CN100491871C - 多级冷却中间分液式空气冷凝器 - Google Patents

多级冷却中间分液式空气冷凝器 Download PDF

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CN100491871C CNB200710064952XA CN200710064952A CN100491871C CN 100491871 C CN100491871 C CN 100491871C CN B200710064952X A CNB200710064952X A CN B200710064952XA CN 200710064952 A CN200710064952 A CN 200710064952A CN 100491871 C CN100491871 C CN 100491871C
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王珍
陆规
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Abstract

多级冷却中间分液式空气冷凝器,属于热工设备技术领域。由多级组成,级级间有联箱相通;每级有二个蒸汽流向相反流程级;进汽口连接第1个联箱(2-1),第1个联箱通过第一级一组平行排布换热管(4)与第2个联箱相通;第2个联箱连接下一级换热管;…,直到进入最后一个联箱(2-i);换热管(4)外安装有肋片(3);换热管(4)和肋片(3)外安装外壳(8)。蒸汽通过进汽口(1)、第一个联箱(2-1)送入第一级换热管冷凝,汽液混合物流入联箱(2-2),汽液分离;蒸汽进入下一级换热管。本发明适用于大型动力工程的冷却,具有高效冷凝能力,高传热系数;设备整体传热面积得到充分且高效利用;组合巧妙灵活,空间适用性强。

Description

多级冷却中间分液式空气冷凝器
技术领域
本发明涉及一种多级冷却中间分液式空气冷却冷凝换热器,属于热工设备技术领域。 背景技术
空气冷凝器是一类热工设备,广泛应用于能源系统、动力工程、化工和石油化工等行业, 比如火力电站空气冷凝器、空调工程及制冷系统风冷冷凝器等等。图l所示为传统的应用于 电站的空气冷凝器,主要部件为翅片管束和风机。如图l,图(a)为传统空气冷凝器主视图; 图(b)为俯视图。其中,100 —管束,200-翅片,300 —风机,400 —蒸汽进口, 500-冷凝液 出口, 600-档板。传统空气冷凝器依靠空气在管外的对流换热,冷却液蒸汽在管内冷凝。这 种空气冷却式冷凝器的冷凝管入口为纯蒸汽,经过全管长冷凝出口基本为纯液体,实现全部 冷凝。管内凝结换热中,随着冷凝的进行壁面凝结液逐步增加,随后成膜阻碍了蒸汽与壁面 的接触,是凝结换热主要的热阻所在。凝结过程中液膜逐渐增厚,在以后相当长的管程内为 液体逐步增多的复杂两相流,热阻逐渐增加,冷凝效果严重变差;同时随着蒸汽的凝结,蒸 汽量逐渐降低,管内蒸汽流速明显下降,凝结效果急剧退化,换热系数减小;单一管内流程
冷凝过程也导致了复杂的气液两相流,对系统运行稳定性、流动阻力和系统的调控等,都有 很不利的影响。空气侧,由于管内冷凝换热热阻增加,外管壁温度下降,导致肋片的利用率 下降。为解决上述存在的问题,传统空气冷却式冷凝器以加大换热面积来满足换热量的需求, 体积、重量较大,且制作和运行成本高。
发明内容
本发明提供了一种适用于大型动力工程及相关实际应用的多级冷却、中间分液空气冷凝 器,包括合理选择利用凝结形态、两相流型和传热机理的应用原理、各级蒸汽流动与分配设 计技术、级间连接与分液技术、整体结构优化设计布置和联箱中防止气相泄漏的排液口气封 装置。该空气冷凝器能自动利用结构条件实现最佳凝结与传热形态,保证设备具有高效冷凝
能力,高传热系数;维持冷凝换热管和肋片根部更为接近管内蒸汽饱和温度,获得更高的空 气散热驱动温差;小换热器体积和金属消耗;设备整体传热面积得到充分且高效利用。设计 了不同级与级间的组合连接方式所形成的不同结构形式,充分展示了此种冷凝器空间适用性 强的特点。
图2是一种多级冷却中间分液式空气冷凝器,适用于大型动力工程的冷却,由多个级A、B…组成,根据需要可以调整级数,此图展示的为具有两级冷却的中间分液式空气冷凝器。级 级间有联箱相通传递蒸汽,除第一级包含进汽口l、冷凝液出口7之外,其余级均只含有联 箱2-j、肋片3、换热管4、排液口气封装置5、排液管6以及外壳8 (根据要求可有可无)。 不同级通过两端安装的联箱2-j相接;每一级联箱安装有排液管6和排液口气封装置5; 每级凝结换热管数从入口第一级依次递减,为了保证整体结构的紧凑性, 一个单级模块都有 二个蒸汽流向相反的流程级,所以单流程串联冷凝器蒸汽流程级一般为双数,整个蒸汽流程 呈"=)"形(水平管式)或"U"形(立管式),在中间二级间形成流程折转(此处为单一折 转联箱);
进汽口 1连接第1个联箱2-1,第1个联箱通过第一级A的一组平行排布换热管4与第2 个联箱相通;蒸汽通过与A、 B两级相连的第2个联箱进入下一级B的换热管4,直到进入最 后一级的单一折转联箱2-k,使蒸汽反向依次流入各级冷凝,直到进入最后一个联箱2-i;
换热管4外安装有肋片3;
换热管4和肋片3外安装外壳8 (视要求可有可无)。
蒸汽通过进汽口 l进入第一个联箱2-l后,被均匀地送入第一级换热管4进行冷凝,汽 液混合物流入第一第二级相连的联箱2-2,在联箱内自动实现汽液分离,液体依靠重力通过 排液口排除,排液口的气封装置保证了液体而阻止蒸汽排出;液体经联箱底部的排液管8排 出汇集于管中经排液口7排出,蒸汽则进入下一级换热管;依此下去蒸汽通过各级并经单一 折转联箱反向,再次逆流通过各级,最终进入最后一级联箱2-i,蒸汽已被全部冷凝,冷凝 液与各联箱冷凝液均流入冷凝液汇集管9中,最终经冷凝液出口7流出。空气侧空气横向冲 刷带肋片3的换热管4以冷凝管内蒸汽。
本发明利用多级蒸汽冷凝、中间自动汽液分离和排液、集中聚集冷凝液过冷技术,保证 各管程都以纯蒸汽进入并被冷却,有效减小凝结过程中液膜的厚度和消除不利的两相流型; 充分利用短换热管,使各管程均能处于短管珠状或不稳定的薄液膜凝结,或通过蒸汽对液膜 的影响作用促进液膜失稳与断裂,形成膜状凝结与珠状凝结共存的溪流状凝结,增强膜状凝 结换热效果,提高管内凝结换热系数;肋片布置和气流性能相配套,维持各级管外肋片基(或 管外壁面)温度处于几乎相同水平,有效增大空气侧对流传热的驱动温差,从而均匀、有效 地利用空气侧肋片,提高肋片的利用率,增强了管外侧传热,提高传热系数的目标;利用联 箱进行蒸汽分程,通过气封装置实现气液分离,保证最佳排液效果,避免漏汽或蒸汽短路等 现象出现;最终,通过上述技术改善了整体冷凝换热器的性能。初步实验和分析表明,与传 统冷凝器相比节省材料可达30%或更高,降低了冷凝器制作和运行成本的效果。本发明加工 简单,与传统冷凝器相比不需增加任何特殊加工工艺。同时,可根据换热量的大小增减级数, 可应用不同冷凝负荷的要求,且可以根据空间调整级间的排布形式,结构灵活紧凑,空间适 应性强。本发明有两种基本结构形式:立管式分液与水平管式分液。在结构形式和原理技术上, 二者基本相同,主要不同点在于:为了保证分液效果,管子与联箱连接处有所不同,水平管 式管子不需要深入联箱内部,立管式要伸出至上联箱内部一定长度,与下联箱连接不需如此。
组合形式上,本发明有串联、并联两种基本型,及其根据空间布置需要由这两种基本形 式发展成的"中轴扇面式"、"折式"、"V式"、"封闭环与圆形式"等组合方式,可很好的适 应不同用途和空间结构要求。
附图说明
图1所示为传统的应用于电站的空气冷凝器。其中,图(a)为传统空气冷凝器主视图; 图(b)为传统空气冷凝器俯视图。
图2为本发明(串联水平管式)主视图。 图3为本发明(串联水平管式)俯视图。 图4为本发明排液口气封装置。 图5为本发明(串联立管式)主视图。 图6为本发明(串联立管式)上端示意图。 图7为本发明(逆向蒸汽流程并联水平管式)主视图。 图8为本发明(串联水平管式"中轴扇面"集成型)主视图。 图9为本发明(串联水平管式"V式"集成型)主视图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
图2为本发明(串联水平管式)主视图,其中,l进气口, 2-j第j个联箱,2-k单一折 转联箱,2-i最后一个联箱,3肋片,4换热管,5排液口气封装置,6排液管,7冷凝液出口, 8外壳,9冷凝液汇集管。 一种多级冷却中间分液式空气冷凝器,适用于大型动力工程的冷却, 由多个级A、 B…组成,根据需要可以调整级数,此图展示的为具有两级冷却的中间分液式空 气冷凝器。级级间有联箱相通传递蒸汽,除第一级包含进汽口l、冷凝液出口7之外,其余 级均只含有联箱2-j、肋片3、换热管4、排液口气封装置5、排液管6以及外壳8 (根据要 求可有可无);不同级通过两端安装的联箱2-j相接;进汽口 1连接第1个联箱2-1,第l个 联箱通过第一级A的一组平行排布换热管4与第2个联箱相通;蒸汽通过与A、 B两级相连的 第2个联箱进入下一级B的换热管4,直到进入最后一级的单一折转联箱2-k,使蒸汽反向依 次流入各级冷凝,直到进入最后一个联箱2-i;每一级联箱安装有排液管6和排液口气封装 置5;换热管4外有肋片3;换热管4和肋片3外安装外壳8 (视要求可有可无)。根据需要 可以调整级数,图2中所示为具有两级冷却的中间分液式空气冷凝器。蒸汽通过进汽口 l进入第一个联箱2-l后,被均匀地送入第一级换热管4进行冷凝,汽 液混合物流入第一第二级相连的联箱2-2,在联箱内自动实现汽液分离,液体依靠重力通过 排液口排除,排液口的气封装置保证了液体而阻止蒸汽排出;液体经联箱底部的排液管8排 出汇集于管中经排液口 7排出,蒸汽则进入下一级换热管;依此下去蒸汽通过各级并经单一 折转联箱反向,再次逆流通过各级,最终进入最后一级联箱2-i,蒸汽已被全部冷凝,冷凝 液与各联箱冷凝液均流入冷凝液汇集管9中,最终经冷凝液出口7流出。空气侧空气横向冲 刷带肋片3的换热管4以冷凝管内蒸汽。
图3为本发明(串联水平管式)俯视图,其中,l进汽口 2-l第l个联箱,2-2第2个联
箱,8外壳,;进汽口 1与第1个联箱2-1相连;通过外壳8里换热管与第2个2-2联箱相连;…。
图4为本发明设计的排液口气封装置,用以防止联箱中气液分离过程中气相顺排液管泄 漏。l实心顶盖,2多孔芯体,3排液管壁面。
图5为本发明(串联立管式)主视图,其中,l进气口, 2-j第j个联箱,2-k单一折转 联箱,2-i最后一个联箱,3肋片,4换热管,5排液口气封装置,6排液管,7冷凝液出口, 8外壳(视要求可有可无)。
立管式分液与水平管式分液在结构形式和工作原理上相同,主要不同点在于:为了保证 分液效果,水平管式管子不需要深入联箱内部,立管式要伸出至上联箱内部一定长度,与下 联箱连接不需如此。立管式最上端的联箱不需加排液管6及气封装置5,下端的联箱通过排 液管汇集冷凝液并排出。
图6为本发明(串联立管式)左端示意图。其中,1进汽口 2-1第1个联箱,2-j第j个 联箱,2-k单一折转联箱,8外壳。
图7为本发明(逆向蒸汽流程并联水平管式)主视图,管内换热存在并联的左右两通路 A和B。其中,1A为A通路进气口, 1B为B通路进气口, 2-jA是A通路第j个联箱,2-jB是 B通路第j个联箱,2-iA是A通路最后一个联箱,2-iB是B通路最后一个联箱,3肋片,4 换热管,5排液口气封装置,6排液管,7冷凝液出口, 8外壳。流动与换热方式与串联水平 式相似,蒸汽通过进汽口 1A或1B进入第一个联箱2-1A或2-1B后,被均匀的送入第一级的 换热管4进行冷凝,汽液混合物流入换热管另一端的联箱2-2A或2-2B,通过排液口气封装 置实现汽液分离;液体经联箱底部的排液管8排出汇集于管中经排液口7排出,蒸汽则进入 下一级换热管;以此下去经适当级数进入最后一级联箱2-iA或2-iB,蒸汽已被全部冷凝, 汇集于管中,最终经冷凝液出口7流出。空气侧空气横向冲刷带肋片3的换热管4以冷凝管 内蒸汽。这种设计一般要求并联二个冷凝流程运行参数和负荷等均一样。
同样,对于并联式也存在立管形式,其与水平管式分液在结构形式和工作原理上相同, 主要不同点在于:由上至下蒸汽流程流最上侧联箱只具备导流并分配蒸汽功能,不需加排液 管及气封装置;由下至上蒸汽流程可不设置最上侧联箱,若有也不具分液排液功能;为了保证分液效果,水平管式管子不需要深入联箱内部,立管式要伸出至上联箱内部一定长度,与 下联箱连接不需如此。最下端的联箱都要通过排液管汇集冷凝液并排出。这种设计一般要求 并联二个冷凝流程运行参数和负荷等均一样。
图8为本发明(串联水平管式"中轴扇面"集成型)主视图。由若干串联水平管式多级 冷却中间分液式空气冷凝器(图2)以管内流体折流处联箱为中轴组合而成,并公用此联箱 进行气液分离、排液、气相重新分配过程。此图A、 B、 C即为三个串联水平管式冷凝器单元, 公用联箱2-j。
图9为本发明(串联水平管式"V式"集成型)主视图。
基于此,还可进一步形成并联水平管式"中轴扇面"、"折式"、"V式"、"封闭环与圆形 式"等集成型多级冷却中间分液式空气冷凝器。
以上所述为本发明的实施例,本发明的保护范围不局限于此,任何基于本发明技术方案 上的等效变换均属于本发明有效保护范围之内。

Claims (1)

1、多级冷却中间分液式空气冷凝器,该冷凝器包括进汽口(1)、冷凝液出口(7),其特征在于,该冷凝器由多级组成;级级间有联箱相通传递蒸汽;除第一级包含进汽口(1)、冷凝液出口(7)之外,其余级均只含有联箱(2-j)、肋片(3)、换热管(4)、排液口气封装置(5)、排液管(6)以及外壳(8);不同级通过两端安装的联箱(2-j)相接;每一级联箱安装有排液管(6)和排液口气封装置(5);每级换热管数从入口第一级依次递减;每级有二个蒸汽流向相反的流程级;进汽口(1)连接第1个联箱(2-1),第1个联箱通过第一级的一组平行排布换热管(4)与第2个联箱相通;第2个联箱通过下一级的一组平行排布换热管与下一个联箱相连;以此下去,直到连接最后一级的单一折转联箱(2-k);单一转联箱(2-k)相反方向连接换热管,使蒸汽流反方向进入下一级联箱,下一级联箱通过下一级的一组平行排布换热管与下下级联箱相连,直到进入最后一个联箱(2-i);换热管(4)外安装有肋片(3);换热管(4)和肋片(3)外安装外壳(8)。
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