專利名稱：一種直流式蒸汽發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蒸汽發(fā)生器，具體是一種直流式蒸汽發(fā)生器，它特別適合在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中使用。
背景技術(shù)：
太陽能熱發(fā)電是通過大量反射鏡以聚焦的方式將太陽能直射光聚焦起來，加熱導(dǎo)熱油，以導(dǎo)熱油對蒸汽發(fā)生器內(nèi)的水液進行加熱，使水液形成高溫高壓的蒸汽，以蒸汽驅(qū)動汽輪機發(fā)電。因此，蒸汽發(fā)生器是太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一。目前，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)常用的蒸汽發(fā)生器有飽和式蒸汽發(fā)生器和直流式蒸汽發(fā)生器兩種。其中，飽和式蒸汽發(fā)生器是以一次流過的工質(zhì)對水液進行預(yù)熱、蒸發(fā)，蒸發(fā)的蒸汽經(jīng)連接在飽和式蒸汽發(fā)生器上的汽水分離器、干燥器處理后，使蒸汽達到所需溫度后再進入汽輪機；直流式蒸汽發(fā)生器具有過熱功能，即以一次流過的工質(zhì)對水液進行預(yù)熱、蒸發(fā)、過熱，使蒸汽達到所需溫度后直接進入汽輪機。因而，直流式蒸發(fā)器相較飽和式蒸發(fā)器而言，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、造價低的特點，適合在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中大力推廣應(yīng)用。但是，直流式蒸汽發(fā)生器一直以來存在熱脹差的技術(shù)瓶頸，這嚴(yán)重制約了直流式蒸發(fā)器的推廣應(yīng)用。我們知道，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)具有晝夜間歇工作的特性，蒸汽發(fā)生器全天工作時，其內(nèi)部工作導(dǎo)熱油的溫度變化很大，導(dǎo)熱油的工作溫度一般為300 400°C，夜間循環(huán)溫度一般為50°C，那么就是說，蒸汽發(fā)生器內(nèi)的工作導(dǎo)熱油全天在約350°C的范圍內(nèi)浮動，這樣大的一個浮動范圍，導(dǎo)致構(gòu)成蒸汽發(fā)生器的各個部件需要具有很大的熱膨脹量，蒸汽發(fā)生器的制造難度增大，制造成本高。中國專利文獻公開了一種“直流式蒸汽發(fā)生器及其運行方法”(公開號CN1853072，
公開日2006年10月25日)，該蒸汽發(fā)生器采用“E”型結(jié)構(gòu)的換熱管，以“E”型結(jié)構(gòu)的換熱管解決蒸汽發(fā)生器的熱脹差難題，并以“E”型結(jié)構(gòu)的換熱管增大水液的受熱面積，提高換熱效果。但是，根據(jù)傳熱學(xué)理論，兩側(cè)介質(zhì)純逆向流動時，傳熱對數(shù)溫差才能實現(xiàn)最大化，換熱效率才是最高。因此，該技術(shù)雖能解決蒸汽發(fā)生器的熱脹差難題，確無法實現(xiàn)兩側(cè)介質(zhì)逆向流動，換熱效果差，換熱效率低，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，在有效解決熱脹差難題的前提下，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、換熱效果好、換熱效率高、可靠實用、方便制造的直流式蒸汽發(fā)生器。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種直流式蒸汽發(fā)生器，包括殼體和換熱管，所述殼體由下到上依次劃分為進油腔室、出油腔室、預(yù)熱腔室、蒸發(fā)腔室、除濕腔室和過熱腔室，所述進油腔室上設(shè)有導(dǎo)熱油進口，進油腔室和出油腔室之間設(shè)有內(nèi)管板，所述出油腔室上設(shè)有導(dǎo)熱油出口，出油腔室和預(yù)熱腔室之間設(shè)有外管板，所述預(yù)熱腔室上設(shè)有給水進口，所述過熱腔室上設(shè)有蒸汽出口 ；所述換熱管為若干根，每根換熱管由內(nèi)管和外管構(gòu)成，內(nèi)管的底端延伸至進油腔室并固定在內(nèi)管板上，內(nèi)管的頂端延伸至外管的上部，外管的底端延伸至出油腔室并固定在外管板上，外管的頂端為封閉結(jié)構(gòu)，外管的頂端延伸至過熱腔室，內(nèi)管和外管構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)。所述蒸發(fā)腔室設(shè)有液位測量儀。所述預(yù)熱腔室和過熱腔室的換熱管上分別套裝有至少一塊折流板；所述蒸發(fā)腔室和除濕腔室的換熱管上分別套裝有至少一塊支撐板。所述預(yù)熱腔室、過熱腔室的折流板以及蒸發(fā)腔室、除濕腔室的支撐板由至少一根拉桿串聯(lián)起來，拉桿的底端固定在外管板上，外管板和折流板之間、各折流板之間、各支撐板之間以及折流板和支撐板之間的拉桿上分別套裝有定距管。所述折流板上具有換熱管的穿孔，該穿孔為梅花孔，梅花孔的支撐葉貼緊換熱管的外管壁面，梅花孔的其余部分與換熱管的外管壁面形成空隙。所述支撐板上具有若干條形柵孔，這些條形柵孔供換熱管和蒸汽穿過，相鄰支撐 板上的條形柵孔方向形成交叉，交叉角度為90°或120°。所述換熱管的內(nèi)管和外管之間設(shè)有防止內(nèi)管振動并干擾導(dǎo)熱油流動的凸起。所述凸起為肋片、螺旋凸起或條形凸起。所述換熱管的內(nèi)管為層狀結(jié)構(gòu)，由內(nèi)層的不銹鋼層、中層的絕熱涂層和外層的不銹鋼層構(gòu)成。所述換熱管的內(nèi)管頂端為“V”型口結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有以下主要優(yōu)點
1.將預(yù)熱腔室、蒸發(fā)腔室、除濕腔室和過熱腔室合理的結(jié)合成一體，形成了直流式蒸汽發(fā)生器，提高了蒸汽的出口溫度，減少了后續(xù)設(shè)備的投入成本，具有設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、造價低、實用性強等特點，適合在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中大力推廣應(yīng)用；
2.以若干根夾層結(jié)構(gòu)的豎向換熱管(內(nèi)管、外管可以完全自由移動)有效解決了直流式蒸汽發(fā)生器的熱脹差難題，具有良好的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，使用壽命長，維護成本低；同時該換熱管內(nèi)的流動介質(zhì)(導(dǎo)熱油)與外部的流動介質(zhì)(水液)實現(xiàn)了純逆流，傳熱對數(shù)溫差大、換熱效率高；
3.換熱管與支撐板之間以條形柵孔裝配在一起，減小了換熱管與支撐板之間因熱膨脹量不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力；換熱管與折流板之間以梅花孔裝配在一起，減小了換熱管與折流板之間因熱膨脹量不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使得蒸汽發(fā)生器內(nèi)的熱脹差問題得到進一步有效、可靠的解決；
4.支撐板和折流板的結(jié)構(gòu)使得上升的蒸汽不斷改變方向，呈螺旋形流動，增加了濕蒸汽與換熱管之間的換熱效果，達到了除濕目的，且濕蒸汽總體呈軸向流動，減少了濕蒸汽對換熱管的橫向沖蝕；
5.換熱管的內(nèi)管和外管之間設(shè)有防止內(nèi)管振動并干擾導(dǎo)熱油流動的凸起，不僅有效防止了內(nèi)管振動，使得內(nèi)管與外管的同心度得以保持，而且阻礙了導(dǎo)熱油的流速，使導(dǎo)熱油緩慢流動，換熱效率得以進一步提高；換熱管的內(nèi)管結(jié)構(gòu)，不僅能夠承受較大的結(jié)構(gòu)強度，而且熱阻性能優(yōu)良，避免了導(dǎo)熱油通過內(nèi)管產(chǎn)生無用換熱(對夾層內(nèi)的導(dǎo)熱油換熱)，無熱量損失。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。圖I是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I中的換熱管結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2中的A-A放大示意圖。圖4是圖I中的相鄰支撐板的組合結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖I中的折流板與換熱管的裝配結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是圖I中的支撐板、折流板的組合結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明使用過程中的蒸汽流動示意圖。
圖中代號含義1 一導(dǎo)熱油進口 ；2—進油腔室；3 —內(nèi)管板；4一內(nèi)管；5 —出油腔室；6—導(dǎo)熱油出口 ；7—外管板；8—外管；9一給水進口 ； 10—預(yù)熱腔室；11一折流板；12—蒸發(fā)腔室；13—支撐板；14一液位測量儀；15—除濕腔室；16—過熱腔室；17—蒸汽出口 ；18一肋片；19一殼體；20—條形柵孔；21—支撐葉；22—梅花孔；23—拉桿；24—定距管。
具體實施例方式參見圖I至圖6 :本發(fā)明包括殼體19和換熱管。其中，殼體19由下到上依次劃分為進油腔室2、出油腔室5、預(yù)熱腔室10、蒸發(fā)腔室12、除濕腔室15和過熱腔室16。進油腔室2上設(shè)有導(dǎo)熱油進口 1，進油腔室2和出油腔室5之間設(shè)有內(nèi)管板3。出油腔室5上設(shè)有導(dǎo)熱油出口 6，出油腔室5和預(yù)熱腔室10之間設(shè)有外管板7。預(yù)熱腔室10上設(shè)有給水進口 9，供水液進入殼體19。蒸發(fā)腔室12設(shè)有液位測量儀14，通過測量儀可以就地監(jiān)視殼體19內(nèi)的液位情況。過熱腔室16的頂部設(shè)有蒸汽出口 17。換熱管為若干根，每根換熱管由內(nèi)管4和外管8構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)。內(nèi)管4為層狀結(jié)構(gòu)，由內(nèi)層的不銹鋼層、中層的絕熱涂層和外層的不銹鋼層構(gòu)成，內(nèi)層的不銹鋼層用作承受結(jié)構(gòu)強度，中層的絕熱涂層用作增加內(nèi)管的熱阻性，避免導(dǎo)熱油在內(nèi)管產(chǎn)生無用換熱，杜絕熱量損失，外層的不銹鋼層用作防止絕熱涂層脫離，避免夾層內(nèi)的導(dǎo)熱油污染。內(nèi)管4的底端延伸至進油腔室2并以膨脹焊接方式固定在內(nèi)管板3上，內(nèi)管4的頂端延伸至外管8的上部，內(nèi)管4頂端為“V”型口結(jié)構(gòu)，這樣可以使溢出內(nèi)管4的導(dǎo)熱油均布于內(nèi)管4的外周。夕卜管8的底端延伸至出油腔室5并以膨脹焊接方式固定在外管板7上，外管8的頂端為封閉結(jié)構(gòu)，外管8的頂端延伸至過熱腔室16，內(nèi)管4和外管8同心布置，二者構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)。內(nèi)管4和外管8之間設(shè)有防止內(nèi)管4振動并干擾導(dǎo)熱油流動的凸起，該凸起為肋片18結(jié)構(gòu)，它既可以避免內(nèi)管4振動，確保內(nèi)管4和外管8的同心度，同時也能對導(dǎo)熱油的流動速度起到一定的阻緩作用，提高換熱效率。該凸起除了采用肋片結(jié)構(gòu)外，還可以是螺旋凸起(在內(nèi)管的外壁加工螺旋槽)或條形凸起(在內(nèi)管的外壁加工“U”型槽)，但這將增大換熱管的加工難度。預(yù)熱腔室5和過熱腔室16的換熱管上分別套裝有多塊折流板11，預(yù)熱腔室5的折流板11用作改變水液的流動方向，使水液加速蒸發(fā)；過熱腔室16的折流板11用作改變蒸汽的流向，提高過熱蒸汽的出口溫度；折流板11上的換熱管套裝穿孔為梅花孔22，該梅花孔22具有四塊弧形凸起的支撐葉21，每塊支撐葉21貼緊換熱管的外管8壁面，梅花孔22的其余部分與換熱管的外管8壁面形成空隙，通過空隙減小換熱管與折流板之間因熱膨脹量不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。蒸發(fā)腔室12和除濕腔室15的換熱管上分別套裝有多塊支撐板13，這些支撐板13 —方面用作使所有的換熱管進行相互定位、支撐，另一方面用作對蒸汽進行折流，提高熱交換效率，每塊支撐板13上具有若干條形柵孔20，這些條形柵孔平行的規(guī)則布置，每條條形柵孔20的寬度應(yīng)與換熱管的外管8直徑相對應(yīng)，這些條形柵孔20供換熱管和蒸汽穿過，相鄰支撐板13上的條形柵孔20的方向形成垂直交叉(即交叉角度為90° )，換熱管從相鄰支撐板13上條形柵孔20的迭合孔中穿過，通過條形柵孔20減小換熱管與支撐板之間因熱膨脹量不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力；前述相鄰支撐板13上的條形柵孔20的方向交叉除了選用垂直交叉外，還可以是其它的，例如形成鈍角120°的交叉。預(yù)熱腔室5、過熱腔室16的折流板11以及蒸發(fā)腔室12、除濕腔室15的支撐板13由四根拉桿23串聯(lián)起來，每根拉桿23的底端固定在外管板7上，外管板7和折流板11之間、各折流板11之間、各支撐板13之間以及折流板11和支撐板13之間的拉桿23上分別套裝有定距管24，定距管24的高 度根據(jù)蒸汽發(fā)生器的設(shè)計規(guī)格而定。上述梅花孔22的支撐葉數(shù)量，以及拉桿23的數(shù)量，根據(jù)具體設(shè)計要求而定，并非特定值。本發(fā)明的工作過程是從給水進口 9向預(yù)熱腔室10持續(xù)注入水液；同時將太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中加熱的導(dǎo)熱油從導(dǎo)熱油進口 I注入進油腔室2 ;進油腔室2內(nèi)的導(dǎo)熱油在壓力作用下進入換熱管的內(nèi)管4、攀升至內(nèi)管4頂端、從內(nèi)管4的頂端翻出，并從內(nèi)管4和外管8之間形成的夾層內(nèi)向下流動，從外管8的底端流出，進入出油腔室5，從導(dǎo)熱油出口 6排出進行再循環(huán)；就在導(dǎo)熱油從換熱管的夾層內(nèi)流動的時候，導(dǎo)熱油通過外管8與外管8外部的冷水液、飽和水液、濕蒸汽、干蒸汽、過熱蒸汽進行熱交換，即將預(yù)熱腔室10內(nèi)的冷水液加熱成飽和水液，飽和水液進入蒸發(fā)腔室12下部，在蒸發(fā)腔室12內(nèi)沸騰形成濕蒸汽，濕蒸汽經(jīng)蒸發(fā)腔室12進入除濕腔室15，在除濕腔室15的下部將所含的微細液滴蒸發(fā)掉，形成干蒸汽，干蒸汽進入過熱腔室16，對干蒸汽繼續(xù)進行加熱，使其達到所需溫度的過熱蒸汽，過熱蒸汽從過熱腔室16頂部的蒸汽出口 17排出、進入汽輪機。蒸汽上升的過程中，由于支撐板13和折流板11的阻擋，使蒸汽上升過程中的流動方向不斷改變(但總體以軸向流動)，呈螺旋形流動(參見圖7)，有利于進行充分的熱交換。
權(quán)利要求
1.一種直流式蒸汽發(fā)生器，包括殼體(19)和換熱管，其特征在于所述殼體(19)由下到上依次劃分為進油腔室(2)、出油腔室(5)、預(yù)熱腔室(10)、蒸發(fā)腔室(12)、除濕腔室(15)和過熱腔室(16)，所述進油腔室(2)上設(shè)有導(dǎo)熱油進口(1)，進油腔室(2)和出油腔室(5)之間設(shè)有內(nèi)管板(3)，所述出油腔室(5)上設(shè)有導(dǎo)熱油出口(6)，出油腔室(5)和預(yù)熱腔室(10)之間設(shè)有外管板(7)，所述預(yù)熱腔室(10)上設(shè)有給水進口(9)，所述過熱腔室(16)上設(shè)有蒸汽出口(17);所述換熱管為若干根，每根換熱管由內(nèi)管(4)和外管(8)構(gòu)成，內(nèi)管(4)的底端延伸至進油腔室(2)并固定在內(nèi)管板(3)上，內(nèi)管(4)的頂端延伸至外管(8)的上部，夕卜管(8)的底端延伸至出油腔室(5)并固定在外管板(7)上，外管(8)的頂端為封閉結(jié)構(gòu)，夕卜管(8)的頂端延伸至過熱腔室(16)，內(nèi)管(4)和外管(8)構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于所述蒸發(fā)腔室(12)設(shè)有液位測量儀(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于所述預(yù)熱腔室(5)和過熱腔室(16)的換熱管上分別套裝有至少一塊折流板(11);所述蒸發(fā)腔室(12)和除濕腔室(15)的 換熱管上分別套裝有至少一塊支撐板(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于所述預(yù)熱腔室(5)、過熱腔室(16)的折流板(11)以及蒸發(fā)腔室(12)、除濕腔室(15)的支撐板(13)由至少一根拉桿(23)串聯(lián)起來，拉桿(23)的底端固定在外管板(7)上，外管板(7)和折流板(11)之間、各折流板(11)之間、各支撐板(13)之間以及折流板(11)和支撐板(13)之間的拉桿(23)上分別套裝有定距管(24)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于所述折流板(11)上具有換熱管的穿孔，該穿孔為梅花孔(22)，梅花孔(22)的支撐葉(21)貼緊換熱管的外管(8)壁面，梅花孔(22)的其余部分與換熱管的外管(8)壁面形成空隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于所述支撐板(13)上具有若干條形柵孔(20)，這些條形柵孔(20)供換熱管和蒸汽穿過，相鄰支撐板(13)上的條形柵孔(20)方向形成交叉，交叉角度為90°或120°。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于所述換熱管的內(nèi)管(4)和外管(8)之間設(shè)有防止內(nèi)管(4)振動并干擾導(dǎo)熱油流動的凸起。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于所述凸起為肋片(18)、螺旋凸起或條形凸起。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于所述換熱管的內(nèi)管(4)為層狀結(jié)構(gòu)，由內(nèi)層的不銹鋼層、中層的絕熱涂層和外層的不銹鋼層構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于所述換熱管的內(nèi)管(4)頂端為“V”型口結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流式蒸汽發(fā)生器，包括殼體和換熱管，殼體由下到上依次劃分為進油腔室、出油腔室、預(yù)熱腔室、蒸發(fā)腔室、除濕腔室和過熱腔室，進油腔室上設(shè)有導(dǎo)熱油進口，進油腔室和出油腔室之間設(shè)有內(nèi)管板，出油腔室上設(shè)有導(dǎo)熱油出口，出油腔室和預(yù)熱腔室之間設(shè)有外管板，預(yù)熱腔室上設(shè)有給水進口，過熱腔室上設(shè)有蒸汽出口；換熱管為若干根，每根換熱管由內(nèi)管和外管構(gòu)成，內(nèi)管的底端延伸至進油腔室并固定在內(nèi)管板上，內(nèi)管的頂端延伸至外管的上部，外管的底端延伸至出油腔室并固定在外管板上，外管的頂端為封閉結(jié)構(gòu)，外管的頂端延伸至過熱腔室，內(nèi)管和外管構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)。它有效解決了熱脹差難題，具有穩(wěn)定、可靠、安全、換熱效率高等特點。
文檔編號F22B1/16GK102721031SQ20121019042
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者周進, 謝果, 高秀志 申請人:東方電氣集團東方汽輪機有限公司