用于集中太阳能发电设备中的熔盐蒸汽发生器的热交换器制造技术

发夹式热交换器(1)，其中成束的平行U形弯管(2)从交换器中伸出并经由弯管(11)分别在第一直段处的内部壳体(3)和外部壳体(4)的一端之外连接到第一集管(9)，并在第二直段处的内部壳体(3)和外部壳体(4)的一端之外连接到第二集管(10)，第一集管将第一流体分配到成束的直管(2)，第二集管从成束的直管(2)中收集呈液体、蒸汽或液体/蒸汽混合物形式的第一流体。

Heat exchanger of molten salt steam generator for centralized solar power generation equipment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于集中太阳能发电设备中的熔盐蒸汽发生器的热交换器
本专利技术涉及热交换器领域，特别是热交换器，例如蒸发器、过热器、再热器和节能器，其旨在用于导热流体蒸汽发生器中，例如集中太阳能发电设备(CSP)的熔盐蒸汽发生器(MSSG)。现有技术已知的是，CSP塔设备通常包括一个或多个位于中央塔的顶点处的太阳能接收器。这些太阳能接收器被集中的入射太阳光线加热，并且它们产生热流体，该热流体将进一步用于产生能够驱动涡轮和发电的高压蒸汽。更具体地，CSP塔设备具有主要部件，即，至少定日镜太阳能场、安装在塔架顶部的太阳能接收器、蒸汽发生器、蒸汽涡轮机和存储系统。在熔盐技术中，熔盐通常在太阳能接收器中加热到565℃，并存储在热存储罐中。当需要发电时，热盐从热罐流到熔盐蒸汽发生器(MSSG)，产生蒸汽，然后将蒸汽注入蒸汽涡轮机。图1示意性地示出了用于MSSG的典型的所谓热交换器列的部件。热熔盐从入口100穿过再热器101和过热器104进入蒸发器102。此后，热盐从蒸发器102的出口流向节能器103，再流向出口105。所谓的“壳管式”热交换器在现有技术中是指适于高压应用的一类热交换器设计。这种类型的热交换器由一个称为“壳体”的大压力容器组成，壳体内部有一组称为“束”的管。第一流体流过管，而第二流体在壳体内在管上流过，第一流体和第二流体具有不同的温度，目的是将热量从第二流体传递到第一流体，反之亦然。壳管式设计上有许多变化。例如，图2示意性地显示了直管式热交换器(两通管侧)。每个管21的端部通过设置在称为“管板”27的分隔板上的孔连接到水箱或充气室29。管21可以是直的，如图2所示，或者可以弯曲成“U”形(U形管)。为了在两种流体之间提供改善的热交换，第二流体的流动路径通常由形成相应通道的中间挡板28确定，从而第二流体流在从一个通道流向下一通道时改变其方向。挡板通常呈部分圆形段或环形圈和圆盘的形式，垂直于壳体22的纵向轴线安装以提供第二流体的Z字形流动。图3所示的上述设计的现有技术替代方案是水平发夹式热交换器。发夹式热交换器1具有两个包含U形管的直部的壳体22。发夹的头部包含管的180°U形弯曲部。这种发夹设计的优点是：-不需要联合膨胀系统，因为热膨胀自然由发夹设计管理；-由于直管和交换器的水平位置，因此交换器的排水和排气更容易。蒸汽发生器的不同概念是已知的。桑迪亚(Sandia)报告93-7084“蓄热和蒸汽发生器问题调查，贝克特公司”中报告了这些不同概念的综合，其中列出了现有蒸汽发生器的优缺点。为了提高热交换器中的传热效率，自1920年代以来就知道安装在壳体中的挡板可以具有旨在以螺旋形路径引导流体的特定形状。而且，在相同的壳体侧压降下，采用连续螺旋形挡板，与传统的分段挡板相比，传热率提高了约10％(J.HeatTransfer(2007),Vol.129(10),1425-1431)。该模式允许减少在分段挡板中发生的泄漏流，并且进一步大大地增加了热传递系数(J.HeatTransfer(2010),Vol.132(10),101801)。而且，避免了流分层和停滞区(根据计算)，这允许完全排空并降低了结垢敏感性(较低的结垢阻力和较低的传热面积)。文件WO2009/148822公开了安装在壳体中的挡板，以在挡板分别靠近入口和出口时以不同的螺旋角将流体引导成螺旋流动模式。文件US2,384,714、US2,693,942、US3,400,758、US4,493,368和WO2005/019758各自公开了每种不同类型的挡板，但是相同的目的是提供流体的螺旋流动模式。文件US1,782,409公开了一种连续螺旋形挡板。当前的这些解决方案例如在热梯度柔性、效率(压降、传热系数)，排水性、自然循环等方面都不令人满意，并且新设计的蒸汽发生器和/或其单个热交换器应满足技术要求，例如：-通过减少内部泄漏和旁路流而改善的热效率；-通过减少局部水流障碍而改善的压降；-改善的上升能力；-改善的可靠性；-改善结垢行为等此外，由于再循环泵的资本成本，强制循环蒸发器的材料和制造成本高于自然循环蒸发器的材料和制造成本。专利技术目的本专利技术旨在克服旨在用于蒸汽发生器的现有技术的热交换器的缺点。特别地，本专利技术旨在获得一种尺寸减小的蒸发器，该蒸发器在热梯度方面表现出高的灵活性以及改善的效率，这是由于优化的流体动力学盐流而导致较低的压降，较低的内部泄漏(旁路)，改善的传热系数，降低的结垢倾向，易于排放的熔盐，自然循环(即没有循环泵)，使用寿命长，以及具有竞争力的成本。本专利技术的另一个目的是避免使用在壳管式经典热交换器中所必需的诸如当前管板之类的较厚的部件，这样的部件将导致高压区与低压区相邻的缺点。
技术实现思路
本专利技术的第一方面涉及一种发夹式热交换器，其具有第一直段、第二直段和连接第一直段和第二直段的弯曲段，每个直段都包括圆柱形第一壳体或圆柱形内部壳体的一部分以及圆柱形第二壳体或圆柱形外部壳体的一部分，所述圆柱形第一壳体位于所述圆柱形第二壳体内，两者形成一个壳体间空间，该壳体间空间包围成束的平行U形弯管，这些U形弯管各自具有分别位于交换器的所述第一直段和第二直段中的第一直部和第二直部以及位于交换器的所述弯曲段中的180°弯曲部，其中，在使用中，待加热和蒸发的第一流体在流动，所述圆柱形外部壳体相应地在一端设有入口，且在另一端处设有用于第二流体的出口，所述第二流体是热的导热流体，因此在使用中，所述第二流体在壳体间空间中流动并且通过与在直管中流动的第一流体进行热交换而冷却，所述壳体间空间还包围一些挡板以引导第二流体，其中所述成束的平行U形弯管从交换器中伸出并经由弯管分别在第一直段处的内部壳体的一端和外部壳体的一端之外，连接到第一集管，并在第二直段处的内部壳体的一端和外部壳体的一端之外，连接到第二集管，该第一集管将第一流体分配到成束的直管，所述第二集管从成束的直管中收集呈液体、蒸汽或液体/蒸汽混合物形式的第一流体。根据本专利技术的优选实施例，发夹式热交换器还包括以下特征之一或其适当的组合：-发夹式热交换器是水平的，并且相对于其中的第一流体的流动，第二流体的流动是并流的或逆流的；-第一集管和第二集管是直的和圆柱形的，或者球形的；-所述第一流体是包含给水或超临界二氧化碳的流体；-所述第二流体是熔盐或熔盐的混合物、导热油或液态钠；-挡板呈连续螺旋形挡板的形式；-挡板被组装、优选地焊接或用螺栓连接到圆柱形内部壳体；-在第一集管、第二集管与包含圆柱形内部壳体和圆柱形外部壳体的交换器的发夹段之间分别设置管板(tubesheet)；-管板为椭圆形并设有通道，以允许U形弯管密封地通过管板；-管板被设计成具有适于承受低压的厚度；-在外部壳体和挡板之间设有密封装置；-发夹式交换器配有分配夹套，用于将第二种流体从导热流体入口均匀地供给到热交换器；-分配夹套具有在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发夹式热交换器(1)，具有第一直段、第二直段和连接所述第一直段和所述第二直段的弯曲段，每个直段包括圆柱形第一壳体或圆柱形内部壳体(3)的一部分以及圆柱形第二壳体或圆柱形外部壳体(4)的一部分，所述圆柱形第一壳体(3)位于所述圆柱形第二壳体(4)内部，两者形成一个壳体间空间(5)，该壳体间空间包围成束的平行U形弯管(2)，这些U形弯管各自具有分别位于所述交换器的所述第一直段和所述第二直段中的第一直部和第二直部以及位于所述交换器的所述弯曲段中的180°弯曲部，在使用中，待加热和蒸发的第一流体在其中流动，所述圆柱形外部壳体(4)分别在一端处设有入口(6)，且在另一端处设有用于第二流体的出口(7)，所述第二流体是热的导热流体，因此在使用中，所述第二流体在所述壳体间空间(5)中流动并且通过与在所述直管(2)中流动的所述第一流体进行热交换而冷却，所述壳体间空间(5)还包围多个挡板(8)以引导所述第二流体，其中所述成束的平行U形弯管(2)从所述交换器中伸出并经由弯管(11)分别在所述第一直段处的所述内部壳体(3)的一端和所述外部壳体(4)的一端之外连接到第一集管(9)，并在所述第二直段处的所述内部壳体(3)的一端和所述外部壳体(4)的一端之外连接到第二集管(10)，所述第一集管将所述第一流体分配到所述成束的直管(2)，所述第二集管从所述成束的直管(2)中收集呈液体、蒸汽或液体/蒸汽混合物形式的所述第一流体。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170524 EP 17172695.3;20170524 US 62/510,3321.一种发夹式热交换器(1)，具有第一直段、第二直段和连接所述第一直段和所述第二直段的弯曲段，每个直段包括圆柱形第一壳体或圆柱形内部壳体(3)的一部分以及圆柱形第二壳体或圆柱形外部壳体(4)的一部分，所述圆柱形第一壳体(3)位于所述圆柱形第二壳体(4)内部，两者形成一个壳体间空间(5)，该壳体间空间包围成束的平行U形弯管(2)，这些U形弯管各自具有分别位于所述交换器的所述第一直段和所述第二直段中的第一直部和第二直部以及位于所述交换器的所述弯曲段中的180°弯曲部，在使用中，待加热和蒸发的第一流体在其中流动，所述圆柱形外部壳体(4)分别在一端处设有入口(6)，且在另一端处设有用于第二流体的出口(7)，所述第二流体是热的导热流体，因此在使用中，所述第二流体在所述壳体间空间(5)中流动并且通过与在所述直管(2)中流动的所述第一流体进行热交换而冷却，所述壳体间空间(5)还包围多个挡板(8)以引导所述第二流体，其中所述成束的平行U形弯管(2)从所述交换器中伸出并经由弯管(11)分别在所述第一直段处的所述内部壳体(3)的一端和所述外部壳体(4)的一端之外连接到第一集管(9)，并在所述第二直段处的所述内部壳体(3)的一端和所述外部壳体(4)的一端之外连接到第二集管(10)，所述第一集管将所述第一流体分配到所述成束的直管(2)，所述第二集管从所述成束的直管(2)中收集呈液体、蒸汽或液体/蒸汽混合物形式的所述第一流体。


2.根据权利要求1所述的发夹式热交换器(1)，其中所述发夹式热交换器是水平的，并且相对于所述第一流体的流动，所述第二流体的流动是并流的或逆流的。


3.根据权利要求1所述的发夹式热交换器(1)，其中所述第一集管(9)和所述第二集管(10)是直的和圆柱形的，或者是球形的。


4.根据权利要求1所述的发夹式热交换器(1)，其中所述第一流体是包括给水或超临界二氧化碳的流体。


5.根据权利要求1所述的发夹式热交换器(1)，其中所述第二流体是熔盐或熔盐的混合物、导热油或液态钠。
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔弗雷德·德蒂尔，斯特凡·维南德，伊夫·莱克卢，里德哈·哈尔扎拉赫，艾尔多·阿葛涅蒂，托马斯·鲍蒂尔，克里斯托弗·德太耶，
申请(专利权)人：考克利尔维修工程，
类型：发明
国别省市：比利时;BE