[发明专利]一种高温高压换热器及其工作方法

说明书

本发明提供了一种高温高压换热器及其工作方法，包括壳体及分别设于壳体前、后两端的前、后端封头盖，壳体内有设传热管，传热管的前、后两端分别连接固定管板、浮动管板；固定管板固定于前端封头盖内，前端封头盖前端设有传热介质进口；浮动管板连接浮头盖，浮头盖设于后端封头盖内，浮头盖后端设有传热介质出口管，传热介质出口管与后端封头盖上的传热介质出口联通；壳体两端分别设有工质进、出口；壳体及后端封头盖内侧设有隔热罩，壳体及后端封头盖内壁与隔热罩之间形成冷却腔，壳体上设有冷却工质进口。本发明的换热器可用于加热工质至750℃以上，同时可承受30MPa等级的工质压力，在外压作用下失稳变形时不易发生破裂，安全性高。

技术领域

本发明涉及一种高温高压换热器及其工作方法，属于换热器技术领域。

背景技术

国内外的热力发电行业正在研究更高温度参数的发电机组。燃煤汽轮发电机组的初参数已超过600℃等级，750℃等级的机组已取得技术突破。新型的超临界二氧化碳循环发电机组也在广泛研究之中，美国的Sunshot计划采用温度参数为700℃以上的超临界二氧化碳循环作为聚光太阳能热发电机组的热电转换装置。提高温度参数可使发电机组的效率提高，特别是超临界二氧化碳循环，当温度超过750℃时，这种效率提升的潜力巨大，且可使超临界二氧化碳循环的效率显著超过同参数的汽轮发电机组。无论何种热力发电方式，其中都需要可以承受高温高压的换热器，以将高温热源的热量传递给工质，使工质达到所需要的参数，此时换热器的受热面材料可能承受800℃以上的高温，并且还要考虑高达30MPa以上的工质压力作用。

常规的换热器设计中，高压工质在传热管内流动，低压传热介质(热源)在传热管外流动，当传热管采用金属制作时，金属温度超过700℃，就需要采用高等级的材料(如：镍基合金)，进一步提高金属温度至800℃，金属材料将不能胜任，需要采用陶瓷或陶瓷复合材料，但是这些材料还在研发中，离应用尚早。由此看来，按照常规换热器的设计，提高选用材料的等级来应对温度参数提升的技术路线有很大的局限性，并且经济性也不好。

上述情况的核心问题在于传热管，需要改变传热管的常规设计，并且调整换热器的结构，从而实现在现有的、成熟的、经济性较好的材料的基础上，制作此类高温高压的换热器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何较经济地实现适用于750℃/30MPa及以上参数等级热力发电机组的高温高压换热器。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种高温高压换热器，包括壳体及分别设于壳体前、后两端的前端封头盖、后端封头盖，壳体内有设传热管，传热管的前、后两端分别连接固定管板、浮动管板；固定管板固定于前端封头盖内，前端封头盖前端设有传热介质进口；浮动管板连接浮头盖，浮头盖设于后端封头盖内，浮头盖后端设有传热介质出口管，传热介质出口管与后端封头盖上的传热介质出口联通；

壳体一端设有工质进口，另一端设有工质出口；壳体及后端封头盖内侧设有隔热罩，壳体及后端封头盖内壁与所述隔热罩之间形成冷却腔，壳体上设有便于冷却工质进入所述冷却腔的冷却工质进口。

优选地，所述后端封头盖内侧的隔热罩设于浮头盖与后端封头盖之间，隔热罩后端为自由端，该自由端与传热介质出口管之间设有间隙；隔热罩与浮动管板之间设有间隙。

优选地，所述隔热罩包括底板，底板上贴有隔热层，底板和隔热层上分布有通气孔；底板设于靠近壳体及后端封头盖内壁的一侧。

优选地，所述固定管板上设有固定管板冷却流道，浮动管板上设有浮动管板冷却流道。

优选地，所述传热管包括金属管和设于金属管内的陶瓷支撑件，陶瓷支撑件与金属管内壁贴合，陶瓷支撑件内设有多个传热介质流通通道。

优选地，所述固定管板上设有多个固定管板传热介质流通孔，固定管板传热介质流通孔与传热管的陶瓷支撑件内的传热介质流通通道一一对应，贯通连接；