本發(fā)明涉及一種換熱設(shè)備，尤其涉及一種蒸發(fā)-冷卻解耦型換熱裝置，可廣泛用于化工、能源、輕工業(yè)等領(lǐng)域的冷卻用換熱裝置。
背景技術(shù)：
：我國傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)不斷從粗放型向集約型發(fā)展，實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，不斷實(shí)現(xiàn)用能設(shè)施技術(shù)升級(jí)，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了對(duì)化石能源的清潔、高效利用。在這個(gè)背景下，傳統(tǒng)能源、化工領(lǐng)域的唯一出路是淘汰陳舊落后設(shè)備，并通過科技創(chuàng)新開發(fā)出高性能指標(biāo)的換熱裝置，以降低我國能源、資源消耗。因此，在大型輕油改質(zhì)、工藝分餾、廢氣余熱利用、煙氣凈化等方面需進(jìn)行用能裝置革新。同時(shí)，我國的水資源短缺、水污染嚴(yán)重、水資源利用率低且被嚴(yán)重浪費(fèi)等問題仍舊嚴(yán)重。其中，能源、化工對(duì)水問題的影響越發(fā)凸現(xiàn)，水資源的利用和保護(hù)顯得越發(fā)重要，所以傳統(tǒng)的換熱設(shè)備如開式水冷換熱裝置在不斷遭到淘汰，企業(yè)更傾向選擇緊湊式、高能效和清潔型的換熱裝置，并降低對(duì)水資源浪費(fèi)。當(dāng)前階段的替代方案可歸結(jié)為兩種：一是采用直接空冷技術(shù)或管殼式換熱器與冷卻塔組合的閉式循環(huán)系統(tǒng)；二是利用濕式空冷技術(shù)。方案一主要將閉式循環(huán)系統(tǒng)導(dǎo)出的廢熱經(jīng)由干式空冷塔導(dǎo)出到大氣中，但其應(yīng)用條件受大氣環(huán)境限制，如在南方環(huán)境溫度較高的地區(qū)，該技術(shù)方案經(jīng)濟(jì)性較差；與方案一相比，方案二能有效降低投資成本40％以上，但傳統(tǒng)濕式空冷技術(shù)的缺點(diǎn)是：循環(huán)水量大，泵和風(fēng)機(jī)功耗多，同時(shí)存在霧化噴淋裝置易于堵塞、老化，維修頻繁等問題。換熱裝置是熱能利用的核心部件，為了增加對(duì)環(huán)境保護(hù)和強(qiáng)化資源優(yōu)化配置，我國對(duì)換熱裝置的升級(jí)改造需求強(qiáng)烈，尤其在我國能源產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)升級(jí)中，對(duì)節(jié)能、環(huán)保、清潔越來越重視，要實(shí)現(xiàn)制造業(yè)和化工生產(chǎn)業(yè)穩(wěn)健發(fā)展，則離不開換熱裝置的技術(shù)升級(jí)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中冷卻裝置的換熱效率低、運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種蒸發(fā)-冷卻解耦型換熱裝置，一方面將換熱性能較低的蒸發(fā)和冷卻過程進(jìn)行解耦，達(dá)到深度冷卻，實(shí)現(xiàn)高效蒸發(fā)換熱，另一方面減少用水量和蒸發(fā)冷卻裝置的運(yùn)行功耗。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種蒸發(fā)-冷卻解耦型換熱裝置，其特征在于：該裝置包括布水總管、多根布水支管、多根換熱管、料網(wǎng)、集水箱、集水槽、循環(huán)水箱、水泵和引風(fēng)機(jī)；所述的布水總管和多根布水支管水平布置，每根布水支管的一端嵌入到布水總管內(nèi)，每根布水支管的底部開有一排側(cè)壁小孔，在每個(gè)側(cè)壁小孔上嵌有溢流管，在溢流管的下部水平布置至少兩排換熱管，且在豎直方向上相鄰換熱管之間通過料網(wǎng)連接，形成多排多列的換熱管組，最下排換熱管底部的料網(wǎng)與集水箱相連通；在集水箱下部設(shè)有集水槽，該集水槽通過疏水管與循環(huán)水箱連接，在所述的疏水管上配有疏水閥，所述循環(huán)水箱通過供水管和水泵與布水總管的入口連接；所述引風(fēng)機(jī)設(shè)置在換熱管組一側(cè)。本發(fā)明的另一技術(shù)特征是：在所述引風(fēng)機(jī)與換熱管組之間設(shè)置折流板。本發(fā)明的又一技術(shù)特征是：該裝置還包括液封溢流管，液封溢流管的一端與集水槽的側(cè)壁相連，液封溢流管的另一端與循環(huán)水箱相連。優(yōu)選地，所述相鄰換熱管在豎直方向的間距為3cm-50cm。優(yōu)選地，在所述的集水箱的底部配有集水箱排污管和集水箱排污閥。本發(fā)明所述的溢流管由擴(kuò)展管段和直管段組成，直管段的直徑為2mm-25mm；擴(kuò)展管段的擴(kuò)展角為10-70°，在所述的直管段上布置連通孔。本發(fā)明所述的料網(wǎng)由料網(wǎng)骨架和由料網(wǎng)絲編織而成的篩網(wǎng)芯組成，篩網(wǎng)芯為豎條料網(wǎng)、矩形料網(wǎng)或菱形料網(wǎng)，篩網(wǎng)芯的網(wǎng)孔水力直徑范圍為3mm-30mm。本發(fā)明所述的換熱管為圓管、扁管、鋁帶管或橢圓管。本發(fā)明的技術(shù)特征還在于：在水泵和布水總管入口之間的供水管上配有泵前閥、壓力表、流量計(jì)、溫度計(jì)和泵后閥。在所述的循環(huán)水箱底部安裝有液位計(jì)和循環(huán)水箱排污管，在循環(huán)水箱排污管上設(shè)有循環(huán)水箱排污閥。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性的而技術(shù)效果：(1)與傳統(tǒng)蒸發(fā)冷卻技術(shù)相比，本發(fā)明將蒸發(fā)冷卻進(jìn)行了解耦，通過獨(dú)立的蒸發(fā)過程，實(shí)現(xiàn)了水膜的深度過冷，有效地改善了冷卻熱媒的能力，提高了裝置的換熱性能；(2)為強(qiáng)化換熱，傳統(tǒng)的列管式換熱器選擇阻力較大的錯(cuò)排布置換熱管方式，本發(fā)明可優(yōu)選順排布置換熱管方案且在同負(fù)荷下采用低流速氣流，降低了空氣的流動(dòng)阻力及風(fēng)機(jī)功耗；(3)與傳統(tǒng)的豎向的降膜流動(dòng)相比，本發(fā)明采用氣流水平流動(dòng)且流速較低、水膜豎直重力流動(dòng)的技術(shù)方案，有效地降低了循環(huán)水的流動(dòng)阻力，降低了泵功耗。附圖說明圖1為本發(fā)明提供的一種蒸發(fā)-冷卻解耦型換熱裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為帶溢流管的布水支管剖面圖。圖3為一種帶四個(gè)溢流小孔的溢流管的剖面圖。圖4為相鄰換熱管與矩形料網(wǎng)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。圖5為相鄰換熱管與菱形料網(wǎng)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。圖6為采用長條篩網(wǎng)芯的料網(wǎng)。圖7為順排布置的帶彎管的兩排換熱管。圖中：1-布水總管；2-布水支管；3-溢流管；4-換熱管；5-料網(wǎng)；6-集水箱；7-集水槽；8-液封溢流管；9-疏水管；10-疏水閥；11-集水箱排污管；12-集水箱排污閥；13-液位計(jì)；14-循環(huán)水箱；15-循環(huán)水箱排污管；16-循環(huán)水箱排污閥；17-供水管；18-泵前閥；19-水泵；20-壓力表；21-流量計(jì)；22-溫度計(jì)；23-泵后閥；24-折流板；25-引風(fēng)機(jī)；26-料網(wǎng)骨架；27-篩網(wǎng)芯；28-側(cè)壁小孔；29-擴(kuò)展管段；30-直管段；31-溢流小孔；32-換熱總管，34-連通孔。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)、原理與工作過程及效果做進(jìn)一步說明。圖1為本發(fā)明提供的一種蒸發(fā)-冷卻解耦型換熱裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖，該裝置包括布水總管1、多根布水支管2、多根換熱管4、料網(wǎng)5、集水箱6、集水槽7、循環(huán)水箱14、水泵19和引風(fēng)機(jī)25等部件；所述的布水總管1和多根布水支管2水平布置，每根布水支管的一端嵌入到布水總管1內(nèi)，每根布水支管的底部開有一排側(cè)壁小孔28，在每個(gè)側(cè)壁小孔28上嵌有溢流管3，在溢流管3的下部水平布置至少兩排換熱管4，且在豎直方向上相鄰換熱管4之間通過料網(wǎng)5連接，形成多排多列的換熱管組，最下排換熱管底部的料網(wǎng)5與集水箱6相連通；在集水箱下部設(shè)有集水槽7，該集水槽通過疏水管9與循環(huán)水箱14連接，在所述的疏水管9上配有疏水閥10，所述循環(huán)水箱通過供水管17和水泵19與布水總管1的入口連接。所述的引風(fēng)機(jī)25設(shè)置在換熱管組的一側(cè)，為了實(shí)現(xiàn)氣流在進(jìn)入風(fēng)機(jī)前將可能夾帶的水滴分離出來，在所述引風(fēng)機(jī)8與換熱管組之間設(shè)置折流板24。所述換熱裝置還包括液封溢流管8，液封溢流管的一端與集水槽7的側(cè)壁相連，液封溢流管8的另一端與循環(huán)水箱14相連，當(dāng)循環(huán)水量較大，疏水管9無法承擔(dān)排水量時(shí)，設(shè)置的液封溢流管8能夠防止循環(huán)水從集水槽中溢出。在水泵19和布水總管1入口之間的供水管17上配有泵前閥18、壓力表20、流量計(jì)21、溫度計(jì)22和泵后閥23；并在所述的循環(huán)水箱14底部安裝有液位計(jì)13和循環(huán)水箱排污管15，在循環(huán)水箱排污管15上設(shè)有循環(huán)水箱排污閥16。所述相鄰換熱管4在豎直方向的間距為3cm-50cm。在所述的集水箱6的底部配有集水箱排污管11和集水箱排污閥12，一方面用于降循環(huán)水中沉淀雜質(zhì)排除，另一方面起到停運(yùn)排水的功能。所述的溢流管3由擴(kuò)展管段29和直管段30組成，直管段的直徑為2mm-25mm；擴(kuò)展段29的擴(kuò)展角為10-70°,在所述的直管段上布置連通孔34，連通孔34實(shí)現(xiàn)了溢流管和布水支管之間連同，當(dāng)循環(huán)水流量較小時(shí)，連通孔34具有流量分配的作用。所述的料網(wǎng)5由料網(wǎng)骨架26和由料網(wǎng)絲編織而成的篩網(wǎng)芯27組成，篩網(wǎng)芯為豎條料網(wǎng)、矩形料網(wǎng)或菱形料網(wǎng)，篩網(wǎng)芯的網(wǎng)孔水力直徑范圍為3mm-30mm。所述的換熱管為圓管、扁管、鋁帶管或橢圓管。本發(fā)明裝置包括兩個(gè)工藝步驟：步驟1：在水泵19驅(qū)動(dòng)下，循環(huán)水由循環(huán)水箱14流入供水管17，在供水管內(nèi)循環(huán)水依次流經(jīng)泵前閥18、水泵19、壓力表20、流量計(jì)21、溫度計(jì)22和泵后閥23后，循環(huán)水進(jìn)入布水總管1內(nèi)，再分配到水平布置的每個(gè)布水支管2中，布水支管的循環(huán)水由其底部的側(cè)壁小孔28流入溢流管3，在重力作用下循環(huán)水在溢流管3的連通孔34及擴(kuò)展管段29入口進(jìn)入直管段30，然后從直管段30流淌到具有一定間距的換熱管4的最上部管上，循環(huán)水在換熱管外表面上形成穩(wěn)定水膜，水膜冷卻管內(nèi)熱媒后水膜升溫，由于換熱管4底部連著料網(wǎng)5，水膜從換熱管4的底部直接流淌到豎直布置的料網(wǎng)5上，料網(wǎng)5由起支撐作用的料網(wǎng)骨架26及由料網(wǎng)絲編織的篩網(wǎng)芯27組成，由于篩網(wǎng)芯27采用的料網(wǎng)絲較細(xì)，在篩網(wǎng)芯的料網(wǎng)絲表面覆蓋著水膜，同時(shí)水膜在篩網(wǎng)芯27上向下流淌的同時(shí)與橫向掠過料網(wǎng)網(wǎng)孔的氣流接觸并發(fā)生水膜蒸發(fā)，在蒸發(fā)冷卻作用下，水膜在向下流淌的過程中不斷被冷卻至濕球溫度，水膜繼續(xù)流淌到下一排的換熱管4上并對(duì)下一排換熱管4內(nèi)的熱媒進(jìn)行冷卻，最后水膜從底部的料網(wǎng)5流入集水箱6內(nèi)，在集水箱中循環(huán)水通過溢流的形式流入集水槽7內(nèi)，在集水箱6內(nèi)積存的污垢通過集水箱排污管11排出，在集水槽7內(nèi)的循環(huán)水在重力作用下通過疏水管9回流至循環(huán)水箱14中；當(dāng)集水槽7內(nèi)的液位較高時(shí)，多余的循環(huán)水通過液封溢流管8回流至循環(huán)水箱14中，循環(huán)水箱14為水泵19提供循環(huán)水，在循環(huán)水箱14內(nèi)沉淀的污垢通過循環(huán)水箱底部的循環(huán)水箱排污管15排出，液位計(jì)13用于檢測(cè)循環(huán)水箱14的液位，當(dāng)液位較低時(shí)通過補(bǔ)水管路補(bǔ)水。步驟二：環(huán)境中的空氣在引風(fēng)機(jī)25的作用下，橫穿過多層的料網(wǎng)5，由于篩網(wǎng)芯27上有水膜向下流淌，當(dāng)氣流掠過料網(wǎng)5上的篩網(wǎng)芯27小孔時(shí)強(qiáng)化了附著在料網(wǎng)絲上的水膜蒸發(fā)，水膜蒸發(fā)有效地降低了水膜溫度，在引風(fēng)機(jī)25的抽力下蒸發(fā)的水蒸氣隨著空氣排至大氣中。實(shí)施例：為了闡述本發(fā)明的突出優(yōu)勢(shì)，列舉一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行對(duì)比分析。計(jì)算條件是：煉油廠的常壓塔頂汽油冷卻時(shí)，汽油走管側(cè)，多排換熱管的管徑35mm，氣流平均計(jì)算溫度為60℃，熱負(fù)荷為5000kw，管側(cè)換熱系數(shù)為1200w/m2-k；室外氣溫為干球溫度35℃、濕球溫度為26℃,迎面風(fēng)速為2.5m/s。選擇四排換熱管，傳統(tǒng)干式空冷換熱裝置的干膜表面換熱系數(shù)約為164w/m2-k，污垢熱阻為0.001m2-k/w，管徑20mm；傳統(tǒng)濕式空冷換熱裝置的傳熱系數(shù)約為493w/m2-k；本發(fā)明用料網(wǎng)為邊長為6m矩形網(wǎng)，迎面風(fēng)速為2.0m/s，篩網(wǎng)芯的網(wǎng)絲直徑為1.5mm。則采用傳統(tǒng)的干式空冷換熱裝置、傳統(tǒng)的濕式空冷換熱裝置和本發(fā)明的換熱裝置所用換熱管總面積分別為7836m2、3367m2、2100m2。詳細(xì)計(jì)算結(jié)果如表1所述。表1三種技術(shù)方案的換熱器換熱性能技術(shù)方案對(duì)比熱流密度流速所需換熱面積面積百分比干空氣冷卻3152w/m22.5m/s1586m2100％降膜蒸發(fā)冷卻5393w/m22.5m/s927m258.4％本發(fā)明11729w/m22.0m/s466m229.5％計(jì)算結(jié)果表明：在同樣熱負(fù)荷條件下，本發(fā)明換熱管的熱流密度是干空氣冷卻的3倍多、是傳統(tǒng)降膜蒸發(fā)冷卻的2倍多。因此在處理同樣熱負(fù)荷的熱媒時(shí)，所需換熱面積是干式空氣冷卻的3倍多、是傳統(tǒng)降膜蒸發(fā)冷卻的2倍多。這凸顯了本發(fā)明的顯著換熱性能，可有效地降低熱媒用承壓換熱管材料消耗量，并且由于運(yùn)行風(fēng)速低，阻力減小，減小了風(fēng)機(jī)功耗，此外，避免了泛液現(xiàn)象發(fā)生。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用在各種氣候條件下的輕油改質(zhì)、分餾、工業(yè)和民用廢氣余熱、壓縮機(jī)冷卻中；通過向循環(huán)水箱投藥方案，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣聯(lián)合除塵和凈化。當(dāng)前第1頁12