[发明专利]一种立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，具体涉及一种立式冷凝换热器及其换热方法。

背景技术

立式冷凝换热器通常采用“冷却液横掠换热管外折流自上而下流动、高压蒸汽管内冷凝”的管壳结构。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，通过释放显热和潜热，达到换热的目的。

但是目前的管壳结构随着凝结量的不断增多，容易造成凝结液膜堆积，形成的厚液膜覆盖换热面；同时，对管内蒸汽冷却需要靠大量的冷却液对换热管进行冲刷，由于冷却液温升很小，因此需要较高质量流量的冷却液；蒸汽在换热管内凝结，流型不断改变，由环状流逐步改变为塞状流，可能在换热管底部充满凝结液，导致部分管段没有蒸气冷凝，成为单相换热。而对于立式冷凝换热器，采用蒸汽管外冷凝的设计较少，主要是由于立式换热管长度较大，管外冷凝导致液膜沿管外壁面生长，液膜厚度不断增加，导致换热效果恶化。

因此如何加快立式管外冷凝器凝结液的排泄，通过有效利用换热面积实现高效凝结换热是目前亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种立式冷凝换热器及其换热方法，旨在通过迅速导出凝结液来提高传热系数。

本发明采用的技术方案具体为：

一种立式冷凝换热器，包括冷凝器本体、冷却液的管内换热单元和蒸汽的管外冷凝换热单元，所述冷凝器本体包括筒体单元，所述筒体单元内设有换热管束，所述筒体单元的两侧设有第一封头和第二封头，所述筒体单元和所述第二封头之间设有冷凝液收集器，所述冷却液的管内冷却单元设于所述筒体单元内，所述蒸汽管外冷凝换热单元设于所述筒体单元。

在上述立式冷凝换热器中，所述冷却液的管内换热单元包括第一封头和换热管束，所述第一封头内设有隔板，所述第一封头位于所述隔板的两侧分别设有冷却液入口和冷却液出口。

在上述立式冷凝换热器中，所述蒸汽的管外冷凝换热单元包括蒸汽折流板组件、导液管组件以及设于所述筒体单元上的蒸汽入口和蒸汽出口，所述蒸汽折流板组件包括N个蒸汽折流板，每个所述蒸汽折流板上设有一层导液管，N层所述导液管形成了所述导液管组件，所述换热管束被设于所述筒体单元筒壁的N个所述蒸汽折流板分为(N+1)个冷凝换热单元。

每层所述导液管的数量为穿过该层蒸汽导液管所在折流板换热管数量的1/15-1/10。

在上述立式冷凝换热器中，还包括过冷管单元，所述过冷管单元为设于所述第二封头内的过冷换热管，所述过冷换热管的第一端与所述筒体单元下部的冷凝液收集器相连接，所述过冷换热管的第二端设有冷凝液出口，所述冷凝液出口伸出所述第二封头外。

在上述立式冷凝换热器中，所述过冷换热管为蛇形结构。

一种立式冷凝换热器的换热方法，包括冷却液换热和蒸汽冷凝换热，其中：

所述冷却液的管内换热过程具体为：冷却液从冷却液入口进入冷凝换热器的第一封头，第一封头内的隔板将冷却液分为两程，第一程换热为自上而下流动，第二程换热为自下而上流动，首先，冷却液从冷却液入口进入冷凝换热器的第一封头内的隔板左侧，在左半侧的换热管束内流动换热，完成第一程换热；第一程换热完成后，冷却液在第二封头处进行折流，在右半侧的换热管束内流动换热，从设于隔板右侧的冷却液出口流出，完成第二程换热；

所述蒸汽的管外冷凝换热过程具体为：高压蒸汽从蒸汽入口进入筒体单元内，在换热管束外冷凝，经N个蒸汽折流板将蒸汽冷凝分为(N+1)个冷凝换热流程，在换热器内完全冷凝；所述蒸汽折流板上部区域凝结的液体分别经导液管导至所述筒体单元底部的冷凝液收集器。

在上述立式冷凝换热器的换热方法中，还包括过冷管单元的换热，所述过冷管单元的换热过程具体为：设于第二封头内的过冷换热管与冷凝液收集器相连接，冷凝管外部产生的冷凝液经冷凝液收集器通入过冷换热管，过冷换热管内的冷凝液与第二封头内的冷却液进行进一步换热。

在上述立式冷凝换热器的换热方法中，所述过冷换热管为蛇形结构。

本发明产生的有益效果是：

本发明的立式冷凝换热器将管外冷凝和气液分离有机结合，利用蒸汽折流板增加了蒸汽流程和扰动，通过将管程分段，及时阻隔了液膜沿管外表面流动形成较厚夜膜，改进了传统冷凝换热设备中液膜覆盖换热表面导致的换热系数下降的缺点；

通过调节蒸汽折流板之间的间隔可以灵活控制气体流速，保障蒸汽在管外具有最佳冷凝和传热形态，同时达到各管和各处均具有几乎相同的冷凝换热，极大地提高了换热效率，充分利用了换热器的空间，减少了换热器的体积和重量；