换热器、维护、制造和运行换热器的方法、发电厂和产生电力的方法
【专利说明】换热器、维护、制造和运行换热器的方法、发电厂和产生电 力的方法
[0001] 本发明设及换热器、维护换热器的方法和制造换热器的方法、运行换热器的方法、 发电厂、特别是太阳能热发电厂，和产生电力的方法。
[0002] 因此，根据本发明的换热器用作在第一传热介质和第二传热介质之间的间接热交 换。各个传热介质在运种情况下可W是液态、气态或超临界的介质，其吸收发电厂过程内部 或外部的热量，并且又使它离开发电厂过程内部或外部。在运种情况下，传热介质还可W用 来吸收热能作为在发电厂过程中的工作介质，W便将运种能量供给到在其中热能转变为机 械功的装置。
[0003] 众所周知的，电力可W在太阳能热发电厂W热力学的循环过程由太阳能产生。为 此，W02011/077248A2公开了用于使用太阳能产生电力的装置。在运种情况下，热量从第一 传热介质传输到第二传热介质并且第二传热介质的热量至少部分地转变为电力。
[0004] 通常，在太阳能热发电厂中，蒸汽由工作介质例如水或氨产生，并且用来驱动蒸汽 轮机，蒸汽轮机W机械方式连接到产生电流的发电机。在运种情况下，可W通过太阳福射或 也间接地通过例如热油或盐烙化物的传热介质将热量供给到工作介质。运种传热介质也可 W反过来通过太阳能加热。在电力的需要比通过太阳能转换可W满足的电力更多时，直接 或间接地加热的传热介质可W作为中间存储。 阳0化]盐烙化物，典型地是KN03和NaN〇3的低共烙混合物，可W特别地用于储热。运些盐 烙化物可W如上所述直接或也通过另一种例如热油的传热介质被加热到250°C到400°C或 600°C的溫度，并且可W储存在平底的槽中。可选地，或在储存之后，盐烙化物的热量可W直 接或间接地释放到工作介质中。
[0006] 对于在盐烙化物或另一种传热介质和另外的传热介质之间的热量传输，优选地使 用管束换热器完成。为了加热作为用于太阳能应用的传热介质的盐烙化物，运种管束换热 器的管束的热端经受高至620°C的溫度。
[0007]FR2501832A1公开了用于在第一传热介质和第二传热介质之间间接热交换的换热 器。运种换热器包括用于调节传热介质的管系统，其被分成第一管束和第二管束。第二管 束设计成它可W被替换并且可W与第一管束流体性地分离。
[0008] DE3007610AUUS2012/211206A1和GB184443A公开了具有在不同溫度范围运行的 管束的束式换热器。在运种情况下，第二管束配置成U形管束和/或具有比第一管束的体 积更小的管束。
[0009] 具有U形管束的管式换热器还可W在C肥71219A中找到。
[0010] 而且，传统的管束换热器在图1中示出。运种管束换热器在下面称为换热器1。换 热器1包括外套10,其包封了外套空间11。在外套空间11中布置有管系统30,其中管系 统30的各个管成束地布置，管束螺旋形卷绕或按螺纹方式卷绕忍管20。入口管12布置在 外套10的底面上，并且出口管13布置在外套10的上侧面上。第一传热介质2通过入口管 12进入外套空间11，并且通过忍管20和/或通过外套空间11到达出口管13,通过出口管 13第一传热介质2被进一步传送。
[0011] 第二传热介质3流动通过第一入口装置33进入管道系统30，在此它分开进入各个 管内，并且通过第一出口装置34排出。在外套空间11中的管系统30的相对大的表面在第 一传热介质2和第二传热介质3之间导致高效的热交换。热量因此能从第一传热介质2传 输到第二传热介质3,或从第二传热介质3传输到第一传热介质2。
[0012] 当盐烙化物用作第一传热介质2时，在进入入口管12时，具有例如270°C的溫度， 并且在排出出口管13时，具有58(TC的溫度。如果同时水蒸汽用作第二传热介质3,后者在 620°C的溫度下进入第一入口装置33,并且在290°C的溫度下排出第一出口装置34。显然大 量的热量已经从作为第二传热介质3的蒸汽传输到作为第一传热介质2的盐烙化物。
[0013] 由于在管系统中的高热负荷，管系统必须设计成具有高强度，特别是具有高蠕变 强度。为了满足所必需的强度值，对于管系统30,为了运种目的，通常使用不诱钢。运种不 诱钢必须为在超过593°C的热负荷（根据美国机械工程师学会的ASME标准）或在585°C的 热负荷（根据AD-2000规范，其提供用于计算或评价的方法；或根据νΟΤ?ν材料数据表， 其提供溫度和相对于根据负荷的时间的各个蠕变强度）下的蠕变强度而设计。
[0014] 为了不超过允许的蠕变应力，在若干数目的负荷循环之后和/或在一定使用期限 之后，运种构件必须经常检查或替换。
[0015] 蠕变，其随着时间导致降低的强度，指的是随时间和溫度而变的和由负荷造成的 材料的塑性变形。然后，蠕变变形依赖于各同系溫度化omologoustemperature),因为具有 高烙点的材料具有高结合能。同系溫度由各个材料的烙点结合一定的系数计算。在铁的情 况下，同系溫度例如是大约450°C。那意味着承受高热负荷的换热器的构件，必须根据它们 的如通过它们的各个蠕变强度限定的蠕变行为而配置。运需要在换热器中利用相对昂贵的 材料。然而必须考虑的是，尽管换热器的构件，特别是管束的构件，相应地配置成承受高热 负荷，仍然需要在相对短的时间间隔进行维护和/或替换运些构件。然而，特别是在非常大 的和大功率的换热器的情况下，运种维护或修理是非常成本密集的和耗时的。
[0016] US3841271A1描述了一种换热器，其具有并联布置的多管束。运些管束通过螺钉和 烙焊连接连接到壳体。然后所有管束承受相同的溫度。
[0017] 本发明基于提供换热器和用于制造或维护和用于运行换热器的方法的目的，其允 许具有简单的结构和低的制造和/或维护费用的成本有效地传热。另一方面的目的是创造 发电厂和用于产生电能的方法。
[001引运个目的由权利要求1中提出的换热器、由权利要求8中提出的用于制造或维护 根据本发明的换热器的方法、由权利要求10中提出的用于运行根据本发明的换热器的方 法、由权利要求13中提出的发电厂、和由权利要求14中提出的用于产生电力的方法而实 现。根据本发明的换热器的有益的实施方式在从属权利要求2-7中表述。用于制造或维护 根据本发明的换热器的方法的有益的实施方式在从属权利要求9中表述。用于运行根据本 发明的换热器的方法的有益的实施方式在权利要求11中表述。用于产生电力的方法的有 益的实施方式在从属权利要求15中表述。
[0019] 本发明提供在第一传热介质和第二传热介质之间用于间接热交换的换热器，包括 用于调节传热介质的管系统，其中管系统被至少分成第一管束和第二、可替换的管束或能 至少分成第一管束和第二、可替换的管束。第一管束为在第一溫度范围在第一时间段期间 运行而配置，和第二管束为在第二溫度范围在第二时间段期间的运行而配置，并且第二溫 度