CN219572774U - 换热器及具有其的燃煤发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种换热器及具有其的燃煤发电机组，该换热器包括第一流道部，所述第一流道部包括熔盐入口集箱、至少一个熔盐中间集箱和熔盐出口集箱，所述熔盐入口集箱、所述熔盐中间集箱以及所述熔盐出口集箱在竖直方向上排布，所述熔盐中间集箱位于所述熔盐入口集箱和所述熔盐出口集箱之间；所述第一流道部还包括若干个换热管束，所述换热管束连接在相邻的两个集箱之间，所述换热管束包括多个换热管，所述换热管与相邻的两个所述集箱连通；所述换热管束相对水平面倾斜设置，且相邻的两个所述换热管束的倾斜方向相反。该换热器具有较好的换热效率，且在设备停运时能够实现熔盐介质的排空，确保运行的安全性。

Description

换热器及具有其的燃煤发电机组

技术领域

本实用新型涉及火力发电技术领域，特别是涉及一种换热器及具有其的燃煤发电机组。

背景技术

随着新能源的发展，风能、太阳能等接入电网的比例逐渐增大，但新能源具有随机性、间歇性和波动性等特点，大规模的接入电网会造成电网变化较大，影响电网运行的安全性。近年来提出的储能技术可提高燃煤火力发电的灵活性，其中一种储能技术为熔盐储能，即在电力供给盈余或电力需求低谷时主动将电力以热能的形式储存在高温熔盐中，在电网需要时再将热能转化为电能，可以在满足大比例接入新能源并网的同时确保电网安全。

目前，将热量储存在熔盐中的方式是采用换热器，利用锅炉的高温烟气来加热熔盐，现有的换热器多采用的是立式蛇形管或者有折流挡板的换热器，或者是套管式换热器，但是对于立式蛇形管或者有折流挡板的换热器来说，在设备停止运行时，熔盐在重力作用下无法自动排出，会在管内凝固，存在安全隐患，对于套管式换热器来说，其容量相对较小，直接布置在烟道中存在困难，需要额外增加设备和运行费用。

有鉴于此，如何设计一种换热器，可应用于燃煤发电机组，换热性能好，且在设备停运时可实现熔盐介质的排空，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种换热器及具有其的燃煤发电机组，该换热器具有较好的换热效率，且在设备停运时能够实现熔盐介质的排空，确保运行的安全性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种换热器，包括第一流道部，所述第一流道部包括熔盐入口集箱、至少一个熔盐中间集箱和熔盐出口集箱，所述熔盐入口集箱、所述熔盐中间集箱以及所述熔盐出口集箱在竖直方向上排布，所述熔盐中间集箱位于所述熔盐入口集箱和所述熔盐出口集箱之间；

所述第一流道部还包括若干个换热管束，所述换热管束连接在相邻的两个集箱之间，所述换热管束包括多个换热管，所述换热管与相邻的两个所述集箱连通；所述换热管束相对水平面倾斜设置，且相邻的两个所述换热管束的倾斜方向相反。

如上所述的换热器，每个所述换热管束的多个所述换热管布置成一排。

如上所述的换热器，所述换热管的外管壁设有翅片结构。

如上所述的换热器，所述换热管的端部具有折弯段，所述折弯段用于与所述集箱固定连接。

如上所述的换热器，同一所述换热管束的各所述换热管的倾斜角度一致。

如上所述的换热器，各所述换热管束相对水平面的倾斜角度一致。

如上所述的换热器，还包括第二流道部，所述第二流道部具有流体进口、流体出口和流通腔，所述流体进口通过所述流通腔与所述流体出口连通，所述第一流道部位于所述流通腔内。

如上所述的换热器，流体在所述第二流道部内的流动方向与熔盐在所述第一流道部内的流动方向相反。

如上所述的换热器，所述流体进口位于所述流体出口的上方，所述熔盐入口集箱位于所述熔盐出口集箱的下方。

本实用新型还提供一种燃煤发电机组，包括储热系统，所述储热系统包括换热器，所述换热器为上述任一项所述的换热器。

本实用新型提供的换热器可应用于燃煤发电机组，该换热器的第一流道部用于提供熔盐流动的空间，熔盐在第一流道部内流动的过程中可与在第一流道部外侧流动的烟气进行热交换，该换热器具有下述技术效果：

第一，第一流道部的各换热管束倾斜设置，这样，在设备停运时，换热管束的换热管内的熔盐可依靠重力排空，避免熔盐凝固在换热管内或者在换热管内堵死带来的安全隐患；

第二，换热管束的起始端都连接有集箱，熔盐在依次流经各换热管束的过程中，利用集箱对熔盐进行再分配，促进了热边界层的再发展，大大增强整体传热，有效地提高了换热性能；

第三，换热管的两端与集箱固接，减少了额外的固定装置，有利于换热器整体结构的紧凑性，在应用于燃煤发电机组时，方便将换热器布置在烟道中。

本实用新型提供的燃煤发电机组包括上述换热器，与该换热器具有相同的技术效果，此处不再重复论述。

附图说明

图1为本实用新型所提供换热器的结构简示图；

图2为图1中第一流道部的展开示意图；

图3为未设置熔盐中间集箱的管道结构示意图；

图4为图2和图3所示管道结构的努塞尔数沿管道长度方向的分布对比图。

附图标记说明：

熔盐入口集箱11，第一熔盐中间集箱12a，第二熔盐中间集箱12b，第三熔盐中间集箱12c，熔盐出口集箱13，第一换热管束14a，第二换热管束14b，第三换热管束14c，第四换热管束14d，换热管141，折弯段1411，翅片结构142；

第二流道部20。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

为便于理解和描述简洁，下文结合换热器以及具有该换热器的燃煤发电机组一并说明，有益效果部分不再重复论述。

燃煤发电机组包括燃烧系统、汽水系统、电气系统和控制系统等，其中的燃烧系统一般以锅炉为核心，利用锅炉向汽轮机输送蒸汽，汽轮机在蒸汽的冲击作用下将热能转换为机械能，带动与汽轮机同轴的发电机发电。

随着新能源的引入，为了确保电网运行的安全性，本实施例提供的燃煤发电机组还包括储热系统，该储热系统利用熔盐作为介质，在电力供给盈余或者需求较低时，先将热能储存在高温的熔盐中，需要时，再将高温熔盐中的热能转化为电能。

为了将热能储存在熔盐中，储能系统设有换热器，利用燃煤发电机组的高中温烟气或者高中温蒸汽等流体与低温熔盐进行热交换。本文的实用新型核心在于换热器，燃煤发电机组的其他系统可基于现有技术实现，此处不详述，下面就换热器进行详细说明。

请参考图1，图1为本实用新型所提供换热器的结构简示图。

本实施例中，换热器包括第一流道部，第一流道部包括熔盐入口集箱11、至少一个熔盐中间集箱和熔盐出口集箱13，其中的熔盐入口集箱11、各熔盐中间集箱以及熔盐出口集箱13在竖直方向上排布，且熔盐中间集箱位于熔盐入口集箱11和熔盐出口集箱13之间。

第一流道部还包括若干个换热管束，每个换热管束连接在相邻的两个集箱之间，这里的集箱包括前述熔盐入口集箱11、熔盐中间集箱以及熔盐出口集箱13，也就是说，相邻的两个集箱之间连接有一个换热管束，每个换热管束包括多个换热管141，换热管141与相邻的两个集箱连通，这样熔盐自熔盐入口集箱11流入后，能够经换热管141依次流经各熔盐中间集箱和熔盐出口集箱13，最终可从熔盐出口集箱13排出。

每个换热管束都相对水平面倾斜设置，且相邻的两个换热管束的倾斜方向相反，这样，各换热管束连接的管路呈折弯状态。

示例性地，图1中的换热器设有三个熔盐中间集箱，相应地，换热管束设有四个，为清楚说明，这里将三个熔盐中间集箱分别称之为第一熔盐中间集箱12a、第二熔盐中间集箱12b和第三熔盐中间集箱12c，将四个换热管束分别称之为第一换热管束14a、第二换热管束14b、第三换热管束14c和第四换热管束14d。

以图1所示方位，熔盐进口集箱11位于最下方，第一熔盐中间集箱12a的高度高于熔盐进口集箱11，第二熔盐中间集箱12b的高度高于第一熔盐中间集箱12c，第三熔盐中间集箱12c的高度高于第二熔盐中间集箱12b，熔盐出口集箱13位于最上方，第一换热管束14a的两端分别与熔盐进口集箱11和第一熔盐中间集箱12a连接，第二换热管束14b的两端分别与第一熔盐中间集箱12a和第二熔盐中间集箱12b连接，第三换热管束14c的两端分别与第二熔盐中间集箱12b和第三熔盐中间集箱12c连接，第四换热管束14d的两端分别与第三熔盐中间集箱12c和熔盐出口集箱13连接。

为了使得各换热管束都倾斜布置，且相邻的换热管束的倾斜方向相反，各集箱在水平方向上左右交替排布，具体来说，第一熔盐中间集箱12a和第三熔盐中间集箱12c在图1中偏左侧设置，熔盐进口集箱11、第二熔盐中间集箱12b和熔盐出口集箱13在图1中偏右侧设置，这样，各换热管束连接后，第一换热管束14a是左端向上倾斜，第二换热管束14b是右端向上倾斜，第三换热管束14c是左端向上倾斜，第四换热管束14d是右端向上倾斜。

一般来说，在燃煤发电机组的相关管路上设置有熔盐泵，以将熔盐泵送至换热器的第一流道部，使其能够在第一流道部内流动，以图1所示，熔盐从熔盐进口集箱11进入后，分配至第一换热管束14a的各换热管141，经第一换热管束14a的各换热管141流动至第一熔盐中间集箱12a处汇集，经过第一熔盐中间集箱12a再分配后，经第二换热管束14b的各换热管141流动至第二熔盐中间集箱12b处汇集，经过第二熔盐中间集箱12b再分配后，经第三换热管束14c的各换热管141流动至第三熔盐中间集箱12c处汇集，经过第三熔盐中间集箱12c再分配后，经第四换热管束14d的各换热管141流动至熔盐出口集箱13处汇集，之后从熔盐出口集箱13排出。

实际工作时，熔盐在上述第一流道部中流动的同时可与在第一流道部外侧流动的中温烟气进行换热，从而将燃煤发电机组的中温烟气内的热量储存在熔盐中；由上述熔盐在第一流道部中的流动可知，熔盐在每个换热管束的起始端都连接有集箱，在依次流经各换热管束的过程中，利用集箱将熔盐汇集后再分配，使得熔盐在前一段换热管束内得到发展，之后在一个中间集箱内被中断，再在下一段换热管束内得到发展，如此经历一个周期性的发展、中断、再发展的过程，从而使流体热边界层始终处在发展中，达到强化换热的目的，能够有效提高换热性能。

上述设置有熔盐中间集箱的第一流道部的管路结构中，努塞尔数沿着流动方向呈周期性变化，这与常规不设置中间集箱的管路结构相比不同，可一并参考图2至图4理解，其中的图2可理解为图1所示第一流道部展开的示意图，或者说平铺状态的示意图，图3为传统管路结构设置，只有熔盐进口集箱和熔盐出口集箱，两者之间通过一组换热管束连通，中部不设置中间集箱；图4为图2和图3两种管路结构中努塞尔数沿着管长的变化曲线图，从图4中可以看出，应用图2对应的设有熔盐中间集箱的管路结构中，努塞尔数变化的曲线图如图4中的s1，其沿流动方向呈周期性的变化，该变化的原因主要是因为熔盐中间集箱的周期性热边界层的再发展引起的，而图3所示传统的管路结构中，努塞尔数变化的曲线图如图4中的s2，其沿流动方向呈衰减变化。

本实施例中，熔盐中间集箱的设置，同时也会减小熔盐在此处的流速，降低熔盐中间集箱所在位置的阻力，以降低熔盐流动过程中的压降，有利于减少所需的泵送功率，节约成本。

上述各熔盐中间集箱不仅起到对熔盐汇集再分配的作用，还起到连接固定各换热管束的换热管141的作用，给换热管141提供支撑，避免设置额外的固定装置，有利于提高换热器整体的紧凑性，在应用于燃煤发电机组时，方便将换热器布置在烟道中。

另外，各换热管束均倾斜布置，在设备停运时，换热管141内的熔盐可利用重力自动排出，不会残留在管道内凝固而造成冻堵，安全性得以提升。

本实施例中，换热器还包括第二流道部20，第二流道部20具有流体进口、流体出口和流通腔，前述第一流道部可置于第二流道部20中的流通腔，在高温流体流经第二流道部20的流通腔时，与第一流道部内流动的熔盐进行热交换。对于燃煤发电机组来说，流入第二流道部20的高温流体可以是高中温烟气或者高中温蒸汽等，第二流道部20可以是烟道或者其他高温流体流经的通道等，这里的高温或中温是一个相对的概念。

具体应用中，烟气在第二流道部20内的流动方向与熔盐在第一流道部内的流动方向相反设置，即烟气和熔盐为逆流形式，有利于提高换热效果。

在图1所示示例中，熔盐的进口位于下方，出口位于上方，其流动方向大致是从下到上，相应地，第二流道部20的烟气进口位于上方，烟气出口位于下方，图中的空心箭头示意了烟气的流动方向。

具体应用中，第一流道部的各换热管束的多个换热管141布置呈一排，即在竖直方向上，换热管141没有重叠，这样设置可以避免换热管141管壁积灰而影响换热效果。

具体应用中，换热管束的换热管141的外管壁设有翅片结构142，翅片结构142的设置可以增大换热管141与烟气的换热面积，并可增强烟气的扰动，使换热效果更好，改善换热器的性能。

翅片结构142的具体形式可以根据需要设置，比如为片状或者波浪形式等，此处不做限制。

具体应用中，为方便换热管141的端部与对应为位置的集箱进行连接，可以在换热管141的端部设置折弯段1411，换热管141通过其折弯段1411与集箱固定连接。

具体应用中，同一个换热管束的各换热管141的倾斜角度设置一致，以方便管路连接和布置；在此基础上，各换热管束相对水平面的倾斜角度也可以一致设置。该倾斜角度的具体值不做限定，可根据实际应用需求来设置。

图1所示示例中，熔盐中间集箱设有三个，在其他实施例中，熔盐中间集箱的数量可以调整，比如只设一个，或者设置两个，或四个以上等，换热管束的数量适应性调整。

图1所示示例中，靠左侧的第一熔盐中间集箱12a和第三熔盐中间集箱12c基本位于同一竖直线上，靠右侧的熔盐进口集箱11、第二熔盐中间集箱12b和熔盐出口集箱13基本位于同一竖直线上，在其他实施例中，位于同一侧的集箱也可不设置在同一竖直线上，在水平方向上有一定的间距也是可以的。

图1所示示例中，熔盐进口集箱11和熔盐出口集箱13位于同一侧，可以理解，在其他实施例中，两者也可以位于两侧，者与熔盐中间集箱的设置数量相关。

总的来说，本实用新型提供的换热器的装置结构简单，易于布置，具有较好的经济性、换热性能和安全性。

另外，还需要指出的是，上文虽然以换热器应用至燃煤发电机组为例说明，但可以理解，在其他类似应用场景中也可以使用该换热器，在其他应用场景中，流经第二流道部20的流体可根据应用设备的不同而变化。

以上对本实用新型所提供的一种换热器及具有其的燃煤发电机组均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种换热器，其特征在于，包括第一流道部，所述第一流道部包括熔盐入口集箱、至少一个熔盐中间集箱和熔盐出口集箱，所述熔盐入口集箱、所述熔盐中间集箱以及所述熔盐出口集箱在竖直方向上排布，所述熔盐中间集箱位于所述熔盐入口集箱和所述熔盐出口集箱之间；

所述第一流道部还包括若干个换热管束，所述换热管束连接在相邻的两个集箱之间，所述换热管束包括多个换热管，所述换热管与相邻的两个所述集箱连通；所述换热管束相对水平面倾斜设置，且相邻的两个所述换热管束的倾斜方向相反。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，每个所述换热管束的多个所述换热管布置成一排。

3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热管的外管壁设有翅片结构。

4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热管的端部具有折弯段，所述折弯段用于与所述集箱固定连接。

5.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，同一所述换热管束的各所述换热管的倾斜角度一致。

6.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于，各所述换热管束相对水平面的倾斜角度一致。

7.根据权利要求1-6任一项所述的换热器，其特征在于，还包括第二流道部，所述第二流道部具有流体进口、流体出口和流通腔，所述流体进口通过所述流通腔与所述流体出口连通，所述第一流道部位于所述流通腔内。

8.根据权利要求7所述的换热器，其特征在于，流体在所述第二流道部内的流动方向与熔盐在所述第一流道部内的流动方向相反。

9.根据权利要求8所述的换热器，其特征在于，所述流体进口位于所述流体出口的上方，所述熔盐入口集箱位于所述熔盐出口集箱的下方。

10.一种燃煤发电机组，包括储热系统，其特征在于，所述储热系统包括换热器，所述换热器为权利要求1-9任一项所述的换热器。