一种熔盐蒸汽发生器的制作方法

1.本发明涉及太阳能光热发电的技术领域，特别是涉及一种熔盐蒸汽发生器。


背景技术：

2.在太阳能光热发电领域，熔盐蒸汽发生器系统是聚光集热系统和发电系统间能量转换的枢纽，是以液态二元熔盐为传热和储热介质，将太阳辐射能转换为高温、高压蒸汽，驱动汽轮机发电的核心装备，其直接影响太阳能光热电站运行的稳定性和安全性。
3.现有太阳能光热发电站的熔盐蒸汽发生器系统，主要由预热器、蒸汽发生器、汽包、过热器等组成，通过与高温熔盐逐级换热，分别实现对水介质的预热、蒸发、过热的过程。其中主换热器通常形式：预热器为卧式管壳式换热器，蒸汽发生器为立式管壳式换热器，过热器为卧式u型管管壳式换热器。
4.现有熔盐蒸汽发生器系统存在的问题：1)系统组成结构复杂，需要预热器、蒸汽发生器、过热器等多种换热主设备和辅机组成，且多采用蒸汽发生器与汽包分离的形式，通过复杂的上升、下降管将两者连接，设备成本高，占地面积大；2)换热设备采用管壳式换热器形式，熔盐流经壳程，高压汽水流经换热管内，高温高压条件使换热管壁厚，传热系数不高，换热管长度长，导致汽水流动阻力较大，运行费用较高；3)管壳式换热器的管板连接、管板与壳体连接，均采用熔焊形式，焊缝多，设计与焊接制造难度较大，焊缝中容易存在熔焊缺陷和残余应力，在长期高温频繁启停工况下，产生结构热应力、热疲劳，导致换热器泄露风险高。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明提供一种熔盐蒸汽发生器，简化现有熔盐蒸汽发生器复杂系统组成，减小管壳式换热器体积、重量，降低投资成本，降低设计难度和焊接制造难度，提升主换热器换热效率，降低流动阻力。
7.(二)技术方案
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种熔盐蒸汽发生器，其特征在于，所述熔盐蒸汽发生器包括：高压侧换热板、低压侧换热板、第一汽包、第二汽包、高压侧入口管箱、高压侧出口管箱、低压侧入口管箱和低压侧出口管箱，高压侧换热板和低压侧换热板的表面均分布有流道，多张高压侧换热板和低压侧换热板对正交替紧密堆叠，堆叠后换热板正面和反面均设置有金属盖板，将堆叠的换热板和金属盖板焊接形成一个完整的长方体，形成熔盐蒸汽发生器的芯体；
9.所述芯体的侧面上部焊接有高压侧出口管箱，高压侧出口管箱上焊接有高压出口管，所述芯体的另一侧面下部焊接有高压侧进口管箱，高压侧出口管箱上焊接有高压进口管，所述芯体的顶端焊接有低压侧进口管箱，低压侧进口管箱上焊接有低压进口管；
10.所述芯体的底端焊接有低压侧出口管箱，低压侧出口管箱上焊接有低压侧出口
管，第一汽包和第二汽包分别焊接在所述芯体的两侧。
11.进一步地，高压侧换热板的流道分布区域特征：自上而下划分为过热区a、蒸发区b、预热区c三个区域，在预热区c，靠近高压侧进口管箱并与其连通的为多条z字型流道，沿流动方向，z字型流道的末端连接有多条直流道；
12.在过热区a，靠近高压侧出口管箱并与其连通的为多条z字型流道，z字型流道的起始端连接有多条直流道；
13.在蒸发区b，全部为z字型流道，分两路分别与预热区c和过热区a的直流道连接，两路z字型流道分别与所述芯体两侧的第一汽包和第二汽包的下半部分连接。
14.进一步地，第一汽包和第二汽包均为半圆柱或半椭圆柱形的金属空腔；
15.第一汽包和第二汽包的上半部分连接两路z字型流道向上延伸，第一汽包、第二汽包内设置有若干个多孔板，多孔板一端焊接在横梁，另一端焊接在汽包的内壁，把汽包划分为多个扇形区域；
16.所述多孔板上均匀布置有若干通孔，以横梁为起点沿汽包的径向，通孔的直径逐步增大；相邻的多孔板的通孔沿汽包的径向交错布置。
17.进一步地，在汽包内底部，若干多孔板之间，设置有若干个翅片。
18.进一步地，低压侧换热板的流道由若干机翼型翅片的间隙构成，机翼型翅片的分布对应高压侧换热板自上而下划分a’、b’和c’三个区域。
19.进一步地，在a’区和c’区，靠近低压侧进口管箱和低压侧出口管箱的区域分布若干小机翼型翅片，在a’沿熔盐自上而下的流动方向小机翼型翅片转变为大机翼型翅片，在c’区则相反：沿自上而下的流动方向，大机翼型翅片转变为小机翼型翅片；
20.在b’区域则全部为小机翼型翅片。
21.进一步地，流道的横断面为半圆形或半椭圆形。
22.进一步地，堆叠后换热板正面和反面均通过真空固相扩散焊工艺设置有金属盖板。
23.(三)有益效果
24.与现有技术相比，本发明提供了一种熔盐蒸汽发生器，具备以下有益效果：采用印刷电路板换热器形式，以光化学蚀刻工艺在换热板表面形成微型换热通道，承压能力强，可大幅降低换热通道间的壁厚，减少换热热阻，降低蒸汽发生器体积、重量，扩散焊减少蒸汽发生器芯体的焊接缺陷，结构可靠度高；
25.通过高压侧换热板和低压侧换热板的流道分布区域设置，强化换热与降低芯体整体流动阻力，且降低蒸汽发生器体积与重量，高压侧换热板和低压侧换热板流道与汽包的连接方式，使蒸汽发生器与原本分离的汽包合为一体，体积更加紧凑，节省空间与金属材料用量，汽包的设置特征以及内部设置的多孔板、翅片的结构特征，以提升汽水分离效率，使蒸发区域产生更高质量的饱和蒸汽。
附图说明
26.图1是本发明的结构示意图；
27.图2是高压侧流道与进、出口管箱布置的结构示意图；
28.图3是低压侧流道与进、出口管箱布置的结构示意图；
29.图4是第一汽包和第二汽包的断面图；
30.图5是多孔板俯视的结构示意图；
31.附图中标记：1、高压侧换热板；2、z字型流道；3、直流道；4、第一汽包；4’、第二汽包；6、高压侧入口管箱；7、高压进口管；8、高压侧出口管箱；9、高压出口管；10、低压侧换热板；11、小机翼型翅片；12、大机翼型翅片；13、低压侧出口管；14、低压侧出口管箱；15、低压侧入口管箱；16、低压进口管；17、盖板。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.本发明提供了一种熔盐蒸汽发生器，如图1～3所示，熔盐蒸汽发生器包括：高压侧换热板1、低压侧换热板10，第一汽包4、第二汽包4’、高压侧入口管箱6、高压侧出口管箱8、低压侧入口管箱15、低压侧出口管箱14。
34.如图1所示，熔盐蒸汽发生器的芯体外形为长方体，立式布置，其长边垂直于水平面。高压侧换热板1和低压侧换热板10为同种金属平面薄板，换热板的表面(正面或正反双面)分布有由光化学蚀刻工艺加工制成的流道(流道的横断面为半圆形或半椭圆形)。多张矩形的高压侧换热板1和低压侧换热板10对正交替紧密堆叠，堆叠后换热板正面和反面均设置有金属盖板17，通过真空固相扩散焊工艺(此连接工艺优点：待焊材料界面不发生融化，焊接不需要焊料，焊接的强度较熔焊高，焊接的缺陷少)，将堆叠的换热板和金属盖板17焊接形成一个完整的长方体，形成熔盐蒸汽发生器的芯体。芯体的侧面上部焊接(熔焊)有高压侧出口管箱8(见图2)，高压侧出口管箱8上焊接有高压出口管9。芯体的另一侧面下部焊接有高压侧进口管箱6(见图2)，高压侧出口管箱6上焊接有高压进口管7。芯体的顶端焊接有低压侧进口管箱15(见图3)，低压侧进口管箱15上焊接有低压进口管16；芯体的底端焊接有低压侧出口管箱14(见图3)，低压侧出口管箱14上焊接有低压侧出口管13。第一汽包4、第二汽包4’分别焊接在芯体的两侧。
35.如图2所示，高压侧换热板1的流道分布区域特征：自上而下划分为过热区a、蒸发区b、预热区c三个区域。在预热区c，靠近高压侧进口管箱6并与其联通的为多条z字型流道2，沿流动方向，z字型流道2的末端连接有多条直流道3；在过热区a，靠近高压侧出口管箱并与其连通的为多条z字型流道2，z字型流道2的起始端连接有多条直流道3；上述内容的有益效果是：z字型流道2的阻力系数较直流道3大，但换热系数高，在靠近高压侧入口区域的换热温差较小，设置z字型流道2用于强化换热，提升换热能力。直流道3的阻力系数较小，设置在换热温差较大的区域，以保证预热区c的流动阻力处于低水平。
36.在蒸发区b，全部为z字型流道2，分两路与预热区c和过热区a的直流道3连接，两路z字型流道2分别与芯体两侧的第一汽包4、第二汽包4’的下半部分连接，汽包为半圆柱或半椭圆柱形的金属空腔。第一汽包4、第二汽包4’的上半部分同样连接两路z字型流道2向上延伸。第一汽包4、第二汽包4’内设置有若干个多孔板5，多孔板5一端焊接在横梁502，另一端焊接在汽包的内壁，把汽包划分为多个扇形区域(见图4)。多孔板5上均匀布置有若干通孔
503，以横梁502为起点沿汽包的径向(横梁502位于汽包内，焊接在芯体侧面，在两路z字型流道2的中间位置，见图1)，通孔503的直径逐步增大，以平衡不同沿程长度的z字型流道2的汽水阻力，使若干z字型流道2内的流量趋于均匀。相邻的多孔板5的通孔503沿汽包的径向交错布置，使汽水进、出汽包过程中产生折流，便于汽水分离。在汽包内底部，若干多孔板5之间，设置有若干个翅片504，用于增加汽包底部的导热面积，高效加热被多孔板5拦截，低落至汽包底部的水滴，重新产生饱和蒸汽。
37.上述内容的有益效果是：在蒸发区b流道内，水与低压侧熔盐小温差换热，发生相变沸腾，换热量大，此区域全部设置为z字型流道2，以强化换热，减少换热面积。z字型流道2分为两路分别与芯体两侧的汽包联通，以增加汽包数量，目的是增大汽包缓冲容积和汽水分离空间，增加产蒸汽的稳定性。多孔板5用于汽水分离，多孔板5的通孔503沿汽包的径向交错布置，使汽水进、出汽包过程中在若干多孔板5之间产生折流，以拦截水滴，便于蒸汽通过，实现高效的汽水分离。阻挡的水滴落在汽包底部，依靠底部的翅片加热，继续产生饱和蒸汽，实现产生高品质的饱和蒸汽。
38.低压侧换热板10的流道由若干机翼型翅片的间隙构成，机翼型翅片同样通过光化学蚀刻工艺在换热板片的表面加工而成。机翼型翅片的分布对应高压侧换热板1自上而下划分a’、b’、c’三个区域。
39.在a’区和c’区，靠近低压侧进口管箱15和低压侧出口管箱14的区域分布若干小机翼型翅片11，在a’沿熔盐自上而下的流动方向小机翼型翅片11转变为大机翼型翅片12(在水平方向的宽度和竖直方向的长度均增大)，在c’区则相反：沿自上而下的流动方向，大机翼型翅片12转变为小机翼型翅片11。在b’区域则全部为小机翼型翅片11。有益效果是：与高压侧换热板1的a区、b区、c区的布置原因类似，增加a’区压侧入口附近、c’区域出口附近的翅片密度，增加换热面积，强化低压侧换热温差小的区域的换热。b’区域对应的高压侧换热板b区域发生气化相变，则需要大的热流密度，因此b’区全部为小翅片，增加单位体积的换热面积。强化换热，以减小换热板的尺寸，从而降低芯体的体积。大机翼型翅片12是用于在换热的热流密度小的区域，且形成的流道尺寸较大，流阻较小，可减小低压侧换热板整体的流动阻力。
40.工作流程：
41.高温熔盐(～565℃，～0.5mpa)由低压进口管16进入低压侧入口管箱15，自上而下依次流经a’区、b’区、c’区的机翼型翅片间形成的流道(流道直径2～5mm)，与高压侧汽水工质换热后变为低温熔盐，进入低压侧出口管箱14，由低压侧出口管13流出。高压侧汽水与低压侧熔盐形成逆流换热，为最佳换热方式，换热效率最高。
42.高压软化水(～255℃，～14.7mpa)由高压进口管7进入高压侧入口管箱6后，进入高压侧流道(流道直径2mm)，与低压侧的熔盐换热，在c区域完成预热，高压软化水升温至～335℃)，然后进入b区继续与熔盐小温差换热，高压软化水开始沸腾，形成汽水混合物分两路向上进入芯体两侧的2个汽包，2个汽包起到汽水混合物汽水分离和蒸汽缓冲罐的作用，从2个汽包上部分别流出两路饱和蒸汽，向上在合为一路，进入a区与高温熔盐换热，饱和蒸汽被加热为过热蒸汽(540℃)后进入高压侧出口管箱8，最后由高压侧出口管流出，由此产生高品质过热蒸汽。
43.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实
体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
44.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种熔盐蒸汽发生器，其特征在于，所述熔盐蒸汽发生器包括：高压侧换热板、低压侧换热板、第一汽包、第二汽包、高压侧入口管箱、高压侧出口管箱、低压侧入口管箱和低压侧出口管箱，高压侧换热板和低压侧换热板的表面均分布有流道，多张高压侧换热板和低压侧换热板对正交替紧密堆叠，堆叠后换热板正面和反面均设置有金属盖板，将堆叠的换热板和金属盖板焊接形成一个完整的长方体，形成熔盐蒸汽发生器的芯体；所述芯体的侧面上部焊接有高压侧出口管箱，高压侧出口管箱上焊接有高压出口管，所述芯体的另一侧面下部焊接有高压侧进口管箱，高压侧出口管箱上焊接有高压进口管，所述芯体的顶端焊接有低压侧进口管箱，低压侧进口管箱上焊接有低压进口管；所述芯体的底端焊接有低压侧出口管箱，低压侧出口管箱上焊接有低压侧出口管，第一汽包和第二汽包分别焊接在所述芯体的两侧。2.根据权利要求1所述的一种熔盐蒸汽发生器，其特征在于，高压侧换热板的流道分布区域特征：自上而下划分为过热区a、蒸发区b、预热区c三个区域，在预热区c，靠近高压侧进口管箱并与其连通的为多条z字型流道，沿流动方向，z字型流道的末端连接有多条直流道；在过热区a，靠近高压侧出口管箱并与其连通的为多条z字型流道，z字型流道的起始端连接有多条直流道；在蒸发区b，全部为z字型流道，分两路分别与预热区c和过热区a的直流道连接，两路z字型流道分别与所述芯体两侧的第一汽包和第二汽包的下半部分连接。3.根据权利要求2所述的一种熔盐蒸汽发生器，其特征在于，第一汽包和第二汽包均为半圆柱或半椭圆柱形的金属空腔；第一汽包和第二汽包的上半部分连接两路z字型流道向上延伸，第一汽包、第二汽包内设置有若干个多孔板，多孔板一端焊接在横梁，另一端焊接在汽包的内壁，把汽包划分为多个扇形区域；所述多孔板上均匀布置有若干通孔，以横梁为起点沿汽包的径向，通孔的直径逐步增大；相邻的多孔板的通孔沿汽包的径向交错布置。4.根据权利要求3所述的一种熔盐蒸汽发生器，其特征在于，在汽包内底部，若干多孔板之间，设置有若干个翅片。5.根据权利要求4所述的一种熔盐蒸汽发生器，其特征在于，低压侧换热板的流道由若干机翼型翅片的间隙构成，机翼型翅片的分布对应高压侧换热板自上而下划分a’、b’和c’三个区域。6.根据权利要求5所述的一种熔盐蒸汽发生器，其特征在于，在a’区和c’区，靠近低压侧进口管箱和低压侧出口管箱的区域分布若干小机翼型翅片，在a’沿熔盐自上而下的流动方向小机翼型翅片转变为大机翼型翅片，在c’区则相反：沿自上而下的流动方向，大机翼型翅片转变为小机翼型翅片；在b’区域则全部为小机翼型翅片。7.根据权利要求6所述的一种熔盐蒸汽发生器，其特征在于，流道的横断面为半圆形或半椭圆形。8.根据权利要求7所述的一种熔盐蒸汽发生器，其特征在于，堆叠后换热板正面和反面均通过真空固相扩散焊工艺设置有金属盖板。

技术总结
本发明涉及一种熔盐蒸汽发生器，简化现有熔盐蒸汽发生器体积、重量，降低投资成本和制造难度，提升换热效率，降低流动阻力；熔盐蒸汽发生器包括：高压侧换热板、低压侧换热板、第一汽包、第二汽包、高压侧入口管箱、高压侧出口管箱、低压侧入口管箱和低压侧出口管箱，高压侧换热板和低压侧换热板表面均分布有流道，高压侧换热板流道划分为过热区、蒸发区、预热区，在预热区靠近高压侧进口管箱并与其连通的为多条Z字型流道，沿流动方向，Z字型流道的末端连接有多条直流道。多张高压侧和低压侧换热板对正交替紧密堆叠，堆叠换热板正、反面均设置有金属盖板，将堆叠换热板和金属盖板焊接形成一个完整长方体，形成熔盐蒸汽发生器的芯体。形成熔盐蒸汽发生器的芯体。形成熔盐蒸汽发生器的芯体。


技术研发人员：朱晓林 贺旭东 朱青 李伟 王宁 夏柳 王光春 周祖旭 毛恒山
受保护的技术使用者：中电建新能源集团股份有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/8/22