一种温度主导的多级可调节式蒸汽/熔盐换热装置及方法与流程

本发明属于熔盐系统协助快速调峰，具体涉及一种温度主导的多级可调节式蒸汽/熔盐换热装置及方法。

背景技术：

1、实用新型专利(cn 202793096 u)公开了一种发夹式高效换热器，涉及传热器技术领域，使用了折流板与定距管，这种结构使换热器壳体在热应力的作用下也可以实现自由伸缩，同时也扩大了壳程介质与管程介质的热量转递空间，延长了热交换时间，从而达到优化换热的目的。

2、实用新型专利(cn 207262989 u)公布了一种蒸汽熔盐换热器，包括u型换热管壳体和u型换热管束，在u型换热管的两端固定设置管板，装置竖式放置，提供了一种解决蒸汽侧热量高效传递至熔盐侧、换热温差大带来的热应力问题，还可以防止熔盐在停机过程中发生倒流，防止凝固破坏换热器。

3、综合分析得到，现有的蒸汽/熔盐换热装置大多采用增设折流板或改变u型管的开口角度来增强换热。但是折流板放置的目的即是增加换热过程的换热系数，从而达到增强换热的目的，然而这种做法并不能很好地达到预期。根据热力学的定律，增强换热的方法大致有三种：增大换热物体的换热系数，增加换热面积和增大换热温差。在蒸汽熔盐换热器中，蒸汽和熔盐的工作温度相对稳定，即换热温差难以改变。故而当前的技术主要集中在其他两个方面。

4、综上，现有的技术主要在于对便于安装方面的研究，增强换热只是一个附加的功能，对于目前快速调峰以及很短的响应时间的要求难以满足。另外，在不同的时间段，对于储能的需求变化很大，需要设备在尽可能方便的前提下满足储能系统负荷变化的要求。因此，能够同时满足在大需求时快速调峰和低需求时减少耗能是必要的。并且由于熔盐在换热的过程中可能出现放热的情况，可能会产生冷凝的情形，因此如何准确地识别可能出现凝滞的位置并且较快较便捷地做出应对措施也是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明是为了解决蒸汽熔盐快速换热响应调峰问题而提出的。本发明的目的之一在于提供一种温度主导的多级可调节式蒸汽/熔盐换热装置，包括：蒸汽入口部分、可拆卸换热管段以及蒸汽出口部分，其中蒸汽入口部分设置在可拆卸换热管段的一端，蒸汽出口部分设置在可拆卸换热管段的另一端；所述可拆卸换热管段由多段头尾顺次相连的换热管段单元组成，可拆卸换热管段与蒸汽入口部分连接端的壳体上设置有熔盐出口，与蒸汽出口部分连接端的壳体上设置有熔盐入口；

2、其中，蒸汽入口部分包括蒸汽入口腔室、连接器，外部蒸汽发生器产生的蒸汽通过连接器进入蒸汽入口腔室，最后进入换热管段单元的蒸汽管束中；

3、每段换热管段单元均包括外部绝热层、壳体、蒸汽管束，所述外部绝热层用于维持壳体内熔盐的温度，蒸汽管束中设置有叶片，所述壳体内的区域为熔盐腔室，其用于流动熔盐，使熔盐与蒸汽进行换热；

4、所述蒸汽出口部分包括蒸汽出口腔室，换热后的蒸汽经过蒸汽出口腔室从蒸汽出口排出，

5、熔盐由熔盐入口进入换热管段单元的壳体内部，在可拆卸换热管段内部叶轮的作用下向熔盐出口方向流动，换热后的熔盐从熔盐出口流出。

6、所述换热管段单元的壳体之间通过连接法兰连接，换热管段单元的蒸汽管束之间采用套接连接，且套接后加装连接紧固件使蒸汽管束之间的连接稳定。

7、所述连接紧固件包括圆柱形外壳、沿蒸汽管束径向方向布置并一端连接在圆柱形外壳内壁上的弹簧、以及连接在所述弹簧另一端的金属片，连接紧固件16)套接在蒸汽管束上，金属片套接在相互连接的蒸汽管束的连接端上，弹簧被压缩，产生的弹力挤压蒸汽管束，从而达到固定连接的目的。

8、所述叶片在厚度的方向存在扭转角度，从而达到使蒸汽流旋转、增强气体流动的目的，所述叶片在蒸汽管束内非等间距设置。

9、整个装置采用立式布置，蒸汽入口在上方，蒸汽出口在下方；相邻的两段换热管段单元连接后形成u形换热结构。

10、本发明另一方面提供一种基于所述换热装置的多级可调节式蒸汽/熔盐换热方法，蒸汽通过连接器进入蒸汽入口腔室中，在腔体内设有热电偶，通过热电偶获得蒸汽的温度，之后蒸汽在压力的推动下进入蒸汽管束中，蒸汽在蒸汽管束中与熔盐换热并发生部分冷凝，蒸汽的压力和温度都会下降，通过叶片形成扰流，从而达到增加换热系数目的；换热后的蒸汽进入蒸汽出口腔室中，之后从蒸汽出口排出；

11、熔盐则是与蒸汽的流动方向相反，温度较低的熔盐由熔盐入口进入可拆卸换热管段内部，在叶轮的作用下向上流动，最后熔盐从上方的熔盐出口流出进入高温熔盐罐储存。

12、与现有技术相比，本发明具备的创新之处以及有益效果是：

13、(1)传统的发夹式换热装置换热效率相对较低，难以将在用电低谷时锅炉或者蒸汽发生器产生的大量高温高压蒸汽转化为储存在熔盐中的热量，因此本发明使用内壁增设固定叶片、以及采用可拆装的机构来可控地增加换热时间和换热长度的方式，达到增大蒸汽与熔盐换热速率的目的。

14、(2)与传统换热装置相比，在换热量较大的情况下，不再需要完整的换热装置进行串接，避免了在串接的过程中需要铺设管路来连接熔盐的进出口造成的热量散失以及可能出现的熔盐凝滞和泄露问题。采用本发明的设施还可以减少连接装置，可以尽可能地降低热量损失和设备成本，还可以降低管道的压力损失。

15、(3)本发明中的可拆卸换热管段由于每一单元的形状和连接方式都是相同的，因此还可以保持管路的尺寸相同，降低换热部分的长度以适应不同换热需求的情况。

16、(4)本发明将固定叶片设置为不等间距的排布方式，使得蒸汽能始终保持相对较高的温度，又不至添加太多的叶片导致结构过于复杂。

17、(5)本发明在熔盐入口附近增设叶轮，使熔盐尽可能均匀的流动，并在每一节可拆卸换热管段的进口位置设置热电偶，能够及时观测到流出流道的熔盐温度，防止管束出现熔盐凝结问题。且单节的结构方便在出现凝结后管路的更换，能够降低维护成本。

技术特征：

1.一种温度主导的多级可调节式蒸汽/熔盐换热装置，其特征在于，包括：蒸汽入口部分、可拆卸换热管段以及蒸汽出口部分，其中蒸汽入口部分设置在可拆卸换热管段的一端，蒸汽出口部分设置在可拆卸换热管段的另一端；所述可拆卸换热管段由多段头尾顺次相连的换热管段单元组成，可拆卸换热管段与蒸汽入口部分连接端的壳体上设置有熔盐出口，与蒸汽出口部分连接端的壳体上设置有熔盐入口；

2.根据权利要求1所述的温度主导的多级可调节式蒸汽/熔盐换热装置，其特征在于，所述换热管段单元的壳体之间通过连接法兰连接，换热管段单元的蒸汽管束之间采用套接连接，且套接后加装连接紧固件(16)使蒸汽管束之间的连接稳定。

3.根据权利要求2所述的温度主导的多级可调节式蒸汽/熔盐换热装置，其特征在于，所述连接紧固件(16)包括圆柱形外壳、沿蒸汽管束径向方向布置并一端连接在圆柱形外壳内壁上的弹簧(18)、以及连接在所述弹簧(18)另一端的金属片(19)，连接紧固件16)套接在蒸汽管束上，金属片套接在相互连接的蒸汽管束的连接端上，弹簧被压缩，产生的弹力挤压蒸汽管束，从而达到固定连接的目的。

4.根据权利要求1所述的温度主导的多级可调节式蒸汽/熔盐换热装置，其特征在于，所述蒸汽入口部分还包括固定装置(2)、管板(3)、转接阀(5)，

5.根据权利要求1所述的温度主导的多级可调节式蒸汽/熔盐换热装置，其特征在于，所述蒸汽入口部分还包括热电偶(7)，所述热电偶(7)位于蒸汽入口腔室(4)内，监控进入所述蒸汽入口腔室(4)的蒸汽的温度，通过所述蒸汽的温度确定所需要的换热管段单元的单元数。

6.根据权利要求1所述的温度主导的多级可调节式蒸汽/熔盐换热装置，其特征在于，所述换热管段单元内的蒸汽管束由支撑架进行支撑，使其稳定地固定在壳体内。

7.根据权利要求1所述的温度主导的多级可调节式蒸汽/熔盐换热装置，其特征在于，每一段换热管段单元的壳体内均设置有热电偶，热电偶用测检测熔盐流出温度，防止管束出现熔盐凝结问题。

8.根据权利要求1所述的温度主导的多级可调节式蒸汽/熔盐换热装置，其特征在于，所述叶片(8)在厚度的方向存在扭转角度，从而达到使蒸汽流旋转、增强气体流动的目的，所述叶片(8)在蒸汽管束内非等间距设置。

9.根据权利要求1所述的温度主导的多级可调节式蒸汽/熔盐换热装置，其特征在于，整个装置采用立式布置，蒸汽入口在上方，蒸汽出口在下方；相邻的两段换热管段单元连接后形成u形换热结构。

10.一种基于权利要求1所述换热装置的多级可调节式蒸汽/熔盐换热方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种温度主导的多级可调节式蒸汽/熔盐换热装置及其方法，属于熔盐系统协助快速调峰技术领域。装置包括：蒸汽入口部分、可拆卸换热管段以及蒸汽出口部分，蒸汽通过蒸汽入口部分进入换热装置，与从蒸汽出口部分进入的熔盐在可拆卸换热管段中进行换热，熔盐与蒸汽的流动方向相反。与传统换热装置相比，在换热量较大的情况下，不再需要完整的换热装置进行串接，避免了在串接的过程中需要铺设管路来连接熔盐的进出口造成的热量散失以及可能出现的熔盐凝滞和泄露问题。采用本发明的设施还可以减少连接装置，可以尽可能地降低热量损失和设备成本，还可以降低管道的压力损失。

技术研发人员：郑永辉,杨培宏,李响,王鑫明,苏玉京,张飞飞,郭景洲,方永平
受保护的技术使用者：国能河北龙山发电有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15