一种采用单罐熔盐换热的火电厂高温烟气余热回收装置的制作方法

1.本发明涉及熔盐换热技术领域，具体而言，涉及一种采用单罐熔盐换热的火电厂高温烟气余热回收装置。


背景技术：

2.火力发电厂消耗我国煤炭总产量的50％，其排烟热损失是电站锅炉各项热损失中最大的一项，占锅炉总热损失的80％或更高。直接从炉膛排出的烟气温度达400℃以上，高温烟气余热回收以及降低锅炉的排烟温度是火电厂烟气处理技术中一直以来存在的难题。熔盐蓄热储技术是一种非常有前景的高温液体传热蓄热技术，它具有传热性能好，压力低、成本低等优势，能进行热源的移峰填谷利用。熔融盐传热蓄热技术已在太阳能热发电和高温工业过程中得到大规模应用。在火力发电领域暂未有使用熔融盐传热蓄热技术的文献记载，但电站锅炉烟气出炉高温温度以及火力发电会长时间不停机运作已达到熔融盐传热蓄热技术的使用需求。在《熔盐加热岗位安全技术规定》中明确记载着现有熔盐换热装置还存在着一些易发生事故的问题：
3.1、熔盐泵若停转会导致熔盐加热装置持续干烧，烧坏加热装置。
4.2、熔盐接触带有有机物的空气会导致变质冒烟。
5.3、熔盐设备管路漏盐不易检测。
6.4、除了以上文献记载实际使用中同时还存在冷熔盐罐内熔盐流动性差会导致难处理的滞留凝固问题。
7.5、需要耗费大量资源进行熔盐罐保温。
8.6、现有熔盐换热装置出故障后熔盐难以进行转移维护设备等问题。
9.而现在也急需一种适用于火力发电站的熔盐换热装置。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供一种采用单罐熔盐换热的火电厂高温烟气余热回收装置，其将冷熔盐罐置于热熔盐罐上，以自然流动的方式从冷熔盐罐流向加热装置再流向热熔盐罐，解决第一个技术问题，并形成单罐式的柱体罐结构，在此基础上再进一步优化改进，以解决现有其他问题。
11.本发明的实施例通过以下技术方案实现：
12.一种采用单罐熔盐换热的火电厂高温烟气余热回收装置，包括：热风进口管、上冷罐区、熔盐加热区、下热罐区、熔盐用热区、螺旋上升冷罐区和保温除尘区，所述上冷罐区在下热罐区的上方，所述熔盐加热区连接在上冷罐区和下热罐区之间，所述熔盐用热区连接在下热罐区的下，所述上冷罐区和下热罐区呈圆柱形，所述保温除尘区设置在上冷罐区和下热罐区形成的圆柱形区域的外圈上，所述螺旋上升冷罐区包围在保温除尘区的外圈上，所述熔盐用热区上设置有泵送管路连接在螺旋上升冷罐区的底部，所述泵送管路上设置有熔盐泵，所述螺旋上升冷罐区的顶部设置有溢流回流管连通到上冷罐区的顶部，所述热风
进口管连接到熔盐加热区，所述熔盐加热区上设置有导风管连接到保温除尘区的顶部，所述保温除尘区的底部设置出风口。
13.进一步的，所述螺旋上升冷罐区内设置有第一螺旋型分隔片，将螺旋上升冷罐区分隔成向上螺旋流动的通道，所述上冷罐区内设置有第二螺旋型分隔片，将上冷罐区分隔成向下螺旋流动的储罐，所述保温除尘区内设置有第三螺旋型分隔片，将保温除尘区分隔成向下螺旋流通的通道。
14.进一步的，所述保温除尘区内设置有电除尘装置，所述电除尘装置包括：若干电极板、若干震打器、若干震动回位弹簧、安装板、若干连接杆，所述保温除尘区内分为外环壁和内环壁，所述电极板设置在保温除尘区的外环壁的内层上，所述震打器设置在电极板的顶部，用以抖落电极板上的灰尘，所述安装板设置在外环壁上，所述安装板设置在电极板的下方，所述电极板底部设置震动回位弹簧连接在安装板上，所述保温除尘区内的第三螺旋型分隔片的外缘朝下倾斜，所述外环壁的外层设置有落尘通道层，所述外环壁在第三螺旋型分隔片的外缘处设置有落尘缺口连通到落尘通道层，所述落尘通道层的底部设置有出尘口。
15.进一步的，所述保温除尘区内的第三螺旋型分隔片将电极板上下分隔，所述电极板底部设置连接杆连接到下方电极板的顶部，使上下相邻的两电极板能同步震打。
16.进一步的，所述下热罐区的顶部设置有通气管连接到上冷罐区的顶部，所述上冷罐区内的顶部设置有气压检测仪。
17.进一步的，所述上冷罐区的中心设置有柱形空腔，所述热风进口管、导风管和通气管从柱形空腔内穿过。
18.进一步的，所述采用单罐熔盐换热的火电厂高温烟气余热回收装置还包括维修备用罐区，所述维修备用罐区包围在螺旋上升冷罐区的外圈上，所述维修备用罐区的底部设置有维修管路连通到泵送管路，所述维修管路上设置有截止阀门和备用双向泵，所述维修备用罐区的顶部设置有稳压连通管连接到通气管，所述稳压连通管上设置有气体截止阀。
19.进一步的，所述上冷罐区的底部设置有第一流通口连接到熔盐加热区，所述上冷罐区的底面为倾斜面，所述倾斜面的最低点设置第一流通口，所述下热罐区的底部设置有第二流通口连接到熔盐用热区，所述下热罐区的底面为倾斜面，所述倾斜面的最低点设置第二流通口。
20.进一步的，所述第一流通口上设置有流量调节阀。
21.进一步的，所述上冷罐区内设置有液位警报器，所述液位警报器设置在上冷罐区的中下部。
22.本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
23.1.本发明装置取消从上冷罐区到熔盐加热区之间的熔盐泵，上冷罐区在上，熔盐从上冷罐区到熔盐加热区采用自然流动的方式，避免熔盐泵故障导致加热装置干烧问题，也给熔盐泵更换预留时间。
24.2.本装置熔盐工作时循环流通以及维修时的流通都设置为封闭的内循环，与外界空气隔绝，避免熔盐与外界接触反应，同时设置有气压检测仪能够表示封闭系统的漏盐情况。
25.3.在两个上冷罐区冷罐区螺旋上升冷罐区都设置有螺旋分隔片，将熔盐在其中的
流动变为螺旋流动，避免熔盐在冷罐区停滞凝固问题。
26.4.本装置采用一体式单罐结构，在冷罐和热罐外设置保温除尘区，保温除尘区利用了火电厂高温热风经过熔盐换热区后的余热对上冷罐区、下热罐区和螺旋上升冷罐区同时进行了保温及预热，有效地利用了余热资源，解决了保温问题，同时在保温除尘区内还适应火电厂需求设置了电除尘装置，巧妙融合，节省设备。
27.5.最外围设置维修备用罐作为维修时排出熔盐的临时储存区，便于熔盐单罐结构维修，同时也作为隔绝过渡层减少热量损失。
附图说明
28.图1为本发明的结构示意图。
29.图2为本发明的俯视图。
30.图3为图1中a区域的放大图。
31.图标：1
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热风进口管，2
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上冷罐区，3
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熔盐加热区，4
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下热罐区，5
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熔盐用热区，6
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螺旋上升冷罐区，7
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保温除尘区，8
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维修备用罐区，9
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泵送管路，10
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熔盐泵，11
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溢流回流管，12
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导风管，13
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出风口，14
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第一螺旋型分隔片，15
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第二螺旋型分隔片，16
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第三螺旋型分隔片，17
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电除尘装置，18
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通气管，19
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气压检测仪，20
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柱形空腔，21
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第一流通口，22
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第二流通口，23
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流量调节阀，24
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液位警报器，25
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落尘通道层，26
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落尘缺口，27
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出尘口，801
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维修管路，802
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截止阀门，803
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备用双向泵，804
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稳压连通管，805
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气体截止阀，1701
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电极板，1702
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震打器，1703
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震动回位弹簧，1704
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安装板，1705
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连接杆
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
33.以下结合具体实施例进一步说明，首先要说明本发明的使用场景，针对火电厂高温烟气的余热回收，火电厂是持续不间断的工作，只有维护时才停机，运行良好的火电站半年或一年才维护一次，所以火电厂能提供长期不间断的高温烟气，而用户用热并不是一整天都需要热源，比如洗浴热水，存在晚间用热高峰期，熔盐作为可储备的热源，能够起到缓解用热高峰期热源不足的压力。
34.参照图1和图2,一种采用单罐熔盐换热的火电厂高温烟气余热回收装置，包括：热风进口管1、上冷罐区2、熔盐加热区3、下热罐区4、熔盐用热区5、螺旋上升冷罐区6、保温除尘区7、修备用罐区，基本的布置结构为：上冷罐区2设置在下热罐区4的上方，熔盐加热区3连接在上冷罐区2和下热罐区4之间，熔盐用热区5连接在下热罐区4的下方，上冷罐区2和下热罐区4是呈圆柱形的罐体结构，保温除尘区7设置在上冷罐区2和下热罐区4形成的圆柱形区域的外圈上，同时包围了上冷罐区2和下热罐区4也包围了中间的熔盐加热区3，而螺旋上升冷罐区6又包围在保温除尘区7的外圈上，维修备用罐区8包围在螺旋上升冷罐区6的外圈上。螺旋上升冷罐区6是熔盐经过熔盐用热区5后再向上泵送回上冷罐区2的流动区域，熔盐用热区5上设置有泵送管路9连接在螺旋上升冷罐区6的底部，泵送管路9上设置有熔盐泵
10，螺旋上升冷罐区6的顶部设置有溢流回流管11连通到上冷罐区2的顶部。
35.本装置中熔盐的流动循环为：储存在上冷罐区2内的较低温熔盐由重力自然流向到下方的熔盐加热区3，较低温熔盐经过熔盐加热区3后被加热变为高温熔盐，高温熔盐再流到下方的下热罐区4，下热罐区4储存的高温熔盐流到下方的熔盐用热区5，熔盐用热区5消耗熔盐储存的部分热能，高温熔盐又变为较低温熔盐，经过熔盐用热区5后，泵送管路9上的熔盐泵10将较低温熔盐泵10送到环体结构的螺旋上升冷罐区6中，最后熔盐泵10在底部持续泵送将较低温熔盐从螺旋上升冷罐区6顶部的溢流回流管11流回到上冷罐区2中，由此形成熔盐从加热到用热的持续循环。
36.高温热风烟气的流通路径为：热风进口管1是火电厂高温烟气的排出管，热风进口管1连接到熔盐加热区3，熔盐加热区3上设置有导风管12连接到保温除尘区7的顶部，高温热风烟气经过熔盐加热区3时将较低温熔盐加热为高温熔盐，随后高温热风烟气经过导风管12通到保温除尘区7的顶部，保温除尘区7的底部设置出风口13，通过出风口13排出到其他烟气处理装置中。由于保温除尘区7和螺旋上升冷罐区6围在上冷罐区2和熔盐加热区3的外圈上，为了避免热风进口管1和导风管12从外圈侧面开洞连通到熔盐加热区3，本装置将这两根导风用的管从上方端部进入，上冷罐区2的中心设置有柱形空腔20，上冷罐区2就是中空的圆环形柱体，热风进口管1、导风管12从柱形空腔20内穿过连接熔盐加热区3。这样便保证了保温除尘区7和螺旋上升冷罐区6的完整性，减少开洞，使整体结构更稳定，通风管结构也集中便于维修。
37.在熔盐的流动中，为了解决背景技术中第1个技术问题，现有熔盐换热设备中从上冷罐区2到熔盐加热区3的熔盐泵10若故障停转，火电厂高温烟气会持续不间断排入到加热装置内，需要对熔盐泵10运作情况及时实时检测和立即替换，否则就会导致熔盐加热装置持续干烧加热，熔盐的加热换热装置都是如热水器加热装置的薄壁管结构，持续通入高温热风而内部熔盐不流动就会烧坏加热装置，同时对检测装置和替换装置要求也比较高，本装置将取消从上冷罐区2到熔盐加热区3之间的熔盐泵10，上冷罐区2在上，熔盐从上冷罐区2到熔盐加热区3采用自然流动的方式，上冷罐区2的底部设置有第一流通口21连接到熔盐加热区3，上冷罐区2的底面为倾斜面，倾斜面的最低点设置第一流通口21，使上冷罐区2内的熔盐都能自然下流到熔盐加热区3。因为火电厂产生的高温烟气热风输出是稳定的，因此从上冷罐区2到熔盐加热区3的熔盐流动流速也应是稳定的一个值，由于上冷罐区2内的熔盐量在变化，所以上冷罐区2底部的压强在变化，会影响到第一流通口21的流速，所以在第一流通口21应设置有流量调节阀23，无论上方上冷罐区2内的熔盐压强如何变化，因为有流量调节阀23熔盐在第一流通口21的流速都不变，从而保证了熔盐稳定持续地流通加热。下热罐区4的底部设置有第二流通口22连接到熔盐用热区5，下热罐区4的底面也为倾斜面，倾斜面的最低点设置第二流通口22。下热罐区4到熔盐用热区5也是采用自然下流流通的方式，熔盐用热区5的出口连接的是泵送管路9，由熔盐泵10来控制熔盐用热区5的流速同时也控制第二流通口22的流速。在熔盐流通系统中，熔盐用热区5到螺旋上升冷罐区6的熔盐泵10是唯一的泵送装置，并且，即使这个熔盐泵10因故障一时停转，上冷罐区2内储存的熔盐也会持续流向熔盐加热区3，流通加热不受影响，进而能避免熔盐泵10故障导致加热装置干烧问题，也给熔盐泵10更换预留时间。除此之外，上冷罐区2内设置有液位警报器24，液位警报器24设置在上冷罐区2的中下部。如果上冷罐区2内熔盐液位过低，则表示上冷罐区2内的
熔盐即将流完，会有干烧加热装置的风险，液位警报器24的设置则为此增加了一份保险，同时也是熔盐泵10故障和螺旋上升冷罐区6内堵塞故障的检验。
38.还需要说明的是，由于火电厂产生的高温烟气热风输出是稳定的，所以本装置中的熔盐循环流动也是持续不停滞的一直循环，只是在用热高峰期时，熔盐泵10泵送量会增大。所以正常运作时上冷罐区2内持续储存有熔盐，本装置不限制熔盐用热区5用热方式，但至少需要一种持续的用热方式来保证持续循环，这里提供一种持续的用热方式，用于空气预热器，空气预热器将进入锅炉前的空气加热到一定温度，提高锅炉的热交换性能，降低能量消耗。剩余的热量则用于其他用热中，合理充分利用热源。本发明也是以解决第1个技术问题为主要发明点，解决其他问题的发明点为第1个发明点的基础结构上做的延伸改进。
39.为了解决背景技术中第2个和第3个技术问题，熔盐接触带有有机物的空气会导致变质冒烟，应尽可能避免循环熔盐与外界空气接触。熔盐设备管路漏盐不易检测。本装置熔盐流通设置为封闭的内循环，与外界空气隔绝，避免熔盐与外界接触反应，下热罐区4的顶部设置有通气管18连接到上冷罐区2的顶部，通气管18也是从上冷罐区2的中心设置有柱形空腔20内穿过。下热罐区4和上冷罐区2的气压是相通的，使熔盐能在下热罐区4和上冷罐区2中在封闭的情况下正常循环，同时内部的气体也应采用惰性气体。上冷罐区2内的顶部设置有气压检测仪19，虽然温度的变化会影响气压大小，但本装置熔盐循环是持续稳定的，因此最终气压也会在一个稳定的值左右浮动，但整个封闭系统中若出现漏盐，则气压就会明显下降，所以气压检测仪19能够表示封闭系统的漏盐情况。同时本装置由于采用连接紧密的单罐体结构，相比于现有大多数双罐结构，尽可能地减少了管路运输，避免了漏盐风险。
40.为了解决背景技术中第4个技术问题，存在冷熔盐罐内熔盐流动性差会导致难处理的滞留凝固问题。本装置的螺旋上升冷罐区6内设置有第一螺旋型分隔片14，将螺旋上升冷罐区6分隔成向上螺旋流动的通道，使熔盐在熔盐泵10的泵送下在螺旋上升冷罐区6内螺旋上升流动，这样设置有多种好处，首先使整个圆环柱形的螺旋上升冷罐区6内熔盐都能持续在底部泵送挤压下向上流动，从而避免熔盐在此区停滞凝固问题，同时熔盐也流动性地填充在螺旋上升冷罐区6内，而螺旋上升冷罐区6内包裹在保温除尘区7外，能增强后面将叙述的螺旋上升冷罐区6保温和吸温性能，再者，会减小熔盐泵10的泵送压力，增加了第一螺旋型分隔片14后，将原本环形筒状的储存区分隔成螺旋上升的通道，相当于进行管道中泵送，合理缓解熔盐泵10的泵送压力。上冷罐区2内存储的较低温熔盐，流动性差也会导致停滞或边角地区的熔盐滞留过久，所以上冷罐区2内设置有第二螺旋型分隔片15，将上冷罐区2分隔成向下螺旋流动的储罐，上冷罐区2内储存的熔盐采用螺旋下降的方式流动，避免了熔盐在罐内停滞的情况。
41.为了解决决背景技术中第5个技术问题，需要耗费大量资源进行熔盐罐保温。为了避免高温熔盐保存的高温热能散失到外界，现有技术对熔盐罐的保温层材料要求很高，同时还在冷熔盐罐内设置电加热装置避免冷熔盐罐中熔盐冷却到凝固点以下而凝固，因此对熔盐保温在现有熔盐利用技术中是较为棘手的技术难题。而本装置设置了一种能提高保温效能的布置结构，前面刚开始有说到，上冷罐区2和下热罐区4是呈圆柱形的罐体结构，保温除尘区7设置在上冷罐区2和下热罐区4形成的圆柱形区域的外圈上，同时包围了上冷罐区2和下热罐区4也包围了中间的熔盐加热区3，螺旋上升冷罐区6又包围在保温除尘区7的外圈上，维修备用罐区8包围在螺旋上升冷罐区6的外圈上。首先说明保温除尘区7的布置机理，
火电厂高温烟气从热风进口管1进入到熔盐加热区3与熔盐换热后，然后通过导风管12进入到保温除尘区7，高温烟气在熔盐加热区3加热熔盐后，其温度依然要比下热罐区4中的较热熔盐温度高，所以保温除尘区7包围在上冷罐区2和下热罐区4形成的圆柱形区域的外圈上，能够对上冷罐区2和下热罐区4形成外圈保温层，上冷罐区2和下热罐区4的外壁依然采用现有保温层壁体结构，其难免会有热量散失，外圈再加上了本装置的保温除尘区7，就不会有热量散失，因为保温除尘区7内高温烟气温度高于上冷罐区2和下热罐区4内的熔盐温度，不仅有保温并且还有有加热的作用。而螺旋上升冷罐区6又包围在保温除尘区7的外圈上，螺旋上升冷罐区6内刚经过熔盐用热区5用热后的较冷熔盐的温度要比保温除尘区7内的高温烟气要低，所以保温除尘区7对螺旋上升冷罐区6具有良好的保温和加热功能。由此保温除尘区7利用了火电厂高温热风经过熔盐换热区后的余热对上冷罐区2、下热罐区4和螺旋上升冷罐区6同时进行了保温及预热，有效地利用了余热资源。并且，维修备用罐区8还包围在螺旋上升冷罐区6的外圈上，修备用罐区的机理在下文中会叙述，维修备用罐区8在内部熔盐换热运作时是空置的，充盈的是惰性气体，维修备用罐区8便充当了螺旋上升冷罐区6与外界的过渡区域，进一步减小了热量的散失。在本装置持续运作时，保温就能持续进行，由本装置的保温结构设定，保温层材料也不需要非常高的要求并且也允许部分传热，减小了对材料的高需求。最后，由于保温除尘区7也是环形筒的形状，所以保温除尘区7内设置有第三螺旋型分隔片16，将保温除尘区7分隔成向下螺旋流通的通道，使得高温烟气能充分在保温除尘区7内形成全面地包覆流动，形成均匀覆盖的保温层。
42.参照图3，为了适应火电厂的应用需求，在本装置余热回收后还要经过除尘器和脱硫塔再排出，但本装置的保温除尘区7内是空气流通的腔体结构，有空间设置电除尘装置17，并且还是螺旋向下的通道结构，便于收集灰尘，所以在保温除尘区7内可以恰当地设置电除尘装置17。电除尘装置17包括：若干电极板1701、若干震打器1702、若干震动回位弹簧1703、安装板1704、若干连接杆1705，保温除尘区7由于是环形筒结构所以分为外环壁和内环壁，电极板1701设置在保温除尘区7的外环壁的内层上，这里所说的电极板1701是起吸尘作用的阴极板，而电极板1701的形状也紧随外环壁的圆弧轮廓以及第三螺旋型分隔片16的分隔形成倾斜的弧形面形状，也就是电极板1701紧贴外环壁但可以震打活动，上下边是连接第三螺旋型分隔片16。震打器1702设置在电极板1701的顶部，用以抖落电击板上的灰尘，安装板1704设置在外环壁上，安装板1704设置在电极板1701的下方，电极板1701的底部设置震动回位弹簧1703连接在安装板1704上，震打器1702震打后电极板1701便回位。第三螺旋型分隔片16的上表面便成了承接震打后灰尘的表面，所以保温除尘区7内的第三螺旋型分隔片16的外缘朝下倾斜，外环壁的外层设置有落尘通道层25，外环壁在第三螺旋型分隔片16的外缘处设置有落尘缺口26连通到落尘通道层25，所以震落的灰尘会落在第三螺旋型分隔片16的上表面，并随第三螺旋型分隔片16螺旋向下滑动和朝外缘滑动，从落尘缺口26落入到落尘通道层25中，第三螺旋型分隔片16有多层，落在每一层的灰尘都会最终滑入到落尘通道层25中，落尘通道层25的底部设置有出尘口27，出尘口27统一收集落下的灰尘。电极板1701也不是一整片，所以分为若干片，保温除尘区7内的第三螺旋型分隔片16将电极板1701上下分隔，电极板1701底部设置连接杆1705连接到下方电极板1701的顶部，一竖排电极板1701只设置最顶部一个震打器1702，连接杆1705使上下相邻的两电极板1701相连能同步震打。
43.参照图1，为了解决背景技术中第6个技术问题，现有熔盐换热装置出故障后熔盐难以进行转移维护问题。在熔盐系统故障需要排出熔盐时，难以找到储存大量熔盐的容器且排出过程中熔盐接触空气易变质，本装置设置有维修备用罐区8，维修备用罐区8包围在螺旋上升冷罐区6的外圈上，维修备用罐区8用以在内部熔盐循环出现故障后，需要将熔盐及时全部排出，维修备用罐区8作为排出熔盐的临时储存区，由于火电厂场地大，维修备用罐的增加并不会影响装置使用，维修备用罐区8的底部设置有维修管路801连通到泵送管路9，维修管路801上设置有截止阀门802和备用双向泵803，不需要使用维修备用罐区8时，截止阀门802关闭，维修备用罐区8内空置，充当前文叙述的保温隔离的作用，需要使用维修备用罐区8时，截止阀门802打开，备用双向泵803将泵送管路9排来的熔盐泵10入维修备用罐区8内，由于在低处，便能将熔盐全部泵入到维修备用罐区8中，然后进行内部熔盐循环区域的维修，维修完成后备用双向泵803又将熔盐从维修备用罐区8泵回泵送管路9中，进而将熔盐泵10回熔盐循环中。同时为了使熔盐在维护转移过程中也不接触空气，维修备用罐区8空置时内部也是填充惰性气体，维修备用罐区8的顶部设置有稳压连通管804连接到通气管18，稳压连通管804上设置有气体截止阀805，气体截止阀805在备用双向泵803开始泵送时才打开，由此熔盐排入到维修备用罐区8时也是一个封闭的循环，避免熔盐接触空气而变质。
44.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。