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光热电站之热交换器

2017.01.23 来自:CSP Focus

通常情况下,热能总是自发地从高温物体传向低温物体。热交换器(简称换热器)就是这样一种传热设备,用来传递温度不同的两种(或以上)介质之间的热量,从而满足工业生产等需要。换热器应用极为广泛,常见于化工、食品、采暖、冶金、石油、制药等领域。

 

光热电站中,高温高压的工作环境决定了管壳式换热器更加合适。由于电站技术路线不同,槽式导热油电站会选用油盐换热器,使用熔盐进行储热,油水换热器用来加热循环水,生成饱和/过热蒸汽。而熔盐电站则需要盐水换热器。

 

在生成饱和/过热蒸汽的环节,为了提高传热效率,减少不同介质热应力的影响,往往会由预热器、蒸汽发生器和过热器共同组成蒸汽发生系统,因此光热电站中需要采用至少三台换热设备。如果是盐水换热系统,则特别需要注意流道的选择。如果熔盐走管程,水/饱和蒸汽走壳程的话,必须采取适当的监控和预防措施,以防熔盐凝固造成堵冻和系统事故,增加清洗和维护的成本。



一、从传热方式来看,换热器可分为混合式、蓄热式和间壁式三类

 

1、混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器,又称接触式换热器。这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。

 

2、蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面,从而进行热量交换的换热器,这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量,以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器,多用于空气分离装置中。

 

3、间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开,并通过间壁进行热量交换的换热器,因此又称表面式换热器,这类换热器应用最广,通常光热电站中多选用此类换热器。

 

二、按照结构来分,换热器可分为板面式和管式两大类

 


1、板面式换热器具有换热效率高,占地面积小,易于拆卸、清洗等特点。它以板面作为换热面,板面间有波纹或网状通道,四角开孔,多个面板拼合后在四角形成分配管和汇合管,相邻板之间用密封垫进行密封,从而控制冷热流体通过相邻的板面构成的流道,通过湍流作用,利用板壁达到热传导的目的。

 

视密封垫材料的不同,这种板式换热器使用环境一般在180摄氏度以内,也有部分采用耐高温材料做成的密封垫可耐受200摄氏度以上介质的高温,但总体而言,传统的板式换热器往往不能长时间工作在高温高压的环境下。光热电站中,导热油和熔融盐的出口温度高达390和580摄氏度,此时不可选用传统的板式换热器直接进行油盐或者盐水换热。但新型全焊式板式换热器避免了板间的非金属材料,因此能够应用在更广的温度和压力范围,耐腐蚀性能更加优秀,相应的使用寿命也更加长久。



2、管式换热器以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器,常见的为管壳式换热器。这种换热器应用最为广泛,由壳体、管束、挡板、管板、管箱等组成。管束固定在两端的管板上,装入圆筒形的壳体当中。冷热流体分别走管程和壳程,达到换热的目的。

 

管壳式换热器亦可分为固定管板式、浮头式和U型管式:

固定管板式的管板和壳体固定在一起,只适用于温差不大的两种流体介质;

浮头式的一端管板可自由浮动,能够消除温差带来的管道和壳体的机械应力,也方便拆卸清洗;

U型管式也能够消除热应力,但清洗较难。

 

流道的选择有以下原则:

①  不洁净和易结垢流体宜走管程,因管内清洗较方便;

②  腐蚀性流体宜走管程,以免管束与壳体同时受腐蚀;

③  压力高的流体宜走管程,以免壳体承受压力;

④  饱和蒸汽宜走壳程,因蒸汽冷凝传热分系数与流速无关,且冷凝液容易排出;

⑤  若两流体温度差较大,选用固定管板式换热器时,宜使传热分系数大的流体走壳程,以减小热应力。


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