CN205002645U - 一种用于熔盐介质的新型换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于熔盐介质的新型换热器，包括熔盐介质流经的内管和不饱和水介质流经的螺旋管，内管和螺旋管之间的空隙设有中间导热材料层，中间导热材料层完全包裹于螺旋管外壁，中间导热材料层的外侧设有内保护管，内保护管用于容纳支撑中间导热材料层，在内保护管的外壁设有保温材料层，保温材料层的外侧设有整体外护层。本实用新型能结构简单、设计合理，有效降低熔盐粘度随温度下降而上升所导致的冻堵风险，减小了长距离输送带来的热量及压力损失，同时独特的管型设计提高单位长度上的换热面积，能够使各状态水、蒸汽在流动时在截面上产生二次环流，混合更充分，增强传热效果。

Description

一种用于熔盐介质的新型换热器

技术领域

本实用新型涉及一种用于熔盐介质的新型换热器，属于光热发电技术领域。

背景技术

当前光热发电领域带有储热功能的太阳能电站以熔盐为储热介质，通过汇聚太阳光照射熔盐吸热器，使熔盐温度上升，再将熔盐导入储热罐中储存热量，通过换热器将熔盐中的热量转换成朗肯循环工质的热量，一般采用水作为朗肯循环的工质，液态水在换热器中吸收热量变成过热蒸汽推动汽轮机发电。熔盐在传统的换热器及其中间换热管流动，熔盐换热器最为重要的一点就是防止温度过低，发生冻堵，然而当下各型换热器均没有进行相应的设计改进。当前光热发电技术采用的换热器为传统的管壳式换热器，包括导热油—水、熔盐—水、水—水换热等。其对于液体—液体或液体—气体换热效果不错，但是对于熔盐—水的换热形式不能完全满足使用要求。由于熔盐（此处以二元盐硝酸钠硝酸钾为例）熔点为207℃，完全熔化温度238℃，当熔盐低于238℃就会出现固态晶体，低于300℃随温度降低粘度急剧增加，由于管壳式的结构布局，管束与壳体、换热管间的间距等因素，无论熔盐流经管侧或壳侧，均会导致熔盐挂壁甚至冻堵；间壁式换热器形式不利于熔盐流动，更易冻堵；混合式采用两换热介质直接混合的方式，也不符合熔盐—水换热要求。对于管壳式换热器而言，由于接管相对于壳体有尺寸差别，增加了热工***启停的反应时间，当熔盐流经管侧时，增大了压力损失。当前管壳式换热器在模块化上已经有所应用，但是对于常用的组合，也不过是两个换热器叠加，三个叠加的更为少见，主要是因为换热器强度所限，或者多台换热器同一平面布置，但是此时熔盐不管在壳侧还是管侧均需要外部管道连接，因此必定出现外部管道的最低点，对***关闭时熔盐的排空造成较大影响。故而，传统管壳式换热器的灵活性、模块化在传统领域满足要求，但用在以熔盐为介质的光热发电领域还有较多缺陷。传统管壳式换热器中的换热管更换周期较短，设备维护成本较高，对于光热发电领域，由于热工***启停的频繁性，换热管寿命会更短，因此传统管壳式换热器在使用寿命方面也不能令人满意。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对目前技术不能满足现有的需要，提供一种用于熔盐介质的新型换热器，能有效降低熔盐粘度随温度下降而上升所导致的冻堵风险，减小了长距离输送带来的热量及压力损失，同时独特的管型设计提高单位长度上的换热面积，能够使各状态水、蒸汽在流动时在截面上产生二次环流，混合更充分，增强传热效果。

本实用新型所采用的技术方案是：一种用于熔盐介质的新型换热器，包括熔盐介质流经的内管和不饱和水介质流经的螺旋管，内管和螺旋管之间的空隙设有中间导热材料层，中间导热材料层完全包裹于螺旋管外壁，中间导热材料层的外侧设有内保护管，内保护管用于容纳支撑中间导热材料层，在内保护管的外壁设有保温材料层，保温材料层的外侧设有整体外护层。

在本实用新型中：所述的中间导热材料层由混凝土或导热沙组成，所述的保温材料层由二氧化硅或硅酸铝棉组成，所述的整体外护层由环保镁钢或彩钢板组成。

在本实用新型中：所述的内管的管径大于螺旋管的管径，二者管径大小需根据具体热负荷确定，螺旋管沿内管缠绕且螺旋管和内管的外壁间隔1mm-2mm，其中螺旋管内壁喷砂或者车削出螺旋状管线。

在本实用新型中：所述的内管、螺旋管和内保护管的外管壁均设有独立支架，用于保证其相互间的距离，不致塌陷挤压。

在本实用新型中：所述的独立支架均固定在支撑模架上，支撑模架的下方设有模架底座。

本实用新型的有益效果：

1．内管采用大管径的直管保证了在***冷启动时熔盐流动时较好的流通性，并且整个换热过程不需要改变管径大小，不存在熔盐在管壳式换热器管侧时换热过程中的容易冻堵的薄弱点，由于采用大管径，熔盐可以满足长距离输送的要求，而不必担心长距离输送后换热器进口压力是否满足要求；

2.螺旋管采用与弹簧类似的螺旋结构，从而提高单位长度上的换热面积，该螺旋状结构能够使各状态水、蒸汽在流动时在截面上产生二次环流，混合更充分，增强传热效果；

3.螺旋管内喷砂或者车削出螺旋状管线，使各状态水、蒸汽能够有效避免膜态沸腾引起的管壁传热系数降低的情况；

4.螺旋管沿内管缠绕，螺旋管和内管的外壁不接触，防止螺旋管受热轴向膨胀时与内管发生摩擦而磨损管壁，在两管间填充的中间导热材料层具有流动性，保证两管受一次、二次应力时能够自由伸缩变形；

5.在使用寿命方面，螺旋管和内管均能符合压力管道标准，即15年使用寿命，较之传统管壳式换热管束的寿命有较大提高；

6.保温采用管道中的复合保温形式，减小保温厚度，提高经济性，同时该换热器在塔式、槽式、蝶式、线性菲尼尔式等常见使用熔盐或类似介质的电站上可以广泛应用。

附图说明

图1是本实用新型的局部分层剖视图；

图2是本实用新型的换热管局部图；

图3是本实用新型中独立支架的结构示意图。

其中：1.内管；2.螺旋管；3.中间导热材料层；4.内保护管；5.保温材料层；6.整体外护层；7.独立支架；8.支撑模架；9.模架底座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1和2所示，一种用于熔盐介质的新型换热器，包括熔盐介质流经的内管1和不饱和水介质流经的螺旋管2，内管1和螺旋管2之间的空隙设有中间导热材料层3，中间导热材料层3完全包裹于螺旋管2外壁，中间导热材料层3的外侧设有内保护管4，内保护管4用于容纳支撑中间导热材料层3，在内保护管4的外壁设有保温材料层5，保温材料层5的外侧设有整体外护层6。所述的中间导热材料层3由混凝土或导热沙组成，所述的保温材料层5由二氧化硅或硅酸铝棉组成，所述的整体外护层6由环保镁钢或彩钢板组成；所述的内管1的管径大于螺旋管2的管径，二者管径大小需根据具体热负荷确定，螺旋管2沿内管1缠绕且螺旋管2和内管1的外壁间隔1mm-2mm，其中螺旋管2内壁喷砂或者车削出螺旋状管线；所述的内管1、螺旋管2和内保护管4均设有独立支架7，用于保证其相互间的距离，不致塌陷挤压；所述的独立支架7均固定在支撑模架8上，支撑模架8的下方设有模架底座9。

由于该型换热器总体与管道类似，可主要采用管道敷设的形式安装，比如高中低支架敷设安装，或者直埋敷设安装，不论采取哪一种安装形式，两换热管（内管和螺旋管）及内保护管均具有相对独立的支撑措施，保证不同组件之间受力后的强度刚度要求，以及材料受热后能够自由伸缩。

由于光热发电地面利用率越高，收集到的太阳光越多的事实，往往热工***布置空间较为有限，该型换热器外形尺寸较小，布置灵活，具有先天优势，在一些极为特殊的情况下，可以实现间断安装，而不会影响***总换热效率。

光热发电领域的熔盐换热器不仅能达到传统换热器的换热效果，也能满足热工***排盐的要求，对于有高差的场地，利用高差，局部采用平缓过渡设计，可以做到依靠重力自动排盐；对于无高差的场地，依靠改变换热器支架高度，全程采用缓坡设计，也可实现自动排盐；对于不允许采用全程缓坡设计的场地，可以采取分段缓坡设计，分段排盐。

在熔盐换热器投入运行后依然允许采用变更的方式改造换热器，通过改变路由，增减换热面积；通过设置旁通、增加管件等，做到改变控制流程、方便后期项目对接等，可以满足灵活多变的变更方案要求。

以上对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但本实用新型并不限于以上描述。对于本领域的技术人员而言，任何对本技术方案的同等修改和替代都是在本实用新型的范围之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。

Claims (5)

1.一种用于熔盐介质的新型换热器，其特征在于：包括熔盐介质流经的内管和不饱和水介质流经的螺旋管，内管和螺旋管之间的空隙设有中间导热材料层，中间导热材料层完全包裹于螺旋管外壁，中间导热材料层的外侧设有内保护管，内保护管用于容纳支撑中间导热材料层，在内保护管的外壁设有保温材料层，保温材料层的外侧设有整体外护层。

2.根据权利要求1所述一种用于熔盐介质的新型换热器，其特征在于：所述的中间导热材料层由混凝土或导热沙组成，所述的保温材料层由二氧化硅或硅酸铝棉组成，所述的整体外护层由环保镁钢或彩钢板组成。

3.根据权利要求1所述一种用于熔盐介质的新型换热器，其特征在于：所述的内管的的管径大于螺旋管的管径，螺旋管沿内管缠绕且螺旋管和内管的外壁间隔1mm-2mm，螺旋管内壁喷砂或者车削出螺旋状管线。

4.根据权利要求1所述一种用于熔盐介质的新型换热器，其特征在于：所述的内管、螺旋管和内保护管的外管壁均设有独立支架，独立支架用于保证其相互间的距离，不致塌陷挤压。

5.根据权利要求4所述一种用于熔盐介质的新型换热器，其特征在于：所述的独立支架均固定在支撑模架上，支撑模架的下方设有模架底座。