CN102966935B - 一种熔盐蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

一种熔盐蒸汽发生器，由汽包（1）、蒸汽发生罐（2）、下集管（3）构成。汽包（1）位于所述的熔盐蒸汽发生器的上部，蒸汽发生罐（2）位于所述的熔盐蒸汽发生器的中部，下集管（3）位于所述的熔盐蒸汽发生器的下部，在蒸汽发生罐（2）下方；所述的下集管（3）支撑所述的熔盐蒸汽发生器。汽包（1）由汽包封头（5）、汽包壳体（4）、蒸汽出口（27）、压力接口（26）、安全阀门接口（28）构成；蒸汽发生罐（2）由蒸汽发生罐外壳（7）、蒸汽发生罐内壳（36）、手孔（11）、蒸汽发生罐封头（8）构成。蒸汽发生罐内壳（36）通过蒸汽上升管（6）和汽包（1）相连。下集管（3）由下集管进口（18）、下集管出口（19）、下集管壳体（20）、下集管封头（21）、辅助换热介质管道（34）、相变储能材料（35）等构成。

Description

一种熔盐蒸汽发生器

技术领域

本发明涉及一种蒸汽发生器，尤其涉及在太阳能热发电应用领域中的熔盐蒸汽发生器。

背景技术

目前，我国正积极发展太阳能热发电技术，并促进太阳能中高温热利用的商业化。但众所周知，太阳能具有间断性、不稳定性等特性，当太阳辐射很差时等天气，如何实现连续太阳能热利用，储能技术成了关键。当前在太阳能热发电系统中，常用的储热工质为导热油和熔盐。熔盐因其凝固点高，需要注意其凝固堵塞问题。专利201110049637.6描述了一种太阳能热发电用储热蒸发一体化装置,强调了快速启动产生蒸汽。专利201110089465.5和专利201110096656.4公开了两种储能式的蒸汽发生器，但没有涉及熔盐容易凝固堵塞问题。专利200910193410.1和专利200810198461.9分别公开了一种熔盐管壳式蒸汽发生装置和一种太阳能熔盐套管式蒸汽发生装置，也没涉及熔盐容易凝固堵塞蒸汽发生器的问题。专利201110311489.0公开了一种光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置，水/水蒸汽走罐体和螺旋盘管内熔盐换热转化为蒸汽，并可通过喷入预热介质对罐体预热。

发明内容

本发明的目的是为了克服熔盐在蒸汽发生器中的冻堵问题，避免直接利用电拌热或电热棒的防冻堵方式带来的安全隐患，提出一种热管防冻堵式熔盐蒸汽发生器。本发明结构紧凑，能利用熔盐来换热产生蒸汽，并能配合熔盐或导热油储能系统实现太阳能热发电系统在阴天、阴雨等太阳辐射比较差的天气时还能产生蒸汽。

本发明的工作原理是：高温熔盐从蒸汽发生罐入口进入和蒸汽发生罐内壳里的水进行换热后，熔盐从蒸汽发生罐出口流出，水在蒸汽发生罐内壳里产生高温高压的水蒸汽，水蒸汽通过蒸汽上升管进入汽包，在汽包里汽水分离后经蒸汽出口出去。

所述的熔盐蒸汽发生器包括汽包、蒸汽发生罐和下集管三大部分。汽包位于所述的熔盐蒸汽发生器的上部，蒸汽发生罐位于所述的熔盐蒸汽发生器的中部，下集管位于所述的熔盐蒸汽发生器的下部，在蒸汽发生罐下方。

所述的下集管支撑整个熔盐蒸汽发生器；蒸汽发生罐的作用是利用熔盐和水换热产生蒸汽，并能起到预热保温防止高温熔盐堵塞的功能；汽包主要的作用是为蒸汽提供空间并汽水分离。

所述的汽包由汽包封头、汽包壳体、蒸汽出口、压力接口和安全阀门接口构成。汽包封头位于汽包壳体的两端，蒸汽出口、压力接口和安全阀门接口位于汽包壳体上部；压力接口和安全阀门接口位于蒸汽出口两旁；汽包壳体上开有蒸汽上升管孔，与蒸汽上升管焊接连接。可以根据需要产生蒸汽品质的要求，设置汽水分离装置。

所述的蒸汽发生罐由蒸汽发生罐外壳、蒸汽发生罐壳体异形热管、蒸汽发生罐内壳、手孔、蒸汽发生罐封头构成。蒸汽发生罐壳体异形热管分为冷凝段和蒸发段两段，其冷凝段构成蒸汽发生罐外壳壳体，其蒸发段插入下集管。蒸汽发生罐内壳通过蒸汽上升管和汽包相连。蒸汽发生罐外壳和蒸汽发生罐内壳同轴，蒸汽发生罐外壳和蒸汽发生罐内壳之间构成熔盐通道。高温熔盐从蒸汽发生罐一端封头的熔盐进口进入，换热后从蒸汽发生罐另一端封头的熔盐出口流出。水在蒸汽发生罐内壳里进行大空间沸腾换热。

所述的蒸汽发生罐外壳由蒸汽发生罐封头及蒸汽发生罐壳体异形热管冷凝段构成，蒸汽发生罐封头位于蒸汽发生罐壳体异形热管冷凝段的两侧并与其焊接；蒸汽发生罐封头上分别有熔盐进出口及手孔，手孔的作用是方便蒸汽发生罐的维护及清理，手孔由密封法兰密封。

所述的蒸汽发生罐壳体异形热管包括蒸发段和冷凝段，蒸发段和冷凝段是连通的，冷凝段位于蒸汽发生罐壳体异形热管的上方。蒸发段是细小圆柱体状并插入下集管。冷凝段为蒸汽发生罐外壳的壳体。冷凝段由两层同轴的圆柱面及其两端圆环焊接密封构成；冷凝段的上端开有蒸汽上升管孔，蒸汽上升管从蒸汽上升管孔中穿过，蒸汽上升管孔与蒸汽上升管之间焊接密封。冷凝段的下端开有普通热管孔，普通热管从普通热管孔中穿过，普通热管孔与普通热管之间焊接密封，普通热管的冷凝段插入蒸汽发生罐内壳，普通热管的蒸发段插入下集管。

所述的蒸汽发生罐内壳由蒸汽发生罐内壳壳体、蒸汽发生罐内壳封头、蒸汽上升管、蒸汽发生罐内壳支座、上液位接头、下液位接头、进水口接头和排污口构成，蒸汽发生罐内壳封头位于蒸汽发生罐内壳壳体两侧并焊接密封，蒸汽上升管位于蒸汽发生罐内壳壳体上部，上液位接头和下液位接头在蒸汽发生罐内壳壳体一侧，上液位接头在下液位接头之上，上下液位接头连接液位计。进水口接头位于蒸汽发生罐内壳壳体另一侧的上部、排污口在进水口接头下部。

所述的下集管由下集管进出口、下集管壳体、下集管封头、储能材料和辅助换热介质管道构成。

下集管进口的一端连接一个下集管壳体，下集管进口的另一端接另一个下集管壳体，所述的下集管壳体由内外套管构成，套管之间填充相变储能材料。两个下集管壳体再汇接一个下集管出口，下集管壳体两端由下集管封头密封焊接；下集管进口、出口和两下集管壳体构成一个“回”字型结构，起到对整个熔盐蒸汽发生器起到支撑作用；下集管壳体上端开有热管插入孔，异形和普通两种热管的蒸发段从此热管插入孔插入，热管插入孔与热管之间焊接密封。

所述的储能材料为相变材料，相变温度为200℃-400℃。

所述的辅助换热介质可以是高温高压的水/水蒸汽，也可以是高温的导热油。

所述的熔盐蒸汽发生器外部进行绝热保温。

所述的异形热管以及普通热管，其蒸发段和冷凝度都可以添加翅片等进行强化换热。

本发明的蒸汽发生罐外壳体由蒸汽发生罐壳体异形热管的冷凝段构成，异形热管蒸发段通过和下集管内的辅助换热介质换热，使蒸汽发生罐外壳根据需要保持一定的温度；同时普通热管的冷凝段插入蒸汽发生罐内壳内，蒸发段插入下集管内，通过和下集管内的辅助换热介质换热，传递热量到蒸汽发生罐内壳内，把水和蒸汽发生罐内壳进行预热。这样通过两种热管传递辅助换热介质的热量，在该蒸汽发生器的启动和停机中起到预热保温防止高温熔盐堵塞的作用。

本发明有如下的特点：

1、采用大空间沸腾换热，高温熔盐走壳程，熔盐通道空间大，阻力小，减少泵耗，即使冻堵，利用手孔也容易清理；水在蒸汽发生罐内壳里产生高温高压的水蒸汽，水蒸汽通过蒸汽上升管进入汽包，可在汽包里汽水分离后经蒸汽出口出去。

2、利用异形热管和普通热管预热防冻堵，避免直接利用电拌热或电热棒的防冻堵方式带来安全隐患。

3、蒸汽发生罐壳体异形热管的冷凝段作为蒸汽发生罐壳体，其蒸发段为细小圆柱体状，并插入下集管。

4、下集管可以起支撑作用，形如“回”字结构；同时在一个下集管壳体中的套管之间填充200℃-400℃的相变储能介质，相变温度比较平缓，能使蒸汽发生器预热能维持长时间的良好效果。

5、本发明熔盐蒸汽发生器可以和太阳能热发电站等系统连接产生饱和蒸汽，热源采用高温熔盐，辅助换热介质换热可以是高温高压的水/水蒸汽，也可以是高温的导热油。

本发明的有益效果是：该熔盐蒸汽发生器避免直接利用电拌热或电热棒的防冻堵方式带来的安全隐患，提供一种结构紧凑，并能和熔盐或导热油储能系统配合实现连续供饱和蒸汽的蒸汽发生器。该发明中的相变储能，其相变温度比较平缓，能使蒸汽发生器预热能维持长时间的良好效果。

附图说明

图1为本发明的整体结构正等轴测示意图；

图2为本发明的整体结构的剖视图；

图3为本发明的汽包结构的剖视图；

图4为本发明的蒸汽发生罐外壳的结构示意图；

图5为本发明的蒸汽发生罐壳体异形热管的剖视图；

图6为本发明的蒸汽发生罐内壳结构示意图；

图7为图6的侧视图；

图8为本发明的普通热管示意图；

图9为本发明的普通热管排列位置示意图；

图10为本发明的下集管结构的示意图；

图11为图10的剖视图；

图12为图11的A-A向局部示意图；

图13为本发明的一个实施例系统图。

图中：1汽包、2蒸汽发生罐、3下集管、4汽包壳体、5汽包封头、6蒸汽上升管、7蒸汽发生罐壳外壳、8蒸汽发生罐封头、9熔盐出口、10熔盐入口、11手孔、12上液位接头、13下液位接头、14进水口接头、15排污口、16普通热管、17蒸汽发生罐壳体异形热管的蒸发段、18下集管进口、19下集管出口、20下集管壳体、21下集管封头、22蒸汽发生罐壳体异形热管的冷凝段、23蒸汽发生罐内壳壳体、24蒸汽发生罐内壳封头、25蒸汽发生罐内壳支座、26压力接口、27蒸汽出口、28安全阀门接口、29蒸汽上升管孔、30普通热管穿孔、31普通热管的冷凝段、32普通热管的蒸发段、33热管插孔、34辅助换热介质管道、35相变储能材料、36蒸汽发生罐内壳、37储油罐、38电动三通调节阀、39油泵、40蒸汽过热器、41预热器、42高压水泵、43高温熔过热器入口、44高温熔出口、45槽式聚光镜场。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

图1为本发明的整体结构的正等轴测示意图，图2为本发明的整体结构的剖视图。本发明熔盐蒸汽发生器由汽包1、蒸汽发生罐2和下集管3三大部分构成。汽包1由汽包封头5、汽包壳体4、蒸汽出口27、压力接口26、安全阀门接口28构成；汽包封头5位于汽包壳体4的两端，蒸汽出口27、压力接口26和安全阀门接口28位于汽包壳体4的上部；压力接口26和安全阀门接口28位于蒸汽出口27的两旁；汽包壳体4下部开有蒸汽上升管孔29，与蒸汽上升管6焊接连接。汽包结构的剖视图见图3。蒸汽发生罐2由蒸汽发生罐外壳7、蒸汽发生罐内壳36、手孔11和蒸汽发生罐封头8构成。蒸汽发生罐内壳36通过蒸汽上升管6和汽包1相连。下集管3由下集管进口18、下集管出口19、下集管壳体20、下集管封头21、辅助换热介质管道34、相变储能材料35等构成，起支撑整个熔盐蒸汽发生器的受力作用。储能材料为相变材料，相变温度为200℃-400℃。辅助换热介质换热可以是高温高压的水/水蒸汽，也可以是高温的导热油。

图4为本发明的蒸汽发生罐外壳的结构示意图,蒸汽发生罐外壳由蒸汽发生罐封头8及蒸汽发生罐壳体异形热管冷凝段22构成，蒸汽发生罐封头8位于蒸汽发生罐壳体异形热管冷凝段22的两侧并与其焊接而成；蒸汽发生罐封头上分别有熔盐进口10、熔盐出口9及手孔11，手孔11的作用是方便蒸汽发生罐的维护及清理，手孔由密封法兰密封；蒸汽发生罐外壳7和蒸汽发生罐内壳36同轴，这两者间构成熔盐通道空间。高温熔盐从蒸汽发生罐一端封头的熔盐进口10进入，换热后从蒸汽发生罐另一头封头的熔盐出口9流出；水在蒸汽发生罐内壳里进行大空间沸腾换热。

图5为蒸汽发生罐壳体异形热管的剖视图，蒸汽发生罐壳体异形热管包括蒸发段和冷凝段。蒸发段和冷凝段是连通的，冷凝段位于上方，蒸发段位于下方。蒸汽发生罐壳体异形热管的蒸发段17为细小圆柱体状，插入下集管3；蒸汽发生罐壳体异形热管冷凝段22为蒸汽发生罐外壳7的壳体，所述的冷凝段由两层同轴圆柱面及其两端圆环焊接密封构成，冷凝段的上端开有蒸汽上升管孔29，蒸汽上升管6穿过蒸汽上升管孔29，蒸汽上升管孔29与蒸汽上升管6之间焊接密封。冷凝段的下部开有普通热管孔30，普通热管16从普通热管孔30中穿过，普通热管孔30与普通热管16之间焊接密封。普通热管的冷凝段31插入蒸汽发生罐内壳36，普通热管的蒸发段32插入下集管3。

图6为本发明的蒸汽发生罐内壳结构示意图,蒸汽发生罐内壳由蒸汽发生罐内壳壳体23、蒸汽发生罐内壳封头24、蒸汽上升管6、蒸汽发生罐内壳支座25、上液位接头12、下液位接头13、进水口接头14，以及排污口15构成。蒸汽发生罐内壳封头24在蒸汽发生罐内壳壳体23两则，并与其焊接，蒸汽上升管6位于蒸汽发生罐内壳壳体23上部，上液位接头12和下液位接头13在蒸汽发生罐内壳壳体23一侧，连接液位计。进水口接头14在蒸汽发生罐内壳壳体23另一侧的上部、排污口15位于进水口接头14下部。图7为图6的侧视图,蒸汽发生罐内壳支座25上开有圆孔,方便熔盐流过。

图8为本发明的普通热管结构示意图。普通热管16由普通热管冷凝段31和普通热管的蒸发段32构成，普通热管冷凝段31在普通热管蒸发段32的上方，并根据普通热管穿孔30与普热管插孔33的位置，形成一定夹角。图9为本发明的普通热管排列位置示意图,普通热管16对称一字排列,普通热管的冷凝段31插入蒸汽发生罐内壳36，普通热管的蒸发段32插入下集管3。

图10为本发明的下集管结构的示意图,图11为图10的剖视图。下集管3由下集管进口18、下集管出口19、下集管壳体20、下集管封头21、热管插孔33、辅助换热介质管道34、相变储能材料35，以及蒸汽发生罐内壳36构成，下集管进口18的一端连接一下集管壳体20，下集管进口18的另一端接另一个下集管壳体20，所述的下集管壳体20由内外套管构成，如图12所示，内外套管之间填充相变储能材料35；两个下集管壳体再汇接下集管出口19，下集管壳体20的两端由下集管封头21密封焊接；下集管进口18、下集管出口19和两下集管壳体20构成一个“回”字型结构，起到对整个熔盐蒸汽发生器起到支撑作用；下集管壳体20上端开有热管插入孔33，异形热管以及普通热管两种热管的蒸发段插过，热管插入孔33与热管之间焊接密封。

图13为本发明的一个实施例系统图,该系统是太阳能热发电系统的一个蒸汽发生子系统,具体实施例的工作过程如下：

启动过程：

在太阳没出来之前,通过事先在储油罐37中的200℃-400℃导热油,通过电动三通调节阀38使导热油通过下集管进口18、蒸汽发生罐壳体异形热管的蒸发段17和普通热管的蒸发段32把导热油的热量传递到蒸汽发生罐壳体异形热管的冷凝段22和普通热管的冷凝段31,把晚间通过相变储能材料35传热保温的蒸汽发生罐外壳7预热,并进一步提高其温度。普通热管的冷凝段31把热量传递给蒸汽发生罐内壳36内的水和蒸汽发生罐内壳36进行预热。同时导热油也把热量通过辅助换热介质管道34换热给相变储能材料35储起,到晚上保温传给蒸汽发生罐壳体异形热管的冷凝段22。

蒸汽发生过程：

当太阳出来时,通过电动三通调节阀38使导热油流向下集管进口18关闭,只在储油罐37、槽式聚光镜场45、油泵39之间循环。当储油罐37中的导热油达到200℃-400℃时,停油泵39。高温熔盐从高温熔过热器入口43入和蒸汽发生罐蒸汽出口27出来的饱和蒸汽换热后从蒸汽发生罐入口10进入和蒸汽发生罐内壳36里的水进行换热后，熔盐从蒸汽发生罐出口9出去，水在蒸汽发生罐内壳36里产生高温高压的水蒸汽，水蒸汽通过蒸汽上升管6进入汽包1，在汽包1里经蒸汽出口27出去。熔盐从蒸汽发生罐出口9出来后在预热器41里和通过给水泵来的高压水预热.从高温熔出口44出。

停机保温过程：

晚上通过蒸汽发生罐壳体异形热管的蒸发段17和普通热管的蒸发段32把相变储能材料35的热量传递到蒸汽发生罐壳体异形热管的冷凝段22和普通热管的冷凝段31,对蒸汽发生罐内壳36和蒸汽发生罐外壳7进行保温。

Claims (5)

1.一种熔盐蒸汽发生器，所述的熔盐蒸汽发生器由汽包(1)、蒸汽发生罐(2)、下集管(3)三大部分构成；汽包(1)位于所述的熔盐蒸汽发生器的上部，蒸汽发生罐(2)位于所述的熔盐蒸汽发生器的中部，下集管(3)位于所述的熔盐蒸汽发生器的下部，在蒸汽发生罐(2)下方；所述的下集管(3)支撑所述的熔盐蒸汽发生器；

所述的汽包(1)由汽包封头(5)、汽包壳体(4)、蒸汽出口(27)、压力接口(26)和安全阀门接口(28)构成；汽包封头(5)位于汽包壳体(4)的两端，蒸汽出口(27)、压力接口(26)和安全阀门接口(28)位于汽包壳体(4)的上部；压力接口(26)和安全阀门接口(28)位于蒸汽出口(27)两旁；汽包壳体(4)下部开有蒸汽上升管孔(29)，与蒸汽上升管(6)焊接连接，

其特征在于，

所述的蒸汽发生罐(2)由蒸汽发生罐外壳(7)和蒸汽发生罐内壳(36)构成；蒸汽发生罐内壳(36)通过蒸汽上升管(6)和汽包(1)相连；

蒸汽发生罐壳体异形热管分为冷凝段(22)和蒸发段(17)两段，所述的冷凝段(22)构成蒸汽发生罐外壳(7)壳体，蒸汽发生罐外壳(7)包括蒸汽发生罐外壳壳体以及蒸汽发生罐封头(8)，蒸发段(17)插入下集管(3)；蒸汽发生罐外壳(7)和蒸汽发生罐内壳(36)同轴，蒸汽发生罐外壳(7)和蒸汽发生罐内壳(36)之间构成熔盐通道；高温熔盐从蒸汽发生罐一端封头的熔盐进口(10)进入，换热后从蒸汽发生罐另一端封头的熔盐出口(9)流出；水在蒸汽发生罐内壳里进行大空间沸腾换热；

所述的蒸汽发生罐封头(8)位于蒸汽发生罐壳体异形热管冷凝段(22)的两侧并与其焊接；蒸汽发生罐封头上分别有熔盐进口(10)、熔盐出口(9)及手孔(11)，手孔(11)由密封法兰密封；

所述的蒸汽发生罐内壳(36)由蒸汽发生罐内壳壳体(23)、蒸汽发生罐内壳封头(24)、蒸汽上升管(6)、蒸汽发生罐内壳支座(25)、上液位接头(12)、下液位接头(13)、进水口接头(14)和排污口(15)构成；上液位接头(12)、下液位接头(13)、进水口接头(14)和排污口(15)穿过蒸汽发生罐外壳(7)；蒸汽发生罐内壳封头(24)位于蒸汽发生罐内壳壳体(23)两侧并与蒸汽发生罐内壳壳体(23)焊接密封，蒸汽上升管(6)位于蒸汽发生罐内壳壳体(23)上部，上液位接头(12)和下液位接头(13)在蒸汽发生罐内壳壳体(23)一侧，上液位接头(12)在下液位接头(13)之上，上液位接头(12)和下液位接头(13)均连接液位计；进水口接头(14)位于蒸汽发生罐内壳壳体(23)另一侧的上部、排污口(15)在进水口接头(14)下部。

2.根据权利要求1所述的熔盐蒸汽发生器，其特征在于所述的蒸汽发生罐壳体异形热管的蒸发段(17)和冷凝段(22)连通，所述的冷凝段(22)位于蒸汽发生罐壳体异形热管的上方；所述的蒸发段(17)为细小圆柱体状并插入下集管(3)；冷凝段(22)由两层同轴的圆柱面及其两端圆环焊接密封构成；冷凝段(22)的上端开有蒸汽上升管孔(29)，蒸汽上升管(6)从蒸汽上升管孔(29)中穿过，蒸汽上升管孔(29)与蒸汽上升管(6)之间焊接密封。

3.根据权利要求2所述的熔盐蒸汽发生器，其特征在于所述的蒸汽发生罐壳体异形热管的冷凝段(22)的下端开有普通热管孔(30)，普通热管(16)从普通热管孔(30)中穿过，普通热管孔(30)与普通热管(16)之间焊接密封，普通热管(16)的冷凝段(31)插入蒸汽发生罐内壳(36)，普通热管(16)的蒸发段(32)插入下集管(3)。

4.根据权利要求1所述的熔盐蒸汽发生器，其特征在于所述的下集管(3)由下集管进口(18)、下集管出口(19)、下集管壳体(20)、下集管封头(21)、热管插入孔(33)、辅助换热介质管道(34)，以及相变储能材料(35)构成；下集管进口(18)一端接一个下集管壳体，下集管进口(18)的另一端接另一个下集管壳体，所述的下集管壳体由内外套管构成，内外套管之间填充相变储能材料(35)；两个下集管壳体再汇接下集管出口(19)，下集管壳体(20)两端由下集管封头(21)密封焊接；下集管进口(18)、下集管出口(19)和两下集管壳体(20)构成一个“回”字型结构。

5.根据权利要求4所述的熔盐蒸汽发生器，其特征在于所述的下集管壳体(20)的上端开有热管插入孔(33)，蒸汽发生罐壳体异形热管的蒸发段(17)和普通热管(16)的蒸发段插入热管插入孔(33)，热管插入孔(33)与所插入的蒸汽发生罐壳体异形热管的蒸发段(17)和普通热管(16)的蒸发段(32)之间焊接密封，普通热管(16)的冷凝段(31)插入蒸汽发生罐内壳(36)。