CN101956969A - 一种熔盐盘管式蒸汽发生方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种熔盐盘管式蒸汽发生方法及装置，其装置包括水箱系统、盘管系统、蒸汽输出系统，盘管系统固结于水箱系统中部，蒸汽输出系统设于水箱系统顶部；水箱系统内液位控制器通过调节液位来控制盘管内外换热速率与蒸汽发生速度；盘管系统利用三通阀来控制高温气体与熔盐的流通；蒸汽输出系统采用压力控制器使输出蒸汽压力保持稳定。其方法是先采用高温气体预热管体，然后依次进行熔盐灌注、热水灌注和蒸汽输出，最后吹离盘管内熔盐。本发明稳定性好、可控性强，且具有较低的制造成本和维护成本，能较好地满足工业上规模化太阳能中高温热利用的要求。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能中高温热利用领域，特别涉及一种熔盐盘管式蒸汽发生方法及装置。
背景技术
太阳能具有资源丰富、清洁无污染的特点，对解决能源危机和环境问题有着特别重要的作用。从能源转化方式来看，太阳能利用主要包括光电、光热、光化学利用等方式。太阳能中高温热利用技术做为成本低且具有规模化前景的清洁能源技术，是未来极具前景的战略性新能源技术，该技术主要包括太阳能热发电、太阳能产蒸汽、太阳能制氢、太阳能海水淡化、太阳能锅炉等，其装置主要通过太阳能的聚集、吸收、储存和转换来实现太阳能的利用。
由于太阳辐射能具有间歇性和不稳定性，难以满足工业化大规模连续稳定供能的要求，因此必须发展高效传热蓄热技术以有效解决太阳能的储存与使用问题。太阳能中高温热利用系统采用的传热蓄热介质主要有熔盐、液态金属、压缩气体、导热油等，其中熔盐由于热容大、粘性低、工作温度范围广的显著优势而得到广泛使用，所以如何把熔盐蓄热转化为蒸汽成为太阳能中高温热利用的关键技术之一。
太阳能产蒸汽是太阳能中高温规模化利用的重要形式，主要有平板集热式蒸汽发生器与聚光吸热式蒸汽发生器。聚光吸热式蒸汽发生器主要有直接式(以水/水蒸汽直接作为吸热传热蓄热介质)与间接式(以熔盐、导热油作为吸热传热蓄热介质)两类。目前常用的一种典型的间接式蒸汽发生器是太阳能熔盐套管式蒸气发生器，该装置使用套管外壁耐高温选择性涂层吸收太阳辐射能，将吸收热量传递给套管内的熔盐，然后传给蛇形内管的水形成蒸汽。该装置不足之处是：(1)由于套管外太阳能辐射的实时变化，套管内熔盐内能变化与蒸发过程相耦合，套管系统整个传热过程和水蒸汽参数不易控制；(2)蛇形吸热管结构较为复杂，加工难度大，难于规模化利用等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种稳定性好、可控性强的熔盐盘管式蒸汽发生装置和方法，通过该装置和方法能较好地满足工业上规模化太阳能中高温热利用的要求。
本发明提供一种实施上述方法的熔盐盘管式蒸汽发生装置，包括水箱系统、盘管系统与蒸汽输出系统，盘管系统固结于水箱系统中部，蒸汽输出系统设于水箱系统顶部。
所述水箱系统包括箱体、水进口管道、顶部封头与液位控制器；箱体为圆筒结构，顶部封头为椭圆形封头，顶部封头通过法兰与箱体固定连接，水进口管道焊接于箱体上形成一体式结构，所述箱体还设有液位控制器。
所述盘管系统包括盘管、熔盐进口管道、熔盐出口管道、高温气体进口管道、高温气体出口管道、进口三通阀、出口三通阀；盘管由不锈钢圆管加工成型，管内流通高温熔盐或气体，盘管与箱体通过焊接形成密封、固定的一体式结构；熔盐进口管道、高温气体进口管道、盘管均与进口三通阀相连接，通过进口三通阀来控制进口管道的开闭；熔盐出口管道、高温气体出口管道、盘管均与出口三通阀相连接，通过出口三通阀来控制出口管道的开闭。
所述蒸汽输出系统包括蒸汽通道、蒸汽包；蒸汽通道与所述水箱系统的顶部封头相连，蒸汽通道内设有过滤网，蒸汽包位于蒸汽通道上方，蒸汽包上部设有安全阀、蒸汽出口、压力表，所述蒸汽出口上还设有蒸汽压力控制器。
本发明还提供了一种熔盐盘管式蒸汽发生的方法，首先，使高温气体进入盘管预热管壁，直至管体温度高于熔盐凝固点温度；然后向盘管内灌注高温熔盐，同时向箱体内灌注高温热水，高温热水吸收盘管内高温熔盐的热量形成的水蒸汽进入蒸汽包；当蒸汽包内的蒸汽压力达到设定的压力值后，输出蒸汽；系统停止工作时，利用高温气体吹回熔盐。
具体包括以下步骤：
(1)预热过程：调节进出口三通阀，打开高温气体进出口管道，关闭熔盐进出口管道，高温气体进入盘管预热管壁，直至管体温度高于熔盐凝固点温度；
(2)熔盐灌注：调节进出口三通阀，打开熔盐进出口管道，关闭高温气体进出口管道，从熔盐进口管道开始向盘管内灌注高温熔盐，熔盐充满整个盘管后从熔盐出口管道流出；
(3)热水灌注：从水进口管道向箱体内灌注高温热水，箱体内液位由液位控制器调节，高温热水不断吸收盘管内高温熔盐热能产生蒸汽；
(4)蒸汽输出：箱体内产生的蒸汽通过蒸汽通道经过滤后进入蒸汽包，压力表实时检测蒸汽包内的蒸汽压力，当蒸汽包内的压力达到设定的压力值后，蒸汽从蒸汽出口输出；
(5)系统停止：放空箱体内高温热水，打开高温气体进口管道与熔盐出口管道，关闭熔盐进口管道与高温气体出口管道，利用高温气体把盘管内熔盐吹离。
所述蒸汽输出过程中，蒸汽进入蒸汽包前通过过滤网进行过滤；利用安全阀和蒸汽压力控制器使输出的蒸汽压力保持稳定；蒸汽从蒸汽出口输出的同时，从水进口管道向箱体内灌入高温热水。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、工作温度范围广，盘管式蒸汽发生系统各组件均采用不锈钢材料，具有较高的耐温耐压与耐腐蚀性能，熔盐工质也具有较宽的使用温度范围。
2、蒸汽发生过程稳定，液位控制器通过调节液位来控制盘管内熔盐与箱体内水的换热速度，进而控制蒸汽发生速度。
3、蒸汽参数可控性强，采用压力表和蒸汽压力控制器实时检测和控制蒸汽压力，实现可控的蒸汽输出。
4、结构简单、推广潜力大，盘管式蒸汽发生系统各组件结构简单，易于加工，可以在能源环保等领域推广应用。
附图说明
图1为本发明一具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
图1是一种熔盐盘管式蒸汽发生装置的结构图。该装置包括水箱系统、盘管系统与蒸汽输出系统，盘管系统固结于水箱系统中部，蒸汽输出系统设于水箱系统顶部。
水箱系统包括箱体3、水进口管道1、顶部封头7与液位控制器13；箱体3为圆筒结构，顶部封头7为椭圆形封头，顶部封头7通过法兰与箱体3固定连接，水进口管道1焊接于箱体3上形成一体式结构，箱体3还设有液位控制器13。
盘管系统包括盘管14、熔盐进口管道9、熔盐出口管道4、高温气体进口管道11、气体出口管道6、进口三通阀10、出口三通阀5；盘管14由不锈钢圆管加工成型，管内流通高温熔盐或气体，盘管14与箱体3通过焊接形成密封、固定的一体式结构；熔盐进口管道9、高温气体进口管道11、盘管14均与进口三通阀10相连接，通过进口三通阀10来控制进口管道的开闭；熔盐出口管道4、气体出口管道6、盘管14均与出口三通阀5相连接，通过出口三通阀5来控制出口管道的开闭。
蒸汽输出系统包括蒸汽通道8、蒸汽包16；蒸汽通道8与所述水箱系统的顶部封头7相连，蒸汽通道8内设有过滤网15，蒸汽包16位于蒸汽通道8上方，蒸汽包16上部设有安全阀20、蒸汽出口18、压力表17，所述蒸汽出口18上还设有蒸汽压力控制器19。
结合图1装置详细说明一种熔盐盘管式蒸汽发生的方法，首先，使高温气体进入盘管14预热管壁，直至管体温度高于熔盐凝固点温度；然后向盘管14内灌注高温熔盐，同时向箱体3内灌注高温热水，高温热水吸收盘管14内高温熔盐的热量形成的水蒸汽进入蒸汽包16；当蒸汽包16内的蒸汽压力达到设定的压力值后，输出蒸汽；系统停止工作时，利用高温气体吹回熔盐。
具体包括以下步骤：
(1)预热过程：调节进出口三通阀，打开高温气体进口管道11与气体出口管道6，关闭熔盐进口管道9与熔盐出口管道4，高温气体进入盘管14预热管壁，直至管体14温度高于熔盐凝固点温度；
(2)熔盐灌注：调节进出口三通阀，打开熔盐进口管道9与熔盐出口管道4，关闭高温气体进口管道11与气体出口管道6，从熔盐进口管道9开始向盘管14内灌注高温熔盐，熔盐充满整个盘管14后从熔盐出口管道4流出；
(3)热水灌注：从水进口管道1向箱体3内灌注高温热水，箱体3内液位由液位控制器13调节，高温热水不断吸收盘管14内高温熔盐热能产生蒸汽；
(4)蒸汽输出：箱体3内产生的蒸汽通过蒸汽通道8经过滤后进入蒸汽包16，压力表17实时检测蒸汽包16内的蒸汽压力，当蒸汽包16内的压力达到设定的压力值后，蒸汽从蒸汽出口18输出；
(5)系统停止：放空箱体3内高温热水，打开高温气体进口管道11与熔盐出口管道4，关闭熔盐进口管道9与高温气体出口管道6，利用高温气体把盘管14内熔盐吹离。
所述蒸汽输出过程中，蒸汽进入蒸汽包16前通过过滤网15进行过滤；利用安全阀20和蒸汽压力控制器19使输出的蒸汽压力保持稳定；蒸汽从蒸汽出口18输出的同时，从水进口管道1向箱体内3灌入高温热水。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
Claims (9)
1.一种熔盐盘管式蒸汽发生方法，其特征在于步骤为：使高温气体进入盘管预热管壁，直至管体温度高于熔盐凝固点温度；然后向盘管内灌注高温熔盐，同时向箱体内灌注高温热水，高温热水吸收盘管内高温熔盐的热量形成的水蒸汽进入蒸汽包；当蒸汽包内的蒸汽压力达到设定的压力值后，输出蒸汽；系统停止工作时，利用高温气体吹回熔盐。
2.根据权利要求1所述的一种熔盐盘管式蒸汽发生方法，其特征在于步骤具体如下：
(1)预热过程：调节进出口三通阀，打开高温气体进出口管道，关闭熔盐进出口管道，高温气体进入盘管预热管壁，直至管体温度高于熔盐凝固点温度；
(2)熔盐灌注：调节进出口三通阀，打开熔盐进出口管道，关闭高温气体进出口管道，从熔盐进口管道开始向盘管内灌注高温熔盐，熔盐充满整个盘管后从熔盐出口管道流出；
(3)热水灌注：从水进口管道向箱体内灌注高温热水，箱体内液位由液位控制器调节，高温热水不断吸收盘管内高温熔盐热能产生蒸汽；
(4)蒸汽输出：箱体内产生的蒸汽通过蒸汽通道经过滤后进入蒸汽包，压力表实时检测蒸汽包内的蒸汽压力，当蒸汽包内的压力达到设定的压力值后，蒸汽从蒸汽出口输出；
(5)系统停止：放空箱体内高温热水，打开高温气体进口管道与熔盐出口管道，关闭熔盐进口管道与高温气体出口管道，利用高温气体把盘管内熔盐吹离。
3.根据权利要求2所述的一种熔盐盘管式蒸汽发生方法，其特征在于，步骤(4)所述蒸汽输出过程中，蒸汽进入蒸汽包前通过过滤网进行过滤；利用安全阀和蒸汽压力控制器使输出的蒸汽压力保持稳定；蒸汽从蒸汽出口输出的同时，从水进口管道向箱体内灌入高温热水。
4.一种熔盐盘管式蒸汽发生装置，其特征在于，包括水箱系统、盘管系统、蒸汽输出系统；盘管系统固结于水箱系统中部，蒸汽输出系统设于水箱系统顶部。
5.根据权利要求4所述的一种熔盐盘管式蒸汽发生装置，其特征在于，所述的水箱系统包括箱体、水进口管道、顶部封头；顶部封头通过法兰与箱体固定连接；水进口管道焊接于箱体上形成一体式结构，所述箱体还设有液位控制器。
6.根据权利要求5所述的一种熔盐盘管式蒸汽发生装置，其特征在于，水箱系统中所述的箱体为圆筒结构；所述的顶部封头为椭圆形封头。
7.根据权利要求4或5所述的一种熔盐盘管式蒸汽发生装置，其特征在于，所述的盘管系统包括盘管、熔盐进口管道、熔盐出口管道、高温气体进口管道、高温气体出口管道、进口三通阀、出口三通阀；熔盐进口管道、高温气体进口管道、盘管均与进口三通阀相连接；熔盐出口管道、高温气体出口管道、盘管均与出口三通阀相连接；盘管与所述水箱系统的箱体通过焊接形成密封、固定的一体式结构。
8.根据权利要求7所述的一种熔盐盘管式蒸汽发生装置，其特征在于，盘管系统中所述的盘管由不锈钢圆管加工成型，管内流通高温熔盐或气体。
9.根据权利要求4或5所述的一种熔盐盘管式蒸汽发生装置，其特征在于，所述蒸汽输出系统包括蒸汽通道、蒸汽包；蒸汽通道与所述水箱系统的顶部封头相连，蒸汽通道内设有过滤网，蒸汽包位于蒸汽通道上方，蒸汽包上部设有安全阀、蒸汽出口、压力表，所述蒸汽出口上还设有蒸汽压力控制器。
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