[发明专利]一种双管板结构的太阳能熔盐蒸发装置

说明书

技术领域

本发明属于太阳能高温热利用的技术领域，具体涉及一种双管板结构的太阳能熔盐蒸发装置。

背景技术

太阳能高温热发电技术是太阳能规模利用的一个重要方向，对人类解决化石能源危机、空气污染等问题具有深远的意义。其中塔式聚光热发电技术具有大容量、高参数等优点，尤其是带有储热的塔式光热电站，由于具有更长的发电时长及更稳定的电能输出，因此具有广阔的应用前景。已建或在建的塔式光热电站项目几乎遍布了各大洲，该技术路线展示出强大的市场及生命力。我国的塔式热发电事业经过前期的研究与技术积累，目前还处于示范化运营阶段。2016年09月，我国太阳能热发电的示范电价与示范项目发布(容量为1.35GW)，可以预见我国的太阳能热发电事业将迎来一个崭新的发展阶段。

在塔式热发电技术路线中，目前采用最多的是水工质和熔盐工质技术。水工质技术具有工质廉价、安全性高、初投资成本低等优势，但该技术也具有工作压力高、水和蒸汽储热困难等问题。而采用熔盐工质的太阳能热发电系统具有工作温度高、工作压力低、容易实现大规模储热、功率输出稳定、电网接纳程度高等优点，但熔盐系统也具有系统复杂的特点。同时以熔盐为吸热、储热介质的光热发电系统还需要专门的蒸汽发生系统：利用熔盐储存的热量产生高参数的蒸汽。现有的蒸发器通常采用的是管壳式结构型式(熔盐走管侧、蒸发过程发生在壳侧)，但这种结构应用到太阳能熔盐蒸发系统时，蒸发器熔盐管板上通常需要承受很高的温差，对于典型的塔式光热发电系统而言，这种温差有时会达到150℃以上，由此可能会导致蒸发器管板的应力、甚至裂纹等，并容易导致熔盐蒸发器管束的泄漏，从而影响蒸汽发生系统及整个光热电站的正常运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提供了一种双管板结构的太阳能熔盐蒸发装置，该装置的熔盐蒸汽发生器具有彼此分开的两个管板，两个管板上分别布置换热管的进口端与出口端，管子的进、出口端分别与管板通过焊接或胀接的方式紧密连接起来。太阳能熔盐蒸发器的外形可以是U型、半环形、或近环形等类型的结构。这种双管板结构的蒸发器把熔盐的进口与出口完全分开，每个管板上的温度分布均匀，由此消除了温差应力产生的根源，提高了熔盐蒸发器的可靠性与寿命。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种双管板结构的太阳能熔盐蒸发装置，包括了双管板结构的熔盐蒸发器、汽包、汽水上升管和下降管，双管板结构的熔盐蒸发器包括蒸发器壳体、熔盐进口管板、熔盐出口管板和换热管束，熔盐进口管板、熔盐出口管板、换热管束均包含在蒸发器壳体内，换热器管束的两端分别与熔盐进口管板、熔盐出口管板通过焊接或胀接的方式紧密连接，热熔盐从双管板结构的蒸发器的熔盐进口管板进入到换热管束，熔盐释放热量加热蒸发器壳体侧的水变成饱和蒸汽，再从熔盐出口管板流出双管板结构的熔盐蒸发器，其中产生的饱和水蒸汽携带着饱和水从汽水上升管进入到汽包内，在汽包内完成汽水分离过程，蒸汽输出送到下一级换热器，汽包内的水通过下降管进入到双管板结构的蒸发器。

其中，双管板结构的熔盐蒸发器的外形可以是U型、半环形或环形结构，双管板结构的熔盐蒸发器把熔盐的进口与出口完全分开。

本发明的原理在于：目前常用的蒸汽发生器通常采用的是单一管板结构，这种蒸发器的进口、出口熔盐管端部分布在同一个管板上。对应于发电容量为50MW、100MW的太阳能熔盐热发电系统，蒸发器的熔盐进出口温差在设计工况下通常会达到100℃以上，在低负荷条件下该温差可能会超过150℃。同一管板上的大温差会产生很高的内应力，由此可能导致蒸发器管板及管口等处的裂纹，从而影响到蒸汽发生系统的可靠性。本发明提供了一种双管板结构的太阳能熔盐蒸发装置，这种双管板结构的太阳能熔盐蒸发装置的工作原理如图1所示，把蒸发器管束的进口与出口分别布置在独立的管板上，管板之间通过换热管束连接，管板与换热管端部通过焊接或胀接工艺连接在一起。根据太阳能熔盐蒸发器的特点，蒸发器的外形通常设计成大U型，这种双管板结构可以使同一管板上的温度分布均匀，消除了温差应力产生的根源，提高了熔盐蒸发器的可靠性及寿命。热熔盐从高温管板端进入蒸发器管束，从低温管板端出来，通过换热面管束把热量传递给外侧的水，产生对应压力下的饱和蒸汽，汽水混合物通过上升管进入到上部的汽包内，在汽包内完成水汽分离。

本发明相对于传统的蒸发装置具有如下显著优点：

(1)本发明太阳能熔盐蒸发器的双管板设计，使管板上的温度分布变得均匀，由此消除了单管板结构的温差应力，提高了蒸发器的可靠性及寿命；