螺旋繞管式換熱器中鹽熔體與另一媒介間的換熱方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于作為第一傳熱媒介的鹽熔體(2、2′)與至少一種第二傳熱媒介(15、15′)之間間接換熱的方法。根據(jù)本發(fā)明，至少一個(gè)繞管式換熱器(5)被用于在所述鹽熔體(2、2′)與所述第二傳熱媒介(15、15′)之間換熱的目的。
【專利說明】螺旋繞管式換熱器中鹽熔體與另一媒介間的換熱方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于作為第一傳熱媒介的鹽熔體與諸如傳熱油的至少一種第二傳熱媒介間間接換熱的方法。所述鹽熔體例如被用作為太陽能熱力發(fā)電站中的傳熱媒介。

【背景技術(shù)】
[0002]在此，傳熱媒介是液態(tài)、氣態(tài)或超臨界媒介，其在電站過程中的一個(gè)位置吸收或釋放熱量并且在電站過程中的另一位置或在該另一位置以外將熱量再次釋放或再次吸收。在這種意義上，如下的工作媒介也被認(rèn)為是傳熱媒介，在電站過程中熱能被引入所述工作媒介以便將該能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功。
[0003]在太陽能熱力發(fā)電站中，借助于熱力學(xué)循環(huán)過程由太陽的能量產(chǎn)生電能。在此，過熱的蒸汽由在蒸汽回路中循環(huán)的工作媒介(例如水或氨水)產(chǎn)生，并且隨后膨脹以便在與發(fā)電機(jī)耦接的汽(蒸汽)輪機(jī)中進(jìn)行做功。熱量能直接地借助于太陽輻射或間接地經(jīng)由傳熱媒介(例如傳熱油、鹽熔體)供應(yīng)至工作媒介，所述傳熱媒介反過來借助于聚集的陽光加熱。為了將發(fā)電擴(kuò)展至陽光并不明媚的時(shí)間或者為了補(bǔ)償?shù)絹淼奶栞椛渲信c云有關(guān)的波動(dòng)，入射的太陽熱的一部分可借助于同一傳熱媒介(直接)或另外的傳熱媒介(間接)暫時(shí)地存儲(chǔ)。鹽熔體(通常為KNO3與NaNO3的低共熔混合物)經(jīng)常被用于熱存儲(chǔ)；這些熔體被直接地或經(jīng)由另一傳熱媒介(例如傳熱油)間接地加熱至范圍在250-400°C或600°C的溫度并存儲(chǔ)在平底罐中，并且將這些熔體的熱量直接或間接地傳遞至工作媒介。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)鹽熔體與另一傳熱媒介間的換熱，照慣例是使用已知為STHE的殼管式(shell-and-tube)換熱器。由于大量的熱量以小溫差在進(jìn)行傳熱的傳熱媒介間傳遞，所以多個(gè)STHE以串聯(lián)連接。例如在現(xiàn)有的電廠(Andasol I號(hào)和2號(hào)電廠)中，設(shè)置六個(gè)換熱器以加載和卸載鹽熔體存儲(chǔ)物。在甚至待傳遞更高數(shù)量熱量的情況下，必須構(gòu)建并聯(lián)機(jī)組(parallel train)。這導(dǎo)致了高的基建成本以及傳熱期間附加的效率損失。
[0005]此外，迄今為止使用的STHE由于其結(jié)構(gòu)而在有關(guān)電站的啟動(dòng)和停下期間的溫度改變或在加載和卸載能量存儲(chǔ)方面具有低的靈活性，這導(dǎo)致了在負(fù)載波動(dòng)情況下增加的反應(yīng)時(shí)間并且由此引起了在適應(yīng)電網(wǎng)需求中的困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此本發(fā)明的目的在于提供一種起初所提及類型的方法，借助于所述方法克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
[0007]該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求2至8涉及優(yōu)選實(shí)施例。
[0008]于是，提供一種作為第一傳熱媒介的鹽熔體與至少一種第二傳熱媒介(例如傳熱油或水或蒸汽)之間間接換熱的方法。根據(jù)本發(fā)明，所述鹽熔體和第二傳熱媒介通過至少一個(gè)螺旋繞管式換熱器輸送以便實(shí)現(xiàn)換熱。
[0009]已知為CWHE (由名稱￡oil_1und Heat Exchanger得來)的螺旋繞管式換熱器為特定類型的換熱器，所述換熱器目前在各種工業(yè)過程(例如甲醇擦洗、天然氣液化或乙烯生產(chǎn))中使用。螺旋繞管式換熱器大體上具有多個(gè)管，所述多個(gè)管以多個(gè)層的方式繞著中央芯管盤繞。所述管被殼體包圍，所述殼體界定了繞著所述管的外部空間，該外部空間在下文中被稱為筒形空間。此外，所述管大多被集合在處于換熱器端部的穿孔板中以形成一個(gè)或多個(gè)束并且連接至換熱器殼體上的端口。換熱器的管因而能供應(yīng)有單一的傳熱媒介流(單流)或多個(gè)分開的傳熱媒介流(多流)。殼體側(cè)的傳熱媒介可通過換熱器的筒形空間輸送以便與一個(gè)或多個(gè)管側(cè)的傳熱媒介流換熱。
[0010]相比于STHE，CffHE具有更高的傳熱面積與構(gòu)造容積比，原因在于CWHE更加緊湊。此外，CWHE在操作中也更加牢固和靈活。由于具有高流速以及因而高傳熱系數(shù)的有利流動(dòng)條件，所以CWHE也適合于其中進(jìn)行換熱的傳熱媒介具有小溫差的應(yīng)用場合。利用CWHE，可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)傳熱媒介的進(jìn)口溫度和出口溫度之間的巨大差異。CWHE的又一優(yōu)點(diǎn)在于其能夠制造成在殼體側(cè)和管側(cè)都自清空(self-emptying)。對(duì)于與鹽熔體使用而言這是重要的,是因?yàn)閾Q熱器內(nèi)固化的鹽不能再次熔化。此外，CWHE對(duì)使用鹽熔體的太陽能熱力發(fā)電廠中日常發(fā)生的大溫度負(fù)載改變不敏感。
[0011]優(yōu)選地，鹽熔體經(jīng)過螺旋繞管式換熱器的筒形空間。鹽熔體的溫度優(yōu)選處于從約250°C至約600°C的范圍、尤其是處于從約250°C至約400°C的范圍或在高溫應(yīng)用中處于從約550°C至約600°C的范圍。
[0012]第二或另一傳熱媒介/介質(zhì)、諸如例如另一鹽熔體、水、蒸汽、氨水、超臨界二氧化碳或傳熱油優(yōu)選被輸送通過螺旋繞管式換熱器的管。于是，在多流、螺旋繞管式換熱器的情況下，在管側(cè)可以通過所述換熱器的管分開地輸送多種不同的傳熱媒介。
[0013]在一些應(yīng)用中，將有必要提供不只單一的傳輸線路，而是提供多個(gè)并行的傳輸線路，優(yōu)選地使用多個(gè)彼此并行設(shè)置的螺旋繞管式換熱器，以便交換鹽熔體與第二傳熱媒介之間限定量的熱量。
[0014]本發(fā)明方法的一種優(yōu)選的改型是設(shè)置為傳輸線路中兩個(gè)傳熱媒介間待交換熱的總量經(jīng)由不超過兩個(gè)CWHE交換。多個(gè)傳熱步驟、例如對(duì)傳熱媒介(例如水或蒸汽)的預(yù)熱和/或蒸發(fā)和/或過熱應(yīng)優(yōu)選地在一個(gè)CWHE中實(shí)施。
[0015]本發(fā)明方法的一種特別優(yōu)選的改型是設(shè)置為傳輸線路中兩個(gè)傳熱媒介間待交換熱的總量經(jīng)由正好一個(gè)CWHE交換。對(duì)傳熱媒介(例如水或蒸汽)的預(yù)熱和/或蒸發(fā)和/或過熱應(yīng)優(yōu)選地在正好一個(gè)CWHE中實(shí)施。
[0016]本發(fā)明的方法可特別有利地在太陽能熱力發(fā)電站中采用，是因?yàn)橛捎贑WHE機(jī)械上的簡便性，太陽能熱力發(fā)電站的熱存儲(chǔ)器相比于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所可能的被相當(dāng)更加緊湊地制造，這引起了顯著更低的基建成本。
[0017]在太陽能熱力發(fā)電站中，還可以用于如下用途，其中發(fā)生并非鹽熔體的傳熱媒介或工作媒介彼此換熱，例如傳熱油和水/蒸汽換熱。此處同樣地，螺旋繞管式換熱器可有利地用于并非鹽熔體的傳熱媒介間的換熱。傳熱媒介或工作媒介間的換熱可在一個(gè)或多個(gè)并行的傳輸線路中進(jìn)行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]在下文中，將借助于示例闡述本發(fā)明。附圖示出了:
[0019]圖1為用于太陽能熱力發(fā)電站中借助于螺旋繞管式換熱器在作為第一傳熱媒介的鹽熔體與第二傳熱媒介之間間接換熱的兩個(gè)過程的示意圖；
[0020]圖2為圖1螺旋繞管式換熱器的透視且部分剖開的視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]第一實(shí)施例:
[0022]第一實(shí)施例中傳熱媒介的路線在圖1和圖2中通過實(shí)線示出。作為第一換熱媒介的鹽熔體2從存儲(chǔ)罐I以大約300°C的溫度獲取并且經(jīng)由線路4饋送到圖2透視圖中所示的螺旋繞管式換熱器5中。
[0023]圖2中所不的螺旋繞管式換熱器5具有殼體6,所述殼體包圍換熱器5內(nèi)的筒形空間7。在筒形空間7內(nèi)，具有多個(gè)管8，所述多個(gè)管以多個(gè)層的方式繞著中央芯管9盤繞。圖2中所示的換熱器5具有三個(gè)管束10，所述管束可分別經(jīng)由單獨(dú)的端口 11或21供應(yīng)流體。然而，具有單一管束10的單流實(shí)施例足以用于本發(fā)明的用途。在各種情況下目前的三個(gè)管束10、端口 11和21應(yīng)分別考慮為已經(jīng)被換熱器5下端處的一個(gè)管束10、一個(gè)端口 11以及該換熱器上端處的一個(gè)端口 21所代替。單流實(shí)施例因此將在以下說明中采用。
[0024]鹽熔體2經(jīng)由線路4以及換熱器下端處的端口 16引入換熱器5的筒形空間7內(nèi)。在換熱器5的上端處，具有大約400°C溫度的傳熱油被作為第二傳熱媒介15經(jīng)由端口 21引入到螺旋繞管式換熱器5的管8內(nèi)。在此，流入管8的熱的傳熱油15經(jīng)受與在筒形空間7中流動(dòng)并被加熱的鹽熔體2的間接換熱。受熱的鹽熔體2經(jīng)由換熱器5上端處的端口 14以大約400°C的溫度離開換熱器5的筒形空間7，并且如圖1所示地經(jīng)由線路17引入第二存儲(chǔ)罐20中。受熱的鹽熔體2可從存儲(chǔ)罐20獲取用于另外的用途。已被冷卻至大約300°C溫度的傳熱油15經(jīng)由端口 11在換熱器5的下端離開該換熱器。
[0025]第二實(shí)施例:
[0026]第二實(shí)施例中傳熱媒介的路線在圖1和圖2中以虛線繪出。鹽熔體V借助于泵3從存儲(chǔ)罐I通過線路4'輸送至換熱器5。在換熱器5的上端處，鹽熔體2'以范圍從250°C至600°C、大體上從250°C至400°C或在高溫應(yīng)用中還可以是范圍從550°C至600°C的溫度經(jīng)由端口 14引入換熱器5的筒形空間7內(nèi)。鹽熔體2'經(jīng)受與經(jīng)由端口 11在換熱器5下端引入管8中的水15'的間接換熱。水15'在流過管8的同時(shí)首先被預(yù)熱、蒸發(fā)并隨后在經(jīng)由端口 21離開螺旋繞管式換熱器5之前被過熱為過熱蒸汽15"，并且隨后被饋送至(未示出的)汽輪機(jī)。已在換熱器5中被冷卻的鹽熔體W經(jīng)由端口 16離開換熱器5的筒形空間7并且經(jīng)由線路17'輸送至存儲(chǔ)罐20。從該存儲(chǔ)罐，鹽熔體2'可被直接加熱或通過間接供應(yīng)的太陽能加熱以便能再次用于換熱器5中的換熱。
【權(quán)利要求】
1.一種用于作為第一傳熱媒介的鹽熔體(2、2')與至少一種第二傳熱媒介(15、15')之間間接換熱的方法，其特征在于，所述鹽熔體(2、2')和所述第二傳熱媒介(15、15')被輸送通過至少一個(gè)螺旋繞管式換熱器(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鹽熔體(2、2')經(jīng)過所述螺旋繞管式換熱器(5)的筒形空間(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述鹽熔體的溫度尤其處于從約250°C至約600°C的范圍、處于從約250°C至約400°C或從約550°C至約600°C的范圍。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述第二傳熱媒介(15、15')或另外的傳熱媒介被輸送通過所述螺旋繞管式換熱器(5)的管(8)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述第二傳熱媒介(15、15')或另外的傳熱媒介是鹽熔體，水、蒸汽、氨水、超臨界二氧化碳或傳熱油。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述鹽熔體(2、2')與所述第二傳熱媒介(15、15')之間待傳遞的熱的總量在一個(gè)傳輸線路或多個(gè)并行傳輸線路中、尤其是在彼此并行布置的螺旋繞管式換熱器中交換。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，傳輸線路中在所述鹽熔體(2、2，)與所述第二傳熱媒介(15、15')之間待交換的熱的總量經(jīng)由不超過兩個(gè)螺旋繞管式換熱器(5)交換。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5或7中任一所述的方法，其特征在于，傳輸線路中在所述鹽熔體(2、2')與所述第二傳熱媒介(15、15')之間待交換的熱的總量經(jīng)由正好一個(gè)螺旋繞管式換熱器(5)交換。
9.一種根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法的用途，所述方法用于太陽能熱力發(fā)電站。
【文檔編號(hào)】F03G6/06GK104321608SQ201380026583
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月24日
【發(fā)明者】H·溫克勒, M·施泰因鮑爾, C·克貝爾, S·柯寧, A·洛赫布倫納, M·韋克爾, N·賴特, O·米勒-托瓦爾特, F·戴克澤爾, H·奧道邁茨 申請人:林德股份公司