太阳能热发电高压水蒸汽过热器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种太阳能热发电高压水蒸汽过热器，它包括前端管箱、U型换热管束和壳体，前端管箱包括相互焊接的球形封头和前端管箱本体，壳体包括U型弯管和两段平行的圆柱形筒体，筒体前端侧壁上设有壳程出口S2和壳程入口S1；每段筒体的前端通过管板与前端管箱本体相连接，U型换热管束伸入前端管箱本体的内腔中，前端管箱本体的侧壁上设有高压水蒸汽入口T1和高压水蒸汽出口T2，高压水蒸汽在U型换热管束中流通；球形封头的前端通过短节与人孔盖相连接。本实用新型专利技术相比较于传统的太阳能热发电高压蒸汽过热器，承压能力强，密封性能好，壳程介质流动程数大，换热效率高，结构简单，重量轻，节省材料。

【技术实现步骤摘要】
太阳能热发电高压水蒸汽过热器
本技术涉及换热设备
，具体的说是一种太阳能热发电高压水蒸汽过热器，适用于太阳能光热发电机组中高温高压环境的换热系统。
技术介绍
太阳能热发电技术是通过大规模阵列镜将太阳光汇聚到一点，反射至集热器上，加热集热器内部的熔盐或导热油，实现光能到热能的转换，并储存热能；然后利用吸热介质的热能通过高效换热系统产生高温高压过热蒸汽，推动汽轮机发电的过程。一台装机发电量为50MW的光热机组，其换热系统中的高温高压过热蒸汽往往达到550℃的温度和12.5MPa的压力，温度、压力组合工况非常苛刻，常规设备、材料难以承受，这就对换热系统的核心设备高压水蒸汽过热器的设计、制造带来了极大困难。现有高压水蒸汽过热器普遍采用U型管式换热器的结构形式，在前端管箱处设置法兰形式的人孔，一旦发现管板和换热管焊接接头泄漏，便于检修。这种结构的换热系统存在以下缺点：设备管程、壳程由于温差过大存在应力分布不均现象，容易造成管壳侧连接处焊缝拉裂；由于管板尺寸过大，厚度过厚，管侧和壳侧温度在管板轴向截面形成温度梯度，应力不均，容易造成管板裂纹；管板处应力分布情况复杂，应力分析建模困难；换热器热负荷大，需要多台U形管串联，设备重量重，制造成本高；人孔法兰密封位置处垫片不耐高温、易泄漏；人孔法兰计算重量过重，结构复杂，材料采购成本过高。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种太阳能热发电高压水蒸汽过热器，以解决在太阳能热发电机组中，现有的过热器由于管侧、壳侧温差过大容易造成管侧、壳侧连接焊缝裂纹，管板产生裂纹，人孔法兰密封性能减弱，易泄漏的问题。为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案为：一种太阳能热发电高压水蒸汽过热器，它包括前端管箱、U型换热管束和壳体，前端管箱包括相互焊接的球形封头和前端管箱本体，所述壳体包括180°U型弯管和焊接在U型弯管两端的两段圆柱形筒体，两段筒体装卡在双鞍式支座上呈上下平行状态，双鞍式支座通过地脚螺栓固定在基座上；上方的筒体的前端侧壁上设有壳程出口S2，下方的筒体的前端侧壁上设有壳程入口S1；每段筒体的前端通过管板与前端管箱本体的尾部相连接，U型换热管束的换热管贯穿管板上的管孔后伸入前端管箱本体的内腔中，换热管管壁与管板焊接密封，上方的前端管箱本体的径向侧壁上设有高压水蒸汽入口T1，下方的前端管箱本体的径向侧壁上设有高压水蒸汽出口T2，高压水蒸汽在U型换热管束中流通；球形封头的前端通过短节与人孔盖相连接，短节与人孔盖的连接处设有双锥密封，通过主螺栓相互把合。优选的，所述双锥密封包括双锥环和卡环，卡环通过螺栓紧固在人孔盖的密封面处，人孔盖上加工有与双锥环的形状相适配的卡槽，双锥环与人孔盖和短节的密封面之间设有软垫片。优选的，所述管板两端设有长度为50mm的直段，分别与管前端管箱本体的尾部和筒体前端焊接。优选的，所述U型换热管束的端部伸入前端管箱本体内腔中的长度为3-5mm，换热管通过强度焊及贴胀的方式与管板固定、密封。优选的，所述短节的内径为450mm。本技术的工作过程为：工作压力为12.4MPa的高压水蒸气以329.6℃的温度从高压水蒸汽入口T1进入，在换热管内流动；壳程中的热源介质为高温熔盐，熔盐的工作压力为0.3Mpa，温度为565℃，从壳程入口S1进入壳程筒体内部，壳程筒体内的高温熔盐通过换热管管壁与换热管内的高压水蒸汽进行热交换，高压水蒸汽以540℃的温度从前端管箱本体的高压水蒸汽出口T2流出，产生过热蒸汽；同时壳程内的熔盐以455℃的温度流动至壳程出口S2流出；完成热交换。在停工检修阶段，检修人员打开人孔盖，通过短节进入前端管箱内部，检查换热管管头与管板连接焊缝有无介质泄漏，并进行维修。本技术的有益效果为：（1）本技术在前端管箱本体、管板和筒体前端焊接连接，无需设置分程隔板，相比与传统的螺栓连接更加耐高温高压，提高了密封性能，避免了高压筒体内分程隔板密封不严，焊接不牢固的问题；（2）本技术中球形封头通过短节与人孔盖相连接，连接处设有双锥密封，卡环结构增强了双锥环的耐腐蚀性能，相比较于传统的高压非标大法兰人孔，承压能力强，密封性能好，外径远小于法兰盘外圆直径，结构简单，重量轻，节省材料；（3）本技术壳体的结构为两段圆柱状直筒体和一段180°弯管焊接连接的发卡形式，使得壳程介质的流通通道分为互不干扰的两段，增加壳程中介质流动程数，增大换热面积，减小设备直径，经计算，本结构的传热效果明显优于U型管式换热器；（4）本技术中两段筒体互相平行，底部鞍座通过地脚螺栓固定在基础上，可以充分利用设备高度方向的空间，节省了场地，便于管线的布置。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是图1中双锥密封的结构示意图；图中：1、人孔盖，2、双锥环，3、短节，4、球形封头，5、前端管箱本体，6、管板，7、筒体，8、U型弯管，9、双鞍式支座，10、U型换热管束，11、壳体，12、主螺栓，13、卡环。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。一种太阳能热发电高压水蒸汽过热器，它包括前端管箱、U型换热管束10和壳体11，前端管箱包括相互焊接的球形封头4和前端管箱本体5，壳体11包括180°U型弯管8和焊接在U型弯管8两端的两段圆柱形筒体7，两段筒体7装卡在双鞍式支座9上呈上下平行状态，双鞍式支座9通过地脚螺栓固定在基座上；上方的筒体7的前端侧壁上设有壳程出口S2，下方的筒体7的前端侧壁上设有壳程入口S1；每段筒体7的前端通过管板6与前端管箱本体5的尾部相连接，U型换热管束10的换热管贯穿管板6上的管孔后伸入前端管箱本体5的内腔中，换热管管壁与管板6焊接密封，上方的前端管箱本体5的径向侧壁上设有高压水蒸汽入口T1，下方的前端管箱本体5的径向侧壁上设有高压水蒸汽出口T2，高压水蒸汽在U型换热管束10中流通；球形封头4的前端通过短节3与人孔盖1相连接，短节3与人孔盖1的连接处设有双锥密封，通过主螺栓12相互把合。双锥密封包括双锥环2和卡环13，卡环13通过螺栓紧固在人孔盖1的密封面处，人孔盖1上加工有与双锥环2的形状相适配的卡槽，双锥环2与人孔盖1和短节3的密封面之间设有软垫片。管板6两端设有长度为50mm的直段，分别与管前端管箱本体5的尾部和筒体7前端焊接。U型换热管束10的端部伸入前端管箱本体5内腔中的长度为3-5mm，换热管通过强度焊及贴胀的方式与管板6固定、密封。短节3的内径为450mm。本技术的工作过程为：工作压力为12.4MPa的高压水蒸气以329.6℃的温度从高压水蒸汽入口T1进入，在换热管内流动；壳程中的热源介质为高温熔盐，熔盐的工作压力为0.3Mpa，温度为565℃，从壳程入口S1进入壳程筒体7内部，壳程筒体7内的高温熔盐通过换热管管壁与换热管内的高压水蒸汽进行热交换，高压水蒸汽以540℃的温度从前端管箱本体5的高压水蒸汽出口T2流出，产生过热蒸汽；同时壳程内的熔盐以455℃的温度流动至壳程出口S2流出；完成热交换。在停工检修阶段，检修人员打开人孔盖1，通过短节3进入前端管箱内部，检查换热管管头与管板6连接焊缝有无介质泄漏，并进行维修。本技术在前端管箱本体、管板和筒体前端焊接连接，无需设置分程隔板，相比与传统的螺栓连接更加耐高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能热发电高压水蒸汽过热器，它包括前端管箱、U型换热管束（10）和壳体（11），前端管箱包括相互焊接的球形封头（4）和前端管箱本体（5），其特征在于：所述壳体（11）包括180°U型弯管（8）和焊接在U型弯管（8）两端的两段圆柱形筒体（7），两段筒体（7）装卡在双鞍式支座（9）上呈上下平行状态，双鞍式支座（9）通过地脚螺栓固定在基座上；上方的筒体（7）的前端侧壁上设有壳程出口S2，下方的筒体（7）的前端侧壁上设有壳程入口S1；每段筒体（7）的前端通过管板（6）与前端管箱本体（5）的尾部相连接，U型换热管束（10）的换热管贯穿管板（6）上的管孔后伸入前端管箱本体（5）的内腔中，换热管管壁与管板（6）焊接密封，上方的前端管箱本体（5）的径向侧壁上设有高压水蒸汽入口T1，下方的前端管箱本体（5）的径向侧壁上设有高压水蒸汽出口T2，高压水蒸汽在U型换热管束（10）中流通；球形封头（4）的前端通过短节（3）与人孔盖（1）相连接，短节（3）与人孔盖（1）的连接处设有双锥密封，通过主螺栓（12）相互把合。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能热发电高压水蒸汽过热器，它包括前端管箱、U型换热管束（10）和壳体（11），前端管箱包括相互焊接的球形封头（4）和前端管箱本体（5），其特征在于：所述壳体（11）包括180°U型弯管（8）和焊接在U型弯管（8）两端的两段圆柱形筒体（7），两段筒体（7）装卡在双鞍式支座（9）上呈上下平行状态，双鞍式支座（9）通过地脚螺栓固定在基座上；上方的筒体（7）的前端侧壁上设有壳程出口S2，下方的筒体（7）的前端侧壁上设有壳程入口S1；每段筒体（7）的前端通过管板（6）与前端管箱本体（5）的尾部相连接，U型换热管束（10）的换热管贯穿管板（6）上的管孔后伸入前端管箱本体（5）的内腔中，换热管管壁与管板（6）焊接密封，上方的前端管箱本体（5）的径向侧壁上设有高压水蒸汽入口T1，下方的前端管箱本体（5）的径向侧壁上设有高压水蒸汽出口T2，高压水蒸汽在U型换热管束（10）中流通；球形封头（4）的前端通过短节（3）与人孔盖...

【专利技术属性】
技术研发人员：张达励，范飞，张梅，李世生，苗剑，王致瑾，董亚军，李连春，朱竑卫，雒旭亮，
申请(专利权)人：兰州兰石集团有限公司，兰州兰石能源装备工程研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：甘肃,62