一种冷媒逆卡诺循环耦合立式降膜蒸发的负压蒸汽发生器

技术领域

本发明属于蒸汽发生器的技术领域，涉及一种冷媒逆卡诺循环耦合立式降膜蒸发的负压蒸汽发生器。

背景技术

工业生产中，蒸汽是一种常用的热源方式，工业园区有电厂配套，可以采用电厂的蒸汽，或者自备天然气锅炉产生蒸汽，此类蒸汽通常温度和压力较高(如150℃，0.6Mpa)，需要采用调节阀降低蒸汽压力和温度，才低温蒸发使用，例如要求加热温度不高于60℃，那么采用调节阀将蒸汽压力从正压降低到负压，才能使用。通常此类蒸汽价格昂贵，而且由于温度高，对外散热大，热量损失大。

如果工厂有余热的情况下，也可以采用热泵的方式回收热量，热泵的原理是基于逆卡诺循环(和空调热泵循环一样)，如图1所示，其原理具体为：压缩机对冷媒做功，从而实现热量将低温侧的热量搬运到高温侧，可以产生热水或者蒸汽，如果产生蒸汽，需要增加气液分离器，过热的水在气液分离器中闪蒸，产生蒸汽，此蒸汽通常温度高于100℃，绝对压力大于0.1Mpa，为微正压蒸汽，如图2所示

此微正压蒸汽机组的冷凝器通常为列管式换热器，冷媒走壳程，水走管程，水在管子中为基本为满管流，呈卧式水平放置，如图3所示

以上蒸汽发生机组的弊端在于：首先机组通常产生微正压蒸汽，不能产生负压蒸汽，不适用于很多低温蒸发场合；其次列管式冷凝器为卧式水平放置，水在管程中呈满管流，为了保证管内流速，需要一台大的水循环泵，能耗较高，并且冷媒和水之间换热效率较低。

本发明通过增加真空系统或者利用后续低温蒸发的真空系统，实现了负压蒸汽的产生，此负压蒸汽温度低，适合于后续低温蒸发系统使用。本发明列管式冷凝器采用立式放置，冷媒走壳程，自上而下，水走管程，也是自上而下，水通过两级分布器，流入管子中，在管壁呈膜状流下，一边下流一边蒸发产生蒸汽，换热效率高，温差损失小。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种冷媒逆卡诺循环耦合立式降膜蒸发的负压蒸汽发生器。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种冷媒逆卡诺循环耦合立式降膜蒸发的负压蒸汽发生器，所述负压蒸汽发生器包括冷媒逆卡诺循环系统和降膜蒸汽发生-旋风除雾系统，其中所述冷媒逆卡诺循环系统和降膜蒸汽发生-旋风除雾系统中共用降膜换热器9；

所述冷媒逆卡诺循环系统包括通过管道相连的蒸发器1、压缩机2和降膜换热器9，其中所述蒸发器1的下部与降膜换热器9的液态冷媒出口之间设置有膨胀阀8，所述蒸发器1的上部依次与压缩机2和降膜换热器9的液态冷媒进口相连；

所述降膜蒸汽发生-旋风除雾系统包括水循环系统和蒸汽汽水分离系统，所述水循环系统从上到下依次包括上管箱3、第一层分布器5、第二层分布器6、上管板7、降膜换热器9和下管箱11，其中所述下管箱11的底部与上管箱3的顶部依次设置循环泵12和第一调节阀13后用管道连接，所述蒸汽汽水分离系统包括下管箱11和蒸汽汽水旋风除雾器15，其中下管箱11分别与蒸汽汽水旋风除雾器15的进口和出口相连。

优选的，所述冷媒为R22、R410a、R134a或R245f中的任意一种。

优选的，所述下管箱11的侧面还设置有下管箱液位计10和第二调节阀14，其中所述水循环系统中纯水通过所述第二调节阀14进入。

优选的，所述降膜换热器9为立式降膜换热器。

优选的，所述降膜换热器9中冷媒进入壳程、水蒸气在管程。

优选的，所述循环泵12为磁力驱动的漩涡泵或带副叶轮的负压泵。

优选的，所述第一层分布器5、第二层分布器6和上管板7通过宝塔型定位柱4定位固定。

优选的，所述上管板7中含有呈正三角分布的换热管。

优选的，所述第一层分布器5的孔正对换热管中心，第二层分布器6中的孔分布在换热管周围，其中每个换热管周围分布6个孔。

优选的，所述蒸发器1提供的蒸汽温度为50～100℃。

本发明的有益效果在于：

1、本发明公开了一种冷媒逆卡诺循环耦合立式降膜蒸发的负压蒸汽发生器，主要包括冷媒逆卡诺循环系统和降膜蒸汽发生-旋风除雾系统。本发明的负压蒸汽发生器中的工作过程如下：冷媒进入冷媒逆卡诺循环系统后吸收蒸发器1的热量后汽化进入压缩机2，提高温度和压力后进入降膜换热器9，通过间接换热将冷媒的热量传递给管内壁的水后冷凝成液态，通过膨胀阀8回到蒸发器1中进行循环；同时纯水从第二调节阀14进入下管箱后通过循环泵12泵到上管箱3中，通过第一层分布器5、第二层分布器6和上管板7后进入降膜换热器9的管程中，沿管壁呈膜状流下，从壳程的冷媒中获得能量，使其一边下流一边蒸发，从而提高换热效率；另外当降膜换热器9中蒸汽和水到达下管箱11后，水蒸气和少量水雾通过旋风丝网除雾器去除水雾，从而得到饱和负压水蒸汽。

本发明公开的一种冷媒逆卡诺循环耦合立式降膜蒸发的负压蒸汽发生器，通过冷媒的逆卡诺循环，压缩机做功后，低品位的热源可以用来产生50-100℃的饱和蒸汽；同时蒸汽发生部分的换热器采用立式换热器，通过磁力驱动的旋涡泵或者负压泵使纯水循环，磁力驱动的旋涡泵或者负压泵，密封性好，效率高；另外蒸汽发生部分的换热器采用立式换热器，水走管程，从上到下，呈膜状流下，一边下流，一边蒸发，换热效率高。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为逆卡诺循环热泵工作原理图；

图2为微正压蒸汽逆卡诺循环热泵机组示意图；

图3为微正压蒸汽逆卡诺循环热泵机组安装图(冷凝器为卧式)；

图4为本发明冷媒逆卡诺循环耦合立式降膜蒸发的负压蒸汽发生器的结构图；

图5为第一层分布器5、第二层分布器6和上管板7中的换热管之间的位置关系俯视图(局部)；

图6为第一层分布器5、第二层分布器6和上管板7中的换热管之间的位置关系侧视图(局部)；

附图标记：1为蒸发器、2为压缩机、3为上管箱、4为宝塔型定位柱、5为第一层分布器、6为第二层分布器、7为上管板、8为膨胀阀、9为降膜换热器、10为下管箱液位计、11为下管箱、12为循环泵、13为第一调节阀、14为第二调节阀、15为蒸汽汽水旋风除雾器。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

一种冷媒逆卡诺循环耦合立式降膜蒸发的负压蒸汽发生器，如图4所示，该冷媒逆卡诺循环耦合立式降膜蒸发的负压蒸汽发生器包括冷媒逆卡诺循环系统和降膜蒸汽发生-旋风除雾系统，其中所述冷媒逆卡诺循环系统和降膜蒸汽发生-旋风除雾系统中共用降膜换热器9(为立式降膜换热器，其中冷媒(冷媒为R22、R410a、R134a或R245f中的任意一种)进入壳程、水及水蒸气走管程)；

上述冷媒逆卡诺循环系统包括通过管道相连的蒸发器1(能够提供温度为50～100℃的蒸汽)、压缩机2和降膜换热器9，其中蒸发器1的下部与降膜换热器9的液态冷媒出口之间设置有膨胀阀8，且蒸发器1的上部依次与压缩机2和降膜换热器9的液态冷媒进口相连；

上述降膜蒸汽发生-旋风除雾系统包括水循环系统和蒸汽汽水分离系统，该水循环系统从上到下依次包括上管箱3、第一层分布器5、第二层分布器6、上管板7、降膜换热器9和下管箱11(侧面还设置有下管箱液位计10和第二调节阀14，其中所述水循环系统中纯水通过所述第二调节阀14进入)，其中下管箱11的底部与上管箱3的顶部依次设置循环泵12(为磁力驱动的漩涡泵或带副叶轮负压泵)和第一调节阀13后用管道连接，所述蒸汽汽水分离系统包括下管箱11和蒸汽汽水旋风除雾器15)其中下管箱11分别与蒸汽汽水旋风除雾器15的进口和出口相连。

上述第一层分布器5、第二层分布器6和上管板7通过宝塔型定位柱4定位固定，上管板7中含有呈正三角分布的换热管，第一层分布器5的孔正对换热管中心，第二层分布器6中的孔分布在换热管周围，其中每个换热管周围分布6个孔，其中第一层分布器5、第二层分布器6和上管板7中的换热管之间的位置关系俯视图(局部)如图5所示，第一层分布器5、第二层分布器6和上管板7中的换热管之间的位置关系侧视图(局部)如图6所示。

在上述冷媒逆卡诺循环耦合立式降膜蒸发的负压蒸汽发生器的冷媒逆卡诺循环系统中，液态冷媒经过膨胀阀8后进入蒸发器1中，通过间接换热，从蒸发器1的热源中获得热量使液态冷媒汽化形成气态冷媒，气化后的气态冷媒经过压缩机2后温度和压力均得到提高(例如从25℃提高到85℃)使其进入降膜换热器9(蒸发器)的壳程，在此通过间接换热的方式，把热量传递给降膜换热器9中管程的纯水，从而使水汽化产生蒸汽，相应的气态冷媒放热后液化成液态，从降膜换热器9的液态冷媒出口排出，回到膨胀阀8。由此可见通过此逆卡诺循环系统，实现了低品位热量(蒸发器的热源)变成高品位热量(水蒸气)的过程。

在上述冷媒逆卡诺循环耦合立式降膜蒸发的负压蒸汽发生器的降膜蒸汽发生-旋风除雾系统中，降膜换热器9(蒸发器)中纯水的循环是通过循环泵12来实现的，此循环泵为磁力驱动的漩涡泵或负压泵。循环泵12的进口通过法兰和下管箱底部相连，出口通过管路或法兰预上管箱3上部相连。循环泵12将下管箱的纯水泵至上管箱顶部，然后水依次通过上管箱3，第一层分布器5、第二层分布器6、和上管板7，然后从降膜换热器9(蒸发器)管内，成膜状沿管内壁留下，回到下管箱11。纯水进口第二调节阀14和下管箱液位计10，均是通过法兰与下管箱11连接。下管箱11与蒸汽汽水旋风除雾器15的进口和出口通过管路连接，管路采用焊接的方式。蒸汽汽水旋风除雾器15的出口通过管路/法兰连接到下管箱11上。

综上所述，本发明公开的一种冷媒逆卡诺循环耦合立式降膜蒸发的负压蒸汽发生器，通过冷媒的逆卡诺循环，压缩机做功后，低品位的热源可以用来产生50-100℃的饱和蒸汽；同时蒸汽发生部分的换热器采用立式换热器，通过磁力驱动的旋涡泵或者负压泵使纯水循环，磁力驱动的旋涡泵或者负压泵，密封性好，效率高；另外蒸汽发生部分的换热器采用立式换热器，水走管程，从上到下，呈膜状流下，一边下流，一边蒸发，换热效率高。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。