一种螺旋管式熔盐直流式换热器及换热方法与流程

1.本发明属于热能工程及新能源热利用技术领域，具体属于一种螺旋管式熔盐直流式换热器及换热方法。


背景技术：

2.目前，常见的换热器为列管式、管壳式以及盘管式等，而且换热器是在换热管和壳体内分别通入不同温度的流体而进行热交换的一种设备，常见的换热器通常仅对两种流体进行换热。为了多个设备产生的不同参数，种类的废热和高温热源，由于不同温度的流体，其操作参数及物理化学性质的不同，使得在上述结构的换热器中换热时，存在管程换热过度或不足，导致换热效率低，同时不能在一个换热器中实现从给水预热、蒸发和过热的过程，系统使用设备较多，钢材耗量大，占地面积大等问题。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种螺旋管式熔盐直流式换热器及换热方法，解决目前换热器的换热效率低，导致不能在同一个换热器中实现从给水预热、蒸发和过热的过程，而且设备使用过多，占地面积大的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种螺旋管式熔盐直流式换热器，包括换热器外壳，所述换热器外壳的内腔中设有若干层蒸汽螺旋管，若干层蒸汽螺旋管沿换热器外壳的径向布置，每层蒸汽螺旋管包括内层蒸汽螺旋管和外层蒸汽螺旋管，所述内层蒸汽螺旋管套设在外层蒸汽螺旋管的内腔中，位于换热器外壳顶端的内层蒸汽螺旋管和外层蒸汽螺旋管上连接有蒸汽管道支管，位于换热器外壳底端的内层蒸汽螺旋管和外层蒸汽螺旋管上连接有给水支管；
5.所述换热器外壳的内腔中设有流动介质通道，所述流动介质通道上设有若干个弯折段，流动介质通道入口位于换热器外壳顶端端面，流动介质通道出口位于换热器外壳底端端面。
6.进一步的，所述流动介质通道还穿过任意内层蒸汽螺旋管的内腔，所述流动介质通道还布置在外层蒸汽螺旋管的外表面处。
7.进一步的，还包括折流板，所述折流板和换热器外壳的内腔连接，所述折流板布置于任意相邻蒸汽螺旋管之间，所述折流板位于流动介质通道的弯折段处；
8.当流动介质通道内的流动介质流经折流板时，流动介质经过折流板的板面沿折流板的侧边流动。
9.进一步的，每层蒸汽螺旋管之间间隔布置，若干层蒸汽螺旋管中每层蒸汽螺旋管的直径、管径和材料均不相同。
10.进一步的，相邻层的蒸汽螺旋管之间的层间距为1～6mm。
11.进一步的，相邻层的蒸汽螺旋管之间的层间距之差在0.2～2mm。
12.进一步的，所述蒸汽螺旋管为裸管、鳍片管或螺纹管。
13.进一步的，所述流动介质通道内的流动介质为熔盐、导热油、水和空气。
14.进一步的，所述换热器外壳的内腔中填充有换热器保温绝热层，所述换热器保温绝热层位于外层蒸汽螺旋管和换热器外壳内壁之间。
15.本发明还提供一种螺旋管式熔盐直流式换热器的换热方法，包括以下步骤：
16.流动介质通道入口通入流动介质；流动介质由流动介质通道入口进入流动介质通道以及流动介质通道的弯折段，经流动介质通道出口流出，流动介质在流动介质通道中向内层蒸汽螺旋管以及外层蒸汽螺旋管放热；
17.蒸汽螺旋管内的水介质由给水支管进入，换热器外壳底部的蒸汽螺旋管内的水介质吸收流动介质的热量完成预热工作，在换热器外壳中部的蒸汽螺旋管处，水介质吸收流动介质热量完成蒸发工作生成水蒸汽，在换热器外壳顶部的蒸汽螺旋管处，水蒸汽及水介质吸收流动介质热量完成过热工作，水蒸汽由蒸汽管道支管排出，螺旋管式熔盐直流式换热器的换热过程完成。
18.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
19.本发明提供了一种螺旋管式熔盐直流式换热器，通过在换热器外壳的内腔中集成若干层蒸汽螺旋管，在换热器外壳的内腔中集成流动介质通道，蒸汽螺旋管和流动介质通道为上下逆向流程，其中水介质采用蒸汽螺旋管，增加水介质的吸热管程，同时蒸汽螺旋管的换热介质的流动通道设有多个弯折段，增加流动介质和水介质的换热时间，提高换热效率，从而满足水介质的换热所需，换热面积更大，水介质和流动介质接触充分，而且蒸汽螺旋管的管内耐压较高，可产生高压和超高压蒸汽；通过本发明的内层蒸汽螺旋管和外层蒸汽螺旋管以及流动介质通道的配合，增加换热效率，从而实现同一换热器外壳中吸收外部壳侧介质传递的热量对管内介质进行预热、蒸发和过热操作，从换热器外壳顶部的蒸汽管道支管排出蒸汽，可不设置汽包，节省材料，减少占地面积，因此本发明为高效，低成本的换热器。
20.进一步的，流动介质经内层蒸汽螺旋管和外层蒸汽螺旋管进行换热，使流动介质能够和水介质进行充分换热，提高换热效果。
21.进一步的，折流板的设置能够实现流动介质的弯折流动，从而增加流动介质的流动管程，增加流动介质和水介质的换热时间，本发明具有明显的大容量，大流量的高温，高压力、高效率的换热效果，对热能利用，节能减排，减碳降碳，实现双碳目标，具有重要作用。
22.进一步的，每层蒸汽螺旋管之间间隔布置便于充分换热，同时每层蒸汽螺旋管的直径、管径和材料均不同，能够根据实际情况以及要求进行设计，减少钢材用量，降低了企业成本。
23.进一步的，相邻层的蒸汽螺旋管之间层间距在1～6mm以及层间距之差在0.2～2mm之间，能够保证蒸汽螺旋管的充分换热的同时，最大化蒸汽螺旋管的换热管程，提高换热效率。
24.进一步的，流动介质为熔盐，具有热容量大、稳定性高、工作温度高的明显特点。
附图说明
25.图1为本发明的结构示意图；
26.图2为图1的侧视结构示意图；
27.图3为图1的俯视结构示意图；
28.附图中：1
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蒸汽外部管道，2
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蒸汽出口母管，3
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蒸汽管道支管，4
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换热器熔盐上部折流板，5
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内层蒸汽螺旋管，6
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外层蒸汽螺旋管，7
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换热器上封面，8
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换热器外壳，9
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换热器熔盐下部折流板，10
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换热器保温绝热层，11
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流动介质通道，12
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第一螺旋管支撑柱，13
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流动介质通道出口，14
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给水进口母管，15
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给水支管，16
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第二螺旋管支撑柱。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
30.如图1和图2和图3所示，本发明提供了一种螺旋管式熔盐直流式换热器，采用多层盘管组成管壳式换热器，垂直上下逆向流程。流动介质从换热器顶部进入换热器在不同区域折返向下流动，给水从换热器底部进入螺旋旋转管道，不断被高温流动介质传递来的热量加热，使给水温度升高，在同一螺旋管内不同段中进行预热，蒸发，过热，从螺旋管出口产生过热蒸汽。
31.具体的，螺旋管式熔盐直流式换热器包括换热器外壳8，换热器外壳8的内腔中设有若干层蒸汽螺旋管，若干层蒸汽螺旋管沿换热器外壳8的径向布置，每层蒸汽螺旋管包括内层蒸汽螺旋管5和外层蒸汽螺旋管6，内层蒸汽螺旋管5套设在外层蒸汽螺旋管6的内腔中，位于换热器外壳8顶端，即位于换热器上封面7的内层蒸汽螺旋管5和外层蒸汽螺旋管6上连接有蒸汽管道支管3，位于换热器底端，即位于换热器下封面的内层蒸汽螺旋管5和外层蒸汽螺旋管6上连接有给水支管15；其中，外层蒸汽螺旋管6和内层蒸汽螺旋管5通过分别通过第一螺旋管支撑柱12和第二螺旋管支撑柱16支撑在换热器外壳8的内腔中；蒸汽管道支管3连接在蒸汽出口母管2上，蒸汽出口母管2连接在蒸汽外部管道上，换热器下封面的给水支管15连接在给水进口母管14上，通过给水进口母管14输入水介质，经过蒸汽外部管道排出水蒸汽。
32.换热器外壳8的内腔中设有流动介质通道11，流动介质通道11上设有若干个弯折段，流动介质通道入口位于换热器顶端端面，流动介质通道出口13位于换热器底端端面。
33.具体的，每层蒸汽螺旋管在不同高度段各不相同，其中，相邻层的蒸汽螺旋管之间的层间距为1～6mm，相邻层的蒸汽螺旋管之间的层间距之差在0.2～2mm。同时，若干层蒸汽螺旋管在换热器外壳8的径向方向上能够设置两层或两层以上，本实施例中，设有四层蒸汽螺旋管。
34.优选的，蒸汽螺旋管能够采用裸管、鳍片管、螺纹管等其他强化换热结构。
35.优选的，流动介质通道11能够设置二种或两种以上，其中流动介质通道11内的流动介质为熔盐、导热油、水和空气，本实施例中，流动介质为熔盐，熔盐具有热容量大、稳定性高、工作温度高的明显特点。
36.在本实施例中，蒸汽螺旋管在预热段、蒸发段和过热段的直径不同，管径和材料也不同，根据实际工况以及实际工程中介质的不同能够设置不同的材料以及管径，从而减少钢材用量，减少成本。
37.在本实施例中，流动介质通道11还穿过任意内层蒸汽螺旋管5的内腔和或布置在外层蒸汽螺旋管6的外表面处，对水介质以及流动介质进行充分换热。
38.在本实施例中，换热器外壳8的内腔连接有折流板，折流板布置于任意相邻蒸汽螺
旋管之间，折流板位于流动介质通道11的弯折段处；当流动介质通道11内的流动介质流经折流板时，流动介质经过折流板的板面沿折流板的侧边向下流动，从而完成流动介质的弯折流动，增加流动介质和水介质的换热效率。
39.具体的，高温熔盐经流动介质通道入口进入换热器壳侧，熔盐流过内层蒸汽螺旋管5及外层蒸汽螺旋管6外表面，进行换热。经过换热器熔盐上部折流板4和换热器熔盐下部折流板9，向下流动，经过流动介质通道出口13流出。
40.在本发明的另一实施例中，提供一种螺旋管式熔盐直流式换热器的换热方法，包括以下步骤：
41.流动介质通道入口通入流动介质；流动介质由流动介质通道入口进入流动介质通道11以及流动介质通道的弯折段，经流动介质通道出口流出，流动介质在流动介质通道11中向内层蒸汽螺旋管5以及外层蒸汽螺旋管6放热；
42.蒸汽螺旋管内的水介质由给水支管15进入，换热器外壳8底部的蒸汽螺旋管内的水介质吸收流动介质的热量完成预热工作，在换热器外壳8中部的蒸汽螺旋管处，水介质吸收流动介质热量完成蒸发工作生成水蒸汽，在换热器外壳8顶部的蒸汽螺旋管处，水蒸汽及水介质吸收流动介质热量完成过热工作，水蒸汽由蒸汽管道支管3排出，螺旋管式熔盐直流式换热器的换热过程完成。
43.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。