直连式大温差换热装置的制作方法

本发明涉及热工技术，特别是涉及一种直连式大温差换热装置。

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。如何能做到利用现有管道，或可以铺设较少或较细的管道，只花费较少的投资，同样可以达到需要的供热量呢？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直连式大温差换热装置。

一种直连式大温差换热装置，它的结构包括：高温蒸发器、低温蒸发器、冷凝器、喷射器、几个阀门、水泵和一些连接管路。

它的工作流程为

(1)供热管网来的高温热水，进入多级高温蒸发器逐级闪蒸，闪蒸后的剩余热水向热用户供热；

(2)热用户供热回水进入多级低温蒸发器逐级闪蒸，闪蒸后的剩余热水返回热网；

(3)高温蒸发器各级闪蒸蒸汽为喷射器驱动蒸汽，引射低温蒸发器各级低压蒸汽，形成 中等压力的蒸汽进入冷凝器各级冷凝室；

(4)热用户供热回水分别进入冷凝器的各级内进行喷淋，被进入各级冷凝室内的蒸汽加热后，对热用户进行供热；

(5)冷凝器的最后一级的侧壁上设有一个真空抽气泵，用于抽出空气等不凝气体，维持整个装置的真空度；

(6)直连式大温差换热装置的结构还包括一个回水器，它连接在高温蒸发器、低温蒸发器与供热管网之间，它有两个交替工作的回水箱，利用热网来水的压力，助推热网回水返回热网管路。

所述高温蒸发器，它的外形是一个立式的压力容器，它的结构包括：进水口、上封头、第一级蒸汽出口、第一级筛板、第一级蒸发室、筒体、第二级筛板、第二级蒸发室、第二级蒸汽出口、第三级筛板、第三级蒸发室、第三级蒸汽出口、下封头和出水口。

从供热管网来的高温热水，经过回水器后，通过高温蒸发器上封头顶部的进水口进入高温蒸发器第一级蒸发室，通过第一级筛板的众多孔道向下喷淋后立刻闪蒸，产生的蒸汽通过第一级蒸汽出口流出，进入第一级喷射器；蒸发剩余热水，通过第二级筛板向下喷淋流淌，进入第二级蒸发室；在第二级蒸发室和第三级蒸发室内，依次进行着同样的过程；最终，经过多级蒸发的剩余热水从高温蒸发器底部出口流出，对热用户进行供热。

所述低温蒸发器，它的外形是一个立式的压力容器，它的结构包括：进水口、上封头、第一级蒸汽出口、第一级筛板、第一级蒸发室、筒体、第二级筛板、第二级蒸发室、第二级蒸汽出口、第三级筛板、第三级蒸发室、第三级蒸汽出口、下封头和出水口。

热用户供热回水从低温蒸发器上封头顶部的进水口进入低温蒸发器第一级蒸发室，通过第一级筛板的众多孔道向下喷淋后立刻闪蒸，产生的蒸汽通过第一级蒸汽出口流出，进入第一级喷射器；蒸发剩余热水，通过第二级筛板向下喷淋流淌，进入第二级蒸发室；在第二级蒸发室和第三级蒸发室内，依次进行着同样的过程；最终，热用户供热回水经过多级蒸发的剩余热水从低温蒸发器底部出口流出，流经回水器后，返回热网。

所述冷凝器，它的外形是一个立式的压力容器，它的结构包括：上封头、第一级蒸汽进口、第一级筛板、第一级进水口、第一级冷凝室、筒体、第一级底板、第一级疏水管、第二级筛板、第二级进水口、第二级冷凝室、第二级蒸汽进口、第二级底板、第二级输水管、第三级筛板、第三级进水口、第三级冷凝室、第三级蒸汽进口、下封头、出水口和真空抽气泵。

冷凝器有多级冷凝室，各级冷凝室之间是并联关系；热用户供热回水分成几路分别进入不同的冷凝室：第一路进入冷凝器的第一级冷凝室，从第一级筛板向下喷淋，进入第一级冷凝室的蒸汽，对喷淋水进行加热，升温后的热水落在第一级底板上，从第一级疏水管流到下 封头；第二路进入冷凝器的第二级冷凝室，从第二级筛板向下喷淋，进入第二级冷凝室的蒸汽对喷淋水进行加热，热水落在第二级底板上，从第二级疏水管流到下封头；第三路进入第三级冷凝室，从第三级筛板向下喷淋，进入第三级冷凝室的蒸汽对喷淋水进行加热，热水落在下封头上；积聚在下封头上的热水通过冷凝器的底部的出水口流出，对热用户进行供热；第三级冷凝室的侧壁上，设有一个真空抽气泵。

所述喷射器，它的结构包括：进汽口、喷嘴、吸入室、吸入口、扩压管和扩压管出口。

高温蒸发器产生的高温高压蒸汽，作为喷射器的驱动蒸汽，经过进汽口，通过喷嘴，高速喷射进入吸入室，由于驱动蒸汽高速喷射的作用，吸入室内部呈现低压空间，低温蒸发器产生的低温蒸汽，从吸入口进入吸入室，高温驱动蒸汽裹挟低温吸入蒸汽共同高速流动，再经扩压管减速升压后，从扩压管出口排出。

所述回水器，它的结构包括两个回水箱、给水泵、管路和一些阀门。

其中第一回水箱的结构包括：热网来水口、第一电动阀、第二电动阀、箱体、热水空间、水活塞、低温热水空间、第一单向阀、第二单向阀、热网回水口。

第二回水箱的结构包括：热水出口、第三电动阀、第四电动阀、箱体、热水空间、水活塞、低温热水空间、第三单向阀、第四单向阀、回水泵、热水进口。

回水器的工作流程为：

(1)供热管网高温热水，从热网来水口流入，通过第一电动阀进入第一回水箱的热水空间，高温热水推动水活塞向下移动，水活塞向下推动低温热水空间内的低温热水，通过第一单向阀，经过热网回水口，返回热网的回水管道；

(2)低温蒸发器内闪蒸剩余热水，即低温热水，通过回水泵和第四单向阀，从底部进入第二回水箱的低温热水空间，它向上推动水活塞，水活塞向上推动热水空间的高温热水，通过第四电动阀，送往高温蒸发器；

(3)低温蒸发器闪蒸剩余热水，即低温热水，经回水泵和第二单向阀，从底部进入第一回水箱的低温热水空间，它向上推动水活塞，水活塞向上推动热水空间的高温热水，高温热水通过第二电动阀送往高温蒸发器；

(4)供热管网高温热水，经过第三电动阀进入第二回水箱的热水空间，推动水活塞向下移动，水活塞向下推动低温热水空间的低温热水，通过第三单向阀返回热网回水管道。

附图说明

图1是本发明直连式大温差换热装置实施例的总体图；

图2是本发明直连式大温差换热装置实施例的高温蒸发器结构图；

图3是本发明直连式大温差换热装置实施例的低温蒸发器结构图；

图4是本发明直连式大温差换热装置实施例的冷凝器结构图；

图5是本发明直连式大温差换热装置实施例的喷射器结构图；

图6是本发明直连式大温差换热装置实施例的回水器结构图。

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给出了本发明直连式大温差换热装置实施例的总体图。

本发明直连式大温差换热装置实施例的总体结构，它的构造包括：回水器100、高温蒸发器200、低温蒸发器300、冷凝器400、喷射器500、几个阀门、水泵和一些连接管路。在外形上，从左到右分为四大块：1，回水器100；2，立式的多级高温蒸发器200；3，立式的多级低温蒸发器300；4，立式的多级冷凝器400。在高温蒸发器200、低温蒸发器300和冷凝器400的每级之间有水平的蒸汽喷射器500。

它的工作流程为

1，从供热管网来的有一定压力的高温热水，从热网来水口101流入，通过回水器100，经过热水出口102，进入高温蒸发器200；

2，高温蒸发器200是一个多级蒸发器，热水在高温蒸发器200中，由上到下逐级闪蒸，其中，第一级闪蒸蒸汽从蒸汽出口205流出；

3，逐级闪蒸后的剩余热水，从高温蒸发器200的底部流出，经过给水泵230，从供热出水口602流出，向热用户供热；

4，热用户供热回水，是温度较低的热水，从供热回水口601进入，经阀门320，进入低温蒸发器300；

5，低温蒸发器300是一个多级蒸发器，供热回水在低温蒸发器300中，由上到下逐级闪蒸，其中，第一级闪蒸蒸汽从蒸汽出口305流出；

6，供热回水逐级闪蒸后的剩余热水，是低温热水，从低温蒸发器300的底部流出，从热水进口103流经回水器100，再从热网回水口104，返回热网；

7，喷射器500利用高温蒸发器200的第一级闪蒸蒸汽为驱动蒸汽，引射低温蒸发器300第一级蒸汽出口305的低压水蒸汽，二者混合形成中等压力的蒸汽，从喷射器500的出口喷 出，进入冷凝器400的第一级蒸汽入口405；

8，高温蒸发器200是一个多级蒸发器，第二、第三级闪蒸蒸汽，分别从第二、第三级蒸汽出口流出，分别进入第二、第三级喷射器作为驱动蒸汽，引射低温蒸发器300第二、第三级的低压水蒸汽，混合形成中等压力蒸汽，从喷射器出口喷出，分别进入冷凝器400第二、第三级蒸汽入口；

9，冷凝器400是一个多级冷凝器，热用户供热回水从供热回水口601进入，经阀门450和几个支路阀门，分别进入冷凝器的各级内进行喷淋。从各级蒸汽入口进入冷凝器400各级内的中等压力蒸汽，对喷淋的供热回水进行接触加热，加热升温后的供热热水从冷凝器的底部流出，经给水泵460，到达供热出水口602，对热用户进行供热。冷凝器的最后一级的侧壁上，设有一个真空抽气泵，抽出空气等不凝气体，维持整个设备的真空度。

图2给出了本发明直连式大温差换热装置实施例的高温蒸发器结构图。

本发明直连式大温差换热装置实施例的高温蒸发器，它的外形是一个立式的压力容器，它的结构包括：进水口201、上封头202、第一级蒸汽出口205、第一级筛板210、第一级蒸发室206、筒体203、第二级筛板220、第二级蒸发室216、第二级蒸汽出口215、第三级筛板230、第三级蒸发室226、第三级蒸汽出口225、下封头235和出水口240。

从供热管网来的有一定压力的高温热水，经过回水器后，通过高温蒸发器上封头202顶部的进水口201进入高温蒸发器，再通过第一级筛板210的众多孔道向下喷淋，向下进入高温蒸发器内的第一级蒸发室206。

由于第一级蒸发室206的第一级蒸汽出口205，通过喷射器连接处于真空状态的冷凝器，第一级蒸发室206内的压力低于喷淋的热水温度对应的饱和压力，所以，热水进入第一级蒸发室206喷淋后立刻闪蒸，部分热水蒸发为蒸汽。第一级蒸发室206蒸发产生的蒸汽，通过第一级蒸汽出口205流出，进入第一级喷射器。蒸发剩余热水，通过第二级筛板220向下喷淋流淌，进入第二级蒸发室。

在第二级蒸发室216和第三级蒸发室226内，依次进行着同样的过程。

最终，从供热管网来高温热水，虽然是经过多级蒸发的剩余热水，它仍有较高的温度，从下部的出水口240向下流出，直接对热用户进行供热。

筛板是多孔板，它的作用是：

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

2，从筛板喷淋流下的水流表面，应有足够的面积，以保证水蒸发的换热需要；

3，筛板上的水流通孔的直径，通常为6～8毫米，不能小6毫米，以防止堵塞。

图3给出了本发明直连式大温差换热装置实施例的低温蒸发器结构图。

本发明直连式大温差换热装置实施例的低温蒸发器，它的外形是一个立式的压力容器，它的结构包括：进水口301、上封头302、第一级蒸汽出口305、第一级筛板310、第一级蒸发室306、筒体303、第二级筛板320、第二级蒸发室316、第二级蒸汽出口315、第三级筛板330、第三级蒸发室326、第三级蒸汽出口325、下封头335和出水口340。

热用户供热回水，是温度较低的热水，从供热回水口进入后，经过阀门，从低温蒸发器上封头302顶部的进水口301，进入低温蒸发器。

低温蒸发器是一个多级蒸发器，供热回水在低温蒸发器中，由上到下逐级闪蒸。

首先，从第一级筛板310的众多孔道向下喷淋，进入第一级蒸发室306。

由于第一级蒸发室306的第一级蒸汽出口305，连接喷射器吸入室，吸入室处于真空状态，影响到第一级蒸发室306内的压力低于喷淋的热水温度对应的饱和压力，所以，热水喷淋进入第一级蒸发室306后立刻闪蒸，部分热水蒸发为蒸汽。第一级蒸发室306蒸发产生的蒸汽，通过第一级蒸汽出口305流出，进入第一级喷射器。

第一级蒸发室306蒸发剩余热水，通过第二级筛板320的众多孔道向下喷淋流淌，进入第二级蒸发室316。

在第二级蒸发室316和第三级蒸发室326内，依次进行着同样的过程。

最终，热用户供热回水的剩余热水，由于经过多级蒸发，它的温度较低，到达下封头335后，再从下部的出水口340流出，流经回水器后，返回热网。

筛板是多孔板，它的作用是：

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

2，从筛板喷淋流下的水流表面，应有足够的面积，以保证水蒸发的换热需要；

3，筛板上的水流通孔的直径，通常为6～8毫米，不能小6毫米，以防止堵塞。

图4给出了本发明直连式大温差换热装置实施例的冷凝器结构图。

本发明直连式大温差换热装置实施例的冷凝器，它的外形是一个立式的压力容器，它的结构包括：上封头401、第一级蒸汽进口405、第一级筛板406、第一级进水口410、第一级冷凝室413、筒体407、第一级底板412、第一级疏水管422、第二级筛板416、第二级进水口420、第二级冷凝室423、第二级蒸汽进口415、第二级底板422、第二级输水管432、第 三级筛板426、第三级进水口430、第三级冷凝室433、第三级蒸汽进口425、下封头435、出水口440和真空抽气泵450。

冷凝器是一个多级冷凝器，但各级冷凝室之间是并联关系。

热用户供热回水从供热回水口进入后分成几路流淌，分别进入不同的冷凝室进行加热过程。

其中一路经过第一级进水口410，进入冷凝器的第一级冷凝室413内，从第一级筛板406的众多孔道向下喷淋流淌。从第一级蒸汽进口405进入冷凝器第一级冷凝室413的喷射器来的中等压力蒸汽，对喷淋的供热回水进行接触加热，加热升温后的供热热水落在第一级底板412上，然后从第一级疏水管422流到下封头435。

热用户供热回水的另一路，经过第二级进水口420，进入冷凝器的第二级冷凝室423内，从第二级筛板416的众多孔道向下喷淋流淌。从第二级蒸汽进口415进入冷凝器第二级冷凝室423的喷射器来的中等压力蒸汽，对喷淋的供热回水进行接触加热，加热升温后的供热热水落在第二级底板422上，然后从第二级疏水管432流到下封头435。

热用户供热回水的第三路，经过第三级进水口430，进入冷凝器的第三级冷凝室433内，从第三级筛板426的众多孔道向下喷淋流淌。从第三级蒸汽进口425进入冷凝器第三级冷凝室433的喷射器来的中等压力蒸汽，对喷淋的供热回水进行接触加热，加热升温后的供热热水落在下封头435上。

积聚在下封头435上的热水，最后通过冷凝器的底部的出水口440流出。

冷凝器的第三级冷凝室的侧壁上，设有一个真空抽气泵450，抽出空气等不凝气体，维持整个设备的真空度。

采用并联冷凝室的冷凝器的目的是为了使各冷凝室内都有最低的压力，从而作用于喷射器的吸入室，能更有力地引射低温蒸发器，使供热回水蒸发有最大的温降，从而使现有供热管网能给出最大的供热量。

图5给出了本发明直连式大温差换热装置实施例的喷射器结构图。

本发明直连式大温差换热装置实施例的蒸汽喷射器的结构包括：进汽口501、喷嘴505、吸入室510、吸入口520、扩压管515和扩压管出口516。

高温蒸发器产生的高温高压蒸汽，作为喷射器的驱动蒸汽，经过进汽口501，通过喷嘴505，高速喷射进入吸入室510。由于驱动蒸汽高速喷射的作用，根据佰努力流体方程，使吸入室510内部呈现低压空间。在蒸汽压差作用下，低温蒸发器产生的低温蒸汽，从吸入口 520进入吸入室510。吸入室510内，高速驱动蒸汽吸纳裹挟被抽低温蒸汽，在共同高速流动中，两种蒸汽混合、均速、均压，再经扩压管515的渐缩管、喉管和渐扩管，减速增压，形成均匀混合的中等压力蒸汽后，经过扩压管出口516排出。

图6给出了本发明直连式大温差换热装置实施例的回水器结构图。

本发明直连式大温差换热装置实施例的回水器，它是直连式大温差换热装置实施例与供热管网之间，进行热水循环的自助动力装置。它利用热网来水的压力做功，助推压力不足的热网回水返回热网管路。

本发明直连式大温差换热装置实施例的回水器，它的结构包括两个回水箱、给水泵、管路和一些阀门。

第一回水箱130的结构包括：热网来水口101、第一电动阀131、第二电动阀132、箱体138、热水空间133、水活塞134、低温热水空间135、第一单向阀136、第二单向阀137、热网回水口104；

第二回水箱160的结构包括：热水出口102、第三电动阀161、第四电动阀162、箱体168、热水空间163、水活塞164、低温热水空间165、第三单向阀166、第四单向阀167、回水泵110、热水进口103。

回水器有两个交替进行的工作过程：

第一工作过程为第一回水箱水活塞下降，同时，第二回水箱水活塞上升，具体为

1，从供热管网来的有一定压力的高温热水，从热网来水口101流入，通过箱体138上封头上第一电动阀131进入第一回水箱130。第一回水箱箱体138是一个立式的压力容器，其内部上方为热水空间133；中间有水活塞134，它可以随着水流而上下移动；水活塞134以下为低温热水空间135。

2，进入第一回水箱热水空间133的高温热水有较高的压力，它向下推动水活塞134向下移动，水活塞134向下推动低温热水空间135内已有的低温热水，通过第一单向阀136，经过热网回水口104，返回热网的回水管道。

3，在低温蒸发器内逐级闪蒸后的剩余热水，即低温热水，从热水进口103流进回水器，再经回水泵110加压，通过第四单向阀167，从底部进入第二回水箱160的低温热水空间165，它向上推动水活塞164，水活塞164向上推动热水空间163已有的高温热水，通过第第四电动阀162，再通过热水出口102流出，流往高温蒸发器。

第二工作过程为第一回水箱水活塞上升，同时，第二回水箱水活塞下降，具体为

1，低温蒸发器内逐级闪蒸后的剩余热水，即低温热水，从热水进口103流进回水器，再经回水泵110加压，通过第二单向阀137，从底部进入第一回水箱130的低温热水空间135，它向上推动水活塞134，水活塞134向上推动热水空间133已有的高温热水，通过第二电动阀132，再通过热水出口102流出，送往高温蒸发器。

2，从供热管网来的有一定压力的高温热水，从热网来水口101流入，通过箱体168上封头上第三电动阀161进入第二回水箱160的热水空间163。第二回水箱内部上方为热水空间163；中间有水活塞164；水活塞164以下为低温热水空间165。

3，进入第二回水箱热水空间163的高温热水有较高的压力，它向下推动水活塞164向下移动，水活塞164向下推动低温热水空间165内已有的低温热水，通过第三单向阀166，经过热网回水口104返回热网回水管道。

第二工作过程结束后重返第一工作过程，两个工作过程交替进行，共同完成供热管网和直连式大温差换热装置之间的热水循环过程。