一种用于抑制不稳定性的新型熔融盐直流蒸发器

本发明涉及一种新型熔融盐直流蒸发器，属于换热器，尤其涉及熔融盐鳍片管换热器。

背景技术：

1、以熔融盐为加热源的直流蒸汽发生器具有结构紧凑、无需汽水分离器、热应力自然释放等优势，可在熔融盐储热调峰系统等领域进行推广。在火电机组降负荷时，熔融盐吸收高温汽水的热量并储存在高温储热罐中，在机组升负荷运行时，高温熔融盐通过直流蒸发器向外放热，输出过热蒸汽，协助机组增加出力。

2、在机组升负荷过程中，储热系统的负荷易发生波动，直流蒸发器在满足一定条件时会相应产生两相流脉动现象。两相流脉动导致蒸汽温度、流量发生周期性波动，进一步发展可使管道部件产生较大热应力并发生热疲劳问题，干扰系统正常运行。因此亟需提出一种新型换热器结构以提升换热器运行稳定性。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种用于抑制不稳定性的新型熔融盐直流蒸发器，采用冷、热流体逆流布置，包括外壳与换热器管道，所述外壳包括伴热带1、熔融盐出口2、熔融盐入口4和换热器外壳8；所述换热器管道包括过冷水入口3、蒸汽出口5、鳍片6和换热管7，所述伴热带1位于换热器外壳8的预热段外部以用于避免在低负荷运行时熔融盐温度过低引起的凝固问题；所述鳍片6仅位于水侧相变段及过热段，在水侧预热段不设置鳍片，所述鳍片6的非均匀布置使换热管道轴向热流密度分布向相变段及过热段倾斜。在水侧，过冷水在过冷水入口3流入，在预热段内逐渐受热成为饱和水，之后直接流入相变段生成饱和蒸汽，并在过热段内继续吸收熔融盐热量生成过热蒸汽经蒸汽出口5流出；在熔融盐侧，高温熔融盐进入熔融盐入口4后首先利用管外的鳍片6在过热段加热蒸汽，放出热量后进入相变段并再次通过盐侧的鳍片6放热，随后进入预热段预热过冷水后在熔融盐出口2流出；在系统正常运行时，伴热带1无需开启，在低功率运行或者熔融盐流量较低时开启伴热，以保护低温区不发生凝固，避免造成换热器堵塞。

2、进一步的，所述伴热带1采用电伴热方式。

3、进一步的，流动于换热器外壳8内的熔融盐采用二元硝酸盐。

4、进一步的，所述鳍片6沿过热段与相变段管外周向设置。

5、进一步的，在换热管7与鳍片6的连接处设置有金属间化合物夹层，增强传热系数，所述鳍片6采用耐热合金材料制成，提高对腐蚀的抵抗能力。

6、进一步的，所述过冷水入口3设有旋流装置，用于使过冷水旋流进入换热管7内部，增大换热器换热功率。

7、进一步的，所述过冷水入口可选择性地设置节流孔板装置，用于提高换热管7内预热段压降，进一步提高换热器的运行稳定性。

8、进一步的，在换热器外壳8的入口端设置有搅拌装置，用于提高熔融盐的流动性和传热性能；换热管7的过热段和相变段内壁上均设有均匀分布的微小凹槽，用于增加换热面积和流体湍流强度，强化局部换热。

9、进一步的，所述换热器管道还包括出口节流阀，位于蒸汽出口5处，用于调节出口压力。

10、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

11、1)冷、热流体逆流布置，换热效果强，提高了直流蒸发器的单体换热功率。

12、2)与在水侧入口布置节流件、变管径管道的设计方案相比，本发明仅在盐侧进行了热流的合理分配，无需消耗额外的水侧泵功。

13、3)在保证总换热功率不变的情况下，通过在蒸发段、过热段加装高强度换热鳍片的方式，缩短了蒸发段、过热段长度，能有效抑制两相流不稳定性的发生，提高系统稳定性。

14、4)有效避免了由于温度场、流场脉动引起的管道热应力疲劳问题，提高了系统的运行安全性，延长了换热器的运行寿命。

15、5)换热器采用二元硝酸盐，扩展了换热器工作温度区间，二元盐同时具有化学稳定性强、不易变质等优势。

16、6)在预热段壳侧外部加有电伴热装置，避免了盐侧出口盐温过低引起的凝固问题。

技术特征：

1.一种用于抑制不稳定性的新型熔融盐直流蒸发器，采用冷、热流体逆流布置，其特征在于，包括外壳与换热器管道，所述外壳包括伴热带(1)、熔融盐出口(2)、熔融盐入口(4)和换热器外壳(8)；所述换热器管道包括过冷水入口(3)、蒸汽出口(5)、鳍片(6)和换热管(7)，所述伴热带(1)位于换热器外壳(8)的预热段外部以用于避免在低负荷运行时熔融盐温度过低引起的凝固问题；所述鳍片(6)仅位于水侧相变段及过热段，在水侧预热段不设置鳍片，所述鳍片(6)的非均匀布置使换热管道轴向热流密度分布向相变段及过热段倾斜。在水侧，过冷水在过冷水入口(3)流入，在预热段内逐渐受热成为饱和水，之后直接流入相变段生成饱和蒸汽，并在过热段内继续吸收熔融盐热量生成过热蒸汽经蒸汽出口(5)流出；在熔融盐侧，高温熔融盐进入熔融盐入口(4)后首先利用管外的鳍片(6)在过热段加热蒸汽，放出热量后进入相变段并再次通过盐侧的鳍片(6)放热，随后进入预热段预热过冷水后在熔融盐出口(2)流出；在系统正常运行时，伴热带(1)无需开启，在低功率运行或者熔融盐流量较低时开启伴热，以保护低温区不发生凝固，避免造成换热器堵塞。

2.根据权利要求1所述的一种用于抑制不稳定性的新型熔融盐直流蒸发器，其特征在于，所述伴热带(1)采用电伴热方式。

3.根据权利要求1所述的一种用于抑制不稳定性的新型熔融盐直流蒸发器，其特征在于，流动于换热器外壳(8)内的熔融盐采用二元硝酸盐。

4.根据权利要求1所述的一种用于抑制不稳定性的新型熔融盐直流蒸发器，其特征在于，所述鳍片(6)沿过热段与相变段管外周向设置。

5.根据权利要求1所述的一种用于抑制不稳定性的新型熔融盐直流蒸发器，其特征在于，在换热管(7)与鳍片(6)的连接处设置有金属间化合物夹层，增强传热系数，所述鳍片(6)采用耐热合金材料制成，提高对腐蚀的抵抗能力。

6.根据权利要求1所述的一种用于抑制不稳定性的新型熔融盐直流蒸发器，其特征在于，所述过冷水入口(3)设有旋流装置，用于使过冷水旋流进入换热管(7)内部，增大换热器换热功率。

7.根据权利要求1所述的一种用于抑制不稳定性的新型熔融盐直流蒸发器，其特征在于，所述过冷水入口可选择性地设置节流孔板装置，用于提高换热管(7)内预热段压降，进一步提高换热器的运行稳定性。

8.根据权利要求1所述的一种用于抑制不稳定性的新型熔融盐直流蒸发器，其特征在于，在换热器外壳(8)的入口端设置有搅拌装置，用于提高熔融盐的流动性和传热性能；换热管(7)的过热段和相变段内壁上均设有均匀分布的微小凹槽，用于增加换热面积和流体湍流强度，强化局部换热。

9.根据权利要求1所述的一种用于抑制不稳定性的新型熔融盐直流蒸发器，其特征在于，所述换热器管道还包括出口节流阀，位于蒸汽出口(5)处，用于调节出口压力。

技术总结本发明提供了一种用于抑制不稳定性的新型熔融盐直流蒸发器，采用冷、热流体逆流布置，包括外壳与换热器管道，外壳包括伴热带、熔融盐出口、熔融盐入口和换热器外壳；换热器管道包括过冷水入口、蒸汽出口、鳍片和换热管，伴热带位于换热器外壳的预热段外部；在水侧，过冷水在过冷水入口流入，在预热段内逐渐受热成为饱和水，直接流入相变段生成饱和蒸汽，并在过热段内继续吸收熔融盐热量生成过热蒸汽流出；在熔融盐侧，高温熔融盐进入熔融盐入口后首先利用鳍片在过热段加热饱和蒸汽，放出热量后进入相变段放热，随后进入预热段预热过冷水后在熔融盐出口流出；在系统正常运行时，伴热带无需开启，在低功率运行或者熔融盐流量较低时开启伴热。技术研发人员：余雄江,毛翠骥,徐进良受保护的技术使用者：华北电力大学技术研发日：技术公布日：2024/6/23