外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外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，混合管外侧设置有冷管线和外套管，混合管内部设置有螺旋管，冷管线与外套管连接，穿过混合管的外套管与螺旋管连接，冷管线上设置有冷调阀，外套管通过法兰与所述混合管连接。外套管采用螺旋缠绕的方式贴在混合管的外围，且从一侧逐步延伸至另一侧。本发明专利技术提供的外置超临界二氧化碳大温差混合器及控制调节方法，能够实现在大温差条件下实现温度调节的技术效果，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】
外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，具体说是涉及一种外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外置超临界二氧化碳大温差混合器结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种外置超临界二氧化碳大温差混合器及控制调节方法，解决了如何实现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。一种外置超临界二氧化碳大温差混合器，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，所述混合管外侧设置有冷管线和外套管，所述混合管内部设置有螺旋管，所述冷管线与所述外套管连接，穿过所述混合管的外套管与所述螺旋管连接，所述冷管线上设置有冷调阀，所述外套管通过法兰与所述混合管连接。所述外套管采用螺旋缠绕的方式贴在所述混合管的外围，且从一侧逐步延伸至另一侧。所述外套管与所述混合管焊接连接，所述外套管采用二分之一半管。所述外套管螺旋的螺距为管道直径的2-3倍。螺距太小会使相邻两个管在热膨胀作用下产生相互挤压，不利于自由变形；螺距太大不利于利用混合管外部空间进行热量交换。所述外套管的材料采用大线膨胀系数的不锈钢，所述不锈钢的线膨胀系数不低于14×10-6℃-1。所述外套管通过金属圈滑动密封与所述混合器外壁接触。所述外套管通过封闭套管与所述混合器外壁滑动接触。本专利技术达成以下显著效果：本专利技术提出一种外置超临界二氧化碳大温差混合器结构，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封闭套管与混合器外壁的接触结构图一。图3是本专利技术实施例中封闭套管与混合器外壁的接触结构图二。图4是本专利技术实施例中外套管尺寸变化图一。图5是本专利技术实施例中外套管尺寸变化图二。图6是本专利技术实施例中外套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、内套管；7、冷管线；8、冷调阀；9、连接点；10、混合管出口；11、外套管；12、封闭套管；13、混合器外壁；14、金属箍圈；15、金属圈。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。一种外置超临界二氧化碳大温差混合器结构，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、内套管6、冷管线7、冷调阀8、连接点9、混合管出口10、外套管11。系统构成见图1。热管线1接入高温超临界二氧化碳管线；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，使热混合管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。外套管11缠绕在混合管4的外围，采用螺旋缠绕的方式，从一侧逐步延伸至另一侧。外套管11与混合管4采用焊接方式连接，外套管采用二分之一半管。外套管的缠绕方向与混合管内的流体流动方向完全逆向，即外套管与混合管可构成一个套管式换热器。在外套管内，冷流体从右至左螺旋流动；混合管内热流体从左至右流动。内外流体通过管壳壁进行热量交换。外套管螺旋的螺距一般为管道直径的2-3倍。如果螺距太小，在热膨胀作用下，相邻两个管会产生相互挤压，不利于自由变形；如果螺距太大，外套管与混合管内流体的热量交换就不够充分，不利于充分利用混合管外部空间进行热量交换。采用外部螺旋管进行流体输送，可以使流体在流动过程中，不仅产生轴向速度分量，也产生周向速度分量，在离心力作用下管道内产生截面二次流动，增强截面内流体工质的交混，有利于减少截面温度分布的不均匀性。通过外套管11的流体被预热后，通过连接点9进入混合管4内的内套管6。内套管6的缠绕方向与外套管11类似，其流通面积也相当，使两个结构内的流速基本变化不大。外套管采用螺旋缠绕方式，选用大线膨胀系数的不锈钢作为材料。此膨胀系数能使得该结构具有一定的温度自调节能力。当外套管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外套管，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，进而会起到抑制外套管温度上升的作用；反之，当外套管温度低于设定温度时，具有高线膨胀系数的外套管，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，进而会起到抑制外套管温度下降的作用。作为一个改进，螺旋管6分为多段，沿着高温超临界二氧化碳的流动方向，螺旋管6的线膨胀系数逐渐增加。主要是沿着高温超临界二氧化碳的流动方向，温差越来越小，换热能力也越来越差，因此自然需要增加换热面积提高换热效率，因此不需要高的线膨胀系数。因此通过如此设置，一方面可以节省成本，同时也能使得热量在整体上换热均匀，形成类似逆流的换热效果，同时也能使得多个段延伸长度基本相同。作为一个改进，沿着高温超临界二氧化碳的流动方向，螺旋管6的线膨胀系数逐渐增加幅度越来越大。这也是符合温差变化规律，也是申请人大量研究的结果，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外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，所述混合管外侧设置有冷管线和外套管，所述混合管内部设置有螺旋管，所述冷管线与所述外套管连接，穿过所述混合管的外套管与所述螺旋管连接，所述冷管线上设置有冷调阀，所述外套管通过法兰与所述混合管连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种外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，所述混合管外侧设置有冷管线和外套管，所述混合管内部设置有螺旋管，所述冷管线与所述外套管连接，穿过所述混合管的外套管与所述螺旋管连接，所述冷管线上设置有冷调阀，所述外套管通过法兰与所述混合管连接。


2.根据权利要求1所述的外置超临界二氧化碳大温差混合器，其特征在于，所述外套管采用螺旋缠绕的方式贴在所述混合管的外围，且从一侧逐步延伸至另一侧。


3.根据权利要求2所述的外置超临界二氧化碳大温差混合换热器，其特征在于，所述外套管与所述混合管焊接连接，所述外套管采用二分之一半管。


4.根据权利要求3所述的外置超临界二氧化碳大温差混合换热器，其特征在于，所述外套管螺旋的螺距为管道直径的2-3倍。


5.根据权利要求4所述的外置超临界二氧化碳大温差混合换热器，其特征在于，所述外套管的材料采用大线膨胀系数的不锈钢，所述不锈钢的线膨胀系数不低于14×10-6℃-1。


6.根据权利要求1-5任一项所述的外置超临界二氧化碳大温差混合换热器，其特征在于，所述外套管通过金属圈滑动密封与所述混合器外壁接触。


7.根据权利要求1-5任一项所述的外...

【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