CN102721031A

CN102721031A - 一种直流式蒸汽发生器

Info

Publication number: CN102721031A
Application number: CN2012101904216A
Authority: CN
Inventors: 高秀志; 谢果; 周进
Original assignee: DEC Dongfang Turbine Co Ltd
Current assignee: DEC Dongfang Turbine Co Ltd
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明公开了一种直流式蒸汽发生器，包括壳体和换热管，壳体由下到上依次划分为进油腔室、出油腔室、预热腔室、蒸发腔室、除湿腔室和过热腔室，进油腔室上设有导热油进口，进油腔室和出油腔室之间设有内管板，出油腔室上设有导热油出口，出油腔室和预热腔室之间设有外管板，预热腔室上设有给水进口，过热腔室上设有蒸汽出口；换热管为若干根，每根换热管由内管和外管构成，内管的底端延伸至进油腔室并固定在内管板上，内管的顶端延伸至外管的上部，外管的底端延伸至出油腔室并固定在外管板上，外管的顶端为封闭结构，外管的顶端延伸至过热腔室，内管和外管构成夹层结构。它有效解决了热胀差难题，具有稳定、可靠、安全、换热效率高等特点。

Description

一种直流式蒸汽发生器

技术领域

本发明涉及蒸汽发生器，具体是一种直流式蒸汽发生器，它特别适合在太阳能热发电系统中使用。

背景技术

太阳能热发电是通过大量反射镜以聚焦的方式将太阳能直射光聚焦起来，加热导热油，以导热油对蒸汽发生器内的水液进行加热，使水液形成高温高压的蒸汽，以蒸汽驱动汽轮机发电。因此，蒸汽发生器是太阳能热发电系统的核心部件之一。

目前，太阳能热发电系统常用的蒸汽发生器有饱和式蒸汽发生器和直流式蒸汽发生器两种。其中，饱和式蒸汽发生器是以一次流过的工质对水液进行预热、蒸发，蒸发的蒸汽经连接在饱和式蒸汽发生器上的汽水分离器、干燥器处理后，使蒸汽达到所需温度后再进入汽轮机；直流式蒸汽发生器具有过热功能，即以一次流过的工质对水液进行预热、蒸发、过热，使蒸汽达到所需温度后直接进入汽轮机。因而，直流式蒸发器相较饱和式蒸发器而言，具有结构简单、体积小、造价低的特点，适合在太阳能热发电系统中大力推广应用。但是，直流式蒸汽发生器一直以来存在热胀差的技术瓶颈，这严重制约了直流式蒸发器的推广应用。我们知道，太阳能热发电系统具有昼夜间歇工作的特性，蒸汽发生器全天工作时，其内部工作导热油的温度变化很大，导热油的工作温度一般为300～400℃，夜间循环温度一般为50℃，那么就是说，蒸汽发生器内的工作导热油全天在约350℃的范围内浮动，这样大的一个浮动范围，导致构成蒸汽发生器的各个部件需要具有很大的热膨胀量，蒸汽发生器的制造难度增大，制造成本高。

中国专利文献公开了一种“直流式蒸汽发生器及其运行方法”（公开号：CN 1853072，公开日：2006年10月25日），该蒸汽发生器采用“E”型结构的换热管，以“E”型结构的换热管解决蒸汽发生器的热胀差难题，并以“E”型结构的换热管增大水液的受热面积，提高换热效果。但是，根据传热学理论，两侧介质纯逆向流动时，传热对数温差才能实现最大化，换热效率才是最高。因此，该技术虽能解决蒸汽发生器的热胀差难题，确无法实现两侧介质逆向流动，换热效果差，换热效率低，而且结构复杂，制造难度大。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术的不足，在有效解决热胀差难题的前提下，提供一种结构简单、换热效果好、换热效率高、可靠实用、方便制造的直流式蒸汽发生器。

本发明采用的技术方案是：一种直流式蒸汽发生器，包括壳体和换热管，所述壳体由下到上依次划分为进油腔室、出油腔室、预热腔室、蒸发腔室、除湿腔室和过热腔室，所述进油腔室上设有导热油进口，进油腔室和出油腔室之间设有内管板，所述出油腔室上设有导热油出口，出油腔室和预热腔室之间设有外管板，所述预热腔室上设有给水进口，所述过热腔室上设有蒸汽出口；所述换热管为若干根，每根换热管由内管和外管构成，内管的底端延伸至进油腔室并固定在内管板上，内管的顶端延伸至外管的上部，外管的底端延伸至出油腔室并固定在外管板上，外管的顶端为封闭结构，外管的顶端延伸至过热腔室，内管和外管构成夹层结构。

所述蒸发腔室设有液位测量仪。

所述预热腔室和过热腔室的换热管上分别套装有至少一块折流板；所述蒸发腔室和除湿腔室的换热管上分别套装有至少一块支撑板。

所述预热腔室、过热腔室的折流板以及蒸发腔室、除湿腔室的支撑板由至少一根拉杆串联起来，拉杆的底端固定在外管板上，外管板和折流板之间、各折流板之间、各支撑板之间以及折流板和支撑板之间的拉杆上分别套装有定距管。

所述折流板上具有换热管的穿孔，该穿孔为梅花孔，梅花孔的支撑叶贴紧换热管的外管壁面，梅花孔的其余部分与换热管的外管壁面形成空隙。

所述支撑板上具有若干条形栅孔，这些条形栅孔供换热管和蒸汽穿过，相邻支撑板上的条形栅孔方向形成交叉，交叉角度为90o或120o。

所述换热管的内管和外管之间设有防止内管振动并干扰导热油流动的凸起。

所述凸起为肋片、螺旋凸起或条形凸起。

所述换热管的内管为层状结构，由内层的不锈钢层、中层的绝热涂层和外层的不锈钢层构成。

所述换热管的内管顶端为“V”型口结构。

本发明具有以下主要优点：

1. 将预热腔室、蒸发腔室、除湿腔室和过热腔室合理的结合成一体，形成了直流式蒸汽发生器，提高了蒸汽的出口温度，减少了后续设备的投入成本，具有设计合理、结构简单、体积小、造价低、实用性强等特点，适合在太阳能热发电系统中大力推广应用；

2. 以若干根夹层结构的竖向换热管（内管、外管可以完全自由移动）有效解决了直流式蒸汽发生器的热胀差难题，具有良好的稳定性、可靠性和安全性，使用寿命长，维护成本低；同时该换热管内的流动介质（导热油）与外部的流动介质（水液）实现了纯逆流，传热对数温差大、换热效率高；

3. 换热管与支撑板之间以条形栅孔装配在一起，减小了换热管与支撑板之间因热膨胀量不同而产生的热应力；换热管与折流板之间以梅花孔装配在一起，减小了换热管与折流板之间因热膨胀量不同而产生的热应力，使得蒸汽发生器内的热胀差问题得到进一步有效、可靠的解决；

4. 支撑板和折流板的结构使得上升的蒸汽不断改变方向，呈螺旋形流动，增加了湿蒸汽与换热管之间的换热效果，达到了除湿目的，且湿蒸汽总体呈轴向流动，减少了湿蒸汽对换热管的横向冲蚀；

5. 换热管的内管和外管之间设有防止内管振动并干扰导热油流动的凸起，不仅有效防止了内管振动，使得内管与外管的同心度得以保持，而且阻碍了导热油的流速，使导热油缓慢流动，换热效率得以进一步提高；换热管的内管结构，不仅能够承受较大的结构强度，而且热阻性能优良，避免了导热油通过内管产生无用换热（对夹层内的导热油换热），无热量损失。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是图1中的换热管结构示意图。

图3是图2 中的A-A放大示意图。

图4是图1中的相邻支撑板的组合结构示意图。

图5是图1中的折流板与换热管的装配结构示意图。

图6是图1中的支撑板、折流板的组合结构示意图。

图7是本发明使用过程中的蒸汽流动示意图。

图中代号含义：1—导热油进口；2—进油腔室；3—内管板；4—内管；5—出油腔室；6—导热油出口；7—外管板；8—外管；9—给水进口；10—预热腔室；11—折流板；12—蒸发腔室；13—支撑板；14—液位测量仪；15—除湿腔室；16—过热腔室；17—蒸汽出口；18—肋片；19—壳体；20—条形栅孔；21—支撑叶；22—梅花孔；23—拉杆；24—定距管。

具体实施方式

参见图1至图6：本发明包括壳体19和换热管。

其中，壳体19由下到上依次划分为进油腔室2、出油腔室5、预热腔室10、蒸发腔室12、除湿腔室15和过热腔室16。进油腔室2上设有导热油进口1，进油腔室2和出油腔室5之间设有内管板3。出油腔室5上设有导热油出口6，出油腔室5和预热腔室10之间设有外管板7。预热腔室10上设有给水进口9，供水液进入壳体19。蒸发腔室12设有液位测量仪14，通过测量仪可以就地监视壳体19内的液位情况。过热腔室16的顶部设有蒸汽出口17。

换热管为若干根，每根换热管由内管4和外管8构成夹层结构。内管4为层状结构，由内层的不锈钢层、中层的绝热涂层和外层的不锈钢层构成，内层的不锈钢层用作承受结构强度，中层的绝热涂层用作增加内管的热阻性，避免导热油在内管产生无用换热，杜绝热量损失，外层的不锈钢层用作防止绝热涂层脱离，避免夹层内的导热油污染。内管4的底端延伸至进油腔室2并以膨胀焊接方式固定在内管板3上，内管4的顶端延伸至外管8的上部，内管4顶端为“V”型口结构，这样可以使溢出内管4的导热油均布于内管4的外周。外管8的底端延伸至出油腔室5并以膨胀焊接方式固定在外管板7上，外管8的顶端为封闭结构，外管8的顶端延伸至过热腔室16，内管4和外管8同心布置，二者构成夹层结构。内管4和外管8之间设有防止内管4振动并干扰导热油流动的凸起，该凸起为肋片18结构，它既可以避免内管4振动，确保内管4和外管8的同心度，同时也能对导热油的流动速度起到一定的阻缓作用，提高换热效率。该凸起除了采用肋片结构外，还可以是螺旋凸起（在内管的外壁加工螺旋槽）或条形凸起（在内管的外壁加工“U”型槽），但这将增大换热管的加工难度。

预热腔室5和过热腔室16的换热管上分别套装有多块折流板11，预热腔室5的折流板11用作改变水液的流动方向，使水液加速蒸发；过热腔室16的折流板11用作改变蒸汽的流向，提高过热蒸汽的出口温度；折流板11上的换热管套装穿孔为梅花孔22，该梅花孔22具有四块弧形凸起的支撑叶21，每块支撑叶21贴紧换热管的外管8壁面，梅花孔22的其余部分与换热管的外管8壁面形成空隙，通过空隙减小换热管与折流板之间因热膨胀量不同而产生的热应力。蒸发腔室12和除湿腔室15的换热管上分别套装有多块支撑板13，这些支撑板13一方面用作使所有的换热管进行相互定位、支撑，另一方面用作对蒸汽进行折流，提高热交换效率，每块支撑板13上具有若干条形栅孔20，这些条形栅孔平行的规则布置，每条条形栅孔20的宽度应与换热管的外管8直径相对应，这些条形栅孔20供换热管和蒸汽穿过，相邻支撑板13上的条形栅孔20的方向形成垂直交叉（即交叉角度为90o），换热管从相邻支撑板13上条形栅孔20的迭合孔中穿过，通过条形栅孔20减小换热管与支撑板之间因热膨胀量不同而产生的热应力；前述相邻支撑板13上的条形栅孔20的方向交叉除了选用垂直交叉外，还可以是其它的，例如形成钝角120o的交叉。预热腔室5、过热腔室16的折流板11以及蒸发腔室12、除湿腔室15的支撑板13由四根拉杆23串联起来，每根拉杆23的底端固定在外管板7上，外管板7和折流板11之间、各折流板11之间、各支撑板13之间以及折流板11和支撑板13之间的拉杆23上分别套装有定距管24，定距管24的高度根据蒸汽发生器的设计规格而定。

上述梅花孔22的支撑叶数量，以及拉杆23的数量，根据具体设计要求而定，并非特定值。

本发明的工作过程是：从给水进口9向预热腔室10持续注入水液；同时将太阳能热发电系统中加热的导热油从导热油进口1注入进油腔室2；进油腔室2内的导热油在压力作用下进入换热管的内管4、攀升至内管4顶端、从内管4的顶端翻出，并从内管4和外管8之间形成的夹层内向下流动，从外管8的底端流出，进入出油腔室5，从导热油出口6排出进行再循环；就在导热油从换热管的夹层内流动的时候，导热油通过外管8与外管8外部的冷水液、饱和水液、湿蒸汽、干蒸汽、过热蒸汽进行热交换，即将预热腔室10内的冷水液加热成饱和水液，饱和水液进入蒸发腔室12下部，在蒸发腔室12内沸腾形成湿蒸汽，湿蒸汽经蒸发腔室12进入除湿腔室15，在除湿腔室15的下部将所含的微细液滴蒸发掉，形成干蒸汽，干蒸汽进入过热腔室16，对干蒸汽继续进行加热，使其达到所需温度的过热蒸汽，过热蒸汽从过热腔室16顶部的蒸汽出口17排出、进入汽轮机。蒸汽上升的过程中，由于支撑板13和折流板11的阻挡，使蒸汽上升过程中的流动方向不断改变（但总体以轴向流动），呈螺旋形流动（参见图7），有利于进行充分的热交换。

Claims

1.一种直流式蒸汽发生器，包括壳体（19）和换热管，其特征在于：所述壳体（19）由下到上依次划分为进油腔室（2）、出油腔室（5）、预热腔室（10）、蒸发腔室（12）、除湿腔室（15）和过热腔室（16），所述进油腔室（2）上设有导热油进口（1），进油腔室（2）和出油腔室（5）之间设有内管板（3），所述出油腔室（5）上设有导热油出口（6），出油腔室（5）和预热腔室（10）之间设有外管板（7），所述预热腔室（10）上设有给水进口（9），所述过热腔室（16）上设有蒸汽出口（17）；所述换热管为若干根，每根换热管由内管（4）和外管（8）构成，内管（4）的底端延伸至进油腔室（2）并固定在内管板（3）上，内管（4）的顶端延伸至外管（8）的上部，外管（8）的底端延伸至出油腔室（5）并固定在外管板（7）上，外管（8）的顶端为封闭结构，外管（8）的顶端延伸至过热腔室（16），内管（4）和外管（8）构成夹层结构。

2.根据权利要求1所述直流式蒸汽发生器，其特征在于：所述蒸发腔室（12）设有液位测量仪（14）。

3.根据权利要求1所述直流式蒸汽发生器，其特征在于：所述预热腔室（5）和过热腔室（16）的换热管上分别套装有至少一块折流板（11）；所述蒸发腔室（12）和除湿腔室（15）的换热管上分别套装有至少一块支撑板（13）。

4.根据权利要求3所述直流式蒸汽发生器，其特征在于：所述预热腔室（5）、过热腔室（16）的折流板（11）以及蒸发腔室（12）、除湿腔室（15）的支撑板（13）由至少一根拉杆（23）串联起来，拉杆（23）的底端固定在外管板（7）上，外管板（7）和折流板（11）之间、各折流板（11）之间、各支撑板（13）之间以及折流板（11）和支撑板（13）之间的拉杆（23）上分别套装有定距管（24）。

5.根据权利要求3所述直流式蒸汽发生器，其特征在于：所述折流板（11）上具有换热管的穿孔，该穿孔为梅花孔（22），梅花孔（22）的支撑叶（21）贴紧换热管的外管（8）壁面，梅花孔（22）的其余部分与换热管的外管（8）壁面形成空隙。

6.根据权利要求3所述直流式蒸汽发生器，其特征在于：所述支撑板（13）上具有若干条形栅孔（20），这些条形栅孔（20）供换热管和蒸汽穿过，相邻支撑板（13）上的条形栅孔（20）方向形成交叉，交叉角度为90o或120o。

7.根据权利要求1所述直流式蒸汽发生器，其特征在于：所述换热管的内管（4）和外管（8）之间设有防止内管（4）振动并干扰导热油流动的凸起。

8.根据权利要求7所述直流式蒸汽发生器，其特征在于：所述凸起为肋片（18）、螺旋凸起或条形凸起。

9.根据权利要求1所述直流式蒸汽发生器，其特征在于：所述换热管的内管（4）为层状结构，由内层的不锈钢层、中层的绝热涂层和外层的不锈钢层构成。

10.根据权利要求1所述直流式蒸汽发生器，其特征在于：所述换热管的内管（4）顶端为“V”型口结构。