| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202411585107.7 | 申请日 | 2024-11-07 |
| 公开(公告)号 | CN119268383A | 公开(公告)日 | 2025-01-07 |
| 申请人 | 上海电气电站设备有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 付琳; 马石磊; 牛忠华; 张磊磊; | 第一发明人 | 付琳 |
| 权利人 | 上海电气电站设备有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 上海电气电站设备有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：上海市 | 城市 | 当前专利权人所在城市：上海市闵行区 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：上海市闵行区莘庄工业区金都路3669号3幢 | 邮编 | 当前专利权人邮编：201100 |
| 主IPC国际分类 | F28B1/02 | 所有IPC国际分类 | F28B1/02 ; F28B9/00 ; F28B11/00 ; F28F9/02 ; F28B9/10 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 5 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 上海申汇专利代理有限公司 | 专利代理人 | 翁若莹; |
| 摘要 | 本 发明 公开了一种适用于非纯凝气体的 过冷 式 冷凝器 ，其包括壳侧筒体，壳侧筒体的顶部设有 上管 箱，底部设有 下管 箱，上管箱、下管箱分别由上管箱分隔板、下管箱分隔板分隔为两部分，上管箱的两部分分别设有管侧出口、上管箱进口，下管箱的两部分分别设有管侧进口、下管箱出口，上管箱进口通过连接管与下管箱出口连通；壳侧筒体内设有 凝结 段 管束 、过冷段管束，凝结段管束的两端分别与上管箱的两部分连通，过冷段管束的两端分别与下管箱的两部分连通。本发明实现了非纯凝气体的冷凝、过冷换热，解决了非凝结组分的排出问题；非凝组分含量变化时，过冷式冷凝器具有自适应响应能 力 。 | ||
| 权利要求 | 1.一种适用于非纯凝气体的过冷式冷凝器，其特征在于，包括壳侧筒体(7)，壳侧筒体(7)两侧的上、下部分别设有壳侧进口管(15)、过冷段出口(9)，壳侧筒体(7)的上部还设有运行排气口(4)，运行排气口(4)下方设有排气口(5)； |
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| 说明书全文 | 一种适用于非纯凝气体的过冷式冷凝器技术领域[0001] 本发明涉及一种适用于非纯凝气体的过冷式冷凝器，属于换热器技术领域。 背景技术[0002] 带过冷度的冷凝器是热力循环系统的重要设备，能够保证目标介质得到完全冷凝，广泛应用于电力、化工、制冷等行业。 [0003] 随着环保与能效规定的日趋严格，要求冷凝器具备的功能逐步增多。如某蒸汽供能系统中，需将除氧器运行时所排出的140℃高含氧量(＞1％)蒸汽冷凝至过冷，要求最终冷凝水温度至60℃，以保证总体热效率；另要求冷凝过程中，实时排出氧组分，使冷凝水含氧量小于15ppm，防止下游设备腐蚀。本专利中的非凝组分是一个相对概念，如例子中的氧气之于水蒸气，含量低且不易凝结。 [0004] 冷凝‑过冷换热最简单的方案是拆成两台设备，分别实现冷凝和过冷。但会带来投资和系统复杂度的增加。通常做法是将两台设备进行集成、组合，如图1所示的管壳式换热器，通过设置管束内的包壳17，人为的分隔出冷凝段Ⅰ与过冷段Ⅱ，分段进行设计。这种方法要求介质是纯净的、全凝结的，以便确定各段设计边界。对上述非凝组分含量高的应用场合，利用这种换热方案是不可靠的。 [0005] 此外，设备内气体冷凝后，会产生局部真空，对上游管路中的气体产生抽吸作用，吸引气体不断的进入到换热器中参与换热。对于系统而言，冷凝器内稳定的真空度是有利的。真空度的产生与设备体积有关，对于含有不凝组分的气体，组分含量变化时，图1所示的换热器，由于是卧式设备，截面积大，液面变化小，气相空间体积变化慢，难以提供及时的体积变化响应。 [0006] 进一步分析上述工况要求，现亟需一种非纯凝结介质过冷式冷凝器，以满足以下功能： [0007] 1、确定的换热边界，确保冷凝和换热过程各自独立进行，互不影响； [0008] 2、确保可凝组分全部被冷凝； [0009] 3、非凝结组分需及时排除； [0010] 4、非凝组分变化时，冷凝器动态响应问题。即保证换热效果的同时，如何确保冷凝所产生的负压度稳定。 发明内容[0011] 本发明所要解决的技术问题是：可凝组分的冷凝、过冷换热的问题、非凝结组分的排出问题等，并且非凝组分含量变化时，冷凝器应具有响应措施。 [0012] 为了解决上述问题，本发明的技术方案提供了一种适用于非纯凝气体的过冷式冷凝器，其包括壳侧筒体，壳侧筒体两侧的上、下部分别设有壳侧进口管、过冷段出口，壳侧筒体的上部还设有运行排气口，运行排气口下方设有排气口； [0013] 壳侧筒体的顶部设有上管箱，底部设有下管箱，上管箱、下管箱分别由上管箱分隔板、下管箱分隔板分隔为两部分，上管箱的两部分分别设有管侧出口、上管箱进口，下管箱的两部分分别设有管侧进口、下管箱出口，上管箱进口通过连接管与下管箱出口连通； [0014] 壳侧筒体内设有凝结段管束、过冷段管束，凝结段管束的两端分别与上管箱的两部分连通，过冷段管束的两端分别与下管箱的两部分连通。 [0015] 优选地，所述上管箱与壳侧筒体之间设有用于限位凝结段管束的上管板；所述下管箱与壳侧筒体之间设有用于限位过冷段管束的下管板。 [0016] 优选地，所述壳侧筒体为立式管壳式换热器，凝结段管束、过冷段管束均为U型换热管束，对称布置于立式管壳式换热器壳侧的上、下方。 [0017] 更，所述立式管壳式换热器的壳侧布置有折流板。 [0018] 优选地，所述上管箱与凝结段管束构成冷凝段换热单元，下管箱与过冷段管束构成过冷段换热单元。 [0020] 图1为管壳式换热器的示意图； [0021] 图2为本发明提供的过冷式冷凝器的示意图； [0022] 图3为总体热平衡计算的示意图； [0023] 图4为分段热平衡计算的示意图。 具体实施方式[0024] 为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。 [0025] 实施例 [0026] 如图2所示，为本发明提供的一种适用于非纯凝气体的过冷式冷凝器，其包括壳侧筒体7，所述壳侧筒体7为立式管壳式换热器；壳侧筒体7两侧的上、下部分别设有壳侧进口管15、过冷段出口9，壳侧筒体7的上部还设有运行排气口4，运行排气口4下方设有排气口5。所述立式管壳式换热器的壳侧布置有折流板。 [0027] 壳侧筒体7的顶部设有上管箱，底部设有下管箱，上管箱、下管箱分别由上管箱分隔板1、下管箱分隔板12分隔为两部分，上管箱的两部分分别设有管侧出口2、上管箱进口16，下管箱的两部分分别设有管侧进口11、下管箱出口13，上管箱进口16通过连接管14与下管箱出口13连通。 [0028] 壳侧筒体7内设有凝结段管束6、过冷段管束8，凝结段管束6的两端分别与上管箱的两部分连通，过冷段管束8的两端分别与下管箱的两部分连通。凝结段管束6、过冷段管束8均为U型换热管束，对称布置于立式管壳式换热器壳侧的上、下方。所述上管箱与凝结段管束6构成冷凝段换热单元，下管箱与过冷段管束8构成过冷段换热单元。 [0029] 所述上管箱与壳侧筒体7之间设有用于限位凝结段管束6的上管板3；所述下管箱与壳侧筒体7之间设有用于限位过冷段管束8的下管板10。 [0030] 运行时，管侧为冷端，管侧进口11为进口经过冷段管束8从下管箱出口13流出，再经连接管14进入冷凝段管侧，最终从管侧出口2流出；壳侧为热端，含不凝组分气体从壳侧进口管15进入，可凝组分气体与凝结段管束6换热，凝结下来的液相向下流动进入过冷段，与过冷段管束8换热直至过冷。不凝气体经不同高度的运行排气口4、排气口5被抽出。实现对含有不凝组分气体的冷凝、过冷全过程换热。 [0031] 当遇到气体内的不凝组分含量变化工况时，可由壳侧液位变化，自发调节冷凝段、过冷段换热面积，保证设备换热正常进行。其实现过程为：当气体内不凝组分升高时，会占据一部分换热面积，导致气体冷凝量减少，壳侧液位随之降低，气相空间体积相应增加。上述体积变化将带来以下影响：(1)对上游：气相空间的增加使得不凝气体有额外空间进行膨胀，设备气相真空度变化程度降低，减弱对上游管道的抽吸力波动；(2)当液位高度降低至过冷段管束露出时(图2中，从上至下分别为高液位A、正常液位B、低液位C，高液位A为没过凝结段管束，正常液位B为介于凝阶段管束与过冷段管束之间，低液位C为过冷段管束露出)，所露出的管束将增加冷凝段换热面积，保证冷凝换热性能的同时，也会降低液位下降速度，后逐步升高直至系统热力平衡。上述调节过程反之亦可。过程至此，设备不需外界干预，自发地消除了不凝组分变化所引起的系统波动，提高系统的稳定性和安全性。 [0032] 本发明通过以下换热计算方式来确定管侧冷却剂的中间温度(其中，步骤(1)‑(4)为总体热平衡计算，步骤(5)‑(10)为分段热平衡计算)： [0034] (2)壳侧数据代入传热学基本公式Q＝kA△t中，得到壳侧总换热功率Pt＝qt(△h+Q)； [0035] (3)输入管侧冷却介质的进口温度T1、流量qs，及相关可查热力参数传热系数等，换热功率记为Ps； [0036] (4)根据管壳侧热平衡Pt＝Ps，利用Q＝kA△t可求的壳侧出口温度T2； [0037] (5)假定一个壳侧中间温度Tx； [0038] (6)分别计算过冷段管换热功率Pt‑col、壳侧换热功率Ps‑col，过冷段壳侧入口温度为t1； [0039] (7)Pt‑col [0040] (8)过冷段管侧入口温度为Tx；计算冷凝段管侧换热功率Pt‑con； [0041] (9)冷凝段壳侧换热功率Ps‑con，根据Pt‑con＝Ps‑con，计算管壳出口温度T2’； [0042] (10)按 计算管侧出口温度相对误差，超过既定值a时，返回(5)重新计算。 [0043] 由于管侧气体中因含有不凝结组分，会对换热参数产生影响，以上计算是按纯凝气体进行。相应设计时需考虑这部分计算误差，增加换热面积余量。以下为计算实例，管侧冷端为进口温度30℃的除盐水，壳侧热端为含氧量1％的140℃水蒸气，目标过冷温度为60℃，设定相对误差a＝1％。按步骤(1)‑(4)计算得到管侧出口温度60℃。按步骤(5)取Tx＝34.5，经步骤(6)‑(9)得到出口温度59.7℃，a＝0.5％，满足误差要求，计算完毕。 [0044] 上述中间温度Tx是本发明过冷器换热面积取定、确定液位高度所需的关键参数。 |
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