CN217504441U - 一种蒸汽加热装置 - Google Patents

Abstract

一种蒸汽加热装置，包括：两个换热组件，分别为第一换热组件(1a)、位于第一换热组件(1a)下方的第二换热组件(1b)；每个换热组件包括横置的壳程筒体(10)、第一管板(11)、第二管板(12)、换热管(13)、第一管箱(14)、第二管箱(15)；第一换热组件(1a)之壳程筒体(10)的顶壁上设有壳程入口接管(101)，第一管箱(14)上设有管程出口接管(141)；第二换热组件(1b)之壳程筒体(10)的底壁上设有壳程出口接管(102)，第一管箱(14)上设有管程入口接管(142)；第一、第二换热组件的第二管箱(15)之间通过管程连通接管(151)相连通；第一、第二换热组件的壳程筒体(10)之间通过壳程连通接管(103)相连通。与现有技术相比，本申请能适应加热蒸汽压力变化、且能提高换热效率。

Description

一种蒸汽加热装置

技术领域

本实用新型属于换热装置技术领域，具体涉及一种蒸汽加热装置。

背景技术

蒸汽加热装置一般为换热器及疏水装置组成，换热器内的流体分为两股，一股通常为蒸汽(热流体)，另一股为冷流体(液体、气体或多相流体)，换热过程中，蒸汽一般在定压的状态下放热，凝结为饱和液体，然后排出；有时为了提高热能利用率，饱和液体进一步与冷流体换热，变成过冷液，此段称为疏冷段，再经由疏水系统排出。

目前蒸汽加热的换热器分两大类，一类为无疏冷段换热器，蒸汽定压放热后以饱和液体的形式离开加热器；另一类为带疏冷段的换热器，如专利号为ZL201120436186.7的实用新型专利《内置疏水冷却段的高过冷热网加热器》(授权公告号为CN202304528U)公开的结构，蒸汽在冷凝段放热，凝结成液体(疏水)，进入疏冷段进一步放热，以过冷液体的形式离开换热器。无论哪一类换热器组成的蒸汽加热系统，其设计的加热压力是固定的，一旦蒸汽压力有较大幅度的变化，加热系统就不能正常工作；而在余热利用等领域，因蒸汽来源不稳定，加热蒸汽压力可能会在较大的范围波动，使一般加热系统无法正常工作。此外，因蒸汽凝结后体积会减小到原来的几百分之一到二千分之一，而疏冷段与冷凝段在同一换热器的筒体内，疏冷段凝结水流速极低，事实上以自然对流的方式换热，加之不能进行逆向流动，大多数情况下传热温差很低，单位面积的换热量过小，使疏冷段换热面积很大，这会导致换热器在耗用大量金属材料的同时还会占据较大的空间，不利于系统布置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能适应加热蒸汽压力变化、且能提高换热效率的蒸汽加热装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种蒸汽加热装置，包括：

两个换热组件，分别为第一换热组件、第二换热组件；

每个换热组件包括有：

横置的壳程筒体，内部具有换热腔室；

第一管板、第二管板，分别设于壳程筒体的两端；

多根换热管，设于壳程筒体内，各换热管的两端分别支撑在第一管板、第二管板上；

第一管箱、第二管箱，分别设于第一管板、第二管板的外侧，并通过换热管相连通；

其特征在于：

所述第二换热组件位于第一换热组件的下方；

所述第一换热组件之壳程筒体的顶壁上设有壳程入口接管，该壳程入口接管邻近其所在的壳程筒体上的第一管板设置；所述第一换热组件之第一管箱上设有管程出口接管；

所述第二换热组件之壳程筒体的底壁上设有壳程出口接管，该壳程出口接管邻近其所在的壳程筒体上的第一管板设置；所述第二换热组件之第一管箱上设有管程入口接管；

所述第一换热组件的第二管箱与第二换热组件的第二管箱之间通过管程连通接管相连通；

所述第一换热组件的壳程筒体与第二换热组件的壳程筒体之间通过壳程连通接管相连通，该壳程连通接管的两端分别邻近各自对应的换热组件的第二管板设置。

为进一步提高换热效率，优选地，每个换热组件还包括有多个折流板，且多个折流板竖向设于壳程筒体内，并沿壳程筒体的轴向间隔布置，各个折流板上具有供各换热管穿过的管孔。如此，壳程筒体内的介质在折流板的扰动下呈湍流状态，提高对流换热系数从而增强换热效率。

优选地，各相邻两个折流板之对应同一根换热管的管孔相互错位布置，且错开2～5mm。

在靠近疏水出口段(即管程入口接管)处，冷、热流体的温度往往比较接近，换热效果明显变差，为了提高壳程筒体内凝结水的换热系统，优选地，第二换热组件中相邻两个折流板之间的距离等于或小于第一换热组件中相邻两个折流板之间的距离。从而能提高凝结水的流速，或诱发湍流。

在上述方案中，优选地，所述第一管箱具有相对的第一敞口、第二敞口，所述第一敞口与第一管板相对，且第一敞口的口径大于第二敞口的口径；所述第二管箱具有相对的第三敞口、第四敞口，所述第三敞口与第二管板相对，且第三敞口的口径大于第四敞口的口径。

优选地，所述第一换热组件之第二管箱位于第二换热组件之第二管箱的正上方，所述管程连通接管为纵截面呈半圆环形的弯管，弯管的管径与上述第四敞口的口径一致。

为了使得本申请能进一步适应加热蒸汽压力变化，优选地，所述壳程出口接管处设有温控疏水阀。温控疏水阀根据设定的温度启闭，当凝结水温度低于设定值时，温控疏水阀开启，放出凝结水，上层温度较高的凝结水向下流；当凝结水温度高于设定值时，温控疏水阀关闭，凝结水继续在壳程筒体内放热，直至温度低于设定值，所以系统工作时，凝结水出水的温度是基本恒定的。当加热蒸汽的压较高时，蒸汽凝结放热所需的换热面积较小，而凝结水放热所需的换热面积较大，在温控疏水阀的控制下，壳程筒体内的液位处于高液位；而加热蒸汽压力较低时，蒸汽凝结放热所需的换热面积较大，而凝结水放热所需的换热面积较小，同样在温控疏水阀的调节下，壳程筒体内的液位处于低液位，而冷流体进口温度不变的条件下，其出口温度基本不变。

在上述各方案中，优选地，以上述的两个换热组件为一个换热单元，该换热单元有至少两个并上下布置，以相邻两个换热单元之位于上方的换热单元为上换热单元，位于下方的换热单元为下换热单元，所述上换热单元之第二换热组件的壳程出口接管与下换热单元之第一换热组件的壳程入口接管相连通；所述上换热单元之第二换热组件的管程入口接管与下换热单元之第一换热组件的管程出口接管相连通。除此之外，换热单元也可仅有一组。

为提高结构的紧凑性，优选地，所述上换热单元之第二换热组件的壳程出口接管位于下换热单元之第一换热组件的壳程入口接管的正上方，两者接合连通后的整体呈竖向设置的短管状。

优选地，所述上换热单元之第二换热组件的管程入口接管位于下换热单元之第一换热组件的管程出口接管的正下方，且两者接合连通后的整体呈半圆环形的弯管状。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：通过将第二换热组件设于第一换热组件的下方，并在第二换热组件的特定位置设置壳程出口接管、管程入口接管，在第一换热组件的特定位置设置壳程入口接管、管程出口接管，且将第一换热组件的第二管箱与第二换热组件的第二管箱之间通过管程连通接管相连通；第一换热组件的壳程筒体与第二换热组件的壳程筒体之间通过壳程连通接管相连通，如此，使用时，壳程入口接管通入蒸汽，管程入口接管通入待加热的冷介质，冷介质沿着由第二换热组件之第一管板至第二管板的方向流动，并经管程连通接管进入第一换热组件的管程，沿着第一换热组件之第二管板至第一管板的方向流动，最终由第一换热组件上的管程出口接管流出；同时，蒸汽沿着由第一换热组件之第一管板至第二管板的方向流动，并经壳程连接接管流入第二换热组件，在第二换热组件内沿着由第二管板至第一管板的方向流动，并经第二换热组件上的壳程出口接管流出，在此过程中，蒸汽通过换热管向冷介质放热而凝结成凝结水，冷介质吸收蒸汽放出的热量，温度上升至所需值供下游设备使用。且蒸汽或凝结水与冷介质逆向流动，保持较大的温差，从而提高换热系统。

本申请的蒸汽加热装置带有疏冷段，当蒸汽压力高时，凝结放热温度就高，传热温差大，换热器凝结段所需的面积就小，但因为凝结水的温度比较高，在疏水出水温度变化不大的条件下，疏冷段所需的面积就比较大；当蒸汽压力低时，凝结放热温度就低，传热温差小，换热器凝结段所需面积就大，因为凝结水的温度比较低，疏冷段换热所需的面积较小，此消彼长后，所需的换热总面积变化不大。本申请在换热总面积不变的情况下，可通过调节凝结水水位来改变凝结放热段与疏冷段面积的比例关系，以达到在较大范围内，适应不同的进汽压力，且使被加热流体的出口温度及疏水(凝结水)出水温度保持在相对恒定或小幅波动的范围内，使蒸汽加热装置在不同进汽压力下均能正常工作。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二的结构示意图；

图3为本实用新型实施例三的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例一：

如图1所示，为本实用新型的一种蒸汽加热装置的优选实施例一，该蒸汽加热装置包括有两个换热组件，分别为第一换热组件1a、位于第一换热组件1a下方的第二换热组件1b。各换热组件包括有横置的壳程筒体10、第一管板11、第二管板12、多根换热管13、第一管箱14、第二管箱15和多个折流板16，图1中，壳程筒体10沿左右方向水平设置，其内部具有换热腔室；第一管板11、第二管板12分别设于壳程筒体10的左右两端；多根换热管13设于壳程筒体10内，各换热管13的两端分别支撑在第一管板11、第二管板12上；第一管箱14设于第一管板11的左侧，第二管箱15设于第二管板12的右侧，第一、第二管箱之间通过换热管13相连通；多个折流板16竖向设于壳程筒体10内，并沿左右方向间隔布置，各个折流板16上具有供各换热管13穿过的管孔。本实施例中，各相邻两个折流板16之对应同一根换热管13的管孔相互错位2～5mm，折流板16、与折流板16相邻的管板(管板上也具有供换热管穿过的管孔)之对应同一根换热管13的管孔也相互错位2～5mm，使得换热管13至少部分能与折流板贴紧，降低换热管在流体冲刷下振动的风险。

第一换热组件1a之壳程筒体10的顶壁上设有壳程入口接管101，该壳程入口接管101邻近其所在的壳程筒体10上的第一管板11设置；第一换热组件1a之第一管箱14上设有管程出口接管141。第二换热组件1b之壳程筒体10的底壁上设有壳程出口接管102，该壳程出口接管102邻近其所在的壳程筒体10上的第一管板11设置；第二换热组件1b之第一管箱14上设有管程入口接管142。第一换热组件1a的第二管箱15与第二换热组件1b的第二管箱15之间通过管程连通接管151相连通。第一换热组件1a的壳程筒体10与第二换热组件1b的壳程筒体10之间通过壳程连通接管103相连通，该壳程连通接管103的两端分别邻近各自对应的换热组件的第二管板12设置。

本实施例中，各换热组件的第一管箱14具有相对的第一敞口14a、第二敞口14b，第一敞口14a与第一管板11相对，且第一敞口14a的口径大于第二敞口14b的口径；各换热组件的第二管箱15具有相对的第三敞口15a、第四敞口15b，第三敞口15a与第二管板12相对，且第三敞口15a的口径大于第四敞口15b的口径。第一换热组件1a之第二管箱15位于第二换热组件1b之第二管箱15的正上方，管程连通接管151为纵截面呈半圆环形的弯管，弯管的管径与上述第四敞口15b的口径一致。

同时，第二换热组件1b的壳程出口接管102处设有能启闭壳程出口接管的温控疏水阀2，以根据凝结水的温度来调节壳程出口接管的启闭。且本实施例中，第二换热组件1b中相邻两个折流板16之间的距离与第一换热组件1a中相邻两个折流板之间的距离相同。

本实施例中蒸汽加热装置整体呈蛇形状，管程出口接管141、管程入口接管142同侧布置，均位于装置的左侧，进而便于外界接管的布管。

实施例二：

如图2所示，为本实用新型的一种蒸汽加热装置的优选实施例二，本实施例与实施例一基本相同，区别在于本实施例中，以上述的两个换热组件为一个换热单元100，该换热单元100有三个并上下布置，以相邻两个换热单元100之位于上方的换热单元100为上换热单元，位于下方的换热单元100为下换热单元，上换热单元之第二换热组件1b的壳程出口接管102与下换热单元之第一换热组件1a的壳程入口接管101相连通；上换热单元之第二换热组件1b的管程入口接管142与下换热单元之第一换热组件1a的管程出口接管141相连通。上换热单元之第二换热组件1b的壳程出口接管102位于下换热单元之第一换热组件1a的壳程入口接管101的正上方，两者接合连通后的整体呈竖向设置的短管状。上换热单元之第二换热组件1b的管程入口接管142位于下换热单元之第一换热组件1a的管程出口接管141的正下方，且两者接合连通后的整体呈半圆环形的弯管状。即本实施例中，位于最上方的换热单元100之第一换热组件1a具有用于接入外部壳程介质(蒸汽)的壳程入口接管101以及供加热后的管程介质流出的管程出口接管141；位于最下方的换热单元100之第二换热组件1b具有供蒸汽凝结后的液体排出的壳程出口接管102以及供待加热的管程介质输入的管程入口接管142；位于中间的换热单元100的管程入口接管142、壳程出口接管102分别与位于最下方的换热单元100的管程出口接管141、壳程入口接管101相连通，中间的换热单元100的管程出口接管141、壳程入口接管101分别与位于最上方的换热单元100的管程入口接管142、壳程出口接管102相连通。从而实现各换热单元之间管程的连通以及壳程的连通。且管程介质、壳程介质的流向相反，提高换热效率。

同时，位于最下方的换热单元100之第二换热组件1b的壳程出口接管102处设有能启闭壳程出口接管的温控疏水阀2，以根据凝结水的温度来调节壳程出口接管的启闭。且本实施例中，位于最下方的换热单元100之第二换热组件1b中相邻两个折流板16之间的距离小于其他换热组件中相邻两个折流板之间的距离，从而提高凝结水的流速，或诱发湍流，提高对流换热系数以增强换热。

本申请的蒸汽加热装置相较与普通的蒸汽加热器具有如下优点：(1)本申请能使换热器在加热蒸汽压力大范围波动(10～100％的设计压力)时，仍能正常工作。(2)能充分利用压力大范围变化的余热或废热(如闪蒸蒸汽)，具有较高的节能降耗意义。(3)通过提高疏冷段的换热系数提高了换热器总体的换热系数，以节省换热面积，减少金属材料消耗或最大限度地回收余热。(4)相较于现有蒸汽加热器的壳程筒体，本申请的壳程筒体的壁厚以及内径可适当地减小，从而节省材料，且提高安全性，当本申请中壳程筒体的内径小于150mm时，可不按特种设备(压力容器)处理。(5)本申请因壳程筒体的内壁减小，管板直径、厚度也可相应减小，一方面节省管板材料，另一方面管板、换热管厚度尺寸接近，会大大降低温度应力，使得换热管不易泄漏。

实施例三：

如图3所示，为本实用新型的一种蒸汽加热装置的优选实施例三，本实施例与实施例一基本相同，区别在于本实施例中的换热组件有三个，由上至下分别为第一换热组件1a、第二换热组件1b、第三换热组件1c。即本实施例在实施例一的基础上增设了第三换热组件1c。第三换热组件1c的第一管箱14位于第二换热组件1b之第一管箱14的正下方，两者通过管程连通接管151相连通。第三换热组件1c的第二管箱15位于第二换热组件1b之第二管箱15的正下方，第三换热组件1c的第二管箱15上设有管程入口接管142。第二换热组件1b的壳程筒体10与第三换热组件1c的壳程筒体10之间通过壳程连通接管103相连通，该壳程连通接管103的两端分别邻近各自对应的换热组件的第一管板11设置。且本实施例中的温控疏水阀2设于第三换热组件1c的壳程出口接管102处，该壳程出口接管102邻近其所在的壳程筒体10上的第一管板12设置。第二换热组件1b之第一管箱14上设有管程入口接管142。

即本实施例中蒸汽加热装置整体还是呈蛇形状，但管程出口接管141、管程入口接管142分别位于装置的左右两侧。

本申请中换热组件的数量除了实施例一中的两个、实施例二中的六个、实施例三中的三个以外，还可以是四个、五个、七个甚至更多，换热组件的数量根据实际需要设计。

当换热组件的数量为奇数个时，可在实施例一、二的基础上进行取舍，但整体还是呈蛇形状设置。

Claims (10)

1.一种蒸汽加热装置，包括：

两个换热组件，分别为第一换热组件(1a)、第二换热组件(1b)；

每个换热组件包括有：

横置的壳程筒体(10)，内部具有换热腔室；

第一管板(11)、第二管板(12)，分别设于壳程筒体(10)的两端；

多根换热管(13)，设于壳程筒体(10)内，各换热管(13)的两端分别支撑在第一管板(11)、第二管板(12)上；

第一管箱(14)、第二管箱(15)，分别设于第一管板(11)、第二管板(12)的外侧，并通过换热管(13)相连通；

其特征在于：

所述第二换热组件(1b)位于第一换热组件(1a)的下方；

所述第一换热组件(1a)之壳程筒体(10)的顶壁上设有壳程入口接管(101)，该壳程入口接管(101)邻近其所在的壳程筒体(10)上的第一管板(11)设置；所述第一换热组件(1a)之第一管箱(14)上设有管程出口接管(141)；

所述第二换热组件(1b)之壳程筒体(10)的底壁上设有壳程出口接管(102)，该壳程出口接管(102)邻近其所在的壳程筒体(10)上的第一管板(11)设置；所述第二换热组件(1b)之第一管箱(14)上设有管程入口接管(142)；

所述第一换热组件(1a)的第二管箱(15)与第二换热组件(1b)的第二管箱(15)之间通过管程连通接管(151)相连通；

所述第一换热组件(1a)的壳程筒体(10)与第二换热组件(1b)的壳程筒体(10)之间通过壳程连通接管(103)相连通，该壳程连通接管(103)的两端分别邻近各自对应的换热组件的第二管板(12)设置。

2.根据权利要求1所述的蒸汽加热装置，其特征在于：每个换热组件还包括有多个折流板(16)，且多个折流板(16)竖向设于壳程筒体(10)内，并沿壳程筒体(10)的轴向间隔布置，各个折流板(16)上具有供各换热管(13)穿过的管孔。

3.根据权利要求2所述的蒸汽加热装置，其特征在于：各相邻两个折流板(16)之对应同一根换热管(13)的管孔相互错位布置，且错开2～5mm。

4.根据权利要求2所述的蒸汽加热装置，其特征在于：第二换热组件(1b)中相邻两个折流板(16)之间的距离等于或小于第一换热组件(1a)中相邻两个折流板(16)之间的距离。

5.根据权利要求1所述的蒸汽加热装置，其特征在于：所述第一管箱(14)具有相对的第一敞口(14a)、第二敞口(14b)，所述第一敞口(14a)与第一管板(11)相对，且第一敞口(14a)的口径大于第二敞口(14b)的口径；所述第二管箱(15)具有相对的第三敞口(15a)、第四敞口(15b)，所述第三敞口(15a)与第二管板(12)相对，且第三敞口(15a)的口径大于第四敞口(15b)的口径。

6.根据权利要求5所述的蒸汽加热装置，其特征在于：所述第一换热组件(1a)之第二管箱(15)位于第二换热组件(1b)之第二管箱(15)的正上方，所述管程连通接管(151)为纵截面呈半圆环形的弯管，弯管的管径与上述第四敞口(15b)的口径一致。

7.根据权利要求1所述的蒸汽加热装置，其特征在于：所述壳程出口接管(102)处设有温控疏水阀(2)。

8.根据权利要求1～7中任一权项所述的蒸汽加热装置，其特征在于：以上述的两个换热组件为一个换热单元(100)，该换热单元(100)有至少两个并上下布置，以相邻两个换热单元(100)之位于上方的换热单元(100)为上换热单元，位于下方的换热单元(100)为下换热单元，所述上换热单元之第二换热组件(1b)的壳程出口接管(102)与下换热单元之第一换热组件(1a)的壳程入口接管(101)相连通；所述上换热单元之第二换热组件(1b)的管程入口接管(142)与下换热单元之第一换热组件(1a)的管程出口接管(141)相连通。

9.根据权利要求8所述的蒸汽加热装置，其特征在于：所述上换热单元之第二换热组件(1b)的壳程出口接管(102)位于下换热单元之第一换热组件(1a)的壳程入口接管(101)的正上方，两者接合连通后的整体呈竖向设置的短管状。

10.根据权利要求8所述的蒸汽加热装置，其特征在于：所述上换热单元之第二换热组件(1b)的管程入口接管(142)位于下换热单元之第一换热组件(1a)的管程出口接管(141)的正下方，且两者接合连通后的整体呈半圆环形的弯管状。

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