產生的根源，提高了熔鹽蒸發器的可靠性及壽命。熱熔鹽從高溫管板端進入蒸發器管束，從低溫管板端出來，通過換熱面管束把熱量傳遞給外側的水，產生對應壓力下的飽和蒸汽，汽水混合物通過上升管進入到上部的汽包內，在汽包內完成水汽分離。

本發明相對于傳統的蒸發裝置具有如下顯著優點：

(1)本發明太陽能熔鹽蒸發器的雙管板設計，使管板上的溫度分布變得均勻，由此消除了單管板結構的溫差應力，提高了蒸發器的可靠性及壽命；