CN110160027A - 一种管内蒸发无外力驱动的熔盐或导热油蒸汽发生***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管内蒸发无外力驱动的熔盐或导热油蒸汽发生***及方法，包括：汽包、下降管、蒸发器和上升管；蒸发器包括：壳体、封头、管板、分隔板、U型管束及折流板；汽包布置在蒸发器的上方，汽包与蒸发器通过下降管与上升管连接成一个整体；蒸发器壳体内侧、管板以及U型管束的外侧构成了壳侧空间；封头、管板以及U型管束内侧构成了管侧空间；壳侧空间走熔盐或导热油介质，管侧空间走水/汽水混合物介质；封头内的空间被分隔板分成水室和汽水混合室两部分；水室在下，汽水混合室在上；U型管束外设计有若干折流板，形成一定形状的通道，引导熔盐或导热油流经上述通道。
Description
技术领域
本发明涉及一种管内蒸发无外力驱动的熔盐或导热油蒸汽发生***及方法，属于利用特殊介质的工业加热及太阳能热发电领域。
背景技术
熔盐具有沸点高，液相温度范围宽、比热容高、换热能力强等特点，因此是传热、储热的理想介质。近年来熔盐作为一种传热、储热介质被广泛应用在工业领域。太阳能热发电是具有大容量、高效率、分布广泛、清洁环保特点的可再生能源，和熔盐储能结合使该技术具备了热、电解耦的特性，光热机组可以根据电网调度灵活调节输出功率。由于具备了大容量的储热***，光热机组的发电时间大大延长，甚至可以实现稳定、连续发电。这些特点使光热机组在未来的电网结构中可承担带基本负荷或调峰任务。
光热发电及工业用热还常用导热油作为传热介质，导热油具备了熔盐工质的大部分性能(传热能力强、液相温度范围宽等)。使用温度的上限虽然比熔盐低，但导热油具有较低的凝固点，因此对防凝措施的要求远低于熔盐***，该特点也使其在光热发电领域有广泛应用。
蒸汽发生***是太阳能热发电及工业用热的关键设备。根据不同的工艺流程，高温载热介质可以是熔盐或导热油。目前蒸汽发生***采用的是熔盐或导热油走管侧，水/水蒸汽走壳侧，蒸发过程发生在壳侧的设计方法。这类***由于熔盐或导热油在管内，***停机排空时不易排放干净，容易导致熔盐在蒸发器管内的冻结，给***带来风险。此外，这类蒸发装置在熔盐(或导热油)的进口和出口存在较大温差，对于大容量以熔盐为吸热、储热介质的光热电站，进、出口温差会达到100℃左右。这种工作条件给U型管束、单一管板结构的蒸发器带来严重挑战，使蒸发器管板上产生应力集中，长久运行会导致裂纹及泄漏，影响整个***的安全运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种管内蒸发无外力驱动的熔盐或导热油蒸汽发生***及方法，熔盐或导热油在蒸发器的壳体侧流过，加热从管束内侧流过的水，并逐渐完成水的蒸发过程；产生的汽水混合物通过上升管进入到上部的汽包，在汽包内完成汽水分离，汽包内的饱和水再通过下降管进入到蒸发器；该***的汽水循环由密度差产生的浮升力推动，不需要额外驱动力，节省了初投资与运行费用，同时提高了***的可靠性。
本发明采用的技术方案是：
本发明的一种管内蒸发无外力驱动的熔盐或导热油蒸汽发生***，包括：汽包、下降管、蒸发器和上升管；蒸发器包括：壳体、封头、管板、分隔板、U型管束及折流板；汽包布置在蒸发器的上方，汽包与蒸发器通过下降管与上升管连接成一个整体；
蒸发器壳体内侧、管板以及U型管束的外侧构成了壳侧空间；封头、管板以及U型管束内侧构成了管侧空间；壳侧空间走熔盐或导热油介质，管侧空间走水/汽水混合物介质；封头内的空间被分隔板分成水室和汽水混合室两部分；水室在下，汽水混合室在上，这种结构有利于***水/汽工质的循环；U型管束外设计有若干折流板，形成一定形状的通道，引导熔盐或导热油流经上述通道，以达到预期的换热效果；
熔盐或导热油走壳侧空间，这种设计有利于快速排净熔盐或导热油，减小熔盐发生冻堵风险；同时由于熔盐或导热油的运行压力较低，因此可以减小蒸发器壳体的厚度，节省材料成本；水的蒸发过程发生在管侧空间，因此管板上的温度分布均匀，这种设计可以减小管板上应力，提高蒸发器的可靠性。
本发明的一种管内蒸发无外力驱动的熔盐或导热油蒸汽发生方法为：熔盐或导热油高温介质流过壳侧，水和水蒸汽流过管侧；从汽包流出的饱和水经下降管进入到封头下部的水室，进入蒸发器下部管束，经U型转弯后进入上部管束，然后从上部管束进入到汽/水混合室，再通过上升管进入到位于蒸发器上部的汽包，在汽包内完成汽水分离过程。汽水***的循环不需要强制循环泵，而是由密度差产生的浮升力推动，节省了投资和运行成本，并提高了***的可靠性。
根据实际需要，管内蒸发无外力驱动的熔盐(或导热油)-蒸汽发生***在不改变发明实质的情况下，可以有如下多种形式的变化：
汽包和蒸发器优选采用上下布置方案，汽包在上，蒸发器在下，二者之间也可以采用带有一定倾角的变通方案；
***下降管和上升管可以设计成一根或多根，或一根与多根的复杂组合；
蒸发器的汽水混合室与水室优选设计为上、下布置方式，水室位于下部，汽水混合室位于上部，二者也可采取水平布置或倾斜布置；
蒸发器优选设计成U型管束、单一管板、直线壳体结构，也可设计成U型管束、U型壳体的双管板结构。
本发明与现有设计方案相比的优点在于：
(1)熔盐或导热油介质布置在壳体侧，这种设计便于在蒸发器停运时放空熔盐或导热油，减小蒸发器发生熔盐冻堵风险；
(2)蒸发器正常工作时，熔盐或导热油的压力远小于水/汽侧，熔盐或导热油在壳侧的设计方案可以减小壳体厚度，节省高温材料，降低成本；
(3)水和汽水流程布置在管侧，由于水在蒸发过程中保持温度不变，因此蒸发器管板上的温度分布基本一致，不易产生应力及裂纹，提高了蒸发器的可靠性；
(4)水和汽水混合物循环由密度差产生的浮升力推动，工作过程不需要外界推动力，因此***不需要高温、高压的循环水泵，节省了初投资，同时也节省了运行费用；
(5)***内水和汽水循环依靠工质的内生动力推动，消除了采用循环水泵导致故障的可能性，提高了***的可靠性。
附图说明
图1为本发明在正常工作模式下的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明一种管内蒸发无外力驱动的熔盐或导热油蒸汽发生***，包括汽包1，下降管2，蒸发器3，上升管4。蒸发器3又包括壳体31，封头32，管板33，分隔板34，管束35，折流板36等。汽包1位于蒸发器3的上方，汽包1与蒸发器3通过下降管2与上升管4连接成一个***。
蒸发器3壳体31、管板33以及管束35的外侧为壳侧空间；封头32、管板33以及管束35内侧为管侧空间；封头32内的管侧空间被分隔板34分成水室和汽水混合室两部分，并且水室在下、汽水混合室在上，这种结构有利于***的水/汽循环；在蒸发器3内，熔盐或导热油介质走壳侧，水/汽介质走管侧。
***运行时，从汽包1流出的饱和水经下降管2进入到蒸发器3的水室，然后通过管板33进入到管束35，在流动过程中吸收熔盐或导热油放出的热量，逐渐蒸发变成蒸汽；从壳侧一端进入的熔盐经折流板36改变流向，把热量传递给管内水/汽工质，降温后的熔盐从另一端流出蒸发器3；汽水混合物从管束35的另一端流出，汇集在汽水混合室内；汽水混合物再经上升管4流回汽包1；经汽水分离后蒸汽从汽包1流出，饱和水在汽包1下部汇集，再经下降管2进入到蒸发器3，至此水/汽工质完成一个循环；为维持汽包1内的水位，需及时对***进行补水，补水接口布置在汽包1上。由于水和汽水混合物的密度存在较大差值，在汽/水工质组成的回路内，密度差产生的浮升力可以直接推动水/汽工质循环，不需要水泵等外在驱动力。
一种管内蒸发无外力驱动的熔盐导热油蒸汽发生***，可广泛应用在工业加热及太阳能热发电领域，由于***内水/汽工质的循环不依靠外在驱动力。简化后的***可靠性增加，不但可以节省高温、高压循环水泵等初投资，还大大减少了运行、维护成本，该***具有广阔的应用前景。
Claims (2)
1.一种管内蒸发无外力驱动的熔盐或导热油蒸汽发生***，其特征在于，包括：汽包、下降管、蒸发器和上升管；蒸发器包括：壳体、封头、管板、分隔板、U型管束及折流板；汽包布置在蒸发器的上方，汽包与蒸发器通过下降管与上升管连接成一个整体；
蒸发器壳体内侧、管板以及U型管束的外侧构成了壳侧空间；封头、管板以及U型管束内侧构成了管侧空间；壳侧空间走熔盐或导热油介质，管侧空间走水/汽水混合物介质；封头内的空间被分隔板分成水室和汽水混合室两部分；水室在下，汽水混合室在上；U型管束外设计有若干折流板，形成一定形状的通道，引导熔盐或导热油流经上述壳侧空间。
2.一种管内蒸发无外力驱动的熔盐或导热油蒸汽发生方法，其特征在于：熔盐或导热油高温介质流过壳侧，水和水蒸汽流过管侧；从汽包流出的饱和水经下降管进入到封头下部的水室，进入蒸发器下部管束，经U型转弯后进入上部管束，然后从上部管束进入到汽/水混合室，再通过上升管进入到位于蒸发器上部的汽包，在汽包内完成汽水分离过程。
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