降低热网回水温度的大温差换热方法与装置与流程

本发明涉及热工技术，特别是涉及一种降低热网回水温度的大温差换热方法与装置。

背景技术：

近年来，随着我国城市建设的不断发展，地区发展和供热需求之间的矛盾也日趋凸显。所有城市城区面积都在不断扩大，主城区规模化小区不断增加，老城区每年大幅新增面积，新城区的面积也不断扩大。从当前城市的热源和热网供热能力上看，远远满足不了城市快速发展的需要。供热如果跟不上，将会使城市发展遭遇瓶颈。

为解决这一事关城市发展和百姓切身利益的矛盾，各地普遍启动了集中供热工程建设，新增供热面积，新增工程投资。具体包括新建管网工程、部分老网改造工程、新建中继泵站、集控调度中心，新建换热站及换热站改造工程等。

供热改造工程分为热源侧和热网侧。

热源侧一般包括机组供热改造及供热首站建设工程，具体为发电厂和热电公司新增入网供热面积，新城区锅炉房热网供热面积，区域供热公司热网供热面积等。

热网侧主要是对老城区超期服役的管道进行更换，供热管道更换后能够有效的控制跑冒滴漏，大大减少因管道漏泄导致的停热次数，极大改善和提高供热效果。

某老城区于1983年9月实现集中供热，管网截至目前已经运行27年。经测量，1985年安装的老管网管径由原来安装时的10mm减薄到4-6mm，而且局部腐蚀严重，并在供热期经常出现漏泄现象。供热管网部分管道已超期服役，在供热期间经常出现管道漏泄现象，导致供热质量下降。如果不进行改造，一旦发生管道漏泄，就得阶段性停热，这会对居民生活造成很大的影响。热电公司投资对老城区供热管网进行改造，更换所有减薄和腐蚀的管道，改造范围管网全长约5公里，涉及57万平米供热面积，约合用户5000户，投入资金1700万元。工程改造完成后，大大提高该区域供热质量和供热的稳定性。经过管网改造，主城区热源充足，能够承受居民、商铺和企业的正常供热。

某电厂供热主管网建设使用年限大多数都在18年以上，有的甚至长达30年。这部分管网由于建设时间长，再加上建设时期技术工艺落后，至使保温、防护层严重破损，管网老化、腐蚀严重。近几年，主管网泄漏事故频繁发生，每个运行期都发生几十次。在每次主管网抢修过程中，抢修人员都面临95℃以上高压、高温水的威胁，每次抢修泄水都长达30多小时，造成大面积居民住宅停热，部分地下管网冻裂的严重局面。集中供热二次网方面存在的问题 也较为突出，尤其是早期建筑和近年来并网的弃管小锅炉房供热楼栋，管网老化腐蚀程度之重、数量之多已经严重威胁城市供热安全和影响居民用户的正常生活。

某供热集团供热管网长度666公里，其中一次网长165公里，二次网长501公里。1995年以前建设约为400公里。由于大多数管网建设时间长、老化腐蚀严重，致使管网系统跑冒滴漏十分严重，散热损失达到0.35吉焦/平方米·年。热力管网每公里平均温降都在2℃以上，管网系统平均失水率约为3％。由于失水量大，热量丢失严重，几乎所有的一次网、二次网都存在着不同程度的水力失调问题，由于管网老化又无法科学调节，因此供热企业在供热中难以保证用户的供热质量。

几十年来，集中供热事业为我国城市的发展建设和人民生活水平的提高做出了重大贡献。如今大面积的集中供热管网老化、腐蚀严重已经成为影响集中供热的突出问题，严重威胁着城市的供热安全和百姓正常生活。

实施集中供热管网改造已是做好城市供热工作的当务之急。通过管网改造可大大降低管网的跑冒滴漏，降低能源消耗节约能源，提高能源利用率；通过管网改造可使供热企业大量应用新技术、新工艺，提高供热企业的科学调节能力，提高整体供热水平；通过管网改造可全面提升供热系统安全和供热保障能力，不断提高广大居民用户的用热质量，造福百姓。实施集中供热管网改造是利国利民之举，早实施早受益。

实施集中供热管网改造工程，重点就是拆除废旧供热管道，铺设供热新管道，这需要投入巨大资金。如何能做到可以铺设较少或较细的管道，只花费较少的投资，同样可以达到设计的供热量呢？这是设计和施工科技工作者经常思考的问题。

技术实现要素：

针对新建或改造老旧供热管网，解决供热管网普遍存在的供热量不足的问题，本发明给出一种能降低热网回水温度，从而增大供热管网供热量的大温差换热方法与大温差换热装置。

一种降低热网回水温度的大温差换热方法，该方法由下列步骤组成：

(1)热网来水首先进入高温换热器，热网来水对高压氟利昂加热，氟利昂受热蒸发，变为高压氟利昂蒸汽流出高温换热器；

(2)高压氟利昂蒸汽作为喷射器驱动力，喷射器引射蒸发器内的低压氟利昂蒸汽，二者混合形成中等压力的氟利昂蒸汽后，从喷射器的出口喷出，蒸发器内蒸发剩余液态氟利昂从蒸发器底部流出；

(3)喷射器喷出的氟利昂蒸汽进入冷凝器，氟利昂蒸汽对供暖循环水加热，氟利昂蒸汽 冷凝后流出，分作两路：一路经过氟利昂泵从蒸发器顶部流入蒸发器，另一路经过氟利昂高压泵加压后流进高温换热器；

(4)热网来水从高温换热器流出后进入中温换热器，热网来水对供暖循环水加热，然后热网来水流入低温换热器；

(5)在低温换热器内，热网来水对液态氟利昂加热，氟利昂受热升温后流入蒸发器，热网来水放热降温后流入供热管网的回水管道；

该方法的特征在于：低温换热器里的氟利昂，它来至蒸发器，是蒸发器蒸发剩余的液态氟利昂，它具有最低的温度，它与热网来水换热，可以最大限度地降低热网回水温度。

一种降低热网回水温度的大温差换热装置，它由下列部分组成：高温换热器、中温换热器、低温换热器、蒸发器、冷凝器、喷射器、三个氟利昂泵；热网来水进入高温换热器，对高压氟利昂加热，产生的高压氟利昂蒸汽流入喷射器，引射蒸发器内低压氟利昂蒸汽，二者混合形成中等压力的氟利昂蒸汽，从喷射器的出口喷出并进入冷凝器，对供暖循环水进行加热；冷凝器内冷凝的液态氟利昂从底部流出后分作两路：一路经氟利昂泵流入蒸发器，另一路经氟利昂高压泵加压后，流入高温换热器；热网来水经过高温换热器放热后，进入中温换热器，对供暖循环水加热后，热网来水再流入低温换热器；在低温换热器内，热网来水对氟利昂加热后流入热网回水管道，氟利昂受热升温后流入蒸发器，其特征在于：低温换热器的氟利昂进口，通过氟利昂泵连接蒸发器的氟利昂出口，低温换热器的氟利昂出口连接蒸发器的氟利昂入口。

所述蒸发器是立式压力容器，它由四个蒸发室上下串联构成，它的结构包括：氟利昂进口、上封头、筒体、第一筛板、第一蒸发室、第一蒸汽出口、第二筛板、第二蒸发室、第二蒸汽出口、第三筛板、第三蒸发室、第三蒸汽出口、第四筛板、第四蒸发室、第四蒸汽出口、下封头和氟利昂出口；液态氟利昂通过蒸发器顶部的氟利昂进口进入蒸发器，通过第一筛板向下喷淋，进入第一蒸发室后部分蒸发，产生的蒸汽通过第一蒸汽出口流出，蒸发剩余的液态氟利昂通过第二筛板向下喷淋，进入第二蒸发室后液态氟利昂部分蒸发，蒸发产生的蒸汽通过第二蒸汽出口流出，蒸发剩余的液态氟利昂通过第三筛板向下喷淋，在第三、第四蒸发室进行同样的过程，最终，经过四级蒸发剩余的液态氟利昂，从底部的氟利昂出口流出。

所述冷凝器是立式压力容器，它由四个冷凝室上下串联构成，它的结构包括：上封头、热水出口、筒体、冷凝管、第一蒸汽进口、第一冷凝室、第一底板、第一疏水孔、第二冷凝室、第二蒸汽进口、第二底板、第二疏水孔、第三冷凝室、第三蒸汽进口、第三底板、第三疏水孔、第四冷凝室、第四蒸汽进口、第四底板、氟利昂出口、下封头、热水进口；通过冷凝器的第一蒸汽进口进入第一冷凝室的氟利昂蒸汽，通过冷凝管向供暖循环水传热，氟利昂 蒸汽放热凝结，沿着管壁向下流到第一底板，再通过第一疏水孔，向下流到第二冷凝室；同样，通过冷凝器的第二、第三、第四蒸汽进口，进入第二、第三、第四冷凝室的氟利昂蒸汽，通过冷凝管向供暖循环水传热，氟利昂蒸汽放热凝结并向下流动；最后，全部凝结产生的液态氟利昂流到第四冷凝室内的第四底板上，再过通筒体上的氟利昂出口排出；供暖循环水的低温回水从底部热水进口进入冷凝器，再分别进入上下竖立的各个冷凝管内，被加热升温，然后通过顶部热水出口流出。

所述喷射器，它由喷嘴、吸纳室和扩压器等三部分组成，它的具体结构为：吸纳室、喷嘴、吸入管、渐缩管、喉管、渐扩管，其中：渐缩管、喉管和渐扩管组成扩压器；高压的驱动蒸汽通过喷嘴增速减压后进入吸纳室，同时，被抽蒸汽从吸入管进入吸纳室，高速蒸汽流与被抽蒸汽混合均压形成混合蒸汽流，再经扩压器的渐缩管、喉管和渐扩管减速增压后，从喷射器出口排出。

所述高温换热器，它是立式的壳管式间壁换热器，它的结构包括：热水进口、上封头、氟利昂出口、筒体、氟利昂通道、折流板、传热管、氟利昂进口、热水出口；热网来水通过热水进口从上向下进入高温换热器，通过换热器传热管，对管外侧氟利昂进行加热后，通过热水出口流出；高压液态氟利昂从筒体下部氟利昂进口进入高温换热器，沿着由折流板形成的曲折流道，从下向上流动过程中受热，经历沸腾、蒸发和过热，最后从氟利昂出口流出高压氟利昂蒸汽。

附图说明

图1是本发明降低热网回水温度的大温差换热方法示意图；

图2是本发明大温差换热装置实施例的蒸发器结构图；

图3是本发明大温差换热装置实施例的喷射器结构图；

图4是本发明大温差换热装置实施例的冷凝器结构图；

图5是本发明大温差换热装置实施例的高温换热器结构图；

图6是本发明大温差换热装置实施例的总体图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。

图1给出了本发明降低热网回水温度的大温差换热方法示意图。

对照图中的大温差换热示意图，说明大温差换热方法的具体步骤如下：

1，供热管网的约90℃左右的高温来水，通过热水进口401进入高温换热器400；

2，高温换热器400是一个间壁式换热器，高温来水通过换热器间壁对另一侧的高压氟利昂进行加热，氟利昂受热蒸发、过热，然后流出；

3，高温换热器400生产的高压氟利昂蒸汽，通过管道进入喷射器200；

4，喷射器200是一个氟利昂蒸汽喷射器，高压氟利昂蒸汽为驱动力，引射蒸发器100内的低压氟利昂蒸汽，二者混合形成中等压力的氟利昂蒸汽，从喷射器200的出口喷出；

5，中等压力的氟利昂蒸汽通过冷凝器300的氟利昂进口309进入，通过间壁对供暖循环水进行加热。供暖循环水的回水从热水进口302进入冷凝器，加热升温后的供暖循环水从热水出口301流出，对热用户进行供热；

6，在冷凝器300内，氟利昂蒸汽通过间壁对供暖循环水进行加热后凝结，冷凝的液态氟利昂从下部的氟利昂出口310流出；

7，冷凝的氟利昂流出冷凝器后分作两路：一路经氟利昂泵10流入蒸发器100的氟利昂进口101，用以补充蒸发器的蒸发量；另一路，通过氟利昂高压泵20流进高温换热器400，受热蒸发成高压氟利昂蒸汽；

8，供热管网的高温来水，通过高温换热器400放热降温，变为70℃左右的中温水后，向下进入中温换热器500。在中温换热器500内，中温水通过间壁对另一侧的供暖循环水进行加热后，中温水变为50℃左右的低温水，再向下流入低温换热器600；

9，在蒸发器100内，一部分氟利昂蒸发，通过蒸汽出口进入喷射器200，另一部分液态氟利昂通过蒸发器氟利昂出口102流出，经过氟利昂泵30流入低温换热器600；

10，经过高中温换热器两次降温的供热管网来水变为低温水后，进入低温换热器。低温换热器600是间壁式换热器，在低温换热器600内，低温水对从蒸发器流入的液态氟利昂加热，氟利昂受热升温后，流出低温换热器600，再通过蒸发器100顶部的氟利昂进口101进入蒸发器。低温水放热降温后，从热水出口602流出，回到供热管网的回水管道。

图2给出了本发明大温差换热装置实施例的蒸发器结构图。

本发明大温差换热装置实施例的蒸发器100，它的外形是一个立式的压力容器，它的结构包括：氟利昂进口101、上封头103、第一蒸汽出口104、第一筛板105、第一蒸发室106、筒体107、第二筛板、第二蒸发室、第二蒸汽出口、第三筛板、第三蒸发室、第三蒸汽出口、第四筛板、第四蒸发室、第四蒸汽出口、下封头和氟利昂出口102。

大约50℃左右的中温液态氟利昂通过蒸发器顶部的氟利昂进口101进入蒸发器，再通过第一筛板105的众多孔道向下喷淋，向下进入蒸发器内的第一蒸发室106。第一蒸发室106内的压力低于喷淋的液态氟利昂温度对应的饱和压力，所以，中温液态氟利昂进入第一蒸发室106后立刻部分蒸发，也称作是闪蒸或扩容。

第一蒸发室106蒸发产生的蒸汽，通过第一蒸汽出口104流出，再进入第一喷射器。

第一蒸发室106蒸发剩余的液态氟利昂，通过第二筛板向下喷淋流淌，进入第二蒸发室。

第二蒸发室内的压力低于喷淋的液态氟利昂温度对应的饱和压力，所以，液态氟利昂进入第二蒸发室后立刻部分蒸发，蒸发产生的蒸汽通过第二蒸汽出口流出，再进入第二喷射器。

第二蒸发室蒸发剩余的液态氟利昂，通过第三筛板向下喷淋流淌。

蒸发器第三、第四蒸发室进行同样的过程。

最终，经过四级蒸发剩余的液态氟利昂，从下部的氟利昂出口102向下流出。由于下降高度差产生静压，液态氟利昂压力升高，变成不饱和液态氟利昂，再经氟利昂泵排出。

筛板是多孔板，它的作用是：

1，对于给定的氟利昂流量，筛孔总流通面积的计算，应保证筛板上的氟利昂层厚度不低于5厘米，以使上下蒸发室的汽相空间不相通；

2，从筛板喷淋流下的氟利昂流表面，应有足够的面积，以保证氟利昂蒸汽和液态氟利昂之间的换热需要；

3，筛板上的氟利昂流通孔的直径，通常为6～8毫米，不能小6毫米，以防止堵塞。

图3给出了本发明大温差换热装置实施例的喷射器结构图。

本发明大温差换热装置实施例的喷射器200的总体结构包括：喷嘴、吸纳室和扩压器。具体为：吸纳室202、喷嘴203、吸入管207、渐缩管204、喉管205、渐扩管206。扩压器由渐缩管204、喉管205和渐扩管206组成。

喷射器外接的两个进出管为：驱动蒸汽的进汽管201，混合蒸汽的出汽管208。

高压的驱动蒸汽经过进汽管201，通过喷嘴203增速减压后，进入吸纳室202。同时，被抽蒸汽从吸入管207进入吸纳室202。高速蒸汽流吸纳被抽蒸汽，两种蒸汽混合均压，再经扩压器的渐缩管204、喉管205和渐扩管206后，增压并形成混合蒸汽后，经过出汽管208排出。

高速蒸汽流吸纳被抽蒸汽形成混合流，又再被减速增压排出的过程是气流自身运动完成的，故喷射器实质是流体喷射泵。

图4给出了本发明大温差换热装置实施例的冷凝器结构图。

本发明大温差换热装置实施例的冷凝器300，它的外形是一个压力容器，它的结构包括：上封头303、热水出口301、筒体306、冷凝管304、第一蒸汽进口309、第一冷凝室305、第一底板307、第一疏水孔308、第二冷凝室、第二蒸汽进口、第二底板、第二疏水孔、第三冷 凝室、第三蒸汽进口、第三底板、第三疏水孔、第四冷凝室、第四蒸汽进口、第四底板、热水进口302、下封头、氟利昂出口310。

第一喷射器的出口喷出的的氟利昂蒸汽，通过冷凝器的第一蒸汽进口309，进入冷凝器的第一冷凝室305后，通过冷凝管304的间壁向冷凝管内供暖循环水传热，氟利昂蒸汽放热后凝结，沿着冷凝管304外侧换热壁面向下流淌，流到第一底板307，通过第一疏水孔308，向下流到第二冷凝室。

同样，第二、第三、第四喷射器出口喷出的的氟利昂蒸汽，进入冷凝器的第二、第三、第四冷凝室后，通过冷凝管304间壁向供暖循环水传热，氟利昂蒸汽放热后凝结，沿着冷凝管304换热壁面向下流淌。

最后，全部冷凝管外壁面凝结产生的液态氟利昂，一起流到第四冷凝室底部的第四底板上，再通过氟利昂出口310排出。

供暖循环水的低温回水，从下部热水进口302进入冷凝器，再分别进入上下竖立的各个冷凝管内，从下向上流动，依次穿过第四冷凝室、第三冷凝室、第二冷凝室，到达第一冷凝室。其间，供暖循环水通过冷凝管间壁与氟利昂蒸汽换热，冷凝管外氟利昂蒸汽凝结放热，冷凝管内供暖循环水受热升温。

最后，被充分加热了的供暖循环水，通过冷凝器顶部的热水出口301流出，向热用户供热。

图5给出了本发明大温差换热装置实施例的高温换热器结构图。

本发明大温差换热装置实施例的高温换热器400，它是立式的壳管式间壁换热器，它的结构包括：热水进口401、上封头402、氟利昂出口404、筒体405、氟利昂通道406、折流板407、传热管408、氟利昂进口403、热水出口402。

供热管网的约90℃左右的高温来水，通过热水进口401进入高温换热器400。高温换热器400是一个间壁式换热器，高温来水通过换热器传热管408，对管外侧氟利昂进行加热。

大约0.5MPa的高压液态氟利昂123从氟利昂进口403进入高温换热器400，氟利昂通道406是由折流板407做成的曲折流道。液态氟利昂在高温换热器内曲折的氟利昂通道406中，从下向上流动，同时受热。当氟利昂达到沸点温度，大约80℃，氟利昂沸腾蒸发，接着氟利昂蒸汽过热，最后从氟利昂出口404流出过热氟利昂蒸汽。

高温换热器400生产的高压过热氟利昂蒸汽，通过管道输送到喷射器，作为喷射器的驱动蒸汽。

供热管网的高温来水，通过高温换热器400放热降温，变为70℃左右的中温水后，通过热水出口402流出，输送到中温换热器。

图6给出了本发明大温差换热装置实施例的总体图。

本发明大温差换热装置实施例的总体结构，在外形上分为左中右三大块：左方是上下串联的三个换热器400、500、600，中间是立式的蒸发器100，右方是立式的冷凝器300，在蒸发器100和冷凝器300之间有水平的蒸汽喷射器200。

供热管网的约90℃左右的高温来水，通过热水进口401进入高温换热器400。高温换热器400是一个间壁式换热器，高温来水通过换热器间壁对另一侧的高压氟利昂进行加热。高压液态氟利昂从进口403进入，受热蒸发、过热，变成高压氟利昂蒸汽，然后从氟利昂出口404流出，通过管道进入第一喷射器200。

第一喷射器200是氟利昂蒸汽喷射器，高压氟利昂蒸汽为驱动力，通过第一蒸汽出口104引射蒸发器100内第一蒸发室的低压氟利昂蒸汽，二者混合形成中等压力的氟利昂蒸汽，从第一喷射器的出口喷出。

第一喷射器的出口通过管道连接冷凝器300的第一蒸汽进口309，中等压力的氟利昂蒸汽进入冷凝器300的第一冷凝室，通过间壁对供暖循环水进行加热。

同样，第二、第三、第四喷射器的出口，通过管道连接冷凝器300的第二、第三、第四蒸汽进口，氟利昂蒸汽进入冷凝器300，通过间壁对供暖循环水进行加热。

供暖循环水的回水从底部的热水进口302进入冷凝器，加热升温后的供暖循环水从顶部的热水出口301流出，对热用户进行供热。

在冷凝器300内，氟利昂蒸汽通过间壁对供暖循环水进行加热后凝结，冷凝的液态氟利昂从下部的氟利昂出口流出。

氟利昂流出冷凝器后分作两路：一路经氟利昂泵10流入蒸发器100的氟利昂进口101，用以补充蒸发器的蒸发量；另一路，通过氟利昂高压泵20加压后，流进高温换热器400的氟利昂进口403，受热蒸发后，高压氟利昂蒸汽通过氟利昂出口404送往喷射器，作为驱动蒸汽。

供热管网来的90℃左右高温来水，通过高温换热器400放热降温，变为70℃左右的中温水后，进入中温换热器500。

在中温换热器500内，中温水通过间壁对另一侧的供暖循环水进行加热后，中温水变为50℃左右的低温水，再流入低温换热器600。供暖循环水从热水进口502进入，被加热后从热水出口501流出。

在蒸发器100内，一部分氟利昂蒸发，通过四个蒸汽出口进入四个喷射器，蒸发剩余的液态氟利昂通过蒸发器氟利昂出口102流出，再经过氟利昂泵30流入低温换热器600。

供热管网来水经过高中温换热器两次放热降温变为50℃左右的低温水，再进入低温换热 器。低温换热器600是间壁式换热器，在低温换热器600内，低温水对从蒸发器氟利昂出口102流入的液态氟利昂加热，氟利昂受热升温后流出，再通过蒸发器100顶部的氟利昂进口101进入蒸发器。低温水放热降温后，从低温换热器底部热水出口602流出，回到供热管网的回水管道。