[發明專利]用于集中太陽能發電設備中的熔鹽蒸汽發生器的熱交換器

有效

• 申請號: 201880034199.6
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN110691953B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 阿爾弗雷德·德蒂爾;斯特凡·維南德;伊夫·萊克盧;里德哈·哈爾扎拉赫;艾爾多·阿葛涅蒂;托馬斯·鮑蒂爾;克里斯托弗·德太耶
• 申請（專利權）人: 考克利爾維修工程
• 主分類號: F28D7/06
• 分類號: F28D7/06;F22B1/00;F22B1/06;F28F9/22;F01K25/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 李佳佳

發夾式熱交換器(1)，其中成束的平行U形彎管(2)從交換器中伸出并經由彎管(11)分別在第一直段處的內部殼體(3)和外部殼體(4)的一端之外連接到第一集管(9)，并在第二直段處的內部殼體(3)和外部殼體(4)的一端之外連接到第二集管(10)，第一集管將第一流體分配到成束的直管(2)，第二集管從成束的直管(2)中收集呈液體、蒸汽或液體/蒸汽混合物形式的第一流體。

技術領域

本發明涉及熱交換器領域，特別是熱交換器，例如蒸發器、過熱器、再熱器和節能器，其旨在用于導熱流體蒸汽發生器中，例如集中太陽能發電設備(CSP)的熔鹽蒸汽發生器(MSSG)。

背景技術

已知的是，CSP塔設備通常包括一個或多個位于中央塔的頂點處的太陽能接收器。這些太陽能接收器被集中的入射太陽光線加熱，并且它們產生熱流體，該熱流體將進一步用于產生能夠驅動渦輪和發電的高壓蒸汽。

更具體地，CSP塔設備具有主要部件，即，至少定日鏡太陽能場、安裝在塔架頂部的太陽能接收器、蒸汽發生器、蒸汽渦輪機和存儲系統。在熔鹽技術中，熔鹽通常在太陽能接收器中加熱到565℃，并存儲在熱存儲罐中。當需要發電時，熱鹽從熱罐流到熔鹽蒸汽發生器(MSSG)，產生蒸汽，然后將蒸汽注入蒸汽渦輪機。

圖1示意性地示出了用于MSSG的典型的所謂熱交換器列的部件。熱熔鹽從入口100穿過再熱器101和過熱器104進入蒸發器102。此后，熱鹽從蒸發器102的出口流向節能器103，再流向出口105。

所謂的“殼管式”熱交換器在現有技術中是指適于高壓應用的一類熱交換器設計。這種類型的熱交換器由一個稱為“殼體”的大壓力容器組成，殼體內部有一組稱為“束”的管。第一流體流過管，而第二流體在殼體內在管上流過，第一流體和第二流體具有不同的溫度，目的是將熱量從第二流體傳遞到第一流體，反之亦然。

殼管式設計上有許多變化。例如，圖2示意性地顯示了直管式熱交換器(兩通管側)。每個管21的端部通過設置在稱為“管板”27的分隔板上的孔連接到水箱或充氣室29。管21可以是直的，如圖2所示，或者可以彎曲成“U”形(U形管)。

為了在兩種流體之間提供改善的熱交換，第二流體的流動路徑通常由形成相應通道的中間擋板28確定，從而第二流體流在從一個通道流向下一通道時改變其方向。擋板通常呈部分圓形段或環形圈和圓盤的形式，垂直于殼體22的縱向軸線安裝以提供第二流體的Z字形流動。

圖3所示的上述設計的現有技術替代方案是水平發夾式熱交換器。發夾式熱交換器1具有兩個包含U形管的直部的殼體22。發夾的頭部包含管的180°U形彎曲部。這種發夾設計的優點是：

-不需要聯合膨脹系統，因為熱膨脹自然由發夾設計管理；

-由于直管和交換器的水平位置，因此交換器的排水和排氣更容易。

蒸汽發生器的不同概念是已知的。桑迪亞(Sandia)報告93-7084“蓄熱和蒸汽發生器問題調查，貝克特公司”中報告了這些不同概念的綜合，其中列出了現有蒸汽發生器的優缺點。

為了提高熱交換器中的傳熱效率，自1920年代以來就知道安裝在殼體中的擋板可以具有旨在以螺旋形路徑引導流體的特定形狀。而且，在相同的殼體側壓降下，采用連續螺旋形擋板，與傳統的分段擋板相比，傳熱率提高了約10％(J.Heat Transfer(2007),Vol.129(10),1425-1431)。該模式允許減少在分段擋板中發生的泄漏流，并且進一步大大地增加了熱傳遞系數(J.Heat Transfer(2010),Vol.132(10),101801)。而且，避免了流分層和停滯區(根據計算)，這允許完全排空并降低了結垢敏感性(較低的結垢阻力和較低的傳熱面積)。