一种适用蒸汽余热型ORC发电系统的蒸发器的制作方法

本实用新型属于余热回收利用发电技术领域，涉及一种适用蒸汽余热型ORC发电系统的蒸发器。

背景技术：

余热是指受历史、技术、理念等因素的局限性，在已投运的工业企业耗能装置中，原始设计未被合理利用的显热和潜热；常见的余热包括高温废气余热、冷却介质余热、废气废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热等。

余热的回收利用途径很多，一般来说，最好的利用途径就是根据余热的品质，按照温度高低顺序不同按阶梯利用；有机朗肯循环(简称ORC)发电技术可以利用汽轮机、燃气机等发电机组无法使用的低品位余热，变废为宝，降低能耗，实现能源的梯级利用。

ORC发电系统主要包括蒸发器、膨胀机、发电机、冷凝器、工质泵等部件，其中蒸发器是ORC发电系统中一个重要的部件。现有的蒸发器仍存在结构不合理、换热不稳定等不足，应用在ORC发电系统中往往难以维持其稳定高效的运行，特别是在蒸汽余热型ORC发电系统中，系统热效率和稳定性格外重要。

技术实现要素：

为了解决现有的蒸发器应用在ORC发电系统中效率低、稳定性差的技术问题，本实用新型提供一种适用蒸汽余热型ORC发电系统的蒸发器。

本实用新型的技术解决方案是：一种适用蒸汽余热型ORC发电系统的蒸发器，其特殊之处在于：包括圆柱状的壳体；

壳体的一个端面上沿径向设置第一管板，第一管板的外侧安装第一封头；第一管板与第一封头之间形成第一管箱；第一封头在靠近第一管箱顶部的位置设置有蒸汽入口；

壳体的另一个端面上沿径向设置第二管板，第二管板的外侧安装第二封头；第二管板与第二封头之间形成第二管箱；第二封头在靠近第二管箱底部的位置设置有凝结水出口；

壳体的内部设置有多个轴向的换热管；所述换热管密集排布，穿过第一管板和第二管板后形成连通第一管箱和第二管箱的管束；

所述壳体的底部设置一个靠近第二管板的液态工质入口，壳体的顶部设置一个靠近第一管板的气态工质出口。

较佳的，上述管束包括多个管程；在轴向视角下，所述管束自上而下分为第一管程、第二管程和第三管程，所述第三管程又分为左管程、中管程和右管程，可以增强凝结水侧传热系数，提高传热效率。

较佳的，上述第一管箱内设置有三个轴向的分程隔板，将第一管箱划分为三个相互隔离的区域；其中，所述第一管程与第二管程之间安装一个横向的分程隔板，所述第二管程与第三管程的中管程和右管程之间安装一个横向的分程隔板，所述第三管程的左管程和中管程之间安装一个纵向的分程隔板；所述蒸汽入口位于第一管程所在的区域；

所述第二管箱内设置有两个轴向的分程隔板，将第二管箱划分为三个相互隔离的区域；其中，所述第二管程和第三管程之间安装一个横向的分程隔板，所述第三管程的中管程和右管程之间安装一个纵向的分程隔板；所述凝结水出口位于右管程所在的区域。

较佳的，上述第一管程的中部设置有液位空间，液位空间内不安装换热管，即液位线上下一定空间内不布置换热管，防止液位的上下波动影响蒸汽与工质的换热过程，提高系统稳定性。

较佳的，上述壳体内部还设置有液体分配板，液体分配板的上方区域布置管束，液体分配板的下方区域连通液态工质入口；所述液体分配板上设置有多个均匀分布的通孔，液态工质进入壳体后首先填充液体分配板下方的区域，然后再从液体分配板上的通孔均匀溢出，促使液态工质均匀分布在壳体内侧整个空间，从而更有效地与蒸汽进行换热。

较佳的，上述第一管板和第二管板的底部均设置有突出壳体的延伸支撑段，用于支撑整个蒸发器，而不需要额外加工和安装鞍座。

较佳的，上述第一封头和第二封头的底部均设置有放水口。

较佳的，上述壳体的底部设置有一个排污口。

较佳的，上述壳体的中部安装有一个鞍座，可对蒸发器进行辅助支撑。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型将管束分层后形成多个管程，蒸汽在凝结的过程中比容变小，将走凝结水的管束等量分成几程，可以增大凝结水流速，增强凝结水侧传热系数，提高传热效率。

(2)本实用新型在液位线上下一定空间内不布置换热管，留出液位空间，防止液位的上下波动影响蒸汽与工质的换热过程，提高了系统稳定性。

(3)本实用新型中的管板除了固定管束外，还被用来支撑本体，而不需要鞍座支撑，这样为系统的总装提供了更多的空间，有利于ORC发电系统的整体结构更加紧凑。

附图说明

图1为本实用新型蒸发器的较佳实施例结构示意图。

图2为本实用新型壳体内部管束的较佳实施例轴向分布示意图。

图3为本实用新型较佳实施例的第一管箱内的管程分布示意图。

图4为本实用新型较佳实施例的第二管箱内的管程分布示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型提供一种适用蒸汽余热型ORC发电系统的蒸发器，其较佳实施例的结构包括圆柱状的壳体1。

壳体1的一个端面上沿径向设置第一管板2，第一管板2的外侧安装第一封头3，第一管板2与第一封头3之间形成第一管箱4，第一封头3在靠近第一管箱4顶部的位置设置有蒸汽入口5。

壳体1的另一个端面上沿径向设置第二管板6，第二管板6的外侧安装第二封头7，第二管板6与第二封头7之间形成第二管箱8，第二封头7在靠近第二管箱8底部的位置设置有凝结水出口9。

壳体1的内部设置有多个轴向的换热管10，换热管密集排布，穿过第一管板2和第二管板6后形成连通第一管箱4和第二管箱8的管束。

壳体1的底部设置一个靠近第二管板6的液态工质入口11，壳体的顶部设置一个靠近第一管板2的气态工质出口12。第一封头3和第二封头7的底部均设置有放水口25。壳体1的底部还设置有一个排污口26。

第一管板2和第二管板6的底部均设置有突出壳体1的延伸支撑段28，用于支撑整个蒸发器，而不需要额外加工和安装鞍座，这样为系统的总装提供了更多的空间，有利于ORC发电系统的整体结构更加紧凑。如果蒸发器上要放置其他设备，那么只需要在壳体1的中部安装一个鞍座27进行辅助支撑即可。

参见图2，本实施例中的管束被分为多个管程；在轴向视角下，管束自上而下分为第一管程13、第二管程14和第三管程15，第三管程15又分为左管程16、中管程17和右管程18。蒸汽在凝结的过程中比容变小，将走凝结水的管束等量分成几程，可以增大凝结水流速，增强凝结水侧传热系数，提高传热效率。另外，第一管程13的中部设置有液位空间(即液位线所在区域)，液位空间内不布置换热管，防止液位的上下波动影响蒸汽与工质的换热过程，提高系统稳定性。壳体内部还设置有液体分配板24，液体分配板24的上方区域布置管束，液体分配板24的下方区域连通液态工质入口11。液体分配板24上设置有多个均匀分布的通孔。液态工质进入壳体后首先填充液体分配板下方的区域，然后再从液体分配板上的通孔均匀溢出，促使液态工质均匀分布在壳体内侧整个空间，从而更有效地与蒸汽进行换热。本实施例中的液体分配板是截面为屋脊状的结构。

较为优选的，第一管程13中的换热管分布可以设置为拱桥状，即两侧的换热管位置较低，中间的换热管位置较高，既满足了各个管程的换热管数量要求，同时又兼顾了换热管的均匀分布，也有利于蒸汽与工质的换热。

参见图3，第一管箱4内设置有三个轴向的分程隔板，将第一管箱4划分为三个相互隔离的区域。其中，第一管程13与第二管程14之间安装一个横向的分程隔板19，第二管程14与第三管程的中管程17和右管程18之间安装一个横向的分程隔板20，第三管程的左管程16和中管程17之间安装一个纵向的分程隔板21；蒸汽入口5位于第一管程13所在的区域。

参见图4，第二管箱8内设置有两个轴向的分程隔板，将第二管箱8划分为三个相互隔离的区域；其中，第二管程14和第三管程15之间安装一个横向的分程隔板22，第三管程的中管程17和右管程18之间安装一个纵向的分程隔板23。凝结水出口9位于右管程18所在的区域。