用于燃气涡轮机排气的回热式热交换器的适应性组件制造技术

一种回热式热交换器包括加热气体导管（４０３）；进口歧管（２１５）；排放歧管（２２５）；以及设置于加热气体导管中并由多个第一单排集管和管道组件以及多个第二单排集管和管道组件形成的直通加热区域。包括多个第一热交换器发生器管道（２０１）的各多个第一单排集管和管道组件被平行地连接以便流经其中的流介质通过，并且还包括连接到进口歧管（２１５）上的进口集管（２０５）。包括多个第二热交换器发生器管道（２０１）的各多个第二单排集管和管道组件被平行地连接以便流经其中的来自相应的第一热交换器发生器管道的流介质通过，并且还包括连接到排放歧管（２２５）上的排放集管（３０５）。各进口集管（２０５）经由多个第一连接管（２２０）的相应的至少其中一个连接到进口歧管（２１５）上，而各排放集管（３０５）经由多个第二连接管（２２０）的相应的至少其中一个连接到排放歧管（２２５）上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及回热式热交换器，且更特别地涉及在能够回收来自公用级燃气涡轮机 的排出能量的回热式热交换器中加热加压空气。
技术介绍
从大气压力下的热气体到加压空气的热交换可在回热式热交换器中进行，回热式 热交换器有许多常规的设计可以使用。这些商业设计受限于尺寸，并且当应用于大型热回 收应用(如回收来自公用级尺寸的燃气涡轮机的排气流的废热)时有着糟糕的服务史。来 自燃气涡轮机的废热在压缩气体能量存储(CAES)设备中可用来加热用于发电目的而存储 的压缩空气，或者需要加热的压缩空气的其它过程。CAES系统在非高峰时段利用洞穴中的压缩空气存储能量。在高峰时通过允许来自 洞穴的压缩空气经由回热式热交换器到达一个或几个涡轮来产生电能。动力系包括将压缩 空气加热到适宜温度的至少一个燃烧室。为了满足高峰时的能量需求，CAES装置可能会每 周启动若干次。为了满足负载需求，动力系的快速启动能力是必需的，以满足动力供给市场 的要求。然而，在启动过程中的快速负载攀升会通过瞬态热给动力系施加热应力。这会对 动力系的寿命造成影响，因为随着增加的瞬态热，寿命消耗也随之增加。对于这些类型的应 用，已经证明热交换器的物理尺寸和启动过程中与回热式热交换器的快速加热相关的巨大 瞬间热应力超过了常规回热式热交换器设备的能力。对所有的热回收空气回热式热交换器(HRAR)相同的是，排气流的温度从热交换 器的排气进口到排气出口下降。在排气流经的各热交换器管排中，传递的热量与热交换器 管道中的排气和流体的温度差成正比。因此，对于在排气流的方向上各连续的热交换器管 排来说，传递的热量较少，而从排气到管道内的流体(如，压缩空气)的热通量随从热交换 器区域的进口到出口的每个管排下降。因此，对于气流方向上的各连续的热交换器管排来 说，管道金属的温度由跨越管壁的热通量的量和管道内的流体的平均温度两者来决定。例如，在常规的回热式热交换器中，热交换器管道金属的温度由跨越热交换器管 壁的热通量的量以及热交换器管道内的流介质的平均温度两者来决定。由于热通量从回热 式热交换器部分的进口到出口降低，因此对包括在回热式热交换器部分中的各排热交换器 管道来说，热交换器管道金属的温度是不同的。垂直于排气流延伸的水平热回收空气回热式热交换器(HRAR)的每个歧管(集管) 起着多排管道的集中点的作用。这些集管具有较大的直径和厚度以容纳多个管排。图Ia 和Ib是用于典型的热交换器装置中的此类组件100的两个视图，被称为多排集管和管道组 件。包括在组件100中的是集管101和多个管排105A-105C。如图Ia中所示，各单独管排 105A-105C包括多个管道。为了图示清楚，图Ib仅示出各管排105A-105C中的单个管道。 由于各管排105A-105C均处于不同的温度下，对各个管排105A-105C来说，因热膨胀产生的 机械力是不同的。此类不同的热膨胀在管道弯曲处和各单独管道至集管101的连接点处导 致应力。而且，也会造成在各单独管道到集管101的连接点处的热应力，与厚壁的集管101相比壁较薄的管之间在连接点处厚度上是不同的。在特定的运行条件下，这些应力可能会 导致连接点的失效，尤其是如果组件100遭受多次加热和冷却的循环。因此，存在对于用于 既能够快速加热和冷却，又能承受大量启动-停止循环的大型公用级设备应用的适应性回 热式热交换器的需求。
技术实现思路
根据本文阐述的多个方面，提供一种回热式热交换器，其包括加热气体导管；进口 歧管；排放歧管；和设置于加热气体导管中的直通加热区域，热气流经过此加热气体导管 被引导。此直通加热区域由多个第一单排集管和管道组件以及多个第二单排集管和管道组 件形成。包括多个第一热交换器发生器管道的多个第一单排集管和管道组件的每一个第一 单排集管和管道组件被平行地连接以便流经其中的流介质通过，并且还包括连接到进口歧 管上的进口集管。包括多个第二热交换器发生器管道的多个第二单排集管和管道组件的每 一个第二单排集管和管道组件被平行地连接以便流经其中的来自相应的第一热交换器发 生器管道的流介质通过，并且还包括连接到排放歧管上的排放集管。各进口集管经由多个 第一连接管的相应的至少其中一个第一连接管连接到进口歧管上，而各排放集管经由多个 第二连接管的至少其中一个第二连接管连接到排放歧管上。各第一和第二单排集管和管道 组件的各热交换器管道具有小于任何该多个第一和第二连接管的内径的内径。根据本文阐述的其它方面，提供了一种压缩空气能量存储系统。该压缩空气能量 存储系统包括用于存储压缩空气的洞穴；包括转子和一个或几个膨胀涡轮的动力系；以及 从洞穴给动力系提供压缩空气的系统，其包括用于在压缩空气被允许进入一个或几个膨胀 涡轮之前预热压缩空气的回热式热交换器以及控制从回热式热交换器到动力系的预热空 气流的第一阀装置。该回热式热交换器包括接纳与压缩气体的流动方向相反的加热气流 的加热气体导管；进口歧管；排放歧管；以及设置于加热气体导管中的直通加热区域，所述 加热气流通过该加热气体导管被弓I导。该直通加热区域由多个第一单排集管和管道组件以 及多个第二单排集管和管道组件形成。包括多个第一热交换器发生器管道的多个第一单排 集管和管道组件的每一个第一单排集管和管道组件被平行地连接以便流经其中的流介质 通过，并且还包括连接到进口歧管上的进口集管。包括多个第二热交换器发生器管道的多 个第二单排集管和管道组件的每一个第二单排集管和管道组件被平行地连接以便流经其 中的来自相应的第一热交换器发生器管道的流介质通过，并且还包括连接到排放歧管上的 排放集管。各进口集管经由多个第一连接管的至少其中一个第一连接管连接到进口歧管 上，而各排放集管经由多个第二连接管的至少其中一个连接到排放歧管上。各第一和第二 单排集管和管道组件的各热交换器管道具有小于任何该多个第一和第二连接管的内径的 内径。根据本文阐述的其它方面，提供一种能够回收来自公用级燃气涡轮机的排出能量 的用于加热加压空气的装置。此装置包括加热气体导管；进口歧管；排放歧管；以及设置 于加热气体导管中的直通加热区域，加热气流通过该加热气体导管被引导。该直通加热区 域由多个单排集管和管道组件形成。包括多个热交换器发生器管道的多个单排集管和管道 组件的每一个单排集管和管道组件被平行地连接以便流经其中的流介质通过，并且还包括 连接到进口歧管上的进口集管。多个单排集管和管道组件的每一个单排集管和管道组件连6接到排放歧管上。各进口集管经由多个连接管道的相应的至少其中一个连接管道连接到进 口歧管上。单排集管和管道组件的各热交换器管道具有小于任何该多个连接管道的内径的 内径。上述及其它特征将通过以下附图和详细描述来举例说明。 附图说明现在参考附图，附图为示例性实施例，其中相似的元件采用相似的编号图1为现有技术的热回收空气回热式热交换器中利用的多排集管和管道组件的 透视图；图Ib为图Ia中所示的多排集管和管道组件的前视图；图2为根据本专利技术的一个示例性实施例具有阶梯状部件厚度的用于热回收空气 回热式热交换器(HRAR)的单排集管和管道组件的前透视图；图3为图2的前视图。图4为图2的侧视图；图5为根据本专利技术的一个示例性实施例的HRAR模块的前透视图；图6为图5的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回热式热交换器，包括：加热气体导管；进口歧管；排放歧管；以及直通加热区域，其设置于所述加热气体导管中，加热气流通过所述加热气体导管被引导，所述直通加热区域由多个第一单排集管和管道组件以及多个第二单排集管和管道组件形成，包括多个第一热交换器发生器管道的各所述多个第一单排集管和管道组件被平行地连接以便流经其中的流介质通过，并且还包括连接到所述进口歧管上的进口集管，包括多个第二热交换器发生器管道的各所述多个第二单排集管和管道组件被平行地连接以便流经其中的来自对应的所述第一热交换器发生器管道的所述流介质通过，并且还包括连接到所述排放歧管上的排放集管，各所述进口集管经由多个第一连接管的对应的至少其中一个第一连接管连接到所述进口歧管上，而各所述排放集管经由多个第二连接管的对应的至少其中一个第二连接管连接到所述排放歧管上，且各所述第一和第二单排集管和管道组件的各所述热交换器管道具有小于任何所述多个第一连接管和任何所述多个第二连接管的内径的内径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-1-7 11/970,197一种回热式热交换器，包括加热气体导管；进口歧管；排放歧管；以及直通加热区域，其设置于所述加热气体导管中，加热气流通过所述加热气体导管被引导，所述直通加热区域由多个第一单排集管和管道组件以及多个第二单排集管和管道组件形成，包括多个第一热交换器发生器管道的各所述多个第一单排集管和管道组件被平行地连接以便流经其中的流介质通过，并且还包括连接到所述进口歧管上的进口集管，包括多个第二热交换器发生器管道的各所述多个第二单排集管和管道组件被平行地连接以便流经其中的来自对应的所述第一热交换器发生器管道的所述流介质通过，并且还包括连接到所述排放歧管上的排放集管，各所述进口集管经由多个第一连接管的对应的至少其中一个第一连接管连接到所述进口歧管上，而各所述排放集管经由多个第二连接管的对应的至少其中一个第二连接管连接到所述排放歧管上，且各所述第一和第二单排集管和管道组件的各所述热交换器管道具有小于任何所述多个第一连接管和任何所述多个第二连接管的内径的内径。2.根据权利要求1所述的回热式热交换器，其特征在于，所述加热气流在大致水平的 加热气体方向上被引导。3.根据权利要求1所述的回热式热交换器，其特征在于，所述流介质是压缩空气。4.根据权利要求1所述的回热式热交换器，其特征在于，与所述多个第二单排集管和 管道组件相联的所述多个第二热交换器管道的至少其中一个被加热至大于与所述多个第 一单排集管和管道组件相关的所述多个第一热交换器管道的程度。5.根据权利要求1所述的回热式热交换器，其特征在于，所述进口歧管具有大于各所 述进口集管的内径的内径；并且所述排放歧管具有大于各所述排放集管的内径的内径。6.根据权利要求1所述的回热式热交换器，其特征在于，所述直通加热区域为第一直 通加热区域，所述进口歧管为第一进口歧管，所述排放歧管为第一排放歧管，并且所述回热 式热交换器还包括设置于所述加热气体导管中的第二直通加热区域，所述第二直通加热 区域由另外的多个第一和第二单排集管和管道组件形成，各所述另外的多个第一和第二单 排集管和管道组件分别包括平行连接的多个第一和第二热交换器管道，用于流经其中的流 介质通过，各所述另外的多个第一单排集管和管道组件包括连接到第二进口歧管上的进口 集管，并且各所述另外的多个第二单排集管和管道组件包括连接到第二排放歧管上的排放 集管，其中所述第一直通加热区域与第二直通加热区域通过将所述第一排放歧管连接到所 述第二进口歧管上而成流体连通。7.根据权利要求6所述的回热式热交换器，其特征在于，所述第二直通加热区域被加 热至比所述第一直通加热区域更大的程度。8.根据权利要求1所述的回热式热交换器，其特征在于，与所述多个第二单排集管和 管道组件相联的各所述多个第二热交换器管道经由所述直通加热区域的顶部部分和所述 多个第一热交换器管道的相应的所述第一热交换器管道成流体连通，所述多个第一热交换 器管道与所述多个第一单排集管和管道组件相联。9.根据权利要求1所述的回热式热交换器，其特征在于，所述直通加热区域的所述顶 部部分包括分别连接到所述第一和第二热交换器发生器管道的对应的管排上的多个第一 和第二公用集管，所述多个第一公用集管的第一公用集管经由对应的第三连接管与所述多 个第二公用集管的对应的第二公用集管成流体连通。10.根据权利要求1所述的回热式热交换器，其特征在于，所述回热式热交换器是热回 收空气回热式热交换器。11.一种压缩空气能量储存系统，包括用于存储压缩空气的洞穴；包括转子和一个或多个膨胀涡轮的动力系；以及给所述动力系提供来自所述洞穴的所述压缩空气的系统，所述系统包括用于在所述压 缩空气被允许进入所述一个或多个膨胀涡轮之前预热所述压缩空气的回热式热交换器，和 控制从所述回热式热交换器到所述动力系的预热空气流的第一阀装置，其中所述回热式热 交换器包括加热气体导管，加热气流通过其在与所述压缩空气的流相反的方向上被引导；进口歧管；排放歧管；和直通加热区域，其设置于所述加热气体导管中，所述加热气流通过所述加热气体导管 被引导，所述直通加热区域由多个第一单排集...

【专利技术属性】
技术研发人员：TP马斯特罗纳德，
申请(专利权)人：阿尔斯托姆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]