CN108206064B - 一种蒸汽射流驱动非能动换热系统 - Google Patents

一种蒸汽射流驱动非能动换热系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蒸汽射流驱动非能动换热系统，包括非能动换热器、冷却水箱和蒸汽射流混合器，非能动换热器内部设有多个竖直的传热管，至少一个传热管的外周设有上下开口的锥形围筒，且上端通过隔板与非能动换热器的侧壁固定；冷却水箱内部装有冷却水，设有冷却水回口和冷却水引出口，冷却水回口与冷却水出口连通；蒸汽射流混合器上设有蒸汽入口、混合入口和混合出口。本发明，利用蒸汽射流增压原理，在不增加总体高度的情况下，利用自身产生的射流蒸汽提高了非能动换热系统的自然循环驱动力，可以同时实现系统自然循环流量的提升以及两相流动振荡的消除；无需外部汽源，采用传热管共用的方式，有利于系统的集成，减小所占空间。

Description

一种蒸汽射流驱动非能动换热系统
技术领域
本发明涉及非能动热交换技术领域，具体涉及一种蒸汽射流驱动非能动换热系统。
背景技术
当核电厂发生事故之后，非能动换热系统可在无外部能源供应且不需人为干预的前提下自动启动并投入运行，大幅提高了核电厂的固有安全性，在新型核电厂的余热排出以及安全壳事故缓解中广泛应用。
在系统布置空间受到限制的情况下，常会有系统热端与冷段高度差不足的问题，这将导致系统的自然循环驱动力不足，系统自然循环流量比较小。此时为了满足系统换热总功率需求，将需要更大的换热器尺寸，不仅会增加系统的复杂程度，而且也降低了整体经济性。另一方面，面对较大的换热温差，如果系统自然循环驱动力比较小，则容易诱发系统出现两相流动振荡现象，不利于非能动换热系统的安全稳定运行。
通常情况下，一般会采取优化非能动换热器出口形式或调整系统功率匹配的方式改善上述情况，但是并未解决自然循环驱动力较小这一根本问题，难以满足变工况运行的需求，且存在降低系统整体换热功率的风险。
由此可见，目前的非能动换热系统存在自然循环驱动力较小的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是目前的非能动换热系统存在自然循环驱动力较小的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供了一种蒸汽射流驱动非能动换热系统，包括：
非能动换热器，内部设有多个竖直的传热管，至少一个所述传热管的外周设有上下开口的锥形围筒，且所述锥形围筒的上端通过隔板与所述非能动换热器的侧壁固定，所述锥形围筒、所述隔板与所述非能动换热器的侧壁之间形成换热腔，所述锥形围筒与所述传热管之间形成沸腾产汽流道，所述隔板与所述非能动换热器的顶面之间形成集汽腔，所述换热腔的侧壁底部设有冷却水入口、侧壁上部设有冷却水出口，所述集汽腔的一侧设有射流蒸汽出口，所述非能动换热器的顶部设有热流体入口，底部设有热流体出口，所述热流体入口上沿流动方向依次设有热流体入口隔离阀和热流体入口电磁阀，所述热流体出口上沿流动方向设有热流体出口电磁阀和热流体出口隔离阀；
冷却水箱，内部装有冷却水，设有冷却水回口和冷却水引出口，所述冷却水回口与所述冷却水出口连通；
蒸汽射流混合器，其上设有蒸汽入口、混合入口和混合出口，所述蒸汽入口与所述射流蒸汽出口连通，所述混合入口与所述冷却水引出口连通，所述混合出口与所述冷却水入口连通。
在另一个优选的实施例中，所述非能动换热器为圆筒形，所述传热管均匀布置，所述锥形围筒设置在与所述非能动换热器的内壁临近的所述传热管上。
在另一个优选的实施例中，所述沸腾产汽流道的横截面由下至上逐渐增大。
在另一个优选的实施例中，所述蒸汽射流混合器沿流动方向依次设有吸入室、混合室和扩散室，所述吸入室上设有蒸汽喷嘴，所述蒸汽喷嘴的外端形成蒸汽入口，所述蒸汽喷嘴的内端临近所述混合室，所述混合入口设置在所述吸入室上。
在另一个优选的实施例中，所述混合室的横截面沿流动方向先缩小后增大。
在另一个优选的实施例中，所述传热管的上下两端分别固定在管板上，所述锥形围筒与所述传热管之间设有支撑块，且所述支撑块对称设置。
在另一个优选的实施例中，所述冷却水引出口和所述混合入口之间设有冷却水入口隔离阀，所述冷却水出口和所述冷却水回口之间设有冷却水出口隔离阀。
在另一个优选的实施例中，所述射流蒸汽出口与所述蒸汽入口之间设有射流蒸汽调节阀。
在另一个优选的实施例中，所述蒸汽喷嘴的内端呈锥形喇叭状，且沿气流方向横截面面积逐渐增大。
本发明与现有技术相比，优势在于：
(1)利用蒸汽射流增压原理，在不增加总体高度的情况下，利用自身产生的射流蒸汽提高了非能动换热系统的自然循环驱动力，可以同时实现系统自然循环流量的提升以及两相流动振荡的消除，有利于系统的安全稳定运行；
(2)无需外部汽源，采用传热管共用的方式，从而在非能动换热器内部产生射流蒸汽，在实现系统非能动传热功能的同时有利于系统的集成，可以减小设备所占空间。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的非能动换热器的结构示意图；
图3为本发明的蒸汽射流混合器的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种蒸汽射流驱动非能动换热系统，下面结合具体实施例和说明书附图对本发明予以详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种蒸汽射流驱动非能动换热系统包括非能动换热器1、冷却水箱10和蒸汽射流混合器2。
非能动换热器1内部设有多个竖直的传热管14，至少一个传热管14 的外周设有上下开口的锥形围筒15，且锥形围筒15的上端通过隔板16与非能动换热器1的侧壁固定，锥形围筒15、隔板16与非能动换热器1的侧壁之间形成换热腔，锥形围筒15与传热管14之间形成沸腾产汽流道24，隔板16与非能动换热器1的顶面之间形成集汽腔22，换热腔的侧壁底部设有冷却水入口19、侧壁上部设有冷却水出口20，集汽腔22的一侧设有射流蒸汽出口13。非能动换热器1的顶部设有热流体入口11，底部设有热流体出口12，热流体入口11上沿流动方向依次设有热流体入口隔离阀3和热流体入口电磁阀4，热流体出口12上沿流动方向设有热流体出口电磁阀6 和热流体出口隔离阀5。
冷却水箱10内部装有冷却水，设有冷却水回口和冷却水引出口，冷却水回口与冷却水出口20连通。
蒸汽射流混合器2上设有蒸汽入口、混合入口31和混合出口30，蒸汽入口与射流蒸汽出口13连通，混合入口31与冷却水引出口连通，混合出口30与冷却水入口19连通。
本发明的工作原理为：需要冷却的流体经过热流体入口隔离阀3和热流体入口电磁阀4进入到非能动换热器1的管程即传热管14内，在换热器内冷却之后依次经过热流体出口电磁阀6和热流体出口隔离阀5流出。冷却水箱10作为非能动冷却系统的最终热肼，冷却水箱10内的冷却水与来自非能动换热器1的蒸汽在蒸汽射流混合器2内混合，之后进入到非能动换热器1的壳程即换热腔内，加热之后经过返回至冷却水箱10。
在正常运行状态下，热流体入口隔离阀3、热流体出口隔离阀5、冷却水入口隔离阀7、冷却水出口隔离阀8保持常开状态，当发生全厂断电事故之后，热流体入口电磁阀4和热流体出口电磁阀6会自动打开，系统将在不依赖外部能量输入的条件下持续不断地对进入非能动换热器1中的热流体进行冷却。
这种结构有以下优点：
(1)射流蒸汽由非能动换热器1产生，无需再另外设置蒸汽装置，利用这部分蒸汽经过蒸汽射流混合器2提高非能动换热系统的自然循环驱动力；
(2)沸腾产汽流道24由传热管14和锥形围筒15形成，随着蒸汽含量的逐渐增加，便于蒸汽迅速上升；
(3)非能动换热器1中传热管14规格没有特殊要求，无须设置为不同规格，周围布置锥形围筒15的传热管14主要起产生蒸汽的作用，系统换热功能由未布置锥形围筒15的传热管14承担；
(4)非能动换热器1上部形成集汽腔22，沸腾产汽流道24内产生的蒸汽在此汇集，汇集的蒸汽经过传热管14进一步加热至过热状态。
非能动换热器1为圆筒形，传热管14均匀布置，锥形围筒15设置在与非能动换热器1的内壁临近的传热管14上。锥形围筒15只设置在最外层的传热管14上，方便与非能动换热器1固定，且方便蒸汽从射流蒸汽出口13输出。
沸腾产汽流道24的横截面由下至上逐渐增大，沸腾产汽流道24的截面逐渐增加，有利于蒸汽在流道内顺利膨胀上升，并迅速汇集到集汽腔22 内。
蒸汽射流混合器2沿流动方向依次设有吸入室25、混合室27和扩散室 28，吸入室25上设有蒸汽喷嘴26，蒸汽喷嘴26的外端形成蒸汽入口，蒸汽喷嘴26的内端临近混合室27，混合入口31设置在吸入室25上。射流蒸汽由蒸汽喷嘴26进入并直接进入混合室27，减少热量损失，而冷却水则由吸入室25进入再流入混合室27，使得蒸汽充分与冷却水在混合室27内进行混合。
混合室27的横截面沿流动方向先缩小后增大，这种形状使得冷却水与射流蒸汽在前半段进行快速融合，后半段横截面面积增大，方便输出。
传热管14的上下两端分别固定在管板18上，锥形围筒15与传热管14 之间设有支撑块17，且支撑块17对称设置。支撑块17可有效对锥形围筒 15的筒壁进行固定，延长使用寿命。
冷却水引出口和混合入口31之间设有冷却水入口隔离阀7，冷却水出口20和冷却水回口之间设有冷却水出口隔离阀8。冷却水入口隔离阀7和冷却水出口隔离阀8可有效提高自动化程度，提高操作便捷性。射流蒸汽出口13与蒸汽入口之间设有射流蒸汽调节阀9，射流蒸汽调节阀9用于调节射流蒸汽的压力与流量，改变蒸汽射流混合器2的工作状态，使其达到预期要求。
蒸汽喷嘴26的内端呈锥形喇叭状，且沿气流方向横截面面积逐渐增大，这种结构设置有利于增大射流蒸汽与冷却水的混合体积，提高混合效果。
本发明，与现有技术相比，优势在于：
(1)利用蒸汽射流增压原理，在不增加总体高度的情况下，利用自身产生的射流蒸汽提高了非能动换热系统的自然循环驱动力，可以同时实现系统自然循环流量的提升以及两相流动振荡的消除，有利于系统的安全稳定运行；
(2)无需外部汽源，采用传热管共用的方式，增设了锥形围筒，从而在非能动换热器内部产生射流蒸汽，在实现系统非能动传热功能的同时有利于系统的集成，可以减小设备所占空间。
本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下得到的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种蒸汽射流驱动非能动换热系统，其特征在于，包括：
非能动换热器，内部设有多个竖直的传热管，至少一个所述传热管的外周设有上下开口的锥形围筒，且所述锥形围筒的上端通过隔板与所述非能动换热器的侧壁固定，所述锥形围筒、所述隔板与所述非能动换热器的侧壁之间形成换热腔，所述锥形围筒与所述传热管之间形成沸腾产汽流道，所述传热管的上下两端分别固定在管板上，所述隔板与所述管板之间形成集汽腔，所述换热腔的侧壁底部设有冷却水入口、侧壁上部设有冷却水出口，所述集汽腔的一侧设有射流蒸汽出口，所述非能动换热器的顶部设有热流体入口，底部设有热流体出口，所述热流体入口上沿流动方向依次设有热流体入口隔离阀和热流体入口电磁阀，所述热流体出口上沿流动方向设有热流体出口电磁阀和热流体出口隔离阀；
冷却水箱，内部装有冷却水，设有冷却水回口和冷却水引出口，所述冷却水回口与所述冷却水出口连通；
蒸汽射流混合器，其上设有蒸汽入口、混合入口和混合出口，所述蒸汽入口与所述射流蒸汽出口连通，所述混合入口与所述冷却水引出口连通，所述混合出口与所述冷却水入口连通。
2.根据权利要求1所述的一种蒸汽射流驱动非能动换热系统，其特征在于，所述非能动换热器为圆筒形，所述传热管均匀布置，所述锥形围筒设置在与所述非能动换热器的内壁临近的所述传热管上。
3.根据权利要求1所述的一种蒸汽射流驱动非能动换热系统，其特征在于，所述沸腾产汽流道的横截面由下至上逐渐增大。
4.根据权利要求1所述的一种蒸汽射流驱动非能动换热系统，其特征在于，所述蒸汽射流混合器沿流动方向依次设有吸入室、混合室和扩散室，所述吸入室上设有蒸汽喷嘴，所述蒸汽喷嘴的外端形成蒸汽入口，所述蒸汽喷嘴的内端临近所述混合室，所述混合入口设置在所述吸入室上。
5.根据权利要求4所述的一种蒸汽射流驱动非能动换热系统，其特征在于，所述混合室的横截面沿流动方向先缩小后增大。
6.根据权利要求1所述的一种蒸汽射流驱动非能动换热系统，其特征在于，所述锥形围筒与所述传热管之间设有支撑块，且所述支撑块对称设置。
7.根据权利要求1所述的一种蒸汽射流驱动非能动换热系统，其特征在于，所述冷却水引出口和所述混合入口之间设有冷却水入口隔离阀，所述冷却水出口和所述冷却水回口之间设有冷却水出口隔离阀。
8.根据权利要求1所述的一种蒸汽射流驱动非能动换热系统，其特征在于，所述射流蒸汽出口与所述蒸汽入口之间设有射流蒸汽调节阀。
9.根据权利要求4所述的一种蒸汽射流驱动非能动换热系统，其特征在于，所述蒸汽喷嘴的内端呈锥形喇叭状，且沿气流方向横截面面积逐渐增大。
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