[发明专利]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

说明书

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。

技术领域

本发明涉及热交换器领域，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)。

背景技术

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.Heat Transfer(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.Heat Transfer(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)。