CN105091650A - 一种用于熔盐介质的新型换热器 - Google Patents

Abstract

本发明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。本发明能结构简单、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

本发明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，增加了热工系统启停的反应时间，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，对系统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，由于热工系统启停的频繁性，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。

发明内容

本发明的目的在于：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。

本发明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。

在本发明中：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。

在本发明中：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。

在本发明中：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。

在本发明中：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。

本发明的有益效果：

1．内管采用大管径的直管保证了在系统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是本发明的局部分层剖视图；

图2是本发明的换热管局部图；

图3是本发明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发明作进一步详细描述。

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，往往热工系统布置空间较为有限，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，而不会影响系统总换热效率。

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，也能满足热工系统排盐的要求，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。

以上对本发明的具体实施方式进行了描述，但本发明并不限于以上描述。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发明的范围之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

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。