[发明专利]一种贯流式冷凝换热器及其换热方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源高效利用技术领域的热工设备，具体涉及一种贯流式冷凝换热器及其换热方法。

背景技术

冷凝换热器是把蒸汽转变成液态并将热量带走的装置，广泛应用于化工、制冷、石油、动力及能源等领域。过热蒸汽进入冷凝器后经历冷却、饱和冷凝和过冷三个过程，释放显热和潜热，达到换热和蒸汽冷凝的目的。为得到更高换热性能的冷凝换热器，应尽量避免冷凝液覆盖换热表面形成厚液膜。

目前主流的强化冷凝换热技术主要包括肋管、螺旋槽管和内螺旋翅片管等，上述强化管技术虽然能够在一定程度上提高冷凝换热器的冷凝换热系数，但明显存在的由凝结液堆积导致的冷凝测阻力增加、以及下游部分换热面积未被充分利用等在内的问题亟待解决。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种贯流式冷凝换热器及其换热方法，旨在避免冷凝液的堆积以及复杂两相流的产生。

本发明采用的技术方案具体为：

一种贯流式冷凝换热器，包括冷凝器本体、管内冷却单元和过冷单元，冷凝器本体包括筒体单元和设于筒体两侧的第一封头和第二封头，第一封头上设有蒸汽入口，所述筒体单元包括第一筒体、第二筒体和第三筒体，所述第一筒体和所述第二筒体、所述第二筒体和所述第三筒体之间分别通过第一汽液分液器、第二汽液分液器隔开，所述管内冷却单元设于筒体单元内，所述过冷单元设于第二封头。

在上述贯流式冷凝换热器中，所述管内冷却单元包括第一程换热单元、第二程换热单元和第三程换热单元，其中：第一筒体的内设有第一换热管，第一筒体和第一换热管形成了第一程换热单元；第二筒体内设有第二换热管，所述第二筒体和所述第二换热管形成了第二程换热单元；第三筒体内设有第三换热管，所述第三筒体和所述第三换热管形成了第三程换热单元；所述第一汽液分液器和所述第二汽液分液器之间设有第一导流管，所述第二气液分离器与所述第二封头之间设有第二导流管。

在上述贯流式冷凝换热器中，过冷单元包括过冷换热管和冷凝液出管组件，所述换热管设于第二封头，所述过冷换热管的两端设有过冷工质入口和过冷工质出口，上述过冷工质入口和所述过冷工质出口伸出所述第二封头外，所述第二封头的底部设有第一冷凝液出管和第二冷凝液出管，第一冷凝液出管和第二冷凝液出管中设有第一调节阀门和第二调节阀门，第一冷凝液出管和第二冷凝液出管汇聚有共同的过冷凝结液出口。

在上述贯流式冷凝换热器中，所述过冷换热管为蛇形结构。

在上述贯流式冷凝换热器中，还包括管外冷却单元，管外冷却单元包括第一筒体、第二筒体、第三筒体以及第一连通管和第二连通管，所述第一筒体上设有冷却工质入口，所述第三筒体单元上设有冷却工质出口，所述第一筒体和所述第二筒体、所述第二筒体和所述第三筒体的内腔分别通过所述第一连通管、所述第二连通管相连通。

在上述贯流式冷凝换热器中，所述第一连通管和所述第二连通管为U型结构。

一种贯流式冷凝换热器的换热方法，包括管内冷却单元和过冷单元的换热，其中：

所述管内冷却单元的换热过程具体为：

过热蒸汽从蒸汽入口进入冷凝换热器的上封头，从上封头进入第一程换热单元冷凝，过热蒸汽在第一换热管内换热冷凝，剩余蒸汽与冷凝液在重力作用下流入第一汽液分离器中，冷凝液经由第一导流管导至第二汽液分离器中，剩余蒸汽进入第二程换热单元进一步冷凝；进一步冷凝后在重力作用下流入第二汽液分离器中，冷凝液经第二导流管自动流入第二封头中，剩余蒸汽进入第三程换热单元进行冷凝，凝结液回流至第二封头中，剩余蒸汽也进入第二封头中；冷凝器收集器中的冷凝液此时处于饱和状态；

所述过冷单元的换热过程具体为：

采用过冷换热管在下封头处进行过冷，过冷工质从过冷换热管的过冷工质入口进入蛇形过冷换热管中，过冷的凝结液从过冷换热管的过冷工质出口排出；在下封头还设有第一冷凝液出管和第二冷凝液出管，通过设于第一冷凝液出管和第二冷凝液出管之间的第一调节阀门和第二调节阀门来调整凝结液的出口流量，避免凝结液位升高至冷凝换热管内，导致破坏管内的凝结换热，过冷的凝结液经第一冷凝液出管和第二冷凝液出管末端的共同出口即过冷凝结液出口排出换热器；凝结液收集器设有液位高度计，用以观察凝结液收集器内的液面高度，进而控制凝结液出口的流量。

在上述贯流式冷凝换热器的换热方法中，所述过冷换热管为蛇形结构。