CN101187535A - 蒸发空冷式换热方法和蒸发空冷式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明属于气体和液体冷却冷凝技术。提出的蒸发空冷式换热方法为：高温工艺流体首先进入空气冷却的翅片管组预冷段进行换热预冷，再进入蒸发换热段，利用管外水膜的蒸发强化管内外换热；空气由下部引入自下向上流动与蒸发换热段产生的水蒸气混合形成湿空气，作为冷却介质在引风机作用下在排出设备前穿过空气冷却的翅片管组预冷段对进入翅片管组的工艺流体进行预冷。蒸发空冷式换热器主要由作为预冷段的翅片管组(2)、蒸发换热段的换热部件(5)和轴流风机(1)、水喷淋装置(4)及进风栅(6)构成，翅片管组位于轴流风机的下方为水平设置，其与工艺流体管道和蒸发换热段的换热部件连通，蒸发换热段的换热部件位于翅片管组下方并与其平行设置。

Description

蒸发空冷式换热方法和蒸发空冷式换热器

技术领域

本发明属于气体和液体冷却冷凝技术，主要提出一种蒸发空冷式换热方法和蒸发空冷式换热器。

背景技术

通常对高温流体的冷却冷凝方式是采用水作为冷却介质，采用列管式水冷器或壳管式水冷器作为冷却设备。近年来由于水资源的日益紧张及节约能源政策的紧迫要求，加之企业本身面对市场竞争和运行费用降低的成本要求，新型节能设备正不断的研究开发与应用。新型空冷器已在石化企业、电力冶金企业应用，逐渐开始部分取代水冷却器。新型蒸发冷在化工化肥企业、食品冷冻啤酒乳品企业应用。

空冷器是以环境空气作为冷却介质，依靠翅片管扩展传热面积来强化管外换热，靠空气横掠翅片管后的空气温升带走热量，达到冷却或冷凝管内工艺流体的目的。它可使管内工艺流体出口温度冷却到比环境干球温度高15-20℃左右，所以，工艺流体的最终冷却温度较高，使用受到了一定的限制，它适用于进口温度较高的工艺流体的冷却。

蒸发冷是以喷淋水作为冷却介质，依靠水在冷凝管外形成水膜蒸发吸收管内工艺流体的热量，靠引风机的强制排风带走蒸发后的水蒸气中的热量，达到冷却或冷凝管内工艺流体的目的。它可使管内工艺流体出口温度冷却到比环境湿球温度高5℃左右。所以，工艺流体的最终冷却温度较低，它适用于出口温度较低的工艺流体的冷却，但受水垢产生的影响，不适应于进口温度较高的工艺流体的冷却。

发明内容

本发明针对一些工艺流体冷却冷凝的需要，提出一种蒸发空冷式换热方法和蒸发空冷式换热器，以达到提高冷却冷凝效率、降低能耗的目的；同时使其可应用于进口温度较高的工艺流体并使其得到较低的出口温度，有效减缓蒸发换热管外表面的结垢现象，提高设备的使用效率和寿命，降低运行成本。

本发明所提出的换热方法为：高温工艺流体首先进入空气冷却的翅片管组预冷段进行换热预冷，即利用蒸发换热段产生的水蒸汽与空气混合形成的湿空气经过翅片管组预冷段对其管内高温工艺流体进行大风量、大温差的冷却，使高温流体得到预冷；被降温的工艺流体再进入蒸发换热段，蒸发换热段的换热部件由循环冷却水喷淋而在其表面形成连续均匀的薄水膜，利用管外水膜的蒸发强化管内外换热；空气由下部引入自下向上流动与冷却喷淋水形成逆流，与蒸发换热段产生的水蒸气混合形成湿空气，作为冷却介质在引风机作用下在排出设备前穿过空气冷却的翅片管组预冷段对进入翅片管组的工艺流体进行预冷；

本发明所提出的蒸发空冷式换热器主要由作为预冷段的翅片管组、蒸发换热段的换热部件和轴流风机、水喷淋装置及进风栅构成，还具有提供循环冷却水的水泵、水箱；空气冷却的翅片管组位于轴流风机的下方为水平设置，其与工艺流体管道和蒸发换热段的换热部件连通，使高温工艺流体首先进入空气冷却的翅片管组预冷段强化换热，进行预冷降温；蒸发换热段的换热部件位于翅片管组下方并与其平行设置，在蒸发换热段换热部件的上方具有水喷淋装置，在设备的下部四周设置进风栅。

本发明换热器中的蒸发换热段其换热部件可以是多根换热管两端通过管箱连通的结构形式，也可以是盘管组结构。

本发明提出的换热方法与换热器，提高了换热的冷凝冷却效果，经实践证明传热效率可提高10％以上，达到节能冷却降耗的作用。

由于进入蒸发换热段的是经空气冷却预冷段预冷后的工艺流体，避开了水的易结垢点，有效减缓了换热管外表面的结垢现象，提高了设备的使用效率和寿命，降低了运行成本。

空气冷却的翅片管组预冷段，使得空气冷却带走了相当一部分的热量，从而减少了蒸发换热段的热量交换，使得水的蒸发耗时较低，节约了宝贵的水资源，也使其一次性投资大大降低。

空气冷却的翅片管组预冷段，利用从下部引进的空气与蒸发换热段产生的水蒸气混合形成的湿空气作为冷却介质，在排入大气前对其进行大风量、大温差的冷却，利用废气换热节约了蒸发用水和电能，使空冷与蒸发冷共用一个风机，空冷可以说是无动力运行，大大降低了能耗。

空气冷却的翅片管组增大了换热面积，而且随着气温的降低，冷却温差越大冷却效果越好，尤其是在冬季，空气冷却足够满足换热的需要，即可无水干运行，达到节水、节电、节约资源的要求，同时也大大降低了运行成本。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图。

图2为图1的侧视(局部剖)图。

图3为实施例2结构示意图。

图4为图3的A-A剖面图。

图中，1、轴流风机，2、翅片管组，3、脱水器，4、水喷淋装置，5、蒸发换热部件，6、进风栅，7、浮球阀，8、水软化装置，9、水泵，10、水箱。

具体实施方式

结合附图给出的实施例对其结构加以说明：

如图1、图2所示，蒸发空冷式换热器主要包括有轴流风机1、作为预冷段的翅片管组2和蒸发换热段的换热部件5、水喷淋装置4及进风栅6；还具有水泵9、水箱10等；由变频器控制的大口径轴流风机1位于设备的最上部，由空气冷却的翅片管组2位于轴流风机下方水平设置，翅片管组的多排多根换热管两端连通管箱，两端管箱分别与工艺流体进口和蒸发换热段的换热部件5连通，使得高温工艺流体先进入作为预冷段的翅片管组进行换热、降温后再进入蒸发换热段的换热部件5，蒸发换热段的换热部件5位于预冷段翅片管组2的下方与其平行设置，蒸发换热部件5为多排多根换热管两端通过管箱连通的结构形式，换热管为光管，水喷淋装置4的喷淋水管和喷嘴位于换热部件5的上方，设备壳体下部的四周具有进风栅6。高温工艺流体首先进入空气冷却的翅片管组预冷段强化换热，进行预冷降温到70℃以下，避开水易结垢点，循环冷却水由水泵送至喷淋水管中，经喷嘴均匀地喷淋在蒸发换热段换热部件的外表面，形成连续均匀的一层水膜，换热管内的热量通过管壁传给管外表面的水膜，使水膜蒸发而实现热交换，同时吸收了大量的热量，强化了管外传热，空气由轴流风机从设备下部四周的进风栅6引进，由下向上流动，与冷却喷淋水形成逆流，水膜蒸发形成的水蒸气与空气混合成为湿空气，作为冷却介质在轴流风机作用下在排入大气前经过空气冷却的翅片管组2，对其进行大风量、大温差的冷却，对进入翅片管组的高温工艺流体进行预冷降温，达到蒸发换热与空冷共用一个风机的目的。没有被蒸发的循环冷却水吸热后滴落(滴落过程中被由进风栅6进入的风冷却)到下部的水箱10内，与补充新鲜水(由浮球阀7控制自动补给蒸发去掉的水份)混合后供水泵循环使用。该实施例中蒸发换热段采用多根换热管两端通过管箱连通的结构形式，适用于对阻力降要求较小的工艺流体。

图3、图4所示实施例2的换热器结构，与实施例1结构基本相同，其蒸发换热段的换热部件5为多根盘管构成的冷却盘管组，盘管同样为光管结构，工艺流体先进入集管由集管分配给多排多根翅片管，进行预冷降温后再进入蒸发换热段的冷却盘管组。

Claims (2)

1.一种蒸发空冷式换热方法，本发明的特征是：高温工艺流体首先进入空气冷却的翅片管组预冷段进行换热预冷，即利用蒸发换热段产生的水蒸汽与空气混合形成的湿空气经过翅片管组预冷段对其管内高温工艺流体进行大风量、大温差的冷却，使高温流体得到预冷；被降温的工艺流体再进入蒸发换热段，蒸发换热段的换热部件由循环冷却水喷淋而在其表面形成连续均匀的薄水膜，利用管外水膜的蒸发强化管内外换热；空气由下部引入自下向上流动与冷却喷淋水形成逆流，与蒸发换热段产生的水蒸气混合形成湿空气，作为冷却介质在引风机作用下在排出设备前穿过空气冷却的翅片管组预冷段对进入翅片管组的工艺流体进行预冷。

2.一种蒸发空冷式换热器，其特征是：主要由作为预冷段的翅片管组(2)、蒸发换热段的换热部件(5)和轴流风机(1)、水喷淋装置(4)及进风栅(6)构成，还具有提供循环冷却水的水泵(9)、水箱(10)；空气冷却的翅片管组(2)位于轴流风机(1)的下方为水平设置，其与工艺流体管道和蒸发换热段的换热部件(5)连通，使高温工艺流体首先进入空气冷却的翅片管组预冷段强化换热，进行预冷降温；蒸发换热段的换热部件(5)位于翅片管组(2)下方并与其平行设置，在蒸发换热段换热部件(5)的上方具有水喷淋装置(4)，在设备的下部四周设置进风栅(6)。

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