[發明專利]一種高溫高壓換熱器及其工作方法

在審

• 申請號: 201910183233.2
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN109798789A
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 鄭開云;黃志強
• 申請（專利權）人: 上海發電設備成套設計研究院有限責任公司
• 主分類號: F28D7/16
• 分類號: F28D7/16;F28F9/02;F28F9/26;F28F21/08;F28F21/04
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;吳小麗

本發明提供了一種高溫高壓換熱器及其工作方法，包括殼體及分別設于殼體前、后兩端的前、后端封頭蓋，殼體內有設傳熱管，傳熱管的前、后兩端分別連接固定管板、浮動管板；固定管板固定于前端封頭蓋內，前端封頭蓋前端設有傳熱介質進口；浮動管板連接浮頭蓋，浮頭蓋設于后端封頭蓋內，浮頭蓋后端設有傳熱介質出口管，傳熱介質出口管與后端封頭蓋上的傳熱介質出口聯通；殼體兩端分別設有工質進、出口；殼體及后端封頭蓋內側設有隔熱罩，殼體及后端封頭蓋內壁與隔熱罩之間形成冷卻腔，殼體上設有冷卻工質進口。本發明的換熱器可用于加熱工質至750℃以上，同時可承受30MPa等級的工質壓力，在外壓作用下失穩變形時不易發生破裂，安全性高。

技術領域

本發明涉及一種高溫高壓換熱器及其工作方法，屬于換熱器技術領域。

背景技術

國內外的熱力發電行業正在研究更高溫度參數的發電機組。燃煤汽輪發電機組的初參數已超過600℃等級，750℃等級的機組已取得技術突破。新型的超臨界二氧化碳循環發電機組也在廣泛研究之中，美國的Sunshot計劃采用溫度參數為700℃以上的超臨界二氧化碳循環作為聚光太陽能熱發電機組的熱電轉換裝置。提高溫度參數可使發電機組的效率提高，特別是超臨界二氧化碳循環，當溫度超過750℃時，這種效率提升的潛力巨大，且可使超臨界二氧化碳循環的效率顯著超過同參數的汽輪發電機組。無論何種熱力發電方式，其中都需要可以承受高溫高壓的換熱器，以將高溫熱源的熱量傳遞給工質，使工質達到所需要的參數，此時換熱器的受熱面材料可能承受800℃以上的高溫，并且還要考慮高達30MPa以上的工質壓力作用。

常規的換熱器設計中，高壓工質在傳熱管內流動，低壓傳熱介質(熱源)在傳熱管外流動，當傳熱管采用金屬制作時，金屬溫度超過700℃，就需要采用高等級的材料(如：鎳基合金)，進一步提高金屬溫度至800℃，金屬材料將不能勝任，需要采用陶瓷或陶瓷復合材料，但是這些材料還在研發中，離應用尚早。由此看來，按照常規換熱器的設計，提高選用材料的等級來應對溫度參數提升的技術路線有很大的局限性，并且經濟性也不好。

上述情況的核心問題在于傳熱管，需要改變傳熱管的常規設計，并且調整換熱器的結構，從而實現在現有的、成熟的、經濟性較好的材料的基礎上，制作此類高溫高壓的換熱器。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：如何較經濟地實現適用于750℃/30MPa及以上參數等級熱力發電機組的高溫高壓換熱器。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供一種高溫高壓換熱器，包括殼體及分別設于殼體前、后兩端的前端封頭蓋、后端封頭蓋，殼體內有設傳熱管，傳熱管的前、后兩端分別連接固定管板、浮動管板；固定管板固定于前端封頭蓋內，前端封頭蓋前端設有傳熱介質進口；浮動管板連接浮頭蓋，浮頭蓋設于后端封頭蓋內，浮頭蓋后端設有傳熱介質出口管，傳熱介質出口管與后端封頭蓋上的傳熱介質出口聯通；

殼體一端設有工質進口，另一端設有工質出口；殼體及后端封頭蓋內側設有隔熱罩，殼體及后端封頭蓋內壁與所述隔熱罩之間形成冷卻腔，殼體上設有便于冷卻工質進入所述冷卻腔的冷卻工質進口。

優選地，所述后端封頭蓋內側的隔熱罩設于浮頭蓋與后端封頭蓋之間，隔熱罩后端為自由端，該自由端與傳熱介質出口管之間設有間隙；隔熱罩與浮動管板之間設有間隙。

優選地，所述隔熱罩包括底板，底板上貼有隔熱層，底板和隔熱層上分布有通氣孔；底板設于靠近殼體及后端封頭蓋內壁的一側。

優選地，所述固定管板上設有固定管板冷卻流道，浮動管板上設有浮動管板冷卻流道。

優選地，所述傳熱管包括金屬管和設于金屬管內的陶瓷支撐件，陶瓷支撐件與金屬管內壁貼合，陶瓷支撐件內設有多個傳熱介質流通通道。

優選地，所述固定管板上設有多個固定管板傳熱介質流通孔，固定管板傳熱介質流通孔與傳熱管的陶瓷支撐件內的傳熱介質流通通道一一對應，貫通連接；