CN117128782A - 错列式烟气熔盐换热器及熔盐储热*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种错列式烟气熔盐换热器及熔盐储热***，所述换热器包括多个横向布置的上集箱和多个横向布置的下集箱，所述上集箱与下集箱沿烟气流动方向错位排列；所述上集箱的熔盐流出部与相对的所述下集箱的熔盐流入部通过垂直的管排相连通，所述下集箱的熔盐流出部与相对的所述上集箱的熔盐流入部通过垂直的管排相连通；所述下集箱中处于头部位置的下集箱设有熔盐入口，所述上集箱中处于尾部位置的上集箱连通至熔盐集箱，所述熔盐集箱设有熔盐出口；所述换热器的烟气进口与熔盐出口位于同一侧，所述换热器的烟气出口与熔盐入口位于同一侧。该换热器有效的解决了烟气熔盐换热器的冻盐、管道布置复杂、换热系数不高等问题。

Description

错列式烟气熔盐换热器及熔盐储热***

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其涉及用于通过烟气等气体对熔盐进行加热的烟气熔盐换热器。本发明还涉及设有所述烟气熔盐换热器的熔盐储热***。

背景技术

目前，在新型电力***中，高比例消纳可再生能源，是实现双碳目标的必然途径，而储能技术在整个能源体系中发挥重要的枢纽作用，是真正实现源荷解耦的有效方法。

耦合熔盐储热技术的传统发电技术和新能源发电技术将作为灵活调峰电源在新型电力***中发挥关键作用。例如，带储热的太阳能光热发电可以承担电网调峰任务，耦合熔盐储热的火电机组可较大程度上提高机组灵活性和调峰能力。在储能***中，作为能量在不同介质之间传递的部件换热器的性能显得尤为重要，烟气熔盐换热器在火电机组与熔盐储热***的耦合中是能量转换的核心部件之一。

相关技术主要是利用熔盐流过蛇形盘管、自上而下流过Z字型带坡度的管道、带坡度的螺旋形管道等方式，抑制停机过程中熔盐在管道中的堵塞问题，增加熔盐在换热器内的流程以增大熔盐的温升。

但是，上述相关技术存在以下缺陷：

首先，将熔盐管道设置一定的坡度可在一定程度上解决冻盐堵盐问题，理论上可以靠熔盐自身的重力克服其在管道内的流动阻力以完成卸盐。但由于熔盐粘度较大，且熔盐泵停运后在管道内形成一定的负压，熔盐流动阻力增大，无法依靠熔盐自身重力将盐完全流出管道。在换热器停机过程中，难免造成冻盐堵盐问题。

其次，单管流动增加了换热器停运的风险。一旦管道中的某处堵盐，将使得熔盐在换热器内不能流动，造成运行故障。

又次，带坡度的Z字型管道有较大的管道间距，管道坡度越大间距越大。而单管螺旋结构的换热器所能布置的管道数量及长度有限，不利于烟气和熔盐的换热。两种结构的换热器在同样熔盐流程的下，明显增加了换热器的尺寸，不利于换热器合理的空间布置。同时，Z型换热器结构不利于尾部烟气通过对流换热加热管道内部的熔盐。

再者，不论是螺旋单管结构还是带坡度的Z字型结构，当换热器发生堵盐时，不得不换掉整个管道***或者整块管板，维修成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种错列式烟气熔盐换热器，以解决上述技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种设有所述错列式烟气熔盐换热器的熔盐储热***。

为实现上述目的，本发明提供一种错列式烟气熔盐换热器，包括多个横向布置的上集箱和多个横向布置的下集箱，所述上集箱与下集箱沿烟气流动方向错位排列；所述上集箱的熔盐流出部与相对的所述下集箱的熔盐流入部通过垂直的管排相连通，所述下集箱的熔盐流出部与相对的所述上集箱的熔盐流入部通过垂直的管排相连通；所述下集箱中处于头部位置的下集箱设有熔盐入口，所述上集箱中处于尾部位置的上集箱连通至熔盐集箱，所述熔盐集箱设有熔盐出口；所述换热器的烟气进口与熔盐出口位于同一侧，所述换热器的烟气出口与熔盐入口位于同一侧。

在一种实施方式中，所述管排包括多个管板，各所述管板分别包括多个并联的垂直管道。

在一种实施方式中，所述熔盐上集箱呈倒“V”形，其熔盐流入部与熔盐流出部之间的夹角为2°～4°。

在一种实施方式中，所述熔盐下集箱呈“V”形，其熔盐流入部与熔盐流出部之间的夹角为2°～4°。

在一种实施方式中，所述上集箱的顶点处通过第一分支管路与所述熔盐集箱相连通，并在与所述熔盐集箱相连通的第一分支管路上设有通风阀。

在一种实施方式中，所述下集箱的低点处通过第二分支管路与所述熔盐集箱的熔盐出口管路相连通，并在所述第二分支管路上设有卸盐阀。

在一种实施方式中，在所述换热器运行过程中，所述通风阀和卸盐阀处于关闭状态，在所述换热器卸盐过程中，所述通风阀和卸盐阀处于开启状态。

在一种实施方式中，所述下集箱中处于头部位置的下集箱仅具有熔盐流出部，所述上集箱中处于尾部位置的上集箱仅具有熔盐流入部。

在一种实施方式中，所述熔盐集箱所处的位置高于所述上集箱。

为了实现上述另一目的，本发明提供一种熔盐储热***，包括冷盐罐、热盐罐和烟气熔盐换热器，所述烟气熔盐换热器用于通过烟气将所述冷盐罐中的熔盐加热后储存于所述热盐罐，所述烟气熔盐换热器为上述一项所述的错列式烟气熔盐换热器。

本发明所提供的错列式烟气熔盐换热器，其上集箱与下集箱沿烟气流动方向错位排列，上集箱的熔盐流出部与，下集箱的熔盐流入部通过垂直的管排相连通，下集箱的熔盐流出部与上集箱的熔盐流入部通过垂直的管排相连通。这样，便形成了连续蛇行的熔盐流通路径，使熔盐在换热器内部具有更大的流程，而且，换热器的烟气进口与熔盐出口位于同一侧，所述换热器的烟气出口与熔盐入口位于同一侧，烟气沿水平方向流动吹过垂直的管排，可以使烟气与熔盐实现高效换热，熔盐能够快速升温且升温幅值更高，具有较高的换热系数。此外，管排在换热器中为立式布置，并且一个管排中包含了多个并联管道，可以快速高效的完成卸盐，并避免某个管道堵塞而造成换热器无法正常工作，同时可以使熔盐管道在换热器内合理布置，实现换热器内空间的合理利用。

本发明所提供的熔盐储热***设有所述错列式烟气熔盐换热器，由于所述错列式烟气熔盐换热器具有上述技术效果，则设有该错列式烟气熔盐换热器的熔盐储热***也应具有相应的技术效果。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的一种错列式烟气熔盐换热器的结构示意图；

图2为图1所示错列式烟气熔盐换热器的A-A视图；

图3为图1所示错列式烟气熔盐换热器的B-B局部视图。

图中：

10.上集箱11.熔盐流入部12.熔盐流出部20.下集箱21.熔盐流入部22.熔盐流出部30.管排31.管道40.熔盐集箱41.熔盐出口管路50.第一分支管路51.通风阀60.第二分支管路61.卸盐阀

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在本文中，“上、下、头、尾”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

请参考图1至图3，图1为本发明实施例所提供的一种错列式烟气熔盐换热器的结构示意图；图2为图1所示错列式烟气熔盐换热器的A-A视图；图3为图1所示错列式烟气熔盐换热器的B-B局部视图。

如图所示，在一种具体实施例中，本发明所提供的错列式烟气熔盐换热器，具有四个横向布置的上集箱10和四个横向布置的下集箱20，上集箱10与下集箱20沿烟气流动方向错位排列，其中，上集箱10的熔盐流出部与相对的下集箱20的熔盐流入部通过垂直的管排30相连通，下集箱10的熔盐流出部与相对的上集箱10的熔盐流入部通过垂直的管排30相连通，熔盐在管排30中垂直流动(见图1中竖向箭头)。

具体地，熔盐上集箱10呈倒“V”形，其熔盐流入部11与熔盐流出部12之间的夹角为2°～4°，在本实施例中，上集箱10的熔盐流入部11与熔盐流出部12之间的夹角为2°，与熔盐上集箱10类似地，熔盐下集箱20呈“V”形，其熔盐流入部21与熔盐流出部22之间的夹角为2°～4°，在本实施例中，下集箱20的熔盐流入部21与熔盐流出部22之间的夹角为2°。

将熔盐上集箱10设计成倒“V”形，可以形成类似屋脊的形状，从而有利于卸盐时，熔盐利用重力沿斜面从中间向两边流动，从而提高卸盐效率，避免出现卸盐不畅或存在卸盐死角等问题；将熔盐下集箱20设计成“V”形，可以形成类似漏斗的形状，从而有利于卸盐时，熔盐从两边沿斜面向中间流动，从而提高卸盐效率，避免出现卸盐不畅或存在卸盐死角等问题。

这里需要说明的是，为了使换热器的头尾两端保持齐平，四个下集箱20中处于头部位置的下集箱只具保留右半部分，仅具有熔盐流出部22，四个上集箱10中处于尾部位置的上集箱10只保留左半部分，仅具有熔盐流入部11。

下集箱20中处于头部位置的下集箱20设有熔盐入口，用于连通冷盐罐，从冷盐罐输出的低温熔盐可以从下集箱20的熔盐入口进入换热器，上集箱10中处于尾部位置的上集箱10连通至熔盐集箱40，熔盐集箱40起到汇集熔盐的作用，其所处的位置高于上集箱10一定距离，熔盐集箱40设有熔盐出口管路41，此熔盐出口管路41用于连通热盐罐，以便将加热后的熔盐储存在热盐罐中。

从图中可以看出，换热器的烟气进口与熔盐出口位于同一侧，换热器的烟气出口与熔盐入口位于同一侧，烟气流动的方向与熔盐在管排30中流动的方向相垂直。熔盐沿连续蛇行的路径流动(见图1中虚线所示)，使熔盐在换热器内部具有更大的流程，烟气沿水平方向流动吹过垂直的管排30(见图1中燕尾箭头所示)，可以使烟气与熔盐实现高效换热，熔盐能够快速升温且升温幅值更高，具有较高的换热系数。

每一组管排30分别具有多个管板，各管板分别具有多个并联的垂直管道31，也就是说，每个管排30由多个并联管道31组成。当其中某根或部分管道31发生冻盐或其他故障时，只需换掉发生故障的管道31即可，因此可大大降低维修成本；而且，在换热器设计过程中，管排30之间的横向间距和管排30内的管道31之间的纵向间距以及管道31的尺寸，可根据烟气流速等阻力状况由相关标准确定，可以使熔盐管道31在换热器内合理布置，实现换热器内空间的合理利用。

每一个上集箱10的顶点处通过第一分支管路50与熔盐集箱40相连通，并在与熔盐集箱40相连通的第一分支管路50上设有通风阀51。

每一个下集箱20的低点处通过第二分支管路60与熔盐集箱40的熔盐出口管路41相连通，并在第二分支管路60上设有卸盐阀61。

在换热器运行过程中，通风阀51和卸盐阀61处于关闭状态，在换热器卸盐过程中，通风阀51和卸盐阀61处于开启状态，熔盐通过卸盐阀61顺着下降管流到储盐罐中，实现快速卸盐，避免熔盐在管道31中堵塞，卸盐完成后，关闭烟气侧，烟气不再进入换热器，避免对换热器进行干烧造成过热。

在换热器启动时，通风阀51处于开启状态，将管道31内空气排入环境中，排空完成后关闭；在运行过程中，通风阀51处于关闭状态；在卸盐时，通风阀51处于开启状态，熔盐集箱40中带有压力的气体可在卸盐过程中提供一定的动力，有助于熔盐集箱40卸盐。

实际使用时，换热器可以安装在锅炉的烟道内，例如主烟道或旁路烟道等，其在运行时，熔盐从下集箱20进入换热器，进入下集箱29中的熔盐分别流入与下集箱20相连的管道31中。分配到每个管排30中。以其中一组管排30为例，熔盐从第一个下集箱20进入第一组管排30，熔盐沿着垂直管道31流动到达第一个上集箱10后，向下进入第二组管排30，熔盐由第二组管排30汇聚到第二个下集箱20。熔盐以此方式流过其余的管排30，熔盐在尾部管排处汇聚到最后一个上集箱10，也就是熔盐出口集箱，在流出换热器出口后，熔盐进入到出口顶部的熔盐集箱40中。

上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，多个上集箱10或下集箱20可以是一体式结构或分体式结构，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

本发明所提供的烟气熔盐换热器可以快速高效的完成卸盐，而且，管排布置紧凑，可以使熔盐管道在换热器内合理布置，便于换热器内空间的合理利用，有效的解决了烟气熔盐换热器的冻盐、管道布置复杂、换热系数不高等问题。

除了上述错列式烟气熔盐换热器，本发明还提供一种熔盐储热***，其包括冷盐罐、热盐罐和烟气熔盐换热器，烟气熔盐换热器用于通过烟气将冷盐罐中的熔盐加热后储存于热盐罐，其中，烟气熔盐换热器为上文所描述的错列式烟气熔盐换热器，关于熔盐储热***的其余结构，请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的错列式烟气熔盐换热器及熔盐储热***进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.错列式烟气熔盐换热器，其特征在于，包括多个横向布置的上集箱和多个横向布置的下集箱，所述上集箱与下集箱沿烟气流动方向错位排列；所述上集箱的熔盐流出部与相对的所述下集箱的熔盐流入部通过垂直的管排相连通，所述下集箱的熔盐流出部与相对的所述上集箱的熔盐流入部通过垂直的管排相连通；所述下集箱中处于头部位置的下集箱设有熔盐入口，所述上集箱中处于尾部位置的上集箱连通至熔盐集箱，所述熔盐集箱设有熔盐出口；所述换热器的烟气进口与熔盐出口位于同一侧，所述换热器的烟气出口与熔盐入口位于同一侧。

2.根据权利要求1所述的错列式烟气熔盐换热器，其特征在于，所述管排包括多个管板，各所述管板分别包括多个并联的垂直管道。

3.根据权利要求2所述的错列式烟气熔盐换热器，其特征在于，所述上集箱呈倒“V”形，其熔盐流入部与熔盐流出部之间的夹角为2°～4°。

4.根据权利要求3所述的错列式烟气熔盐换热器，其特征在于，所述下集箱呈“V”形，其熔盐流入部与熔盐流出部之间的夹角为2°～4°。

5.根据权利要求4所述的错列式烟气熔盐换热器，其特征在于，所述上集箱的顶点处通过第一分支管路与所述熔盐集箱相连通，并在与所述熔盐集箱相连通的第一分支管路上设有通风阀。

6.根据权利要求5所述的错列式烟气熔盐换热器，其特征在于，所述下集箱的低点处通过第二分支管路与所述熔盐集箱的熔盐出口管路相连通，并在所述第二分支管路上设有卸盐阀。

7.根据权利要求6所述的错列式烟气熔盐换热器，其特征在于，在所述换热器运行过程中，所述通风阀和卸盐阀处于关闭状态，在所述换热器卸盐过程中，所述通风阀和卸盐阀处于开启状态。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的错列式烟气熔盐换热器，其特征在于，所述下集箱中处于头部位置的下集箱仅具有熔盐流出部，所述上集箱中处于尾部位置的上集箱仅具有熔盐流入部。

9.根据权利要求8所述的错列式烟气熔盐换热器，其特征在于，所述熔盐集箱所处的位置高于所述上集箱。

10.熔盐储热***，包括冷盐罐、热盐罐和烟气熔盐换热器，所述烟气熔盐换热器用于通过烟气将所述冷盐罐中的熔盐加热后储存于所述热盐罐，其特征在于，所述烟气熔盐换热器为上述权利要求1至9中任一项所述的错列式烟气熔盐换热器。