一种多级耦合式换热器

技术领域

本发明涉及一种多级耦合式换热器，属于除氧换热设备技术领域。

背景技术

混合式除氧换热器是电站回热系统的关键设备之一。它将一定压力下的蒸汽引进水中，利用蒸汽将水加热到容器压力下的饱和温度，以降低非凝结性气体在水中的溶解度，从而实现换热和除氧，达到了换热和延长发电系统设备寿命的目的。

传统分体式除氧器的结构特点是上部除氧头连通下部的储水箱，对于要改变工况增加供热功能的机组而言，传统的分体式除氧换热器的除氧换热能力不足，会出现出水含氧量过高、出水温度偏低的情况，不能满足复杂工况的运行需求。单一水箱的一体式除氧换热器的结构特点是换热加热装置安装在储水箱中，蒸汽在水箱中大范围扩散，但在机组低负荷工况运行时运行震动大、热能损耗高。因此，本技术领域亟需一种可以满足电站的多变工况，在波峰和波谷都能良好适配机组运行的除氧换热装置，能提高机组的综合效益。

发明内容

本发明的目的是为解决如何获得一种可以满足电站的多变工况，在波峰和波谷都能良好适配机组运行的，能提高机组综合效益的除氧换热装置的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种多级耦合式换热器，包括用于处理机组低负荷运行时进水混合换热的上部换热器和用于处理机组高负荷运行时进水混合换热的下部换热器；上部换热器与下部换热器连接；所述上部换热器包括淋水盘式加热装置；所述下部换热器包括旋膜雾化器装置和喷管式加热装置。

优选地，所述下部换热器还包括锅炉启动疏水装置、喷管式辅汽装置和疏水腔。

优选地，所述上部换热器与下部换热器之间设有截止阀。

优选地，所述旋膜雾化器装置为两级式；旋膜雾化器装置包括连通的上级腔室和下级腔室。

优选地，所述上级腔室和下级腔室之间设有弹簧。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的多级耦合式换热器稳定高、换热性能好、除氧性能好、可调节能力强、多工况适应能力强、综合收益高。

附图说明

图1为一种传统的分体式除氧器的简易示意图。

图2为本发明多级耦合式换热器的简易示意图。

图3为旋膜雾化器的结构示意图。

图4为图3的俯视图。

图5为以法兰形式安装旋膜雾化器的示意图。

附图标记：1.旋膜雾化器装置；2.喷管式加热装置；3.锅炉启动疏水装置；4.喷管式辅汽装置；5.疏水腔；6.淋水盘式加热装置；7.喷嘴雾化器装置；8.上部换热器；9.下部换热器；10.上级腔室；11.弹簧；12.下级腔室

具体实施方式

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：

如图1-5所示，本发明所采取的技术方案是提供一种多级耦合式换热器，包括用于处理机组低负荷运行时进水混合换热的上部换热器8和用于处理机组高负荷运行时进水混合换热的下部换热器9；上部换热器8与下部换热器9连接；所述上部换热器8包括淋水盘式加热装置6；所述下部换热器9包括旋膜雾化器装置1和喷管式加热装置2。下部换热器9还包括锅炉启动疏水装置3、喷管式辅汽装置4和疏水腔5。上部换热器8与下部换热器9之间设有截止阀。旋膜雾化器装置1为两级式；包括连通的上级腔室10和下级腔室12。上级腔室10和下级腔室12之间设有弹簧11。

实施例

本发明解决了现有除氧换热器无法很好地适配机组所需求的多工况运行的技术问题；还可提供其它附加效益。1.可满足机组启动纯凝工况下低静音要求；2.满足机组切换为大供热除氧换热需求；2.可作为锅炉启动疏水等高能介质的接收装置，提供了消能减排的功能；3.可切换成储能器，对系统进行储能。

本发明提供了一种多级耦合式换热器。换热器的上部为卧式-淋水盘式换热装置，下部为卧式-喷管式换热装置。上部换热器8包括淋水盘式加热装置6和喷嘴雾化器装置7；上部换热器8由喷雾换热段、深度换热段组成，喷雾换热段由喷嘴雾化器装置7的多个小流量喷嘴进行初步雾化除氧，同时增大水与加热蒸汽的换热面积；水经过喷嘴雾化后落到淋水盘上，与加热蒸汽进一步换热，实现深度除氧。

下部换热器9包括旋膜雾化器装置1、喷管式加热装置2、锅炉启动疏水装置3、喷管式辅汽装置4和疏水腔5；下部换热器9由喷雾换热段、深度换热段和储水箱组成。

喷雾换热段是将凝结水引入壳体上部水室后，通过旋膜雾化器装置1，在压差的作用下，将凝结水雾化喷出，进入喷雾除氧段。在该段空间中，水与加热蒸汽接触以进行除氧，部分非凝结气体在此段中被去除，并通过排气管排入大气。上部淋水盘式换热装置6适用于机组低负荷工况时开启运行；下部喷管式换热装置在机组高负荷工况时开启运行。多级耦合式换热器既能满足机组低负荷工况下低噪音运行、又能满足机组大负荷运行的除氧换热需求，是一种先进的除氧换热器形式。

在下部换热器中使用了两级式旋膜雾化器，旋膜雾化器的雾化效果、承载能力是直接决定耦合式换热器换热能效的重要因素。采用两级式旋膜雾化器，水滴被雾化得很小，因而加速了水滴被加热过程以及水中溶解气体向蒸汽空间扩散过程。

两级式旋膜雾化器的工作原理及特性：

1、采用两级式设计，前级采用扩容稳定腔室，使流体进行充分的稳定扩容，后级采用旋膜扩散器，旋膜扩散器按流量(旋膜雾化器前后压差)的变化自动调节旋膜雾化器的开度。

2、按流量压差大小自动调整并采用特殊设计的高性能弹簧11与旋膜破碎雾化腔体相结合，自动对中心性好，稳定性高，适合往复式运行的需要，能满足流量调节的需要。

3、旋膜雾化器喷射角度经特殊的旋膜设计，凝结水从特殊设计的小孔切向射出形成从上向下高速旋转流动的旋转水膜，在旋膜扩散器旋流管出口形成锥形水膜裙以达到冲击破碎，而加热蒸汽则在水膜裙的内外表面进入旋流喷射区与凝结水进行能量交换，最终对水滴进行高效旋膜式破碎雾化。由于射流的卷吸作用，以高速旋转的水膜与加热蒸汽进行热量质量交换，随着凝结水被蒸汽的不断加热和射流孔射出水的压力的不断降低，溶解于水中的氧气、空气等不凝结气体也逐渐析出，从而达到高效除氧的目的，极大提高了除氧效果。

4、传热系数大、除氧换热效果好，配合使用可满足除氧器出水含氧量≤5ppb。

5、进出口水温温升大，满足大温差换热的使用要求。

6、特殊的弹簧调整，允许负荷快速变化，定滑压运行均可。

7、适应性强，可以满足机组在10％～110％额定负荷下稳定运行，出水含氧量达到国家标准，而且达到合格溶氧的耗时短。

8、由于高效旋膜破碎雾化高，换热效果充分，蒸汽消耗量低，排汽损失量小，有效提升了机组的经济效益，低排气损失，提高了机组的热效率。

9、旋膜雾化器可适用较差的水质而不堵塞。能过滤较大颗粒的杂物，在旋膜雾化器底部，可以通过过滤器的杂物也可以通过旋膜雾化器缝隙，旋膜雾化器自带污垢收集器，将主凝结水中的粗颗粒阻隔(经过适当的冲洗操作后将不留存于设备中)，一次安装免维护。

10、旋膜雾化器设计额定流量600T/H。

11、旋膜雾化器压差范围0.2-0.98bar。

12、旋膜雾化器旋膜扩散器材质全部采用优质不锈钢，耐冲刷，适合长期喷雾使用。

13、旋膜雾化器使用寿命可满足30年机组使用要求。

14、主体重量约80kg。

旋膜雾化器装置可通过法兰连接外部管道，可以方便地安装在除氧器内，装置由金属板材构成，制造难度低、维护工作量小。使用该装置，能够将大量的水快速均匀地雾化，散布至除氧器内部，同时有效控制除氧器运行中的振动。装置有效提高了换热器启动的速度，降低了换热器运行噪音及因加热不均匀出现的温度梯度，提高了能源利用率，降低了设备采购及厂房投资的成本，从而提高电厂建设的经济性。

本发明的多级耦合式换热器的稳定高、换热性能好、除氧性能好、可调节能力强、多工况适应能力强、综合收益高。

如图1所示为传统的分体式除氧器，上部为换热除氧装置，下部为储水箱。

如图2所示为多级耦合式换热器，上部为淋水盘式换热器，下部为喷管式换热器。下部换热器9包括旋膜雾化器装置1、喷管式加热装置2、锅炉启动疏水装置3、喷管式辅汽装置4和疏水腔5；旋膜雾化器装置1通过法兰安装在除氧器本体上，对进水进行初步除氧；喷管式加热装置2中加热蒸汽通过钻孔换热管对水箱中的水进行深度加热除氧；锅炉启动疏水装置3可以将锅炉启动疏水消能，用于加热除氧，减少能耗；喷管式辅汽装置4通过钻孔换热管对水箱中的水进行加热；疏水腔5用于疏导换热器出水，避免加热蒸汽与疏水混合；

下部换热器9在启动阶段，先通过进水喷雾装置的进水将壳体的内的水位升高至启动水位，关闭进水；然后通过辅汽装置将水温缓慢加热至130℃左右。继续通过进水装置向壳体注水达到正常水位，开启主加热装置，保持加热状态，使壳体内的工况达到正常工况。在机组低负荷运行时，启用上部换热器用于除氧，下部换热器的各进气进水管道通过截止阀关闭，停用加热除氧功能，只用作储水箱。在机组高负荷运行时，启用下部换热器9用于除氧，上部换热器8停止运行，通过截止阀关闭上下两部分的连接管道，隔离上部换热器8。

如图3所示为旋膜雾化器结构，包括上级腔室10、弹簧11和下级腔室12。在旋膜雾化器处于工作状态时，进水在上级腔室10内得到扩容，在下级腔室12中通过小孔喷射而出，使水得到雾化，再经由蒸汽加热从而析出不凝气体。两个腔室通过弹簧11进行过渡缓冲连接，当处于运输状态时，弹簧11处于伸长状态，下级腔室12可以收缩进上级腔室10内；当处于工作状态时，弹簧11处于压缩状态，下级腔室12伸出上级腔室10。

本发明提供了一种多级耦合式换热器，该换热器结合了淋水盘式换热器与喷管式换热器，且使用流体旋膜雾化器装置；可适配机组低负荷和高负荷运行，降低除氧设备的能耗。可用于有扩能改造需求的电厂，能够为电厂改造降低成本并提升综合收益。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。