CN102679754A - 一种凝汽器 - Google Patents
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Abstract
带翅片竖管凝汽器涉及汽轮机排气进行冷凝相变换热的装置，包括壳体1，壳体1的上下两端分别设有热工质进口2、热工质出口3和冷工质出口4、冷工质进口5，壳体1内设有冷工质换热通道6和热工质换热7，所述冷工质换热通道6是由若干带翅片的上部为倾斜布置的翅片管和下部为竖直布置的翅片管，以及中间由带孔倾斜的固定导流隔板13构成，其上下两端设有冷工质出口汇集腔8和冷工质进口汇集腔9，冷工质换热通道6、冷工质进口5和冷工质出口4通过设置在冷工质换热通道6上端的冷工质出口汇集腔8和下端的冷工质进口汇集腔9连接；所述翅片管外空间的热工质换热通道7、热工质进口2、热工质出口3和伞形直接冷凝区10相通。它解决了用热泵技术直接回收汽轮机排气凝结余热，使冷工质和热工质均处于相变状态进行热交换，在满足汽轮机排气真空度和凝结水过冷度等技术指标前提下，达到高效、快速、全部回收汽机排气余热的目的。
Description
技术领域：
本发明涉及凝汽换热装置，具体是一种利用汽轮机排气凝结放热和循环工质蒸发吸热的一种新型双相变换热的凝汽器。
背景技术：
现在运行使用的汽轮机凝汽器，是一种间壁型管壳式换热器。在汽轮机里做完工的蒸汽(乏汽)排入凝汽器，乏汽在凝汽器中的水平冷却管管外凝结放热，被冷却并凝结成液体水，凝结水被凝结水泵从凝汽器底部抽出，再送往锅炉加热变成蒸汽做工，以此循环往复。而冷却工质在凝汽器的水平冷却管内流动吸热，其吸收蒸汽凝结放出的热量，吸热工质——即冷却循环水，被循环水泵送入冷却水塔、冷却水池等进行冷却或直接排入江河中。这部分热量占汽轮机总热量的50％--60％，没有利用的热能占半数以上。其原因是该部分热能数量巨大，但品位较低，其温度一年四季在30-50摄氏度左右，其凝结压力一般在正常大气压力之下，所以很难回收再利用，故现在直接通过循环水排至江河及大气中，造成极大的能源损失和热污染。
伴随着热泵技术的成熟和应用，大量的汽轮机排气凝结低品位余热，正好为高温热泵系统提供了低温热源，也使得用热泵技术来回收蒸汽凝结放出的热量成为可能，即用热泵装置中的蒸发器来取代现在应用的凝汽器，或用现在应用的凝汽器来取代热泵装置中的蒸发器。但是，现在热泵装置的蒸发器性能不能满足汽轮机运行工况；此外，现运行使用的凝汽器均采用水平布置的冷却管束进行热交换，该结构使热泵装置的吸热工质(R417a、R134a及清华大学研制的专利R124/R142b/R600a混合高温热泵工质等)，不宜进行汽液两项流热交换工作，因此现在使用的凝汽器不能代替热泵装置中的蒸发器，所以用热泵装置中的蒸发器或现运行使用的凝汽器，均无法与热泵技术结合起来，完成汽机排出的低品位余热的回收。
利用本发明的新型凝汽器来取代热泵系统中的蒸发器，一方面满足汽轮机排气凝结形成的高真空，并为锅炉提供过冷度很低、所含空气和其他不凝结气体很少的凝结水，同时又实现液态冷却工质吸收汽轮机排气凝结所放出的热量而蒸发成气态，通过热泵压缩机，又将吸热气态工质压缩成高温高压气体，并向凝结水放热提高凝结水温度或为供暖、供热水系统加热，进而将低品位热量向高品位热量传递，实现汽轮机排气余热高效率回收再利用。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、单位体积传热面积大、工质流动阻力小、传热性能好、换热效率高的一种新型带翅片竖管式、冷热工质双相变换热的凝汽器。
本发明的技术解决方案是：带翅片竖管式凝汽器，包括壳体，壳体上下两端分别设有热工质进口、热工质出口和冷工质出口、冷工质进口，壳体内设有冷工质换热通道和热工质换热通道，所述冷工质换热通道是由若干带翅片的上部分为倾斜布置的翅片管和下部分为竖直布置的翅片管以及中间由带孔倾斜的固定导流隔板构成，其上下两端设有冷工质出口汇集腔和冷工质进口汇集腔，冷工质换热通道、冷工质进口和冷工质出口通过设置在冷工质换热通道上端的冷工质出口汇集腔和下端的冷工质进口汇集腔连接；所述翅片管外空间的热工质换热通道、热工质进口、热工质出口和直接冷凝区相通。
冷工质入口的上部设有抽气口，其上方设有内倾斜、对面设有垂直的双层错孔挡板。
本发明的技术效果是：它具有结构简单，单体元件少，工质流动阻力小，单位体积传热面积大，且因冷热工质均在相变热交换，故传热速率高，热回收效率高等优点，达到了节省土地和设备并减少运行维护费，达到了节省能源、水源和用电源，并减少向大气中污染物的排放量和对环境的热污染。
附图说明
附图为本发明凝汽器的剖视结构示意图。
具体实施方式：
如附图所示，带翅片竖管式凝汽器，包括壳体1，壳体1的上下两端分别设有热工质进口2、热工质出口3和冷工质出口4、冷工质进口5，壳体1内设有冷工质换热通道6和热工质换热7，所述冷工质换热通道6是由若干带翅片的上部为倾斜布置的翅片管和下部为竖直布置的翅片管，以及中间由带孔倾斜的固定导流隔板13构成，其上下两端设有冷工质出口汇集腔8和冷工质进口汇集腔9，冷工质换热通道6、冷工质进口5和冷工质出口4通过设置在冷工质换热通道6上端的冷工质出口汇集腔8和下端的冷工质进口汇集腔9连接；所述翅片管外空间的热工质换热通道7、热工质进口2、热工质出口3和伞形直接冷凝区10相通。
冷工质入口5的上部设有抽气口11，其上方设有内倾斜、对面设有垂直的双层错孔挡板12。
竖直翅片及斜翅片管凝汽器，是表面式凝汽器的一种结构，凝汽器的外壳呈方形或圆柱形，大功率汽轮机凝汽器可为矩形，也可设计成从上向下呈体积收缩型。凝汽器的喉部又称为上壳体，是接受汽轮机排气的进口部分，数目若干多的翅片冷却管装在冷却工质的上下汇集箱管板上，冷却管上部各翅片管的翅片平面与蒸汽流平行，并与冷却管轴线垂直，下部翅片管的翅片平面也与蒸汽流流动方向平行，并与冷却管轴线呈一斜角，翅片管中部弯曲部位的上方由倾斜隔板固定，并形成上下两部分主凝结区，将外壳上部的外围非凝结工作区设计成冷却工质的上汇集箱(为直角三角体)，冷却工质的入口联箱一即下汇集箱为倾斜布置，一方面满足冷却管下部入口工质流量分布阻力均匀，同时使下部形成较大的楔形凝结水面，有利于蒸汽直接凝结，在凝汽器外壳四角下部(圆形体为等距布置)位于冷工质入口的上方设有空气抽出口，抽气口入口上方设有内倾斜双层错孔挡板，其入口对面设有垂直双层错孔挡板，以减少蒸汽和凝结水被抽出。抽气口抽出的气体(含少量蒸汽)，来源于三个流路，即汽轮机的排气从进气口(喉部)进入凝汽器分成三路气流冷却凝结，一部分蒸汽在上部进入辐射型排列呈倾斜的冷却翅片管凝结区；一部分蒸汽在中下部进入辐射型排列呈竖直的冷却翅片管凝结区；一部分蒸汽直接落入下部凝结水面凝结。三路凝结汽流与抽气口处之间的压力降均衡、汽流路径短、气阻小，经济性能优良。
翅片管主凝结区由于中心向外围排管逐渐密集，自然形成中心冷却管壁温度要略高于外围冷却管壁温度，使中心区冷却管内吸热加强，这样正好平衡由于中心冷工质流路长于外围冷工质流路而造成的流动阻力增加的影响，同时也有冷工质出入口布局的影响，使整个冷却管热负荷分布均匀。
该凝汽器在外围下部自然设计成空气冷却区，所以制造更简易。
上下部冷却区的冷却管带有翅片，翅片平面与气流流向平行，不但增强了换热效率，而且汽流阻力影响小，与此同时，因上下翅片平面均处于外倾斜状态，蒸汽在冷却管壁面与翅片面凝结时的冷凝水迅速沿翅片斜面流下，汇集到冷却管迎汽面背面的翅片边缘流下，使冷凝壁面上的水膜很薄，蒸汽在滴状冷凝下运行，换热系数高。
中间隔板一方面起到固定冷却管的作用，同时也起到及时导流上部冷凝区已凝结的凝结水。
充分利用了壳体上部外角空间不凝结工作区域，将其作为冷却工质的上汇集箱，节省了材料利用了空间。
凝结水面较一般凝汽器更为合理，保证直凝蒸汽量更大，凝结水过冷度更低。冷却工质为吸附式工质时(如：溴化锂溶液)，在上部汇集箱的下端设有吸收液排出口，气体排出口设在上部，该装置适合多工质运行。
热泵机组系统通过一个新结构的凝汽器，取代了传统的循环水系统，节约了大量水资源和土地资源，同时热泵的压缩机用电量不会超过原循环水泵的用电量，这样又节约减少了厂用电量。该凝汽器蒸汽通道呈明显收缩的态势，达到了传热系数高、气阻小、凝结水过冷度低和空气泵负荷低的工作要求，其冷却管束布置十分符合蒸汽空气混合物流场与含有不凝结气体的蒸汽凝结换热规律。不产生局部空气积聚和冷却面积利用不充分问题，是一个十分理想的蒸汽流场和传热性能优良的元件。
Claims (4)
1.带翅片竖管凝汽器，包括壳体1，壳体1的上下两端分别设有热工质进口2、热工质出口3和冷工质出口4、冷工质进口5，壳体1内设有冷工质换热通道6和热工质换热7，所述冷工质换热通道6是由若干带翅片的上部为倾斜布置的翅片管和下部为竖直布置的翅片管，以及中间由带孔倾斜的固定导流隔板13构成，其上下两端设有冷工质出口汇集腔8和冷工质进口汇集腔9，冷工质换热通道6、冷工质进口5和冷工质出口4通过设置在冷工质换热通道6上端的冷工质出口汇集腔8和下端的冷工质进口汇集腔9连接；所述翅片管外空间的热工质换热通道7、热工质进口2、热工质出口3和伞形直接冷凝区10相通。
2.如权利要求1所述的带翅片竖管凝汽器，其特征在于，所述换热翅片管6呈逐渐收缩形状，翅片平面与乏汽流向平行。
3.如权利要求1所述的带翅片竖管凝汽器，其特征在于，所述壳体1的上部外围非凝结工作区为冷却工质的出口汇集腔8。
4.如权利要求1所述的带翅片竖管凝汽器，其特征在于，直接冷凝区10为伞形。
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