CN110057215A - 一种高温高压沙子换热装置 - Google Patents

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洪增元
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Abstract

一种高温高压沙子换热装置，它涉及一种沙子换热装置。本发明为了解决现有的高温沙子的热能并没有得到有效利用，存在热能浪费的问题。本发明的翅片管组竖直安装在换热器壳体内，上管板和下管板分别安装在换热器壳体的上下两端并将翅片管组固定，多个折流板由上至下依次左右交错并向下倾斜安装在换热器壳体内的翅片管组上，折流板的一端与换热器壳体的内侧壁连接，另一端悬置在换热器壳体上，上管箱和下管箱分别安装在上管板和下管板上，下法兰与下管箱连接，气体进口管路水平安装在下管箱上，气体出口管路水平安装在上管箱上，沙子进口管路向右下方倾斜安装在换热器壳体的上部，沙子出口管路向右下方倾斜安装在换热器壳体的下部。本发明用于气体换热。

Description

一种高温高压沙子换热装置
技术领域
本发明涉及一种换热装置，具体涉及一种高温高压沙子换热装置。
背景技术
近年来国家对新能源发展的重视与日俱增，太阳能储量丰富且清洁，是最热门的新能源之一。利用沙子吸收太阳能进行储热和换热，具有巨大的发展前景。沙子有一些优秀的属性，它首先是廉价的，同时可以在1000摄氏度的高温下使用(高温是指700摄氏度以上)，而熔盐的使用温度仅在600摄氏度。在电力行业中，更高的温度可以产生更多的热量，带来更热的蒸汽，从而提高发电效率。
目前行业内还未研制出利用沙子换热的高温换热器，更没有应用在汽轮机超临界环境中，从而造成沙子热能没有得到有效的利用。
综上所述，现有的高温沙子的热能并没有得到有效利用，存在热能浪费的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的高温沙子的热能并没有得到有效利用，存在热能浪费的问题。进而提供一种高温高压沙子换热装置。
本发明的技术方案是：一种高温高压沙子换热装置包括上管箱、上管板、换热器壳体、多个折流板、下管板、下管箱、下法兰、气体进口管路、气体出口管路、沙子进口管路、沙子出口管路和翅片管组，翅片管组竖直安装在换热器壳体内，上管板和下管板分别安装在换热器壳体的上下两端并将翅片管组固定，多个折流板由上至下依次左右交错并向下倾斜安装在换热器壳体内的翅片管组上，折流板的一端与换热器壳体的内侧壁连接，折流板的另一端悬置在换热器壳体上，上管箱和下管箱分别安装在上管板和下管板上，下法兰与下管箱连接，气体进口管路水平安装在下管箱上，气体出口管路水平安装在上管箱上，沙子进口管路向右下方倾斜安装在换热器壳体的上部，沙子出口管路向右下方倾斜安装在换热器壳体的下部。
进一步地，翅片管组呈正方形排列安装在换热器壳体内。
进一步地，翅片管组中的翅片管的横截面形状为圆形。
进一步地，沙子进口管路向右下方倾斜28°-32°安装在上管箱上，沙子出口管路向右下方倾斜28°-32°安装在换热器壳体的下部。
优选地，沙子进口管路向右下方倾斜30°安装在上管箱上，沙子出口管路向右下方倾斜30°安装在换热器壳体的下部。
进一步地，多个折流板由上至下依次左右交错并向下倾斜8°-12°安装在换热器壳体内的翅片管组上。
优选地，多个折流板由上至下依次左右交错并向下倾斜10°安装在换热器壳体内的翅片管组上。
进一步地，换热器壳体采用镍合金材料制成。
进一步地，翅片管组的翅片管采用镍基合金材料制成。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明结构简单，便于制造加工，易于实现；
2、本发明的整体为立式结构，沙子依靠自重由上自下流经翅片管之间的间隙换热，再由下部排出，无需额外动力驱动；
3、本发明通过设计折流板倾斜角度为10°，提高壳侧对流传热效果，增加沙子与翅片管的接触面积，换热有效增强；
4、本发明结构紧凑，占地面积小，有效降低换热器体积，经济性好；
5、本发明采用整体管束支撑结构，即利用管束通过上下管板焊接固定，有效防止换热器振动。
6、本发明利用沙子的高温热能，将汽轮机超临界的热蒸汽通入翅片管组内，利用由上至下的沙子热能将热蒸汽再次进行换热，提高换热的蒸汽温度。有效的避免了沙子热能的浪费。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；箭头表示沙子的流动方向，蒸汽在换热管内向上流动。
图2是翅片管组与换热器壳体的横截面示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的一种高温高压沙子换热装置，它包括上管箱2、上管板3、换热器壳体4、多个折流板5、下管板11、下管箱12、下法兰10、气体进口管路9，气体出口管路1、沙子进口管路7、沙子出口管路6和翅片管组8，翅片管组8竖直安装在换热器壳体4内，上管板3和下管板11分别安装在换热器壳体4的上下两端并将翅片管组8固定，多个折流板5由上至下依次左右交错并向下倾斜安装在换热器壳体4内的翅片管组8上，折流板5的一端与换热器壳体4的内侧壁连接，折流板5的另一端悬置在换热器壳体4上，上管箱2和下管箱12分别安装在上管板3和下管板11上，下法兰10与下管箱12连接，气体进口管路9水平安装在下管箱12上，气体出口管路1水平安装在上管箱2上，沙子进口管路7向右下方倾斜安装在换热器壳体4的上部，沙子出口管路6向右下方倾斜安装在换热器壳体4的下部。
本实施方式的折流板倾斜10°，大大提高壳侧对流传热效果。
本实施方式的换热管为翅片管，正方形布置。气体进出口分别设置在上下管箱一侧，垂直于管箱。沙子进口设置在壳体上部，向上倾斜30°，与管箱留出一定距离；沙子出口设置在壳体下部，向下倾斜30°，与管箱留出一定距离。折流板从上到下均匀布置，第一块折流板布置在沙子进口下部，防止沙子旁漏，最后一块折流板不开缺口，并布置在沙子出口下部，中间折流板左右留有足够的缺口，便于沙子流动。换热管束利用折流板支撑，折流板倾斜角度设置为10°。沙子由壳体上部沙子进口进入，通过折流板改变沙子流动方向，自上而下流经翅片管之间的间隙。气体则由气体进口进入，自下而上流经翅片管，沙子由上向下运动过程中和翅片管外表面接触，通过间壁传导，沙子温度逐渐降低。气体在和沙子的换热过程中，温度不断升高，并最终由气体出口排出。
本实施方式中所述的高压是指大于15MPa的压力。本实施方式在实际使用时，假设，高压气体的进入温度是370℃，气体通过翅片管组内。700℃以上的高温沙子通过沙子进口进入，在与折流板和翅片管进行相互碰撞的过程中实现对高温高压气体的换热，经过沙子的换热，出气温度可为550℃以上。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的翅片管组8呈正方形排列安装在换热器壳体4内。如此设计，便于沙子顺利通过，沙子的流动性能好，提高换热效率。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的翅片管组8中的翅片管的横截面形状为圆形。如此设计，有效的增大换热面积。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的沙子进口管路7向右下方倾斜28°-32°安装在上管箱2上，沙子出口管路6向右下方倾斜28°-32°安装在换热器壳体4的下部。如此设计，便于沙子快速进入到换热器中。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的沙子进口管路7向右下方倾斜30°安装在上管箱2上，沙子出口管路6向右下方倾斜30°安装在换热器壳体4的下部。如此设置，沙子流动效果最佳。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的多个折流板5由上至下依次左右交错并向下倾斜8°-12°安装在换热器壳体4内的翅片管组8上。如此设置，增加换热面积。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的多个折流板5由上至下依次左右交错并向下倾斜10°安装在换热器壳体4内的翅片管组8上。如此设置，增加换热面积。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的换热器壳体4和折流板5均采用镍合金材料制成。如此设计，耐高温，便于换热的顺利进行，提高使用寿命。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式的翅片管组8的翅片管采用镍基合金材料制成。如此设计，耐高温高压，耐腐蚀，强度大，满足实际使用要求。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。
本发明的工作原理：
换热器结构选为立式结构，以便增大沙子流动速度。换热管为翅片管，换热效果更优。换热管正方形布置，选取较大的管束节距，增大沙子流动空间，避免堵塞现象发生。
折流板从上到下依次均匀布置，中间折流板左右留有一定缺口，折流板依次沿相反方向倾斜10°。沙子进口向上倾斜30°，沙子出口向下倾斜30°，沙子由壳体上部沙子进口进入，通过倾斜一定角度的折流板改变其流动方向，自上而下流经翅片管之间的间隙。气体则由下部管箱一侧的气体进口进入，自下而上流经翅片管，沙子由上向下运动过程中和翅片管外表面接触，通过间壁传导，沙子温度逐渐降低。气体在和沙子的换热过程中，温度不断升高，并最终由上部管箱另一侧的气体出口排出，沙子最终沿最下部无缺口折流板，由壳体下部沙子出口排出。

Claims (9)

1.一种高温高压沙子换热装置，其特征在于：它包括上管箱(2)、上管板(3)、换热器壳体(4)、多个折流板(5)、下管板(11)、下管箱(12)、下法兰(10)、气体进口管路(9)、气体出口管路(1)、沙子进口管路(7)、沙子出口管路(6)和翅片管组(8)，
翅片管组(8)竖直安装在换热器壳体(4)内，上管板(3)和下管板(11)分别安装在换热器壳体(4)的上下两端并将翅片管组(8)固定，多个折流板(5)由上至下依次左右交错并向下倾斜安装在换热器壳体(4)内的翅片管组(8)上，折流板(5)的一端与换热器壳体(4)的内侧壁连接，折流板(5)的另一端悬置在换热器壳体(4)上，上管箱(2)和下管箱(12)分别安装在上管板(3)和下管板(11)上，下法兰(10)与下管箱(12)连接，气体进口管路(9)水平安装在下管箱(12)上，气体出口管路(1)水平安装在上管箱(2)上，沙子进口管路(7)向右下方倾斜安装在换热器壳体(4)的上部，沙子出口管路(6)向右下方倾斜安装在换热器壳体(4)的下部。
2.根据权利要求1所述的一种高温高压沙子换热装置，其特征在于：翅片管组(8)呈正方形排列安装在换热器壳体(4)内。
3.根据权利要求2所述的一种高温高压沙子换热装置，其特征在于：翅片管组(8)中的翅片管的横截面形状为圆形。
4.根据权利要求3所述的一种高温高压沙子换热装置，其特征在于：沙子进口管路(7)向右下方倾斜28°-32°安装在上管箱(2)上，沙子出口管路(6)向右下方倾斜28°-32°安装在换热器壳体(4)的下部。
5.根据权利要求4所述的一种高温高压沙子换热装置，其特征在于：沙子进口管路(7)向右下方倾斜30°安装在上管箱(2)上，沙子出口管路(6)向右下方倾斜30°安装在换热器壳体(4)的下部。
6.根据权利要求5所述的一种高温高压沙子换热装置，其特征在于：多个折流板(5)由上至下依次左右交错并向下倾斜8°-12°安装在换热器壳体(4)内的翅片管组(8)上。
7.根据权利要求6所述的一种高温高压沙子换热装置，其特征在于：多个折流板(5)由上至下依次左右交错并向下倾斜10°安装在换热器壳体(4)内的翅片管组(8)上。
8.根据权利要求7所述的一种高温高压沙子换热装置，其特征在于：换热器壳体(4)采用镍合金材料制成。
9.根据权利要求8所述的一种高温高压沙子换热装置，其特征在于：翅片管组(8)的翅片管采用镍基合金材料制成。
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