CN1048262A - 冷凝含不凝气体蒸汽的换热器 - Google Patents

Abstract

冷凝含不凝气体的蒸汽的换热器，包括蒸汽及不 凝气体入口集管，若干换热气管排成垂直相间的管 束。每管一端与入口集管连接，平行接受蒸汽与不凝 气体；另一端和与管束相关的单独集管连接。后者将 不凝气体排向大气。每一管束设单独集管防止管束 间压力平衡和管中的不凝气体回流和形成气袋。管 束与水平面倾斜，单独集管高于入口集管，管束中的 不凝气体迅速上升进入单独集管，尤其在气体轻于蒸 汽时。这可使冷凝物向下流入入口集管时不凝气体 易于排放。

Description

本发明涉及一种将含不凝气体蒸汽冷凝的改进换热器，使用这种换热器的方法，以及使用这种换热器的动力设备。

在许多工业用途中，需要使用换热器将含不凝气体的蒸汽冷凝或冷却。这种用途的实例有动力设备的冷凝器，特别是使用有机工作流体的动力设备，炼油厂的冷却器等等。在任何情况下，不凝气体的排放很重要，以防这种气体在换热器表面上积累，这种积累情况对在有累积表面上的传热有不利的影响。

如为气冷式换热器，其类型为有若干换热器，组织成若干垂直相间的管束，与接受蒸汽及不凝气体的入口集管连接（下文中称为“上述”换热器），冷却换热器管的空气的温度，随着其在管周围通过并从相继的管束中通过而增高。一般来说，空气垂直上升，最冷的空气与最低的管束接触，最热的空气与最高的管束接触。因此，每一管束中的温度和压力都不相同;人们已经发现，在蒸汽与冷凝液的流动中发生扰动，尤其当冷凝蒸汽重于蒸汽中的不凝气体时。这种扰动对冷凝器的工作性能有不利影响，并经常不规律地影响换热器的效率。

兰金循环动力设备的冷凝器使用有机工作流体，传统上设置有上述类型的换热器，其一个或多个管束相对于水平面倾斜，换热器管的一端与入口集管的一端连接，每一管的另一端，和位置高于入口集管的收集集管连接。在此方式中，每一管束的蒸汽，在其管中向上流动，接触每一管的内上部，蒸汽与管外空气间换热产生的冷凝物向下流，与每一管的内下部接触。放入冷凝器的蒸汽中的不凝气体，比同温度及同压力的气化有机工作流体轻，在位于系统最高点上的收集集管的顶部收集。这些不凝气体可从收集集管中排出;但每一管束中的压力差，似乎于扰不凝气的流动，因此不凝气体不能全部排出，一部分退回系统中，对冷凝器的传热性能起有害的影响。

本发明的一个目的，是提出一种改进的新换热器，它克服先有技术领域上述类型换热器的上述缺点。

本发明的冷凝含不凝气体的换热器，有一个入口集管，接受该蒸汽及不凝气体，和若干换热器管，最好组成若干有垂直向间距的管束。每一管的一端与入口集管连接，平行接受蒸汽和不凝气体;管束中每一管的另一端，最好和与一个管束相关的一个单独的集管连接，这管束的位置，高于管子与入口集管连接的端部的高度。在入口集管中设置一个冷凝物出口。每一单独的集管中设置排气装置，将其不凝气体向大气排放。因此，管束最好与水平面倾斜，而单行的集管高于入口集管。

每一管束设单独的集管，可防管束相互间的压力平衡，从而可防回流和在管束中造成不凝气体袋。当管束与水平面倾斜时，单独的集管高于入口集管，管束中的不凝气体迅速上升，进入与管束相连的单独集管，尤其当气体比蒸汽轻时。这样当冷凝物向下流入入口集管时，使不凝气体易于排放。

当管子用空气冷却时，可设置增强装置，增强管外空气与管内蒸汽及不凝气体间的传热。增强装置可有该各管外部上的翅片，和/或鼓风装置，将空气从管上吹过，最好从最低管束中的管子的下方向上吹送。

最好将入口集管垂直放置，各管束在沿垂直方向偏移的位置上连接。否则，也可作为补充，将单独的集管上下迭放，并由外壳及内隔板构成。

本发明还包括一个动力设备，其中包括一个锅炉，将液体工质蒸发，成为气化工质，一个涡轮发电机随气化工质反应，产生功率及热量耗尽的气化工质，一个冷凝器随低热量的气化工质反应，将其凝结，产生凝结工质，送回锅炉内。冷凝器有一个入口集管，接受热量耗尽的工质，和其中的不凝气体，有若干与水平面倾斜的换热器管，最好布置在若干有垂直间距的管束中，并最好每一单独的集管与每一管束相连。每一管的一端与入口集管连接，平行接受热量耗尽的工质（蒸汽与不凝气体），管束中每一管的另一端，最好和单独的集管连接，单独集管在高于管子与入口集管连接的端部的高度上与管束相关。在入口集管中设一个冷凝物的出口，每一单独集管中设排气装置，将其中的不凝气体向大气排放。

最后，本发明包括一种将不凝气体与气化工质分离的方法。该方法包括将气化工质及不凝气体送入入口集管，若干与水平面倾斜，并在若干有垂直间距的管束中配置的若干换热器管，与入口集管连接，每一管的一端与入口集管连接，平行接受该蒸汽及该不凝气体。本发明的方法最好还包括将管束中每一管子的另一端，和与每一管束相关的一个单独集管连接，管束的高度高于管子与入口集管连接的端部的高度，将每一单独集管向大气排气。

本发明的一个实施方案在附图中示出，附图内容如下：

图1概略示意本发明的显示有机工质兰金循环动力设备，并有本发明的冷凝器的局部侧剖视图;

图2为图1中所示冷凝器的俯视图。

参看附图图1，标号10表示以氟利昂之类有机工质工作的兰金循环动力设备。动力设备10包括锅炉11，内放液体工质，用图示标号为12的外热源加热，产生气化工质，通过管13输送至涡轮发电机15的涡轮机14的入口喷咀（未示）。涡轮发电机15有发电机16，靠涡轮机14推动。随涡轮机14的气化工质膨胀反应，发电机16向一个载荷（未示）送电，涡轮机产生耗尽热量的工质，通过导管18向冷凝器17输送。如下文所述，热量耗尽的工质在冷凝器17中冷凝，利用重力或泵，将冷凝物送回锅炉11，循环反复进行。

冷凝器17按本发明来制造，有入口集管19，换热管21的若干管束20A，20B……，和上集管22。集管19有入口接头23，导管18安装在其上，将由涡轮排出的热量耗尽的气化工质，和诸如空气或其他气体的不凝气体，送入集管。集管19在水平方向上伸长（见图2），在与接头23安装侧的相对侧上，若干蒸汽出口接头按纵横行排列。也就是说，接头24有水平方向的间距，如图2所示，在垂直方向上的间距如图1所示，供安装各管21的一端。最后，在集管19的底部上，设置液体出口接头25，通向导管26，将冷凝液送回锅炉11。

每一管21的一端27，与集管19中的出口接头24连接;每一管的另一端28，与形式为外壳30的上集管22的输入接头29连接，外壳30有若干内隔板31，将外壳隔成若干单独的腔室32。腔室数目与管束的数目相同。因此，图1显示有三个垂直相间的管束;在这情况下，便有三个腔32在上集管22中形成。管束可多于或少于三个，取决于冷凝器的设计性能。最后，每一腔32靠一个出口孔33排气。

如图所示，冷凝器用空气冷却，设增强装置，增强管21内的蒸汽的传热。增强装置可包含有管21外侧上的翅片34，增大管子的传热表面积。最好作为补充，增强装置设鼓风装置35，位于管束的下方。鼓风装置35可设叶轮36，绕垂直轴旋转，放在似文丘里管的罩37中，产生向上吹入管束的气流。因此，气流向上包围各管，沿逐个管束通过，冷却其中的蒸汽。

运转时，热量耗尽的工质与不凝气体，通过接头23进入入口集管19。所有出口接头24都和集管内部接通;因此，将蒸汽及不凝气体平行送到管束20A，20B……上。蒸汽及不凝气体流入各管，蒸汽在管中由管外的气流冷却，发生冷凝。冷凝液在管中集聚，向下流入集管19，图中用液滴38表示，由集管的收集槽39收集。较轻的不凝气体在管中上升，按照相关的管束，进入单独的腔32。这些腔的每一个，分别用33排气，使不凝气体可从系统中排出。

注意腔32的分离性质，可防各管束间的压力平衡，使每一管束中顺各个管子，达到温度及压力的平衡分布，而与其他管束内的分布无关。并且，由于管束与水平面倾斜，腔32高于入口集管19，冷凝蒸汽和较轻的不凝气体的分离和这些气体的排出便比较容易，因为较轻的不凝气体迅速上升，在与各管束相连的腔32中集聚，从腔中排出，而产生的冷凝液，则向下流入入口集管19，由集管的下集槽39收集。虽然在本发明的实施方案中，腔32的高度高于入口集管19，但足以使端部28的高度高于端部27，以实施本发明的过程，即，将冷凝蒸汽与较轻的不凝气体分离。虽然图中显示压力送风式冷凝器装置，但本发明也适用于自然送风式冷却装置。一般来说，决定采用压力送风或自然送风的冷却，取决于涉及的动力设备的大小。例如，在400-2000瓦的低功率范围，大多使用自然送风;而在高功率范围，典型为300-1000千瓦，则用压力送风冷凝器来冷却。并且，本发明也适用于其他类型的换热器，特别适用于炼油工业中使用的碳氢冷却器方面。

从上面关于本发明理想实施方案的叙述，便可了解本发明的方法及设备可取得的优点和改进效果。可作各种改变和修改，而不致脱离所附权利要求叙述的本发明的范围。

Claims (19)

1、一种冷凝含不凝气体的蒸汽的换热器，其中包括下列各项：

a)一个接受该蒸汽和不凝气体的入口集管；

b)安排成若干有垂直方向间距的管束的若干换热器管，每一管的一端和入口集管连接，平行接受该蒸汽及该不凝气体；

c)与每一管束相连的单独集管，管束中每一管的另一端，和与管束相连的单独集管连接；

d)每一单独集管中的排气装置，将集管中的不凝气体向大气排放；

e)该管与水平面倾斜，单独集管的部分放在入口管的垂直上方。

2、根据权利要求1的换热器，其特征为该换热器管用空气冷却，设增强装置，增强该管外的空气与管内的蒸汽及不凝气体之间的传热。

3、根据权利要求2的换热器，其特征为该增强装置有在该管外部上的翅片。

4、根据权利要求2的换热器，其特征为该增强装置有鼓风装置，将空气在该管外吹过。

5、根据权利要求4的换热器，其特征为该鼓风装置将空气从该管的下方，向上从该管束间吹过。

6、根据权利要求5的换热器，其特征为该管有翅片。

7、根据权利要求1的换热器，其特征为该蒸汽为有机流体。

8、根据权利要求1的换热器，其特征为该入口集管垂直放置，该管束在垂直方向偏移的位置上相连。

9、根据权利要求8的换热器，其特征为该单独集管上下相互迭放。

10、根据权利要求9的换热器，其特征为该单独集管由一个外壳和内隔板构成。

11、一种动力设备，包括：

a）将液体工质蒸发以产生气化工质的锅炉。

b）随该气化工质反应的涡轮发电机，产生功率及热量耗尽的气化工质;

c）随该热量耗尽的工质反应的冷凝器，将气化工质冷凝，产生返回锅炉的冷凝工质;

d）该冷凝器有一个入口集管，接受该冷凝器中的该蒸汽和不凝气体，若干换热器管与水平面倾斜，配置成若干在垂直方向相隔的管束，每一管的一端和入口集管连接，平行接受该蒸汽和该不凝气体，单独集管和每一管束相连，管束中各管的另一端和单独集管相连，与单独集管连接的管束，位置高于与入口集管连接的管端的高度，每一单独集管中有排气装置，将不凝气体向大气排放。

12、根据权利要求11的动力设备，其特征在于该换热器管用空气冷却，设增强装置，增强该管外的空气和管内的蒸汽及不凝气体间的传热。

13、根据权利要求12的动力设备，其特征为该增强装置有在该管外部上的翅片。

14、根据权利要求12的动力设备，其特征为该增强装置有鼓风装置，将空气从该管外吹过。

15、根据权利要求14的动力设备，其特征为该鼓风装置将空气从该管的下方向上吹，从该管束间通过。

16、根据权利要求15的动力设备，其特征为该管上设翅片。

17、根据权利要求15的动力设备，其特征为该工质为一种有机流体。

18、一种将不凝气体与气化工质分离的方法，其特征在于它包括以下步骤：

a）将气化工质与不凝气体送到入口集管，若干与水平面倾斜，并配置成若干有垂直方向间距的管束与入口集管连接，每一管的一端与入口集管连接，干行接受该蒸汽及该不凝气体;

b）将管束中每一管的另一端，与和每一管束相关的单独集管连接，

c）将单独集管向大气排放。

19、将含不凝气体的蒸汽进行冷凝的换热器，包括：

a）接受该蒸汽及不凝气体的入口集管;

b）若干换热器管配置成若干有垂直方向间距的管束，每一管的一端和入口集管连接，平行接受该蒸汽及该不凝气体;

c）一个和一个管束连接的单独集管，其结构配置成使一个管束中每一管的另一端，和与集管连接的单独集管连接，单独集管的高度高于管束中的与入口集管连接的管端的高度;

d）每一单独集管中的排气装置，用于将不凝气体向大气排放。