CN204373272U - 一种直接接触式沸腾换热器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种直接接触式沸腾换热器,属能源与环境技术领域。本实用新型包括换热器罐体、导热油、气液分离器、液位计、有机工质入口、有机工质蒸汽出口、导热油入口、导热油出口、喷头、保温材料;换热器罐体外部包裹有保温材料,换热器罐体内部装有导热油,导热油入口和导热油出口分别位于换热器罐体的1/2高度处和换热器罐体底部,换热器罐体上设有液位计和有机工质入口,工质管路从换热器罐体下部的有机工质入口伸入所述直接接触式沸腾换热器内,工质管路上设有喷头,换热器罐体上方设有机工质蒸汽出口。本实用新型投资和维护费用少、具有优良的换热性能、内部结构简单、阻力较小,运行过程中工质泵更加省电。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种直接接触式沸腾换热器,属于能源与环境技术领域。
背景技术
能源是人类赖以生存和社会经济发展的重要物质基础,也是当今国际政治、经济、军事、外交关注的焦点。目前,我国还处于高消耗、高增长、高污染粗放型扩张和外延为主的经济增长方式阶段,造成了巨大的能源浪费,能源利用效率仅为33%,和发达国家相比,落后20年,相差10个百分点。在工业领域我国余热资源总量十分丰富,工业用能中60-65%的能源都转化为余热资源, 而我们国家的余热利用率只有30%。就余热利用现状来看,我国还有很大的利用空间。目前高温余热已有成熟技术加以利用,但是中低温余热利用还处于技术发展的阶段。中低温余热约占总余热量的40%左右,因此余热利用的重点在于中低温余热利用。
目前中低温余热利用的主要发展趋势是有机朗肯循环发电技术,它与传统发电系统的主要区别在于采用有机工质作为循环工质发电,有机朗肯循环发电系统可以在烟气温度200℃左右,水温在80℃左右实现有利用价值的发电,该系统具有很多优点,但不足之处是有机工质导热性能差的特性在很大程度上制约了ORC系统效率的提高,因此提高ORC系统效率的关键在于提高传热性能。
换热器作为能源转化和利用的核心部件,是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位,其换热效率的提高能够实现可观的工业节能量。提高换热器效率主要有增大传热面积和减小热阻两种方式,而直接接触式换热方式可同时实现二者的极致优化,因此本实用新型提供一种直接接触式沸腾换热器。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是:本实用新型提供一种直接接触式沸腾换热器,用于解决传统板式换热器在同温差下效率低、单位换热量下耗电量高、换热时间长、投资和维护费用高的问题。
本实用新型技术方案是:一种直接接触式沸腾换热器,包括换热器罐体1、导热油2、气液分离器3、液位计4、有机工质入口5、有机工质蒸汽出口6、导热油入口7、导热油出口8、喷头9、保温材料10;所述换热器罐体1外部包裹有保温材料10,换热器罐体1内部装有导热油2,导热油入口7和导热油出口8分别位于换热器罐体1的1/2高度处和换热器罐体1底部,且导热油入口7和导热油出口8在换热器罐体1的同一侧,换热器罐体1的另一侧设有液位计4和有机工质入口5,工质管路从换热器罐体1下部的有机工质入口5伸入所述直接接触式沸腾换热器内,工质管路上设有喷头9,换热器罐体1上方设有机工质蒸汽出口6,有机工质蒸汽出口6上焊接有管道,管道的另一端再通过法兰与气液分离器3相连接。
所述换热器罐体1为圆柱体或长方体。
所述换热器罐体1内部装有导热油2的量为换热器罐体1高度的1/4-2/3高度。
所述喷头9的个数为一个或多个。
本实用新型的工作过程是:
本实用新型采用有机工质与导热油直接接触混合换热,在运行时,先将导热油2注入换热器罐体1内并保持有一定的液位高度,假如热源是锅炉,那么锅炉出口与换热器入口(也就是导热油入口7)之间安装泵,在泵的作用下使导热油2在热源与换热器循环并加热到预定的温度,然后运行工质离心泵使有机工质通过喷头9射入到直接接触式沸腾换热器罐体中,有机工质和导热油2将在换热器罐体1内发生直接接触式换热并发生相变,有机工质蒸汽从罐体上方的有机工质蒸汽出口6逸出,经过气液分离器3消除带液即可进入透平做功发电;
本实用新型提供的直接接触式沸腾换热器可应用于直接接触式沸腾换热发电系统中,直接接触式沸腾换热器接入一个有机朗肯循环系统和一个冷却水循环系统就可组成一个直接接触式沸腾换热发电系统。
本实用新型的有益效果是:
1、投资和维护费用少,直接接触式沸腾换热器作为一种新型高效的换热设备没有金属传热面,具有不易腐蚀、不易结垢的特点,且结构简单,投资省运行和维修费用低等优点, 这是其他换热设备无法比拟的;
2、具有优良的换热性能,直接接触式换热实现增大传热面积和减小热阻两者的极致优化,使热源得到最大限度的转化利用,相比传统板式换热器可实现同温差下效率提高15%,单位换热量下的耗电量比板式换热器节省20%以上,换热时间减少10%~15%,能够实现低温压驱动下的高效换热,对于突破我国中低温工业余热资源回收发电的技术瓶颈具有重大的现实意义。
3、在换热过程中发生相变,有机工质在与导热油直接接触过程中发生相变来实现两相分离,同时产生大量小气泡,气液两相流动的剧烈扰动,其传热系数可比单相流大20~100倍;
4、运行过程中省电,工质在流动过程中需要克服阻力前进,阻力越大泵消耗的功越多,传统的换热器内部有很多细小的流道来增强换热,同时也使得阻力较大,而直接接触式沸腾换热器内部结构简单、阻力较小,运行过程中工质泵更加省电;
5、本直接接触式沸腾换热器取消了冷热介质间的传热壁面,传热过程与相变过程几乎同时发生。与传统的间壁式换热相比,不受换热面结垢和腐蚀的影响,能大大提高热泵等中低温热源转换系统中冷凝器和蒸发器的换热效率,减小换热器的换热温差,使中低温热源得到最大限度的转化利用。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图;
图2是本实用新型系统示意图。
图1-2中各标号:1-换热器罐体,2-导热油,3-气液分离器,4-液位计,5-有机工质入口,6-有机工质蒸汽出口,7-导热油入口,8-导热油出口,9-喷头,10-保温材料,11-直接接触式沸腾换热器,12-透平或膨胀机,13-发电机,14-水冷冷凝器,15-循环水泵,16-机械通风冷却塔,17-工质储液罐,18-工质加压泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,对本实用新型作进一步说明。
实施例1:如图1-2所示,一种直接接触式沸腾换热器,包括换热器罐体1、导热油2、气液分离器3、液位计4、有机工质入口5、有机工质蒸汽出口6、导热油入口7、导热油出口8、喷头9、保温材料10;所述换热器罐体1外部包裹有保温材料10,换热器罐体1内部装有导热油2,导热油入口7和导热油出口8分别位于换热器罐体1的1/2高度处和换热器罐体1底部,且导热油入口7和导热油出口8在换热器罐体1的同一侧,换热器罐体1的另一侧设有液位计4和有机工质入口5,工质管路从换热器罐体1下部的有机工质入口5伸入所述直接接触式沸腾换热器内,工质管路上设有喷头9,换热器罐体1上方设有机工质蒸汽出口6,有机工质蒸汽出口6上焊接有管道,管道的另一端再通过法兰与气液分离器3相连接。
实施例2:如图1-2所示,一种直接接触式沸腾换热器,本实施例与实施例1结构相同,不同之处在于所述换热器罐体1为圆柱体。
实施例3:如图1-2所示,一种直接接触式沸腾换热器,本实施例与实施例1结构相同,不同之处在于所述换热器罐体1为长方体。
实施例4:如图1-2所示,一种直接接触式沸腾换热器,本实施例与实施例2结构相同,不同之处在于所述换热器罐体1内部装有导热油2的量为换热器罐体1高度的1/4-2/3高度。
实施例5:如图1-2所示,一种直接接触式沸腾换热器,本实施例与实施例3结构相同,不同之处在于所述换热器罐体1内部装有导热油2的量为换热器罐体1高度的1/4-2/3高度。
实施例6:如图1-2所示,一种直接接触式沸腾换热器,本实施例与实施例4结构相同,不同之处在于所述喷头9的个数为一个或多个。
实施例7:如图1-2所示,一种直接接触式沸腾换热器,本实施例与实施例5结构相同,不同之处在于所述喷头9的个数为一个或多个。
实施例8:如图1-2所示,一种直接接触式沸腾换热器,包括换热器罐体1、导热油2、气液分离器3、液位计4、有机工质入口5、有机工质蒸汽出口6、导热油入口7、导热油出口8、喷头9、保温材料10;所述换热器罐体1外部包裹有保温材料10,换热器罐体1内部装有导热油2,导热油入口7和导热油出口8分别位于换热器罐体1的1/2高度处和换热器罐体1底部,且导热油入口7和导热油出口8在换热器罐体1的同一侧,换热器罐体1的另一侧设有液位计4和有机工质入口5,工质管路从换热器罐体1下部的有机工质入口5伸入所述直接接触式沸腾换热器内,工质管路上设有喷头9,换热器罐体1上方设有机工质蒸汽出口6,有机工质蒸汽出口6上焊接有管道,管道的另一端再通过法兰与气液分离器3相连接。
本实用新型提供的直接接触式沸腾换热器可应用于直接接触式沸腾换热发电系统中,直接接触式沸腾换热器接入一个有机朗肯循环系统和一个冷却水循环系统就可组成一个直接接触式沸腾换热发电系统,有机朗肯循环由直接接触式沸腾换热器11、透平或膨胀机12、发电机13、水冷冷凝器14、循环水泵15、机械通风冷却塔16、工质储液罐17、工质加压泵18及管路与附件组成。工质储液罐17出口经管道与工质加压泵18进口连接,工质加压泵18出口经管道与有机工质入口5相连接,有机工质蒸汽出口6接气液分离器3后与透平或膨胀机12进口相连接,透平或膨胀机12出口经管道与与水冷冷凝器14热流体侧进口相连接,水冷冷凝器14热流体侧出口经管道与工质储液罐17进口相连接,完成一个循环。
冷却水循环系统由水冷冷凝器14、机械通风冷却塔16及循环水泵15组成。水冷冷凝器14冷流体侧出口经管路与机械通风冷却塔16热流体侧进口相连接,械通风冷却塔16热流体侧出口经管道与循环水泵15进口相连接,循环水泵15出口经管道与水冷冷凝器14冷流体侧进口相连接,完成一个循环。
实施例9:如图1-2所示,一种直接接触式沸腾换热器,包括换热器罐体1、导热油2、气液分离器3、液位计4、有机工质入口5、有机工质蒸汽出口6、导热油入口7、导热油出口8、喷头9、保温材料10;所述换热器罐体1外部包裹有保温材料10,换热器罐体1内部装有导热油2,导热油入口7和导热油出口8分别位于换热器罐体1的1/2高度处和换热器罐体1底部,且导热油入口7和导热油出口8在换热器罐体1的同一侧,换热器罐体1的另一侧设有液位计4和有机工质入口5,工质管路从换热器罐体1下部的有机工质入口5伸入所述直接接触式沸腾换热器内,工质管路上设有喷头9,换热器罐体1上方设有机工质蒸汽出口6,有机工质蒸汽出口6上焊接有管道,管道的另一端再通过法兰与气液分离器3相连接。
所述换热器罐体1为圆柱体。
所述换热器罐体1内部装有导热油2的量为换热器罐体1高度的1/4-2/3高度。
所述喷头9的个数为一个或多个。
本实用新型提供的直接接触式沸腾换热器可应用于直接接触式沸腾换热发电系统中,直接接触式沸腾换热器接入一个有机朗肯循环系统和一个冷却水循环系统就可组成一个直接接触式沸腾换热发电系统,有机朗肯循环由直接接触式沸腾换热器11、透平或膨胀机12、发电机13、水冷冷凝器14、循环水泵15、机械通风冷却塔16、工质储液罐17、工质加压泵18及管路与附件组成。工质储液罐17出口经管道与工质加压泵18进口连接,工质加压泵18出口经管道与有机工质入口5相连接,有机工质蒸汽出口6接气液分离器3后与透平或膨胀机12进口相连接,透平或膨胀机12出口经管道与与水冷冷凝器14热流体侧进口相连接,水冷冷凝器14热流体侧出口经管道与工质储液罐17进口相连接,完成一个循环。
冷却水循环系统由水冷冷凝器14、机械通风冷却塔16及循环水泵15组成。水冷冷凝器14冷流体侧出口经管路与机械通风冷却塔16热流体侧进口相连接,械通风冷却塔16热流体侧出口经管道与循环水泵15进口相连接,循环水泵15出口经管道与水冷冷凝器14冷流体侧进口相连接,完成一个循环。
实施例10:如图1-2所示,一种直接接触式沸腾换热器,本实施例与实施例9相同,不同之处在于所述换热器罐体1为长方体。
实施例11:如图1-2所示,一种直接接触式沸腾换热器,本实施例与实施例8相同,其中某工厂车间产生的高温余热烟气在经过分级余热利用后,由于技术原因使得250℃以下的中低温烟气没有利用直接排放,造成了热污染与能源浪费,在采用了直接接触式沸腾换热技术的有机郎肯循环100KW发电机组后可以提升余热回收效率20%,直接接触式沸腾换热器形状为长方体,规格为1m×1m×2m,选取有机工质R245fa和THERMINNOL? 66高温导热油作为换热工质进行直接接触换热,在运行过程中导热油温度在120℃,液位高度保持在1m左右。
实施例12:如图1-2所示,一种直接接触式沸腾换热器,本实施例与实施例8相同,某槽式太阳能有机郎肯循环20KW发电机组,在采用了直接接触式沸腾换热器替代传统板式换热器后换热效率提高15%,运行耗电量减少了20%,换热时间减少了10%,直接接触式沸腾换热器形状为圆柱体,规格为半径0.2m,高2m,选取有机工质R245fa和THERMINNOL? 66高温导热油作为换热工质进行直接接触换热,在运行过程中导热油温度在150℃,液位高度保持在1.2m左右。
上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明,但是本实用新型并不限于上述实施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种直接接触式沸腾换热器,其特征在于:包括换热器罐体(1)、导热油(2)、气液分离器(3)、液位计(4)、有机工质入口(5)、有机工质蒸汽出口(6)、导热油入口(7)、导热油出口(8)、喷头(9)、保温材料(10);所述换热器罐体(1)外部包裹有保温材料(10),换热器罐体(1)内部装有导热油(2),导热油入口(7)和导热油出口(8)分别位于换热器罐体(1)的1/2高度处和换热器罐体(1)底部,且导热油入口(7)和导热油出口(8)在换热器罐体(1)的同一侧,换热器罐体(1)的另一侧设有液位计(4)和有机工质入口(5),工质管路从换热器罐体(1)下部的有机工质入口(5)伸入所述直接接触式沸腾换热器内,工质管路上设有喷头(9),换热器罐体(1)上方设有机工质蒸汽出口(6),有机工质蒸汽出口(6)上焊接有管道,管道的另一端再通过法兰与气液分离器(3)相连接。
2.根据权利要求1所述的直接接触式沸腾换热器,其特征在于:所述换热器罐体(1)为圆柱体或长方体。
3.根据权利要求1所述的直接接触式沸腾换热器,其特征在于:所述换热器罐体(1)内部装有导热油(2)的量为换热器罐体(1)高度的1/4-2/3高度。
4.根据权利要求1所述的直接接触式沸腾换热器,其特征在于:所述喷头(9)的个数为一个或多个。
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GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20150603 Termination date: 20171210 |
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