CN210462964U

CN210462964U - 一种熔盐储能用蒸汽发生器

Info

Publication number: CN210462964U
Application number: CN202020102070.9U
Authority: CN
Inventors: 赵曙光; 穆世慧
Original assignee: Beijing Minli Energy Storage Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Minli Energy Storage Technology Co ltd
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2020-05-05
Anticipated expiration: 2030-01-17

Abstract

本实用新型为一种熔盐储能用蒸汽发生器，该蒸汽发生器包括壳体组件、管箱组件、封头组件；所述壳体组件包括圆柱形壳体和斜锥壳体；所述管箱组件包括管箱壳体、分层隔板和U型换热管束；所述封头组件包括前封头和后封头；所述圆柱形壳体两端分别与斜锥壳体的大圆端、后封头通过密封固定连接，所述斜锥壳体小圆端与管板固定在一起，管板、斜锥壳体、圆柱形壳体和后封头围成壳程封闭空腔；管箱壳体前端焊接前封头，管箱壳体、前封头及管板围成的空间内布置分层隔板，在管板上安装U型换热管束，前封头、管箱壳体、U型换热管束和管板围成管程封闭空腔。该蒸汽发生器集换热、储热和汽水分离功能于一体，更经济、安全性、热损失小。

Description

一种熔盐储能用蒸汽发生器

技术领域

本实用新型涉及换热器技术领域，具体涉及一种熔盐储能用蒸汽发生器。

背景技术

蒸汽发生器是化工生产中最为常见的产饱和蒸汽的设备，比如中国专利号CN204438071 U公开了一种光热发电用蒸汽发生器中提及，现有技术中的蒸汽发生器是由蒸发筒、汽包和汽水分离器通过管道连接构成的一个整体，其中，蒸发筒用于冷热流体间换热，汽包用于储存饱和蒸汽，汽水分离器用于除掉饱和蒸汽中携带的水分。

但在实际使用中，首先，现有的蒸汽发生器的管板面临壳程和管程温差过大导致的局部应力很大，为满足应力要求，管板设计厚度通常达到250mm以上，加工制造难度及成本显著提高；其次，现有的蒸汽发生器里面的换热管束是直管，当在高温条件下运行易产生的严重的热胀冷缩影响其使用寿命；再次，现有的蒸汽发生器设备数量多、结构复杂、热损大及占用空间大等不利因素，从而提高使用成本。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的问题是，提供一种熔盐储能用蒸汽发生器。该蒸汽发生器集换热、储热和汽水分离功能于一体，有效解决现有技术中蒸汽发生系统不经济、安全性差及热损失大等问题。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种熔盐储能用蒸汽发生器，其特征在于，该蒸汽发生器包括壳体组件、管箱组件、封头组件；所述壳体组件包括圆柱形壳体和斜锥壳体；所述管箱组件包括管箱壳体、分层隔板和U型换热管束；所述封头组件包括前封头和后封头；

所述圆柱形壳体两端分别与斜锥壳体的大圆端、后封头通过密封固定连接，所述斜锥壳体小圆端与管板固定在一起，管板、斜锥壳体、圆柱形壳体和后封头围成壳程封闭空腔；所述斜锥壳体小圆端通过接口法兰与管箱壳体可拆卸连接在一起，管箱壳体前端焊接前封头，管箱壳体、前封头及管板围成的空间内布置分层隔板，在管板上安装U型换热管束，U型换热管束的进口端联通分层隔板分开的一个空间，U型换热管束的出口端联通分层隔板的分开的另一个空间，前封头、管箱壳体、U型换热管束和管板围成管程封闭空腔。

管箱壳体及前封头的水平中轴线上固定分层隔板，在管板上安装U型换热管束，U型换热管束的进口端联通分层隔板的上层空间，U型换热管束的出口端联通分层隔板的下层空间。

所述管程封闭空腔内流通有熔盐，熔盐流通的金属表面涂有熔盐专用抗氧化、抗腐蚀保护膜，所述熔盐包括有机熔盐和无机硝酸熔融盐，其中无机硝酸熔融盐可以选用二元无机硝酸熔盐或三元无机硝酸熔盐，二元无机硝酸熔盐可以由60％NaNO₃、40％KNO₃组成，三元无机硝酸熔盐为53％硝酸钾、7％硝酸钠和40％硝酸亚钠组成。

进一步地，所述圆柱形壳体与管箱壳体直径比为1.5-2.2，优选2。

进一步地，所述斜锥壳体中锥形过渡段与水平方向夹角为30°-45°。

所述壳程封闭空腔内设有折流板、拉杆、滑板、溢流围堰、防冲挡板、人孔和雾沫夹带分子筛。

进一步地，所述壳程封闭空腔内设有依次排列的多个折流板，折流板上开有U型换热管束通过的开孔，多个折流板上部通过拉杆依次连接在一起。所述折流板是为了提高冷流体流速改变流动方式，迫使流体按规定的路径多次横向流过管束，增加湍动程度，以提高传热效率，同时，折流板也起到固定支撑U型换热管束的作用。其中，折流板上端设有固定折流板的拉杆，所述拉杆的作用就是防止支撑板和U型换热管束受冷流体进料冲击而产生震动，拉杆均匀布置在U型管束外边缘，拉杆直径优先选用φ16mm金属材料；折流板下端设有用于滑动折流板的曲面滑板，曲面滑板曲率半径与圆柱形壳体相同，曲面滑板弦高与圆柱直径比为1％-1.5％，优选1％。

进一步地，在U型换热管束后方的壳程封闭空腔内设置溢流围堰，使U型换热管束完全浸泡在壳程液相空间内；溢流围堰的高度不小于U型换热管束的高度，不大于圆柱形壳体的内径。所述溢流围堰用于保证U型换热管束完全浸泡在壳程液相空间内，溢流围堰设置在排污溢流管线出口(液相溢流排净管嘴)前，溢流围堰高度与管箱壳体直径等同。

进一步地，在圆柱形壳体的壳程进口管嘴的正上方圆柱形壳体内设置防冲挡板，防冲挡板与壳程进口管嘴的直径比为1.25～1.33，优选1.25。

进一步地，所述人孔设置在后封头处，人孔直径为φ400mm。

进一步地，所述雾沫夹带分子筛用于除掉气相中携带的微量雾滴，雾沫夹带分子筛由分子筛片围绕在圆柱形壳体的壳程出口管嘴的法兰盘360度圆周布置构成，每个分子筛片设置有微小的筛孔，筛孔直径φ为2.5-5mm，筛孔数量为100-200个。其中，分子筛片为等腰直角三角形，分子筛片与法兰盘面的夹角为10°-60°。此外，在壳程出口管嘴内部还布置有边长为1mm的正方形金属网5-10层。

进一步地，所述管箱壳体、前封头及管板围成的空间内设有分层隔板，隔板的数量及结构形式根据管程数要求进行设置。

进一步地，所述U型换热管束按照一定角度和间距均匀排布在管板上，U型换热管束与管板通过胀焊方式连接固定；其中，U型换热管直径为

优选

相邻两U型换热管中心距为1.25-1.33，优选1.25，管子的排列方式为转正三角形，即相邻两圆心连线与水平线成60°夹角。

进一步地，所述圆柱形壳体下方设有用于固定支撑圆柱形壳体的鞍座，上方设有一组“Π”字型补偿器，用于补偿高温工况下壳体的热胀冷缩，圆柱形壳体上方设置有两个用于吊装用的吊耳。

进一步地，所述圆柱形壳体设置有壳程进口管嘴、壳程出口管嘴、液相溢流排净管嘴，所述壳程进口管嘴设置在壳体左下方，所述壳程出口管嘴设置在壳体正上方，所述壳体上设有液位计接口、温度计接口、压力监测接口和安全阀接口。

进一步地，所述管程进口管嘴设置在管箱壳体正上方或上方偏左侧，所述管程出口管嘴设置在管箱壳体正下方或下方偏左侧。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、与设有外置式汽水分离器和汽包相比，本实用新型的蒸汽发生器耦合蒸发筒、汽水分离器和汽包于一体的设备，结构更简单，占用空间减小，整个蒸发系统造价更经济，造价显著降低约30％-40％。

2、与设有外置式汽水分离器和汽包相比，本实用新型的蒸汽发生器管道减少，漏点减少，整个蒸发系统安全性提升。

3、与设有外置式汽水分离器和汽包相比，本实用新型的蒸汽发生器控制更加容易，蒸汽输出量稳定性提高，雾沫携带量可有效控制在2％之内。

4、与设有外置式汽水分离器和汽包相比，相同进料条件下，本实用新型的蒸汽发生器外表面积更小，热损失更小，系统整体效率提高。

附图说明

图1是本实用新型熔盐储能用蒸汽发生器的整体结构图；

图2是本实用新型熔盐储能用蒸汽发生器的左视图；

图3是本实用新型熔盐储能用蒸汽发生器的雾沫夹带分子筛的局部放大图。

图中，1、圆柱形壳体；2、斜锥壳体；3、管箱壳体；4、分层隔板；5、U型换热管束； 6、前封头；7、后封头；8、管板；9、管箱接口法兰；10、斜锥壳体接口法兰；11、熔盐； 12、折流板；13、拉杆；14、曲面滑板；15、溢流围堰；16、防冲挡板；17、人孔；18、雾沫夹带分子筛；19、壳程进口管嘴；20、分子筛片；21、筛孔；22、金属网；23、鞍座；24、“Π”型补偿器；25、吊耳；26、壳程出口管嘴；27、液相溢流排净管嘴；28、液位计接口； 29、温度计接口；30、压力监测接口；31、安全阀接口；32、管程进口管嘴；33、管程出口管嘴。

具体实施方式

下面结合具体附图，进一步阐述本实用新型，但下述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本专利的保护范围。

本实用新型一种熔盐储能用蒸汽发生器，包括壳体组件、管箱组件、封头组件。所述壳体组件包括圆柱形壳体1和斜锥壳体2；所述管箱组件包括管箱壳体3、分层隔板4和U型换热管束5；所述封头组件包括前封头6和后封头7。

所述圆柱形壳体1两端分别与斜锥壳体的大圆端、后封头通过焊接方式连接，所述斜锥壳体小圆端与管板8通过焊接方式连接，管板、斜锥壳体、圆柱形壳体和后封头围成壳程封闭空腔。所述斜锥壳体2小圆端分别与前封头6、斜锥壳体接口法兰10通过焊接方式连接，管箱壳体后端焊接管箱接口法兰9，管箱接口法兰9与斜锥壳体接口法兰10通过螺栓、螺母和垫片将管箱组件和壳体组件连接固定，属于可拆卸连接方式，前封头、管箱壳体、U型换热管束5和管板围成管程封闭空腔。

其中，圆柱形壳体1公称直径DN2000，管箱壳体3公称直径DN1000，U型换热管束采用

无缝不锈钢管，无缝不锈钢管材料包括304、316L、347H、310S，但不限于此，前封头6公称直径DN1000，曲边高度为250mm，直边高度为40mm，后封头7公称直径 DN2000，曲边高度为500mm，直边高度为50mm。管板厚度5到10mm。

所述管程封闭空腔内流通有熔盐11，熔盐流通的金属表面涂有熔盐专用抗氧化、抗腐蚀保护膜，所述熔盐包括有机熔盐和无机硝酸熔融盐，但不限于此，其中无机硝酸熔融盐优先选用二元无机硝酸熔盐，二元无机硝酸熔盐由60％NaNO₃、40％KNO₃组成。

所述圆柱形壳体1与管箱壳体3直径比为2。

进一步地，所述斜锥壳体中锥形过渡段与水平方向夹角为30°。

所述壳程封闭空腔内设有折流板12、拉杆13、曲面滑板14、溢流围堰15、防冲挡板16、人孔17和雾沫夹带分子筛18。

进一步地，所述折流板12是为了提高冷流体流速改变流动方式，迫使流体按规定的路径多次横向流过管束，增加湍动程度，以提高传热效率，同时，折流板12也起到固定支撑U 型换热管束5的作用。其中，折流板上端设有固定折流板的拉杆13，所述拉杆的作用就是防止折流板和U型换热管束5受冷流体进料冲击而产生震动，拉杆均匀布置在U型管束外边缘，拉杆直径优先选用φ16mm金属材料；折流板下端设有用于滑动折流板的曲面滑板14，曲面滑板曲率半径与圆柱形壳体相同，曲面滑板弦高与圆柱形壳体直径比为1％。

进一步地，所述溢流围堰15用于保证U型换热管束5完全浸泡在壳程液相空间(壳程封闭空腔由壳程进口管嘴进入的冷却液填充空间)内，溢流围堰设置在排污溢流管线出口前，溢流围堰高度与管箱壳体3直径等同为DN1000。

进一步地，所述防冲挡板16设置在壳程进口管嘴19正上方，在斜锥壳体2的水平侧面上设置壳程进口管嘴19，防冲挡板与壳程进口管嘴直径比为1.25-1.33，优选1.25。

进一步地，所述人孔17设置在后封头7处，人孔直径为φ400mm。

进一步地，所述雾沫夹带分子筛18用于除掉气相中携带的微量雾滴，雾沫夹带分子筛由分子筛片20围绕壳程出口管嘴26处的法兰盘呈360度圆周布置构成，共32个分子筛片，每个分子筛片设置有微小的筛孔21，筛孔直径φ为2.5mm，筛孔数量为150个。其中，分子筛片为等腰直角三角形，分子筛片与法兰盘面的夹角为30°，分子筛片具有一定强度，能够防止在雾沫夹带过程中由于冲击力的变形发生。此外，在壳程出口管嘴26内部还布置有边长为1mm的正方形金属网22，层数为10层，多层滤网的设置，保证压降。

进一步地，所述前封头及管箱壳体内设有分层隔板，分层隔板4的数量及结构形式根据管程数要求进行设置。

或

优选

每个U型管的进出口与管板中轴水平线对称，相邻两U型换热管中心距为1.25换热管直径，以管板中轴水平线对称布置的管子的排列方式为正三角形，且相邻两圆心连线与水平线成 60°夹角，熔盐流动方向和U型管中心轴线垂直。

进一步地，所述圆柱形壳体1下方设有用于固定支撑壳体的鞍座23，圆柱形壳体上方设有一组“Π”字型补偿器24，用于补偿高温工况下壳体的热胀冷缩，上方设置有两个用于吊装用的吊耳25。

所述圆柱形壳体设置有壳程进口管嘴19、壳程出口管嘴26、液相溢流排净管嘴27，所述壳程进口管嘴设置在壳体左下方，所述壳程出口管嘴设置在壳体正上方，所述壳体上设有液位计接口28、温度计接口29、压力监测接口30和安全阀接口31，具体安装位置可参见图1。

进一步地，所述管程进口管嘴32设置在管箱壳体正上方或上方偏左侧，所述管程出口管嘴33设置在管箱壳体正下方或下方偏左侧。

本实用新型的工作原理是：

蒸汽发生器工作时，来自外系统的饱和给水通过壳程进口管嘴19进入到壳程封闭空腔内，饱和给水完全淹没注U型换热管束5至溢流围堰15平齐，与自外系统来进入管程进口管嘴32的高温熔盐11进行换热，高温熔盐流经U型换热管束并与壳程封闭空腔内饱和给水换热后，自管程出口管嘴33流出；壳程封闭空腔内饱和给水经过加热后生成饱和蒸汽，饱和蒸汽经过U型换热管束上方空间自然分离后，进入雾沫夹带分子筛18进一步除去饱和蒸汽携带的微量水雾，最后产生的干饱和蒸汽从壳程出口管嘴26流出，进入下一工序。由壳程进口管嘴19进入冷却液，经液相溢流排净管嘴27出来的为溢流液相流。

本实用新型蒸汽发生器，在壳程出口管嘴出口动量不大于3275kg/(m*s²)时，其雾沫夹带控制在2％以内。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims

1.一种熔盐储能用蒸汽发生器，其特征在于，该蒸汽发生器包括壳体组件、管箱组件、封头组件；所述壳体组件包括圆柱形壳体和斜锥壳体；所述管箱组件包括管箱壳体、分层隔板和U型换热管束；所述封头组件包括前封头和后封头；

2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器，其特征在于，管箱壳体及前封头的水平中轴线上固定分层隔板，在管板上安装U型换热管束，U型换热管束的进口端联通分层隔板的上层空间，U型换热管束的出口端联通分层隔板的下层空间；所述圆柱形壳体与管箱壳体直径比为1.5-2.2，所述斜锥壳体中锥形过渡段与水平方向夹角为30°-45°。

3.根据权利要求1所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述壳程封闭空腔内设有依次排列的多个折流板，折流板上开有U型换热管束通过的开孔，多个折流板上部通过拉杆依次连接在一起。

4.根据权利要求3所述的蒸汽发生器，其特征在于，在折流板下端设有曲面滑板，曲面滑板曲率半径与圆柱形壳体相同，曲面滑板弦高与圆柱形壳体直径的比为1％-1.5％。

5.根据权利要求1所述的蒸汽发生器，其特征在于，在U型换热管束后方的壳程封闭空腔内设置溢流围堰，使U型换热管束完全浸泡在壳程液相空间内；溢流围堰的高度不小于U型换热管束的高度，不大于圆柱形壳体的内径。

6.根据权利要求1所述的蒸汽发生器，其特征在于，在后封头上设置人孔，人孔直径为φ400mm。

7.根据权利要求1所述的蒸汽发生器，其特征在于，在圆柱形壳体的壳程进口管嘴的正上方圆柱形壳体内设置防冲挡板，防冲挡板与壳程进口管嘴的直径比为1.25～1.33。

8.根据权利要求1所述的蒸汽发生器，其特征在于，在圆柱形壳体的壳程出口管嘴的法兰盘上设置雾沫夹带分子筛，雾沫夹带分子筛位于圆柱形壳体的内部，雾沫夹带分子筛由多个等腰直角三角形分子筛片按照圆形分布构成，每个分子筛片设置有筛孔，分子筛片与壳程出口管嘴的法兰盘面的夹角为10°-60°；在壳程出口管嘴内部还布置有正方形金属网5-10层。

9.根据权利要求1所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述圆柱形壳体下方设有用于固定支撑圆柱形壳体的鞍座，鞍座上方设有一组“Π”字型补偿器，在圆柱形壳体的上方设置有两个用于吊装用的吊耳。

10.根据权利要求1所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述圆柱形壳体设置有壳程进口管嘴、壳程出口管嘴、液相溢流排净管嘴，所述壳程进口管嘴设置在壳体左下方，所述壳程出口管嘴设置在壳体正上方，所述圆柱形壳体上还设有液位计接口、温度计接口、压力监测接口和安全阀接口；在管箱壳体正上方或上方偏左侧设置管程进口管嘴，在管箱壳体正下方或下方偏左侧设置管程出口管嘴。