一种应用于光热发电系统的汽包及蒸汽发生系统的制作方法

本发明涉及光热发电技术领域，具体地说是一种应用于光热发电系统的汽包及蒸汽发生系统。

背景技术：

太阳能光热发电系统是国家新兴产业，是替代传统煤电的新能源范畴。太阳能光热发电是利用聚光器(定日镜)将低密度的太阳光聚光成高密度的太阳光能再通过太阳能吸热器，将太阳能转变为热能加热循环流动的中间载热体熔盐，再通过熔盐在换热器内加热给水，产生高温过热蒸汽推动汽轮机旋转发电。

在这一过程中为了保证蒸汽的品质，避免蒸汽的含盐量超标(含盐量超标的蒸汽会引起汽轮机、锅炉等热力设备结盐垢)，换热器所产生的蒸汽需要进入汽包进行汽水分离和净化。

汽包是电站锅炉最重要的设备，是加热、汽化、过热三过程的连接枢纽，起着承上启下的作用。然而传统的汽包一般采用柱形筒式旋风分离器对蒸汽中的汽水进行分离，这样主要存在以下几方面的问题：

第一，汽包内的结构复杂，不仅增大的初期的资金投入，而且不便于后期的维修和养护。

第二，由于柱形筒式旋风分离器是由2-3mm的钢板制成的圆筒，汽水混合物从进口蜗壳以切线方向进入旋风器，靠离心力作用将水滴抛向筒壁使汽与水分离，然后在旋风筒内受重力作用，蒸汽从顶部进入汽包的蒸汽空间，水则由下部进入水空间，完成汽水分离。这种结构在进行汽水分离的过程中阻力大，因此在工作的过程呈能耗高，增加了运行的成本。

第三，在工作的过程中由于蒸汽中的液滴会对柱形筒式旋风分离器的筒壁进行拍打，一方面运行的过程中噪声会很大，造成噪音污染；另一方面对设备的安装精度要求较高，因为一旦在安装的过程中出现偏心的情况，还会出现震动，降低设备的寿命。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种应用于光热发电系统的汽包及蒸汽发生系统，该装置不仅结构简单，而且分离效果好，方便后期的维修和养护。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种应用于光热发电系统的汽包，包括第一壳体，所述的第一壳体内设置有汽水分离装置，所述的汽水分离装置包括第一汽水分离装置、第二汽水分离装置和第三汽水分离装置，且所述的第一汽水分离装置、第二汽水分离装置和第三汽水分离装置共同形成了“门”字形；

所述第一汽水分离装置和第二汽水分离装置的上端分别与所述的第一壳体相连，所述第一汽水分离装置和第二汽水分离装置的下端分别通过第一底部围板和第二底部围板与所述的第一壳体相连；

所述的汽水分离装置的沿轴线方向的两端分别设置有侧围板，且所述的第一汽水分离装置、第一底部围板、第一壳体和侧围板共同形成了第一汽水分离室，所述的第二汽水分离装置、第二底部围板、第一壳体和侧围板共同形成了第二汽水分离室，所述的第三汽水分离装置、第一壳体和侧围板共同形成了蒸汽干燥室。

进一步地，所述的第一壳体上分别设置有饱和蒸汽出口、第一汽水混合物进口和第二汽水混合物进口，所述的饱和蒸汽出口与所述的蒸汽干燥室相连通，所述第一汽水混合物进口和第二汽水混合物进口分别与所述第一汽水分离室和第二汽水分离室相连通，所述第一壳体的下部分别设置有给水进水管和饱和水出水管。

进一步地，所述蒸汽干燥室的内部位于饱和蒸汽出口的下方设置有用于干燥饱和蒸汽的挡板。

进一步地，所述的第一汽水混合物进口和第二汽水混合物进口均为若干个，且若干个所述的第一汽水混合物进口和若干个所述的第二汽水混合物进口沿轴向均布。

进一步地，所述给水进水管的内端设置有沿轴线方向的横管，所述横管上设置有若干个出水孔，且所述出水孔的轴线与竖直方向之间的夹角α均小于90°。

进一步地，所述横管的轴线与所述第一壳体的轴线之间的竖直距离M为第一壳体直径的3/8。

进一步地，所述饱和水出水管的位于第一壳体内部的进水口与所述第一壳体的轴线之间的竖直距离L为第一壳体直径的1/4。

一种应用于光热发电系统的蒸汽发生系统，包括预热器、蒸发器、过热器和汽包，所述的蒸发器包括呈U型的第二壳体，所述的呈U型的第二壳体内设置有U型管束，所述的U型管束上设置有用于支撑所述的U型管束的折流组件；

所述的第二壳体包括进口端壳体、出口端壳体和用于连接所述进口端壳体和出口端壳体的壳程U型管端封头，所述的进口端壳体和出口端壳体上分别设置有壳程出口和壳程进口；

所述进口端壳体的远离壳程U型管端封头的一端设置有进口端管板，所述出口端壳体的远离壳程U型管端封头的一端设置有出口端管板；

所述U型管束位于进口端壳体内的一端与所述的进口端管板固定连接，所述U型管束位于出口端壳体内的一端与所述的出口端管板固定连接；

所述的进口端管板和出口管板上分别设置有进口管箱和出口管箱；

所述的进口管箱和出口管箱上分别设置有管程进口和管程出口；

所述汽包为权利要求1至7中任意一项所述的汽包；

进一步地，所述的壳程U型管端封头由两个呈U型的封头壳体扣合而成，且两个所述的封头壳体之间，封头壳体与进口端壳体之间，以及封头壳体与出口端壳体之间均采用焊接的方式固定连接。

进一步地，所述的预热器和过热器与所述的蒸发器结构相同。

本发明的有益效果是：

1、在保证分离效果的前提下，大大的简化了汽包内部的结构复杂程度，降低了加工难度和材料成本，方便了后期的维修和养护。

2、运行的过程中阻力小，耗能低，降低了运行成本。

3、运行的过程中噪音小，且对安装精度要求不高，降低了加工难度和安装精度。

4、蒸发器采用U管U壳的结构，一方面实现了纯逆流换热，大大的提高了换热效果，另一方面由于管壳侧均为单流程使得第一壳体的直径减小，从而使结构更加紧凑，大幅减小了占地面积。

5、由于蒸发器采用U管U壳的结构，因此管、壳侧均可自由膨胀，无温差应力。

附图说明

图1为汽包内部结构的主视图；

图2为图1中A部分的放大结构示意图；

图3为汽包内部结构的侧视图；

图4为汽包给水进水管的立体结构示意图；

图5为图3中B部分的放大结构示意图；

图6为饱和水出水管的另一种安装结构示意图；

图7为蒸汽发生系统的结构示意图(预热器、过热器和蒸发器结构相同)；

图8为蒸汽发生系统中汽包和蒸发器的连接关系结构示意图；

图9为蒸发器的结构示意图；

图10为图9的俯视图。

图中：1-汽包，11-第一壳体，12-给水进水管，121-横管，122-出水孔，131-第一汽水混合物进口，132-第二汽水混合物进口，141-第一汽水分离室，142-第二汽水分离室，151-第一汽水分离装置，152-第二汽水分离装置，153-第三汽水分离装置，16-饱和水出水管，17-蒸汽干燥室，18-饱和蒸汽出口，181-挡板，191-第一底部围板，192-第二底部围板，193-侧围板，2-蒸发器，21-进口管箱，211-管程进口，22-出口管箱，221-管程出口，23-进口端第一壳体，231-壳程出口，24-出口端第一壳体，241-壳程进口，25-折流组件，26-进口端管板，27-出口端管板，28-U型管束，29-壳程U型端封头，291-封头壳体，3-过热器，4-预热器。

具体实施方式

如图1至图3所示，一种应用于光热发电系统的汽包1包括第一壳体11，所述第一壳体11的内腔体的上部设置有汽水分离装置，所述的汽水分离装置包括第一汽水分离装置151、第二汽水分离装置152和第三汽水分离装置153。其中所述的第一汽水分离装置151和第二汽水分离装置152均沿竖直方向布置，所述的第三汽水分离装置153设置于所述的第一汽水分离装置151和第二汽水分离装置152之间，且沿水平方向布置。所述的第一汽水分离装置151、第二汽水分离装置152和第三汽水分离装置153共同形成了“门”字形。

所述第一汽水分离装置151和第二汽水分离装置152的上端分别与所述的第一壳体11密封连接。所述第一汽水分离装置151和第二汽水分离装置152的下端与第一壳体11之间分别设置有第一底部围板191和第二底部围板192，且所述的第一底部围板191和第二底部围板192的内侧(以靠近轴线的一侧为内侧，下同)分别与所述的第一汽水分离装置151和第二汽水分离装置152密封连接，所述第一底部围板191和第二底部围板192的外侧分别与所述的 第一壳体11密封连接。所述第三汽水分离装置153的两端分别与所述的第一汽水分离装置151和第二汽水分离装置152密封连接。

所述的第一汽水分离装置151、第二汽水分离装置152和第三汽水分离装置153可以是波形板分离器、百叶窗分离器或是丝网，在实际的应用中可以根据分离精度的不同进行选择或是组合使用。

所述的汽水分离装置的沿轴线方向的两端分别设置有侧围板193，且所述侧围板193的上端圆弧面与所述的第一壳体11密封连接，所述的侧围板193的下端水平面的两端分别与所述的第一底部围板191和第二底部围板192密封连接。

在这里，所述的密封连接可以为焊接或是通过螺栓和密封垫连接。

所述的第一汽水分离装置151、第一底部围板191、第一壳体11和侧围板193共同形成了第一汽水分离室141，所述的第二汽水分离装置152、第二底部围板192、第一壳体11和侧围板193共同形成了第二汽水分离室142，所述的第三汽水分离装置153、第一壳体11和侧围板193共同形成了蒸汽干燥室17。

所述的第一壳体11上设置有与所述的蒸汽干燥室17相连通的饱和蒸汽出口18，所述的蒸汽干燥室17的内部位于饱和蒸汽出口18的下方设置有用于干燥饱和蒸汽的挡板181。优选的，所述的饱和蒸汽出口18的轴线沿竖直方向，且与所述第一壳体11的轴线相交。

所述的第一壳体11上分别设置有与所述的第一汽水分离室141和第二汽水分离室142相连通的若干个第一汽水混合物进口131和若干个第二汽水混合物进口132，且若干个所述的第一汽水混合物进口131和若干个所述的第二汽水混合物进口132沿轴向均布。

所述第一壳体11的下部设置有给水进水管12，作为一种具体实施方式，本实施例中所述给水进水管12的轴线沿竖直方向，且与所述第一壳体11的 轴线相交。进一步地，所述给水进水管12的内端设置有沿轴线方向的横管121，如图4和图5所示，所述横管121上设置有若干个出水孔122，且所述出水孔122的轴线与竖直方向之间的夹角α均小于90°。进一步地，所述横管121的轴线与所述第一壳体11的轴线之间的竖直距离M为第一壳体11直径的3/8。

这样设计的目的主要有三个：第一，通过分流，有利于给水内本身存在的蒸汽排出；第二，通过分流，避免第一壳体11内的液面出现波动；第三，由于运行过程中所产生的污物会沉积在第一壳体11的底部，这样可以避免将第一壳体11底部的污物掀起。

所述第一壳体11的下部设置有饱和水出水管16，如图3和图6所示，所述的饱和水出水管16可以沿水平方向，也可以沿径向。所述饱和水出水管16的位于第一壳体11内部的进水口与所述第一壳体11的轴线之间的竖直距离L为第一壳体11直径的1/4。这样设计的主要目的是为了避免第一壳体11底部的污物随饱和水一起流出。

工作时，从蒸发器2排出的汽水混合物分别从第一汽水混合物进口131第二汽水混合物进口132进入到第一汽水分离室141和第二汽水分离室142，由于受到底部围板和侧围板193的封堵，所述的汽水混合物只能通过第一汽水分离装置151和第二汽水分离装置152进入到第一汽水分离装置151和第二汽水分离装置152之间。在这里蒸汽会向上运动穿过第三汽水分离装置153，分离出来的液体会沿着第一汽水分离装置151和第二汽水分离装置152留到第一壳体11的下部，且蒸汽在上升的过程中从第三汽水分离装置153中分离出来的液体还会对蒸汽起到清洗的作用。最终经过汽水分离的饱和蒸汽经过挡板181的分离作用(即干燥)后，从饱和蒸汽出口18排出，进入到过热器3内。

如图7至图9所示，一种应用于光热发电系统的蒸汽发生系统包括预热器4(图中未示出)、蒸发器2、过热器3(图中未示出)和汽包1。

所述的汽包1采用上述的汽包1即可，在此不再赘述。

所述的蒸发器2包括呈U型的第二壳体，所述的呈U型的第二壳体内设置有U型管束28，所述的U型管束28上设置有用于支撑所述的U型管束28的折流组件25，所述的折流组件25采用现有技术中的折流组件25即可，在此不再赘述。

所述的第二壳体包括进口端壳体、出口端壳体和用于连接所述的进口端壳体和出口端壳体的壳程U型管端封头。所述进口端壳体的远离壳程U型管端封头的一端设置有进口端管板26，所述的出口端壳体的远离壳程U型管端封头的一端设置有出口端管板27。所述U型管束28位于进口端壳体内的一端与所述的进口端管板26固定连接。

所述U型管束28位于出口端壳体内的一端与所述的出口端管板27固定连接。所述进口端管板26上设置有与所述的U型管束28相连通的进口管箱21，所述出口端管板27设置有与所述的U型管束28相连通的出口端管箱。

所述的进口管箱21上设置有管程进口211，所述的出口管箱22上设置有管程出口221。所述的进口端二壳体上设置有壳程出口231，所述的出口端壳体上设置有壳程进口241。

进一步地，为了安装方便，如图10所示，所述的壳程U型管端封头29由两个呈U型的封头壳体291扣合而成，且两个所述的封头壳体291之间，封头壳体291与进口端壳体23之间，以及封头壳体291与出口端壳体24之间均采用焊接的方式固定连接。

可以采用现有技术中的换热器，也可以采用和蒸发器结构相同的，如果采用现有技术中的就是现有技术，不用在写了，如果和蒸发器的结构相同，前面也已经写清楚了，所以就这样简单写了一句

所述的预热器4和过热器3可以采用现有技术中的换热器，且当采用现有技术中的换热器时，由于为现有技术，在此不再赘述。另外所述的预热器4 和过热器3也可以采用与所述的蒸发器2结构相同的换热器，且所述蒸发器2的结构前面已经进行描述，在此不再赘述。

如图7所示，所述预热器4的管程出口221通过管路与所述汽包1的给水进水管12相连，所述汽包1的饱和水出水管16通过管路与所述的蒸发器2的管程进口211相连，所述的管程出口221通过管路分别与所述汽包1的第一汽水混合物进口131和第二汽水混合物进口132相连，所述汽包1的饱和蒸汽出口18通过管路与所述过热器3的管程进口211相连；所述过热器3的壳程出口231通过关于所述蒸发器2的壳程进口241相连，所述蒸发器2的壳程出口231通过管路与所述预热器4的壳程进口241相连。

工作时，高温的低压热介质熔盐依次流经过热器3、蒸发器2和预热器4的壳侧，并在预热器4内与给水进行热交换对给水进行预热，给水经汽包1的给水进水管12进入汽包1内，然后从汽包1的饱和水出水管16流出从蒸发器2的管程进口211进入到U型管束28内与壳侧低压热介质熔盐逆流换热后吸收熔盐的显热后在U型管束28内蒸发产生汽泡，汽水混合物在U型管束28内的气相率随着流程的增加逐渐加大产生额定饱和蒸汽，含有额定饱和蒸汽的汽水混合物在出口管箱22汇集，再通过管程出口221进入到汽包1内进行汽水分离。经过汽水分离后产生的饱和蒸汽经饱和蒸汽出口18进入到过热器3的管侧，并与过热器3壳侧内的低压热介质熔盐进行热交换产生过热蒸汽。