CN221764903U - 一种相变冷凝器传热测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种相变冷凝器传热测试系统，属于相变冷凝器技术领域，包括喷淋装置，喷淋装置的输入端连通有一级加热器，该喷淋装置的输出端连通有二级加热器，二级加热器的输出端与试验样机的输入端相连，试验样机远离二级加热器一端为试验样机的输出端，测试时，先对各参数进行计算，确定后采用先加热后喷淋增湿，得到指定含湿量的气体，再通过二次加热达到指定温度的含湿气体，在二次加热过程中，气体的含湿量不受温度和压力变化，通过湿度和温度的两步调控，实现了指定温度和湿度的气体，不但调控便捷，节省时间，而且也节省了试验能源消耗。

Description

一种相变冷凝器传热测试系统

技术领域

本实用新型属于相变冷凝器技术领域，尤其是涉及一种相变冷凝器传热测试系统。

背景技术

冷凝器是一种重要的工业设备，在电厂、化工厂、天然气锅炉等能源利用系统及节能系统中有广泛大量应用，具有广大的市场需求，由于冷凝器使用工况存在相变，尤其含湿烟气、含湿空气在传热过程中存在部分冷凝相变的工况。为了准确选型计算合适的冷凝器，需要测量现场气体的温度、湿度，在实验室模拟出与现场湿度、温度相同的工况条件，然后制造样机，进行传热实验，以计算出准确的传热性能，然后根据样机结果推算出实际的冷凝器。

目前，现有技术中并没有气-水相变冷凝传热测试系统方案。对于气-水相变冷凝测试系统，普遍做法是利用锅炉产出蒸汽，然后利用管道输送到实验的气体管道系统中，通过调整蒸汽流量控制气体湿度，然后混合后的气体再进行相变冷凝实验。

冷凝器传热测试时需要测量介质的压力、温度、湿度、流量，由于测试样机较小，为准确测试样机传热性能，从而可以推广到大型设备上，所有测试仪表均要求采用高精度的仪表。

但采用锅炉产蒸汽增湿烟气或空气的方法，仍存在以下问题：

（1）在进行系统温度和湿度控制时，由于蒸汽温度与烟气（或空气）温度不一致，在调整系统湿度时，由于蒸汽流量变动，易造成混合气体温度变动，不仅影响实验精度，而且长时间调整造成能源的浪费；

（2）蒸汽流量通过阀门控制，在蒸汽流动过程中，会产生振动，从而影响阀门开度，造成蒸汽流量变化，湿烟气（或湿空气）的含湿量产生偏差，而细微的含湿量变动，对于传热冷凝试验会产生巨大的实验偏差；

（3）采用锅炉加热水产生蒸汽，由于无法精确控制产量，因此产汽量要高于实际加湿需求量，导致系统能源浪费；

（4）气体测试管道采用矩形管道，通过测量管道流速折算气体流量，由于管道精度偏差和流速测量偏差叠加，导致实际流量偏差更大，从而影响实验精度。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是提供一种调控便捷、测试速度快、能源消耗少、流体流动和传热均匀、测量精度高的相变冷凝器传热测试系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种相变冷凝器传热测试系统，包括喷淋装置，所述喷淋装置的输入端连通有一级加热器，该喷淋装置的输出端连通有二级加热器，所述二级加热器的输出端与试验样机的输入端相连，所述试验样机远离二级加热器一端为试验样机的输出端，该试验样机输入端的管道包括依次相连的气体入口圆形管道段和气体入口分布段，该试验样机输出端的管道包括气体出口分布段。

进一步地，所述喷淋装置与二级加热器之间安装有除雾装置。

进一步地，所述气体入口分布段与试验样机的气体入口相连通，所述气体出口分布段与试验样机的气体出口相连通，所述气体入口分布段与试验样机的气体入口截面尺寸一致，所述气体出口分布段与试验样机的气体出口截面尺寸一致。

进一步地，所述试验样机的水侧入口与水侧入口圆形管道相连通，该试验样机的水侧出口与水侧出口圆形管道相连通。

进一步地，所述水侧入口圆形管道上沿入水方向依次安装有冷却水泵、液体流量计和水入口温度计；所述水侧出口圆形管道上安装有水出口温度计；所述气体入口圆形管道段上安装有气体流量计。

进一步地，所述液体流量计采用水涡轮流量计；所述气体流量计采用气体涡轮流量计。

进一步地，所述气体入口分布段上沿气体流动方向安装有入口湿度计、入口压力表和入口温度计；所述气体出口分布段上沿气体流动方向安装有出口湿度计、出口压力表和出口温度计。

进一步地，所述一级加热器的输入端安装有风机，所述风机入口接入环境或其它烟气系统。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

（1）本实用新型相对于现有系统，特别是蒸汽调试系统更加方便调控，可以实现对温度和湿度的分别调控，即本实用新型采用先加热后喷淋增湿，得到指定含湿量的气体，再通过二次加热达到指定温度的含湿气体，在二次加热过程中，气体的含湿量不受温度和压力变化。通过湿度和温度的两步调控，实现了指定温度和湿度的气体，不但调控便捷，节省时间，而且也节省了试验能源消耗。

（2）本实用新型在试验样机气体输送的输入侧和输出侧分别设置有气体入口分布段和气体出口分布段，用于气体均匀分布，并均匀进入试验样机，保证流体流动和传热均匀，保证数据准确。

（3）本实用新型在试验样机的气体和水输送的管道均设有足够长度的圆形管道，流量计优先采用涡轮流量计，直接测量介质流量，保证流量测量精度。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本实用新型，本实用新型的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本实用新型的解释说明，而不构成对本实用新型的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：

1、风机；2、一级电加热器；3、喷淋塔；4、喷淋增湿泵；5、除雾塔；6、二级电加热器；7、气体入口分布段；8、试验样机；9、气体出口分布段；10、冷却水泵；11、出口温度计；12、出口压力表；13、出口湿度计；14、入口温度计；15、入口压力表；16、入口湿度计；17、气体涡轮流量计；18、水涡轮流量计；19、水入口温度计；20、水出口温度计；21、气体入口圆形管道段；22、冷水箱；23、水侧入口圆形管道；24、水侧出口圆形管道；25、热水箱。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型一种相变冷凝器传热测试系统，包括喷淋装置，喷淋装置的输入端连通有一级加热器（本实施例采用一级电加热器2），该喷淋装置的输出端连通有二级加热器（本实施例采用二级电加热器6），二级电加热器6的输出端与试验样机8的输入端相连，试验样机8远离二级电加热器6一端为试验样机8的输出端，该试验样机8输入端的管道包括依次相连的气体入口圆形管道段21和气体入口分布段7，该试验样机8输出端的管道包括气体出口分布段9。

喷淋装置与二级电加热器6之间安装有除雾装置，本实施例中，喷淋装置为喷淋塔3，除雾装置为除雾塔5或除雾器。喷淋塔3的输出端与除雾塔5的输入端相连通，喷淋塔3的输入端连通有一级电加热器2，除雾塔5的输出端连通有二级电加热器6。

喷淋装置也可直接采用喷淋除雾塔。

本实施例中的喷淋塔3和除雾塔5均为现有装置，喷淋塔3设有喷淋增湿泵4和均布填料，除雾塔5设有除沫器，可拦截空气（或烟气）中的液滴。

气体入口分布段7与试验样机8的气体入口相连通，气体出口分布段9与试验样机8的气体出口相连通，气体入口分布段7与试验样机8的气体入口截面尺寸一致，气体出口分布段9与试验样机8的气体出口截面尺寸一致，实现气体的均布，并均匀进入试验样机8，保证流体流动和传热均匀，同时保证了测量的准确性。

试验样机8的水侧入口可以通过水侧入口圆形管道23与冷水箱22直接连通；该试验样机8的水侧出口可以通过水侧出口圆形管道24与热水箱25直接连通；也可以在水侧入口圆形管道23与冷水箱22之间、水侧出口通过水侧出口圆形管道24与热水箱25分别连通其他管道。

水侧入口圆形管道23上沿入水方向依次安装有冷却水泵10、水涡轮流量计18和水入口温度计19；水侧出口圆形管道24上安装有水出口温度计20；气体入口圆形管道段21上安装有气体涡轮流量计17。可见，本实用新型试验样机8的气侧和水侧均设有足够长度的圆形管道，流量计均采用涡轮流量计，这样可以直接测量介质流量，保证流量测量精度；而现有的矩形烟道都是在烟道里面测量气体流速，然后乘面积得出流量，因此，矩形烟道是通过测流速乘面积的方法实现测量的，测量结果不准确。

气体入口分布段7上沿气体流动方向依次安装有入口湿度计16、入口压力表15和入口温度计14；气体出口分布段9上沿气体流动方向依次安装有出口湿度计13、出口压力表12和出口温度计11。

可见，本实用新型的系统流量检测仪表均安装于流动均匀的圆形管道上，专用圆形管道流量测量段配合涡轮流量计测量气体流量和水的流量；测量数据精度高；压力、温度、湿度测点均安装在靠近试验样机8流体均匀分布的分布段上，保证流体流动和传热均匀，同时保证了测量的准确性。

一级电加热器2的输入端安装有风机1，风机1入口接入环境或其它烟气系统，该一级电加热器2输出位置设置有温度计。

本实用新型的一级电加热器2和二级电加热器6均采用可调控的电加热器，可控性能好，热效率高。

其中，试验样机8属于现有技术中的特定设备，可以更换，不属于本实用新型的保护范围，本实用新型相当于一个检测平台，可以用于检测不同型号的设备或者样机的性能，不局限试验样机8的结构。

本实用新型可以根据实际需求设置合理的仪表用于监控系统其它关注位置的数据，用于实验数据评判。

本实用新型一种相变冷凝器传热测试系统按照如下方法进行工作：

S1、参数计算，通过初始气体的温度和相对湿度计算出初始气体含湿量，通过制出气体（进入试验样机8的气体）实际需求的制出温度和制出相对湿度计算出制出含湿量，根据制出含湿量计算出露点温度，根据试验流量、露点温度和初始气体喷淋后的温差计算出一级电加热器2的出口温度，进而计算出一级电加热器2的功率；然后根据露点温度和制出温度及流量，计算出二级电加热器6的功率；

S2、得到相关参数后，将初始气体控制至试验流量后引入一级电加热器2，将一级电加热器2粗调至相应功率对初始气体进行一级加热至计算出的指定温度；

S3、一级加热后的气体通过喷淋加湿降温到露点温度，然后通过除雾完全去除气体中的水液滴；

S4、除雾后的气体进入二级电加热器6，将二级电加热器6调整至相应功率对除雾后的气体进行二级加热至达到制出温度后再进入试验样机8进行冷凝传热试验。

其中，在试验样机8中进行冷凝传热试验时，水侧调控启动水泵后，监测水涡轮流量计18，通过变频控制或者阀门控制将水侧流量控制到试验设定流量。

若对冷水箱22的水温有明确要求，可以通过其它热源或冷源对水温进行精确控制，以达到试验温度要求。

本实用新型使用时，具体包括以下步骤：

设定初始气体为环境空气，环境空气的温度为30℃，相对湿度为60%，制出温度为75℃，制出相对湿度为45%。

S1、参数计算，通过环境空气的温度30℃和相对湿度60%计算出环境空气的含湿量为16.12g/kg，通过制出气体（进入试验样机8的气体）实际需求的制出温度75℃和制出相对湿度45%计算出制出含湿量为129.6g/kg，根据制出含湿量129.6g/kg计算出露点温度为57.1℃，根据试验流量、露点温度和环境空气喷淋后的温差计算出一级电加热器2的出口温度为120℃，进而计算出一级电加热器2的功率为200kw；然后根据露点温度57.1℃和制出温度75℃及流量，计算出二级电加热器6的功率为120kw；

S2、得到相关参数后，利用风机从环境引入环境空气，监测流量，通过变频控制或者阀门控制将风量控制到试验流量，然后启动一级电加热器2，将一级电加热器2功率粗调至200kw，对环境空气进行一级加热至120℃；

S3、一级加热后的气体通过喷淋加湿降温到露点温度57.1℃，相对湿度100%，然后通过除雾完全去除气体中的水液滴，此时，气体的温度为57.1℃，相对湿度为100%；

S4、除雾后的气体进入二级电加热器6，将二级电加热器6功率粗调到120kW，然后通过精调调整二级电加热器6功率，二级电加热器6对除雾后的气体进行二级加热至达到制出温度75℃后再进入试验样机8进行冷凝传热试验，此时制出相对湿度为45%。

工作原理：

原始环境空气，在喷淋塔3里面会被喷淋成饱和态，由于喷淋增湿会降低温度，则需要一级电加热器2将环境空气先加热到一定温度，然后再喷淋降温到合适温度，即露点温度，然后再用二级电加热器6加热到要求的温度。

加热的同时还要对湿度进行测量，湿度测量一般用湿度计测量相对含湿量，或者用水分仪测量绝对体积含湿量，但是无法测量质量含湿量。而体积含湿量和相对含湿量均会随温度和压力变化，但质量含湿量是保持不变的。

因此，在本实施例中，制出温度75℃，45%的制出相对湿度下，制出含湿量（质量含湿量）是129.6g/kg，而环境空气的含湿量（质量含湿量）只有16.12g/kg，因此，整个过程需要增加的质量含湿量为113.48g/kg。

而空气含水是有饱和的，制出含湿量129.6g/kg对应的露点温度应为57.1℃，但是喷淋增湿时液相水变成气相蒸汽需要吸收热量，因此通过一级电加热器2加热补充这部分热量。

可见，本实用新型相对于蒸汽调试系统更加方便调控，通过对各参数的计算，可以对温度和湿度分别调控，不但调控便捷，节省时间，而且也同时节省了试验能源消耗。而蒸汽调试系统的温度和湿度不能分别调控，每次调控一个参数都要同时控制两个数值，操作性和准确性都较低。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种相变冷凝器传热测试系统，其特征在于：包括喷淋装置，所述喷淋装置的输入端连通有一级加热器，该喷淋装置的输出端连通有二级加热器，所述二级加热器的输出端与试验样机的输入端相连，所述试验样机远离二级加热器一端为试验样机的输出端，该试验样机输入端的管道包括依次相连的气体入口圆形管道段和气体入口分布段，该试验样机输出端的管道包括气体出口分布段。

2.根据权利要求1所述的相变冷凝器传热测试系统，其特征在于：所述喷淋装置与二级加热器之间安装有除雾装置。

3.根据权利要求1所述的相变冷凝器传热测试系统，其特征在于：所述气体入口分布段与试验样机的气体入口相连通，所述气体出口分布段与试验样机的气体出口相连通，所述气体入口分布段与试验样机的气体入口截面尺寸一致，所述气体出口分布段与试验样机的气体出口截面尺寸一致。

4.根据权利要求1所述的相变冷凝器传热测试系统，其特征在于：所述试验样机的水侧入口与水侧入口圆形管道相连通，该试验样机的水侧出口与水侧出口圆形管道相连通。

5.根据权利要求4所述的相变冷凝器传热测试系统，其特征在于：所述水侧入口圆形管道上沿入水方向依次安装有冷却水泵、液体流量计和水入口温度计；所述水侧出口圆形管道上安装有水出口温度计；所述气体入口圆形管道段上安装有气体流量计。

6.根据权利要求5所述的相变冷凝器传热测试系统，其特征在于：所述液体流量计采用水涡轮流量计；所述气体流量计采用气体涡轮流量计。

7.根据权利要求1所述的相变冷凝器传热测试系统，其特征在于：所述气体入口分布段上沿气体流动方向安装有入口湿度计、入口压力表和入口温度计；所述气体出口分布段上沿气体流动方向安装有出口湿度计、出口压力表和出口温度计。

8.根据权利要求1所述的相变冷凝器传热测试系统，其特征在于：所述一级加热器的输入端安装有风机，所述风机入口接入环境或烟气系统。