CN109827331A - 一种超临界二氧化碳工质紧凑型加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于能源技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳工质紧凑型加热装置，是针对现有加热装置占地面积大的现状所提出，其包括圆筒和对流加热段，圆筒内部由左至右分别为燃烧室和辐射受热面；辐射受热面由单根螺旋管盘绕而成，且螺旋管内嵌在圆筒的内壁上；对流加热段与单根螺旋管的出口连通，对流加热段由多级并列设置的模块组成，每级模块结构相同，均包括分段壳体、盘管组和卡块，盘管组位于分段壳体内，盘管组由并排依次串联设置的两根以上的单根盘管组成，单根盘管通过卡块实现径向定位；低温流体从螺旋管的进口端进入圆筒内，形成高温流体后从盘管组的出口端流出圆筒。本发明提高空间利用率，缩小加热装置的占用体积，可实现便携式移动。
Description
技术领域：
本发明属于能源技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳工质紧凑型加热装置。
背景技术：
近年来，国内外能源动力界在新型动力循环领域开展了大量研究工作，其中又以超临界二氧化碳为工质的布雷顿循环技术备受重视，其具有广阔的发展前景，未来主要应用于航空航天、发电等诸多行业。锅炉是超临界二氧化碳布雷顿循环火力发电系统的关键装备之一，为了进行相关设备试验，目前缺少相关有关实验用的大功率紧凑型二氧化碳加热设备，而现有加热设备占地面积大，在运输、装卸存在不便。
发明内容：
本发明为克服上述缺陷，提供了一种超临界二氧化碳工质紧凑型加热装置，该装置可大幅度提高空间利用率，缩小加热设备体积，实现便携式移动。
本发明采用的技术方案在于：一种超临界二氧化碳工质紧凑型加热装置，包括圆筒和对流加热段，所述圆筒内部由左至右分别为燃烧室和辐射受热面；所述辐射受热面由单根螺旋管盘绕而成，且螺旋管内嵌在圆筒的内壁上；所述对流加热段与单根螺旋管的出口连通，对流加热段由多级并列设置的模块组成，每级模块结构相同，均包括分段壳体、盘管组和卡块，所述盘管组位于分段壳体内，盘管组由并排依次串联设置的两根以上的单根盘管组成，且单根盘管通过卡块实现径向定位；低温流体从螺旋管的进口端进入圆筒内，形成高温流体后从盘管组的出口端流出圆筒。
优选地，所述对流加热段的每级模块采用插接方式连接，在每级模块分段壳体的一端设有插接头，另一端设有插接槽，且插接头与插接槽相匹配，在分段壳体内壁上设有向分段壳体中心方向凸起的凸台，且凸台与插接头同侧，每级盘管组被限制在相邻两个凸台内。
优选地，所述每级模块内相邻的单根盘管上的卡块为错列布置。
优选地，所述圆筒和分段壳体的内壁均采用低钙铝酸盐水泥耐火混凝土作为内衬。
本发明的有益效果是：
1、本发明将对流加热段设计成可拆卸的多级模块结构，一方面可以根据炉内气温参数，按需灵活选择模块的数量，便于加热装置后期的升级改造，另一方面单个模块也便于制造、安装和固定，方便使用过程中的搬运和拆卸。
2、将对流加热段设计成多级模块连接，便于监测盘管组内不同位置的二氧化碳温度和盘管组管壁的温度，能够及时控制加热装置内的燃烧速率，从而进行有效的气体温度调节，保证加热设备的整体安全。
3、本发明采用辐射受热面和对流受热段两级布置，工质与烟气流动方向可根据需要选择成顺流或逆流，合理利用传热温压，并且通过增加对流受热段的分级，使锅炉的加热装置结构紧凑、实用，提高了设备整体的运行性能。
4、本发明提高空间利用率，缩小加热装置的占用体积，可实现便携式移动。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为辐射受热面的结构示意图；
图3为图2中A-A中的剖视图；
图4为单级模块的结构示意图；
图5为图4中B-B的结构示意图；
其中：1圆筒、2燃烧室、3辐射受热面、31螺旋管、4对流加热段、41分段壳体、411插接头、412插接槽、413凸台、42盘管组、421单根盘管、43卡块。
具体实施方式：
如图1至图5所示，本发明为一种超临界二氧化碳工质紧凑型加热装置，包括圆筒1和对流加热段4，在圆筒1的内壁采用的是耐火浇筑料作为内衬，所述耐火浇筑料为低钙铝酸盐水泥耐火混凝土。所述圆筒1内部由左至右分别为燃烧室2和辐射受热面3，所述辐射受热面3与燃烧室2的出口相邻，且辐射受热面3通过圆筒1内壁上开设的凹槽紧贴在圆筒1的内壁上，所述辐射受热面3由单根螺旋管31盘绕而成，所述螺旋管31的进口端和出口端均穿过圆筒1，螺旋管31直接吸收前部燃烧室2火焰辐射的热量。
所述对流加热段4与单根螺旋管31的出口连通，与所述辐射受热面3的出口相邻，所述对流加热段4直接受到烟气横向冲刷，使辐射受热面3和对流加热段4内部形成超临界二氧化碳气体流通通道。
为了便于加热装置后期按需灵活选择模块的数量，以及方便制造、安装和固定的因素所述对流加热段4由多级并列设置的模块组成，每级模块结构相同，并且布置在所述辐射受热面3出口的第一级模块还吸收部分燃烧室2产生的辐射热量。每级模块均包括分段壳体41、盘管组42和卡块43，所述分段壳体41的内壁也采用的是耐火浇筑料作为内衬，所述耐火浇筑料为低钙铝酸盐水泥耐火混凝土。所述盘管组42位于分段壳体41内，且同轴设置，盘管组42由并排依次串联的两根以上的单根盘管421组成，每单根盘管421的最内圈或者最外圈上升后与下一单根盘管421连通，并以此类推，最终使盘管组42形成一整根呈螺旋状的盘管。单根盘管421通过卡块43实现径向定位，单根盘管421上的卡块43数量可以为三个以上，且均匀分布在单根盘管421上，为了提高相邻单根盘管421位置的稳定性，每级模块内相邻的单根盘管421上的卡块43为错列布置。每相邻两个单根盘管421采用串联方式连通，每级盘管组42的进口端与出口端均穿过分段壳体41；所述螺旋管31的出口端与对流加热段4内盘管组42的入口端串联。
每级模块间采用插接方式连接，在每级模块分段壳体41的一端设有插接头411，另一端设有插接槽412，且插接头411与插接槽412相匹配，在分段壳体41内壁上设有向分段壳体41中心方向凸起的凸台413，且凸台413与插接头411同侧，每级模块连接后的受热面轴向位移主要受每级模块上凸台413的限制，每级模块内盘管组42的结构径向位移受单根盘管421上卡块43的限制。每级模块在插接后，为了防止高温烟气从插接头411与插接槽412的连接处渗出，在每级模块的分段壳体41外侧用金属固定件进行相对位置的固定，并在插接头411与插接槽412之间的缝隙处用耐火胶泥浸泡过的陶瓷纤维纸进行填充，具有安装灵活的特点。
相邻两级模块间盘管组42采用串联方式连接，根据二氧化碳出口温度的需要，也可将多个模块内的盘管组421设计成并联形式，从而使工质与烟气的流动方向为顺流或逆流。
所述壳体1和分段壳体41内部均采用的是耐火浇筑料作为内衬，所述耐火浇筑料由主要成分为低钙铝酸盐或碳化硅等其他材料构成的水泥耐火混凝土。
工作过程：
燃烧室2内产生的烟气从燃烧室2出口依次经过辐射受热面3和对流加热段4，低温流体首先经过螺旋管2进入到圆筒1进行初步加热，当辐射受热面3出口烟气温度冷却至1100℃左右时，然后进入对流加热段4内的盘管组42进行对流加热，对流加热段4的模块可多级串联组合，以满足最终设计流体参数要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且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书的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种超临界二氧化碳工质紧凑型加热装置，其特征在于，包括圆筒(1)和对流加热段(4)，所述圆筒(1)内部由左至右分别为燃烧室(2)和辐射受热面(3)；
所述辐射受热面(3)由单根螺旋管(31)盘绕而成，且螺旋管(31)内嵌在圆筒(1)的内壁上；
所述对流加热段(4)与单根螺旋管(31)的出口连通，对流加热段(4)由多级并列设置的模块组成，每级模块结构相同，均包括分段壳体(41)、盘管组(42)和卡块(43)，所述盘管组(42)位于分段壳体(41)内，盘管组(42)由并排依次串联设置的两根以上的单根盘管(421)组成，且单根盘管(421)通过卡块(43)实现径向定位；
低温流体从螺旋管(31)的进口端进入圆筒(1)内，形成高温流体后从盘管组(42)的出口端流出圆筒(1)。
2.如权利要求1所述的一种超临界二氧化碳工质紧凑型加热装置，其特征在于：所述对流加热段(4)的每级模块采用插接方式连接，在每级模块分段壳体(41)的一端设有插接头(411)，另一端设有插接槽(412)，且插接头(411)与插接槽(412)相匹配，在分段壳体(41)内壁上设有向分段壳体(41)中心方向凸起的凸台(413)，且凸台(413)与插接头(411)同侧，每级盘管组(42)被限制在相邻两个凸台(413)内。
3.如权利要求1所述的一种超临界二氧化碳工质紧凑型加热装置，其特征在于：所述每级模块内相邻的单根盘管(421)上的卡块(43)为错列布置。
4.如权利要求1所述的一种超临界二氧化碳工质紧凑型加热装置，其特征在于：所述圆筒(1)和分段壳体(41)的内壁均采用低钙铝酸盐水泥耐火混凝土作为内衬。
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