CN102230751A - 一种真空蒸发降温装置 - Google Patents

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陈荣
朱小林
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一种真空蒸发降温装置，包括真空密闭容器及设置在其顶部的排空阀和喷射抽吸器；喷射抽吸器与真空密闭容器相通，其包括拉瓦尔喷嘴及流体排放出口；真空密闭容器设置有制冷介质入口和位于其之下的制冷介质出口，真空密闭容器内部设置有蛇形换热管，蛇形换热管的两端分别与冷介质入口和制冷介质出口连接，真空密闭容器底部设置有垂直排水管；真空密闭容器内部设置有位于蛇形换热管上方的喷淋水分配器，其通过循环冷却进水管与水塔连接。本发明通过调整真空度调节真空蒸发降温装置的换热效率，从而提高制冷介质的温度稳定性；在同等降温量要求下，本发明可减少换热管面积和设备占地面积；同时减少循环冷却水流量、降低循环冷却水泵运行动力消耗。

Description

一种真空蒸发降温装置
技术领域
本发明涉及制冷介质冷却降温的装置，具体涉及一种真空蒸发降温装置。
背景技术
利用水蒸发吸热使制冷介质失热降温的方法得到广泛推广应用，如蒸发式空冷器在炼铁高炉软水密闭循环系统中的换热降温、板管式蒸发冷凝器在空调制冷系统中的换热降温。
空调制冷换热由风冷式(每单位kw冷量能耗：0.026kw)→水冷式(每单位kw冷量能耗：0.038kw) →蒸发式(每单位kw冷量能耗：0.016kw)发展。蒸发换热器有管式换热器（圆形或椭圆形传热管）和板管式换热器（板管一体结构），管式换热器加工制作简单，但空气流动阻力大、布水容易出现死角导致结垢；板管换热器加工制作复杂，板面呈凸凹波纹形体，喷淋水在板面形成很薄的一层水膜、增大蒸发换热面积。
换热器是炼铁高炉水处理中最为关键设备之一，软水供水温度的稳定性直接影响高炉运行的稳定性和使用寿命。空冷蒸发器在上世纪80年代由欧洲引入国内，在石油、化工行业成功广泛应用；90年代末用于高炉冷却系统，换热效率高、运行费用低，新建和改造高炉多采用。空冷蒸发器是利用换热管外水膜的蒸发吸热强化换热，用泵将设备下部水池中的循环冷却水抽送的到位于换热管束上方的喷淋水分配器，由喷淋水分配器均匀喷淋到换热管表面，在换热管表面形成均匀连续的薄水膜缓慢向下流动；同时用风机将空气由换热管下方的空气吸入窗口吸入，使空气自下而上流经水平放置的换热管束表面；此时流经换热管束内介质的热量除被管束外循环冷却水膜和空气流显热吸收外，管外表面水膜吸热蒸发也要吸收大量的潜热；水具有较高的汽化潜热（水在一个大气压下的汽化潜热为570kcal/kg），因此换热管束外的水膜吸热蒸发强化了换热降温。
空冷蒸发器降温较其它方式效率高、运行费用低，但空气流温度随环境温度的变化而波动，换热管外水膜蒸发吸热量也随环境温度的变化而波动，从而引起空冷蒸发器的换热效率波动，造成被降温介质的温度波动、降温稳定性难以控制；循环冷却水膜和空气流的温度随环境温度变化，在炎热的夏天温度最高，换热管内外温差最小、换热效力最低，同时换热管面积大、设备占地面积较大。
发明内容
为克服现有技术存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种真空蒸发降温装置，该装置能使循环冷却水加快蒸发吸热，增大换热温差以提高换热效率，通过调节真空度以稳定换热效率。该装置热交换效率高、稳定性好、节能环保。
本发明的一种真空蒸发降温装置，包括真空密闭容器及设置在其顶部的喷射抽吸器和排空阀；所述喷射抽吸器与真空密闭容器相通，喷射抽吸器包括拉瓦尔喷嘴及流体排放出口；真空密闭容器设置有制冷介质入口和制冷介质出口，制冷介质入口低于制冷介质出口，真空密闭容器内部设置有蛇形换热管，蛇形换热管的一端与制冷介质入口连接，另一端与制冷介质出口连接，真空密闭容器底部还设置有排水管；所述真空密闭容器内蛇形换热管的上方设置有喷淋水分配器。
喷淋水分配器通过循环冷却进水管与水塔连接。
所述排水管为垂直排水管，与水塔连接。排水管的高度为基于水塔至少11米，以致真空密闭容器内水排出时靠自重使真空密闭容器的真空度为－0.05MPa～－0.09MPa。
所述垂直排水管上设置有排水阀。
本发明的真空蒸发降温装置具体工作原理如下：
（1）循环冷却水泵送至真空密闭容器，同时打开排空阀排出空气，循环冷却水经喷淋水分配器充满真空密闭容器后，在密闭状态下经由垂直排水管排出时靠自重使真空密闭容器内形成－0.05MPa～－0.09MPa的真空度；
（2） 水蒸汽或水气混合流体流经喷射抽吸器，经拉瓦尔喷嘴喷射形成的高速喷射气流； 
（3）在真空状态下部分循环冷却水迅速吸热蒸发变成低温蒸汽，使流经换热管外面的水膜温度降到8℃～15℃，增大换热管内外温差；低温蒸汽被步骤（2）所形成的高速喷射气流连续引射抽吸排放，使真空密闭容器内的真空度维持为按照工艺要求设定的真空度值； 
（4）制冷介质由制冷介质入口管进入真空降温装置，流经蛇形换热管时与换热管外低温冷却水膜进行热交换，失热降温后由制冷介质出口管流出，完成降温流程。
所述步骤（2）水蒸气的压力为0.1MPa～0.5MPa；所述水气混合流体的压力＞0.3MPa，流速1000米/秒～1500米/秒。
所述步骤（4）制冷介质为循环冷却水、高炉冷却软水或空调冷媒。
高速喷射气流与低温蒸汽有极大的热能和动能差异，两种不同能量“分子”间的极速能量交换形成高速喷射气流对低温蒸汽的强大引射抽吸作用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）本发明中制冷介质的热量靠换热管表面循环冷却水膜蒸发吸收，水膜蒸发量主要由真空装置的真空度和换热管表面积决定，因此，调整真空度可调节空冷蒸发器的换热效率，从而提高被降温介质的温度稳定性；
（2）本发明进入真空密闭容器的循环冷却水部分迅速吸热蒸发变成低温蒸汽（10℃～22℃），被流经喷射器的高速喷射汽流（流速1000米/秒～1500米/秒）引射抽吸排放，调节高速喷射汽流的引射抽吸力使真空密闭容器真空度保持一恒定值，使真空蒸发降温装置的换热效率稳定、制冷介质的温度稳定，不受环境温度的变化影响；
（3）水具有较高的汽化潜热（水在一个大气压下的汽化潜热为570kcal/kg）, 真空密闭容器的真空度控制在－0.05MPa～－0.09MPa，部分循环冷却水的蒸发要吸收大量的潜热，可使循环冷却水膜温度降到8℃～15℃，明显增大换热管内外温差，提高换热效率5～15%。因此，在同等降温量要求下本发明的真空蒸发降温装置可减少换热管面积、减少设备占地面积；同时减少循环冷却水量、降低循环冷却水泵运行动力消耗；
（4）本发明中喷射气流可采用饱和水蒸汽（压力0.1MPa～0.5MPa）、水气混合流体（压力＞0.3MPa）或工厂废热蒸汽（压力＞0.3MPa），水蒸汽（压力0.1MPa～0.5MPa）对循环冷却水膜蒸发产生的低温蒸汽（10℃～22℃）的抽吸排放效率远高于电动排风机或真空泵；喷射蒸汽喷射抽吸低温蒸汽后降温降压凝结成软化水、低温蒸汽被抽吸排放后增温增压凝结成软化水再回用于生产，循环使用、节能环保；利用工厂废热蒸汽经加压后作喷射气流，减少废热排放、低碳环保。
附图说明
图1为本发明真空蒸发降温装置的结构简图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明的真空蒸发降温装置，其结构如图 1所示：包括真空密闭容器1及设置在其顶部的喷射抽吸器6和排空阀5；所述喷射抽吸器6与真空密闭容器1相通，喷射抽吸器6包括拉瓦尔喷嘴7和流体排放出口8；真空密闭容器1设置有制冷介质入口2和制冷介质出口4，制冷介质入口2低于制冷介质出口4，真空密闭容器1内部设置有蛇形换热管3，蛇形换热管3的一端与制冷介质入口2连接，另一端与制冷介质出口4连接，真空密闭容器1底部还设置有垂直排水管15，所述垂直排水管15上设置有排水阀12；所述真空密闭容器1内部设置有喷淋水分配器10，所述喷淋水分配器10位于蛇形换热管3上方；喷淋水分配器10通过循环冷却进水管11与水塔连接。
实施例1
采用如上所述的真空蒸发降温装置，对其降温原理做进一步详细的说明：
（1）将循环冷却水13泵送至真空密闭容器，同时打开排空阀以排出空气，循环冷却水13经喷淋水分配器10充满真空密闭容器后，在密闭状态下靠自重经由垂直排水管15排出使真空密闭容器1内形成真空；
（2） 水蒸汽、水气混合流体或工厂废热蒸汽流经喷射抽吸器6，经拉瓦尔喷嘴喷射7形成的高速喷射气流； 
（3）在真空状态下部分循环冷却水迅速吸热蒸发变成低温蒸汽9，使流经换热管外面的循环冷却水水膜14的温度降到8℃～15℃，增大换热管内外温差；低温蒸汽被高速喷射气流连续引射抽吸后，经流体排放出口排放，使真空密闭容器内的真空度维持为某一真空度值；该真空度值根据工艺要求而定；
（4）制冷介质从制冷介质入口2进入真空密闭容器1内，沿蛇形换热管3与换热管外的循环冷却水进行热交换，失热降温后从制冷介质出口4流出，完成降温流程。
水蒸气的压力为0.1MPa～0.5MPa；水气混合流体的压力＞0.3MPa，流速1000米/秒～1500米/秒；工厂废热蒸汽（压力＞0.3MPa）。
制冷介质为循环冷却水、高炉冷却软水或空调冷媒。

Claims (5)

1.一种真空蒸发降温装置，其特征在于，包括真空密闭容器及设置在其顶部的喷射抽吸器和排空阀；所述喷射抽吸器与真空密闭容器相通，喷射抽吸器包括拉瓦尔喷嘴及流体排放出口；真空密闭容器设置有制冷介质入口和制冷介质出口，制冷介质入口低于制冷介质出口，真空密闭容器内部设置有蛇形换热管，蛇形换热管的一端与制冷介质入口连接，另一端与制冷介质出口连接，真空密闭容器底部还设置有排水管；所述真空密闭容器内蛇形换热管的上方设置有喷淋水分配器；喷淋水分配器通过与循环冷却进水管与水塔连接。
2.根据权利要求1所述的真空蒸发降温装置，其特征在于，所述真空密闭容器的真空度控制在－0.05MPa～－0.09MPa。
3.根据权利要求1所述的真空蒸发降温装置，其特征在于，所述排水管的高度为基于水塔至少11米。
4.根据权利要求1或3所述的真空蒸发降温装置，其特征在于，所述排水管为垂直排水管。
5.根据权利要求4所述的真空蒸发降温装置，其特征在于，所述垂直排水管上设置有排水阀。
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