CN105823246A - 一种换热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种换热系统，包括第一高温储热介质输送管道、第一低温储热介质输送管道、第二高温储热介质输送管道、预热器、蒸发器、过热器、给水装置和汽轮机。与现有技术相比，本发明的创新点在于在于通过设置第二高温储热介质输送管道，当来自过热器的储热介质经过换热后温度降低，不足以满足换热系统的负荷要求时，可通过第二高温储热介质输送管道向蒸发器补充高温储热介质，提高进入蒸发器中的储热介质的温度，从而达到提高换热系统负荷的目的。

Description

一种换热系统
技术领域
本发明涉及太阳能热发电领域，尤其涉及一种换热系统。
背景技术
随着化石燃料的不断消耗，能源枯竭问题日益严重。另外，化石能源的大量耗用，正在不断地破坏人类的生存环境，严重威胁着人类的生存和安全。太阳能作为一种可再生的绿色能源，具有“取之不尽，用之不竭”的特点。太阳能热发电作为太阳能利用中的一种方式，能够保证稳定的电力输出，且具备错峰调节的能力，具有广泛的应用前景。
目前应用较多的太阳能热发电技术主要有塔式技术和槽式技术，其中用于吸热的介质主要为熔盐和导热油。然而，不管是熔盐塔式技术还是导热油槽式技术，其中不可避免的用到吸热介质与水/蒸汽的换热，这则需要一套用于太阳能热发电的换热系统。
塔式太阳能热发电系统在实际的应用中，需要有较强的负荷调节能力，在塔式太阳能热发电系统需要输出较大电功率时，要求换热系统能够输出较大负荷，在塔式太阳能热发电系统需要输出较小的负荷，又要求换热系统能够输出较小负荷，这就需要换热系统具备灵活的调节能力，现有技术中仅采用单一的高温储热介质对换热系统中的水工质进行加热，换热系统中产生的过热蒸汽负荷恒定，当需要调节负荷时，无法及时对调负荷要求作出响应。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本申请提供了一种换热系统，其具有灵活的调负荷能力，能够对发电系统的负荷调节要求及时作出响应。
为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种换热系统，包括第一高温储热介质输送管道、第一低温储热介质输送管道、第二高温储热介质输送管道、预热器、蒸发器、过热器、给水装置和汽轮机，
所述第二高温储热介质输送管道与所述过热器上的储热介质入口连通，所述过热器上的储热介质出口通过第一管道与所述蒸发器上的储热介质入口连通，所述蒸发器上的储热介质出口通过第二管道与所述预热器上的储热介质入口连通，所述预热器上的储热介质出口通过第三管道将储热介质排出换热系统；
所述给水装置通过第四管道与所述预热器上的水工质入口连通，所述预热器上的水工质出口通过第五管道与所述蒸发器上的水工质入口连通，所述蒸发器上的水工质出口通过第六管道与所述过热器上的水工质入口连通，所述过热器上的水工质出口通过第七管道与所述汽轮机连通；
所述第一高温储热介质输送管道和第一低温储热介质输送管道分别与第一管道连通。
作为本发明所述的一种换热系统的改进，所述换热系统还包括第一阀门，所述第一阀门设置于第八管道上，所述第八管道的两端分别与所述第一管道和第二管道连通。
作为本发明所述的一种换热系统的改进，所述换热系统还包括第二阀门，所述第二阀门设置于第九管道上，所述第九管道的两端分别与所述第四管道和第五管道连通。
作为本发明所述的一种换热系统的改进，所述换热系统还包括第二低温储热介质输送管道，所述第二低温储热介质输送管道与所述过热器上的储热介质入口连通。
作为本发明所述的一种换热系统的改进，所述预热器、蒸发器和过热器均为管壳式换热器，其中：
所述储热介质在所述预热器和过热器的壳程中流动，所述水工质在所述预热器和过热器的管程中流动；
所述储热介质在所述蒸发器的管程中流动，所述水工质在所述蒸发器的壳程中流动。
作为本发明所述的一种换热系统的改进，所述预热器、蒸发器和过热器中的至少一个为U形管壳式换热器。
作为本发明所述的一种换热系统的改进，所述蒸发器包括U形管壳式换热器和设置于U形管壳式换热器上方的汽包，其中：
所述汽包通过至少一个下降管与所述U形管壳式换热器的壳程连通，并通过至少一个上升管与所述U形管壳式换热器的壳程连通；
所述下降管与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点低于所述上升管与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点。
作为本发明所述的一种换热系统的改进，所述下降管与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点设置于所述U形管壳式换热器的壳程的底部，所述上升管与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点设置于所述U形管壳式换热器的壳程的顶部。
作为本发明所述的一种换热系统的改进，所述下降管通过第一分流管和第二分流管分别与所述U形管壳式换热器的壳程连通，所述第一分流管和第二分流管与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点均低于所述上升管与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点。
作为本发明所述的一种换热系统的改进，所述蒸发器上的水工质入口和水工质出口分别设置于所述汽包上，且所述蒸发器上的水工质入口的高度低于所述蒸发器上的水工质出口的高度。
作为本发明所述的一种换热系统的改进，所述蒸发器上的水工质出口设置于所述汽包的顶部。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
1、本发明通过设置第一高温储热介质输送管道和第一低温储热介质输送管道，能够在储热介质进入蒸发器之前调节储热介质的温度，从而达到调节换热系统负荷的目的；
2、当原先设置的第二高温储热介质输送管道输送入过热器的储热介质温度过高，不足以满足换热系统的负荷要求时，本发明通过设置第二低温储热介质输送管道向过热器补充低温储热介质，降低进入过热器中的储热介质的温度，从而达到提高换热系统负荷的目的；
3、本发明利用第八管道将第一管道和第二管道连通，并且在第八管道上设置第一阀门，当需要调小换热系统在蒸发器处的负荷时，可以打开第一阀门，使来自过热器的储热介质得到分流，一部分进入蒸发器，一部分直接进入预热器，从而使进入蒸发器中的储热介质的量减少，从而达到调节换热系统负荷的目的；
4、本发明利用第九管道将第四管道和第五管道连通，并且在第九管道上设置第二阀门，当需要调小换热系统的负荷时，可以打开第二阀门，使来自预热器的水工质得到分流，一部分进入蒸发器，一部分重新回到预热器，从而使进入蒸发器中的水工质的量减少，从而达到调节换热系统负荷的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1是本发明一种换热系统的一种实施例的整体结构示意图；
图2是本发明一种换热系统的另一种实施例的整体结构示意图；
图3是本发明一种换热系统的蒸发器截面示意图。
【主要符号说明】
1-预热器，2-过热器，3-蒸发器，4-第二高温储热介质输送管道，5-第一低温储热介质输送管道，6-第七管道，7-第六管道，8-第一高温储热介质输送管道，9-第一管道，10-第八管道，11-第一阀门，12-第二管道，13-第五管道，14-第四管道，15-给水装置，16-第九管道，17-第二阀门，18-第三管道，19-蒸发器水工质出口，20-汽包，21-蒸发器水工质入口，22-上升管，23-蒸发器管程，24-连接法兰，25-管箱，26-下降管，27-第一分流管，28-第二分流管，29-弧管部，30-第二低温储热介质输送管道。
具体实施方式
以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明的一实施例中，如图1所示，包括第一高温储热介质输送管道8、第一低温储热介质输送管道5、第二高温储热介质输送管道4、预热器1、蒸发器3、过热器2、给水装置15和汽轮机。
所述第二高温储热介质输送管道4与所述过热器2上的储热介质入口连通，所述过热器2上的储热介质出口通过第一管道9与所述蒸发器3上的储热介质入口连通，所述蒸发器3上的储热介质出口通过第二管道12与所述预热器1上的储热介质入口连通，所述预热器1上的储热介质出口通过第三管道18将储热介质排出换热系统至低温储热介质储罐；
所述给水装置15通过第四管道14与所述预热器1上的水工质入口连通，所述预热器1上的水工质出口通过第五管道13与所述蒸发器3上的水工质入口连通，所述蒸发器3上的水工质出口通过第六管道7与所述过热器2上的水工质入口连通，所述过热器2上的水工质出口通过第七管道6与所述汽轮机连通；
所述第一高温储热介质输送管道8和第一低温储热介质输送管道5分别与第一管道9连通。
采用此种设计，即通过设置第一高温储热介质输送管道8和第一低温储热介质输送管道5，能够在储热介质进入蒸发器3之前，能够通过调节来自第一高温储热介质输送管道8和第一低温储热介质输送管道5的储热介质的量，调节最终进入蒸发器3中的储热介质的温度，从而实现对换热系统产生过热蒸汽的负荷调节。
在本发明的另一实施例中，所述换热系统还包括第一阀门11，所述第一阀门11设置于第八管道10上，所述第八管道10的两端分别与所述第一管道9和第二管道12连通。采用此种设计，当需要调小换热系统在蒸发器3处的负荷时，可以打开第一阀门11，使来自过热器2的储热介质得到分流，一部分进入蒸发器3，一部分直接进入预热器1，从而使进入蒸发器3中的储热介质的量减少，从而达到调节换热系统负荷的目的。
在本发明的另一实施例中，所述换热系统还包括第二阀门17，所述第二阀门17设置于第九管道16上，所述第九管道16的两端分别与所述第四管道14和第五管道13连通。采用此种设计，当需要调小换热系统的负荷时，可以打开第二阀门17，使来自预热器1的水工质得到分流，一部分进入蒸发器3，一部分重新回到预热器1，从而使进入蒸发器3中的水工质的量减少，从而达到调节换热系统负荷的目的。
如图2所示，作为本发明所述的一种换热系统的改进，所述换热系统还包括第二低温储热介质输送管道30，所述第二低温储热介质输送管道30与所述过热器2上的储热介质入口连通。当原先设置的第二高温储热介质输送管道4输送入过热器2的储热介质温度过高，不足以满足换热系统的负荷要求时，本发明通过设置第二低温储热介质输送管道30向过热器2补充低温储热介质，降低进入过热器2中的储热介质的温度，从而达到提高换热系统负荷的目的。
在本发明的另一实施例中，所述预热器1、蒸发器3、过热器2均为管壳式换热器，其中，所述储热介质在所述预热器1和过热器2的壳程中流动，所述水工质在所述预热器1和过热器2的管程中流动；所述储热介质在所述蒸发器3的管程中流动，所述水工质在所述蒸发器3的壳程中流动。采用此种设计，当水工质在蒸发器3处走壳程时，可以实现排污，防止蒸发器3中水结垢影响换热效果。
在本发明的另一实施例中，所述预热器1、蒸发器3、过热器2中的至少一个为U形管壳式换热器。采用U型管壳式换热器，使得水工质流速较快，变负荷调节能力较强。
如图3所示，在本发明的另一实施例中，所述蒸发器3包括U形管壳式换热器和设置于U形管壳式换热器上方的汽包20，所述汽包20通过至少一个下降管26与所述U形管壳式换热器的壳程连通，并通过至少一个上升管22与所述U形管壳式换热器的壳程连通。并且，所述下降管26与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点低于所述上升管22与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点。
所述蒸发器3上的水工质入口21和水工质出口19分别设置于所述汽包20上，并且，所述蒸发器3上的水工质入口21的高度低于所述蒸发器3上的水工质出口19的高度。具体地，在本实施例中，下降管26底部通过第一分流管27和第二分流管28进行分流，第一分流管27一端与下降管26连通，另外一端与U形管壳式换热器的壳程连通，第二分流管27一端与下降管26连通，另外一端与U形管壳式换热器的壳程连通。并且，在本实施例中，U形管壳式换热器包括弧管部29和与弧管部29两个端口一体连通的两个直管部，两个所述直管部远离所述弧管部29的一端各设置有一与外接管固定连接的连接法兰24；两个所述直管部的前端还分别设置有一管箱25，两个所述管箱25分别与所述U形换热器的管程23连通，用于将来自外接管的流体引入管程23内。本发明的蒸发器3采用在U型管壳式换热器的顶部设置汽包20的设计，一方面U型管壳式换热器的流速较快，变负荷调节能力较强，另一方面又设置有汽包20，能够保证换热系统具有较强的抗干扰能力。
在本发明的另一实施例中，所述蒸发器3上的水工质出口19设置于汽包20顶部。进入蒸发器3中的水工质在蒸发器3中换热后，转变为饱和蒸汽，此时水工质以气态的形式存在，通过将蒸发器3上的水工质出口19设置于汽包20顶部，便于气态的水工质进入过热器2被进一步加热。
在本发明的另一实施例中，所述下降管26与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点设置于所述U形管壳式换热器的壳程的底部，所述上升管22与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点设置于所述U形管壳式换热器的壳程的顶部。需要注意的是，在本实施例中，所述下降管26通过第一分流管27和第二分流管28分别与所述U形管壳式换热器的壳程连通，因此，上文所述下降管26与壳程的接合点实际上是指第一分流管26和第二分流管27与壳程的接合点。所述第一分流管26和第二分流管27与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点均低于所述上升管22与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点。采用此种设计，是因为水工质在进入蒸发器3之前以液态形式存在，经蒸发器3换热后转变为气态，将下降管26与壳程的接合点设置于壳程的底部，上升管22与壳程的接合点设置与壳程的顶部，能够保证气态水工质顺利进入汽包。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种换热系统，包括第一高温储热介质输送管道、第一低温储热介质输送管道、第二高温储热介质输送管道、预热器、蒸发器、过热器、给水装置和汽轮机，其特征在于：
所述第二高温储热介质输送管道与所述过热器上的储热介质入口连通，所述过热器上的储热介质出口通过第一管道与所述蒸发器上的储热介质入口连通，所述蒸发器上的储热介质出口通过第二管道与所述预热器上的储热介质入口连通，所述预热器上的储热介质出口通过第三管道将储热介质排出换热系统；
所述给水装置通过第四管道与所述预热器上的水工质入口连通，所述预热器上的水工质出口通过第五管道与所述蒸发器上的水工质入口连通，所述蒸发器上的水工质出口通过第六管道与所述过热器上的水工质入口连通，所述过热器上的水工质出口通过第七管道与所述汽轮机连通；
所述第一高温储热介质输送管道和第一低温储热介质输送管道分别与第一管道连通。
2.根据权利要求1所述的一种换热系统，其特征在于，所述换热系统还包括第一阀门，所述第一阀门设置于第八管道上，所述第八管道的两端分别与所述第一管道和第二管道连通。
3.根据权利要求1所述的一种换热系统，其特征在于，所述换热系统还包括第二阀门，所述第二阀门设置于第九管道上，所述第九管道的两端分别与所述第四管道和第五管道连通。
4.根据权利要求1所述的一种换热系统，其特征在于，所述换热系统还包括第二低温储热介质输送管道，所述第二低温储热介质输送管道与所述过热器上的储热介质入口连通。
5.根据权利要求1所述的一种换热系统，其特征在于，所述预热器、蒸发器和过热器均为管壳式换热器，其中：
所述储热介质在所述预热器和过热器的壳程中流动，所述水工质在所述预热器和过热器的管程中流动；
所述储热介质在所述蒸发器的管程中流动，所述水工质在所述蒸发器的壳程中流动。
6.根据权利要求1或5所述的一种换热系统，其特征在于，所述预热器、蒸发器和过热器中的至少一个为U形管壳式换热器。
7.根据权利要求6所述的一种换热系统，其特征在于，所述蒸发器包括U形管壳式换热器和设置于U形管壳式换热器上方的汽包，其中：
所述汽包通过至少一个下降管与所述U形管壳式换热器的壳程连通，并通过至少一个上升管与所述U形管壳式换热器的壳程连通；
所述下降管与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点低于所述上升管与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点。
8.根据权利要求7所述的一种换热系统，其特征在于，所述下降管与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点设置于所述U形管壳式换热器的壳程的底部，所述上升管与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点设置于所述U形管壳式换热器的壳程的顶部。
9.根据权利要求7所述的一种换热系统，其特征在于，所述下降管通过第一分流管和第二分流管分别与所述U形管壳式换热器的壳程连通，所述第一分流管和第二分流管与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点均低于所述上升管与所述U形管壳式换热器的壳程的接合点。
10.根据权利要求7所述的一种换热系统，其特征在于，所述蒸发器上的水工质入口和水工质出口分别设置于所述汽包上，且所述蒸发器上的水工质入口的高度低于所述蒸发器上的水工质出口的高度。
11.根据权利要求10所述的一种换热系统，其特征在于，所述蒸发器上的水工质出口设置于所述汽包的顶部。
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