内置超临界二氧化碳大温差混合换热器及控制调节方法技术

本发明专利技术提供一种内置超临界二氧化碳大温差混合换热器及控制调节方法，包括依次连接的热管线、渐扩管、混合管和渐缩管，热管线和渐扩管之间设置有热调阀，混合管外侧连接有冷管线，混合管内部设置有螺旋管，穿过混合管的冷管线与螺旋管连接，冷管线上设置有冷调阀，冷管线通过法兰与混合管连接。本发明专利技术提供的内置超临界二氧化碳大温差混合器及控制调节方法，能够在大温差条件下实现温度的调节，减少了热膨胀应力和热疲劳，提高了控温过程的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
内置超临界二氧化碳大温差混合换热器及控制调节方法
本专利技术属于换热器领域，尤其是气气直接混合换热的换热器及其调节方法。
技术介绍
换热器被广泛应用于化工、石油、制冷、核能和动力等工业，由于世界性的能源危机，为了降低能耗，工业生产中对换热器的需求量也越来越多，对换热器的质量要求也越来越高。近几十年来，虽然紧凑式换热器(板式、板翅式、压焊板式换热器等)、热管式换热器、直接接触式换热器等得到了迅速的发展，但由于管壳式换热器具有高度的可靠性和广泛的适应性，其仍占据产量和用量的统治地位，据相关统计，目前工业装置中管壳式换热器的用量仍占全部换热器用量的70％左右。超临界二氧化碳热力循环技术是以超临界二氧化碳为工质构成的新型热力循环技术，在中高热源温度区间相比当前蒸汽朗肯循环技术具有高效率、占地面积小、系统简单等优点，是未来可以大规模替代当前蒸汽朗肯循环新型发电技术，具有广阔应用前景。超临界二氧化碳热力系统的热源出口温度超过500℃，甚至在某些设计要求中达到700℃。在热力系统负荷控制的温度调节过程中，需要利用低温二氧化碳与高温二氧化碳进行混合，达到降低二氧化碳工质温度的目的。由于二氧化碳温度很高，要实现温度的迅速调节，低温二氧化碳工质的温度不宜太高；因此在大温差条件下实现温度的调节是非常必要的。基于以上背景需求，本专利技术提出了一种内置超临界二氧化碳大温差混合换热器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种内置超临界二氧化碳大温差混合器及控制调节方法，解决了如何在大温差条件下实现温度调节的技术问题，减少了热膨胀应力和热疲劳，提高了控温过程的可靠性。一种内置超临界二氧化碳大温差混合换热器，包括依次连接的热管线、渐扩管、混合管和渐缩管，所述热管线和所述渐扩管之间设置有热调阀，所述混合管外侧连接有冷管线，所述混合管内部设置有螺旋管，穿过所述混合管的冷管线与所述螺旋管连接，所述冷管线上设置有冷调阀，所述冷管线通过法兰与所述混合管连接。渐扩管和渐缩管用于连接混合器与外围管线，使外围管线与混合器的连接实现平滑过渡，减小阻力和压降损失；混合管的内部通流面积与热管线的内部通流面积相当，以减少因流通面积改变而引起额外的形阻压降。冷管线与混合管的连接点采用法兰连接，使用填料密封，再用法兰盖压紧。这种连接方式在大温差条件下，可允许冷热管线在热膨胀作用下产生一定滑动，降低局部热应力。在长期运行条件下，可减少热疲劳造成的累积性损伤，有助于延长设备使用寿命。所述混合管内部的流通面积与热管线内部的流通面积相当。以减少因流通面积改变而引起额外的形阻压降。所述法兰内设置有用于密封的填料。说明书这种连接方式在大温差条件下，可允许冷热管线在热膨胀作用下产生一定滑动，降低局部热应力；在长期运行条件下，可减少热疲劳造成的累积性损伤，有助于延长设备使用寿命。所述螺旋管为三段周期螺旋，且管壁沿程开有若干小孔，小孔尺寸在不同螺旋段内呈三段分布，包括第I段、第II段、第III段。从所述第I段到所述第III段，小孔尺寸逐渐增大，且数量逐渐增加。所述螺旋管采用高线膨胀系数不锈钢材料，线膨胀系数不低于14×10-6℃-1。高线膨胀系数材料的长度可以随着温度的变化而变化。螺旋管具有一定的温度控制能力，当温度高于设定温度时，螺旋管膨胀，加强冷热流体传热交换，有助于抑制温度上升；反之，则会抑制温度下降。本专利技术达成以下显著效果：本专利技术提出一种内置超临界二氧化碳大温差混合换热器，可以提高换热效率，有助于实现在大温差条件下实现温度调节，减少热膨胀应力和热疲劳，提高控温过程的可靠性。附图说明图1是本专利技术实施例中大温差混合器结构的整体示意图。图2是本专利技术实施例中混合孔尺寸分布示意图。图3是本专利技术实施例中内置螺纹管尺寸变化图一。图4是本专利技术实施例中内置螺纹管尺寸变化图二。图5是本专利技术实施例中螺旋管与阀门开度的控制图。其中，附图标记为：1、热管线；2、热调阀；3、渐扩管；4、混合管；5、渐缩管；6、螺旋管；7、冷管线；8、冷调阀；9、法兰；10、混合管出口；11、第I段；12、第II段；13、第III段。具体实施方式为了能更加清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。参见图1，一种内置超临界二氧化碳大温差混合器，该结构主要包括热管线1、热调阀2、渐扩管3、混合管4、渐缩管5、螺旋管6、冷管线7、冷调阀8、法兰9、混合管出口10，系统构成见图1。热管线1接入高温超临界二氧化碳管线，上游温度超过500℃；热调阀2接在热管线1上，同时具有截止和调节功能，可以控制热管线1上的流量以及阀后的压力。渐扩管3用于连接热管线1和混合管4，使热管线1到混合管4的连接实现平滑过渡，减小阻力和压降损失。混合管4是混合器的主体部分，为了容纳内部结构，混合管4内径大于热管线1内径。总体而言，混合管4的内部通流面积与热管线1的内部通流面积相当，以减少因流通面积改变而引起额外的形阻压降。渐缩管5用于连接混合管4和混合管出口10，使混合管4到混合管出口10的连接实现平滑过渡，减小阻力和压降损失。冷管线7接入高压低温二氧化碳，其注入压力略大于热管线1注入压力。冷调阀8接在冷管线7上，同时具有截止和调节功能，可以控制冷管线7上的流量以及阀后的压力。法兰9是冷管线7与混合管4的连接位置，采用法兰连接，使冷管线7位于内侧，使用填料密封，再用法兰盖压紧。这种连接方式是静密封连接，在大温差条件下，冷热管线在热膨胀的作用下可允许产生一定的滑动，降低局部热应力。在长期运行条件下，可减少热疲劳造成的累积性损伤，有助于延长设备使用寿命。法兰为可拆卸结构，可在大修期间进行定期保养和更换。参见图2，图3和图4，螺旋管6位于混合管4内部，螺旋管6为三段周期螺旋，管壁沿程开有一定数量的小孔，小孔尺寸在不同螺旋段内分布有一定差别。在第I段11螺旋管内，小孔尺寸较小，数量较少。在这一段内，由于冷热流体的温差最大，采用这种方式可以合理控制冷热流体的热量交换面积，避免由于混合过快造成温度下降过于明显。在第II段12内，小孔尺寸不变，数量增加。在这一段内，由于冷热流体的温差相比第I段11已明显减小，采用这种方式可以适当增大冷热流体的热量交换面积。在第III段13内，小孔尺寸增加，数量增加。在这一段内，由于冷热流体的温差已经很小，通过增大冷热流体的热量交换面积实现较好混合。螺旋管6采用盘绕方式，选用高线膨胀系数的不锈钢作为材料。该结构具有一定的温度自调节能力。当螺旋管6温度高于设定温度时，此时在温差作用下，具有高线膨胀系数的螺旋管6，在长度方向伸长，增加了流体在管内的沿程流动距离，有助于加强高温流体与低温流体的换热，进而会起到抑制螺旋管6温度上升的作用；反之，当螺旋管6温度低于设定温度时，具有高线膨胀系数的螺旋管6，在长度方向会缩短，减少了流体在管内的沿程流动距离，有助于减弱高温流体与低温流体的换热，进而会起本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内置超临界二氧化碳大温差混合换热器，其特征在于，包括依次连接的热管线、渐扩管、混合管和渐缩管，所述热管线和所述渐扩管之间设置有热调阀，所述混合管外侧连接有冷管线，所述混合管内部设置有螺旋管，穿过所述混合管的冷管线与所述螺旋管连接，所述冷管线上设置有冷调阀，所述冷管线通过法兰与所述混合管连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种内置超临界二氧化碳大温差混合换热器，其特征在于，包括依次连接的热管线、渐扩管、混合管和渐缩管，所述热管线和所述渐扩管之间设置有热调阀，所述混合管外侧连接有冷管线，所述混合管内部设置有螺旋管，穿过所述混合管的冷管线与所述螺旋管连接，所述冷管线上设置有冷调阀，所述冷管线通过法兰与所述混合管连接。


2.根据权利要求1所述的内置超临界二氧化碳大温差混合换热器，其特征在于，所述混合管内部的流通面积与热管线内部的流通面积相当。


3.根据权利要求2所述的内置超临界二氧化碳大温差混合换热器，其特征在于，所述法兰内设置有用于密封的填料。


4.根据权利要求3所述的内置超临界二氧化碳大温差混合换热器，其特征在于，所述螺旋管为三段周期螺旋，且管壁沿程开有若干小孔，小孔尺寸在不同螺旋段内呈三段分布，包括第I段、第II段、第III段。


5.根据权利要求4所述的内置超临界二氧化碳大温差混合换热器，其特征在于，从所述第I段到所述第III段，小孔尺寸逐渐增大，且数量逐渐增加。


6.根据权利要求5所述的内置超临界二氧化碳大温差混合换热器，其特征在于，所述螺旋管采用高线膨胀系数不锈钢材料，线膨胀系数不低于14×10-6...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：浙江态能动力技术有限公司，浙江高晟光热发电技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33