帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置的製作方法

2023-07-24 05:57:51 3

專利名稱：帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種採用平行流蒸發器回收鍋爐餘熱的裝置，屬鍋爐煙氣餘熱回收領域。
背景技術：
鍋爐尾部煙道中通常設有省煤器或空氣預熱器，吸收部分煙氣餘熱， 但排煙溫度通常在140°C 160°C或更高。由於煙氣中硫化物的存在，空氣預熱器尾部受熱面的煙氣出口溫度受到限制，排煙溫度過低會導致受熱面的壁面溫度低於煙氣酸露點而發生嚴重的結露腐蝕和堵灰甚至穿孔，這是繼續利用煙氣餘熱、降低排煙溫度必須面對的難題。專利ZL91213113. 6、ZL92102776. 1、ZL99226380. 8、ZL99240424. X、ZL01238824. 6 提供了幾種複合相變換熱器技術，該系列技術的核心是相變換熱器的蒸發器，採用翅片圓管換熱器作為蒸發器的換熱管。相變換熱器可以在維持較低壁面溫度的前提下回收利用餘熱、大幅度降低排煙溫度，並將排煙溫度控制在僅比最低壁面溫度高15°C左右，通常可以控制壁溫100°C時，排煙溫度115°C左右。但在實際應用中也必須處理好熱平衡的限制，才有可能達到既避免結露又降低排煙溫度的效果。實際操作中在不結露的前提下排煙溫度控制在130°C左右為宜。該系列技術較為成熟，已經過實踐的檢驗，但也有一定的缺點，即不能應用於豎直煙道，只能在水平煙道布置，對於豎直煙道、傾斜煙道與引風機或煙 之間距離太短、無布置空間的裝置，則該技術實施極為困難。而且翅片圓管以及翅片圓管蒸發器製作較為困難， 翅片管與集氣管和積液管的連接均要開孔，加工不易，翅片管保持直線度不容易，製作成本較高。汽車空調系統，採用多元平行流蒸發器以取代傳統的翅片圓管換熱器已得到廣泛應用，主要原因是其使空氣側和製冷劑側的換熱能力均得到強化，具有結構緊湊、傳熱效率高、噪聲低、質量輕、體積小等優點。通常採用百葉窗翅片作為強化散熱的手段。 ZL200810032825. 6、ZL200910028354. 6、ZL200910070900. 2 公開了幾種用於汽車空調系統的平行流蒸發器及其結構的專利技術，但如將其應用到工業爐窯煙氣餘熱回收中，由於工業爐窯煙氣中的煙塵含量比汽車空調系統蒸發器空氣側的高得多，易導致翅片堵灰、積灰等結果，導致傳熱惡化，影響餘熱回收利用系統的正常工作。並且未見相關報導。因此，如何克服上述技術的缺點，解決豎直煙道或傾斜煙道布置蒸發器的難題，成為進一步合理利用工業爐窯餘熱、降低排煙溫度、達到節能降耗目的的研究熱點。
發明內容本發明的目的就是解決上述現有技術存在的問題，解決豎直煙道或傾斜煙道蒸發器布置困難的問題，實現煙氣餘熱的高效回收。本發明利用蒸發器壁面溫度控制排煙溫度， 控制煙氣溫度在酸露點以上，從而可以有效避免煙氣的低溫腐蝕。一種帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置，它包含鍋爐煙道1、煙道內、外設備及其連接管道，其特徵在於所述鍋爐煙道1內依次設有至少一個流體加熱器3、至少一個平行流蒸發器6，所述平行流蒸發器6的工作介質產生的蒸汽利用經過換熱器9和空氣加熱器10的冷流體進行冷凝；蒸汽冷凝後由液相相變工質管道11利用位差進入平行流蒸發器 6吸收煙氣餘熱，形成一個循環迴路。
上述的帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置，其特徵在於所述平行流蒸發器6， 由至少一個薄壁中空扁管、至少兩個肋片組成，在最上部及最下部的扁管上設置有堵蓋，堵蓋採用平板、或圓管、或半圓管、或曲面板，扁管側面的上、下部分別設有引出管、引入管。上述的帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置，其特徵在於所述扁管採用平行薄壁中空結構，製造扁管的材料為熱的良導體材料；扁管採用豎直方向設置，扁管煙氣接觸面上焊接有肋片，肋片與扁管煙氣接觸面是垂直的，並且肋片的方向與煙氣流動方向一致；所述肋片採用波浪形肋片。上述的帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置，其特徵在於它還設有氣相相變工質匯流排7及液相相變工質匯流排5，所述平行流蒸發器6分別通過引出管、引入管連接氣相相變工質匯流排7及液相相變工質匯流排5。上述的帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置，其特徵在於所述平行流蒸發器6 的工作介質產生的蒸汽經煙道外的氣相相變工質匯流排7匯集後，經氣相相變工質管道8 進入所述換熱器9和空氣加熱器10加熱回收餘熱的工質，蒸汽冷凝後由所述液相相變工質管道11利用位差進入液相相變工質匯流排5，再進入所述平行流蒸發器6吸收煙氣餘熱，形成一個循環迴路。上述的帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置，其特徵在於所述液相相變工質管道11設有過冷相變工質加熱器，用來調節換熱器9及空氣加熱器10負荷波動引起的冷凝工質的過冷卻；所述平行流蒸發器6出口端設有壁溫測試儀13，用來控制排煙溫度在煙氣酸露點以上。上述的帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置，其特徵在於它還設有煙氣排出溫度調控裝置14，所述溫度調控裝置14根據平行流蒸發器6的壁溫的高低，控制換熱器9或空氣加熱器10的旁路調節閥的開度。上述的帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置，其特徵在於所述流體加熱器3與鍋爐原有的省煤器2、空氣預熱器4串聯或交錯連接設置；所述流體加熱器3採用間接換熱方式，所述流體加熱器3進口端與出口端分別與換熱器9的流體出口及熱流體後繼利用工序的進口管連接；所述換熱器9包含殼體和從殼體內通過的至少一根換熱管，殼體的進口端和出口端分別與冷流體的進口及流體加熱器3的進口端連接；所述換熱器9及空氣加熱器10的換熱管可採用列管、翅片管、蛇形管或螺旋槽管，或採用煙氣走管程、待加熱流體走殼程的方式。本發明的核心設備是平行流蒸發器6，由至少一個薄壁中空扁管6-2、至少兩個肋片6-1組成，在最上部及最下部的扁管上設置有堵蓋，堵蓋可以採用平板，也可採用圓管、 半圓管、或曲面板，扁管側面的上、下部分別通過引出管、引入管連接氣相相變工質匯流排7 及液相相變工質匯流排5。
平行流蒸發器6的工作介質為水或其他合適的工質，產生的蒸汽經引出管進入氣相相變工質匯流排7匯集後，經氣相相變工質管道8進入換熱器9和空氣加熱器10加熱回收餘熱的工質，蒸汽冷凝後由液相相變工質管道11利用位差進入液相相變工質匯流排5，經引入管再進入平行流蒸發器6吸收煙氣餘熱，完成一個換熱過程。其中液相相變工質管道11設有過冷相變工質加熱器，用來調節換熱器9及空氣加熱器10負荷波動引起的冷凝工質的過冷卻，保證進入平行流蒸發器6的液相工質接近飽和狀態。扁管採用平行薄壁中空結構。製造扁管的材料可選擇金屬或非金屬材料或複合材料。材料應為熱的良導體。可按常規選擇碳鋼或不鏽鋼材料。可採用多孔結構強化換熱， 可參照空調用平行流蒸發器採用多孔扁管。扁管採用豎直方向設置，扁管煙氣接觸面上焊接有肋片，肋片與扁管煙氣接觸面是垂直的，並且肋片的方向與煙氣流動方向一致。為了增強扁管與煙氣的換熱接觸面積。肋片可選用曲面肋片，作為優選採用波浪形肋片，波浪的傳播方向與煙氣的流動方向一致。煙氣沿肋片之間的通道流動。由於採用波浪形肋片，煙氣沿波浪形肋片之間的通道流動，增強了煙氣的擾動，強化了傳熱。可按最優化參數設置扁管間距和肋片波距。在採用豎直方向設置扁管的情況下，沿扁管平行流動的煙氣，只要流過與煙氣的流動方向一致的肋片之間的通道時，該平行流蒸發器既可以設置在豎直煙道，也可以設置在水平煙道，還可以設置在傾斜煙道上，甚至還可以設置在煙 上。因此對鍋爐系統實施節能改造的可操作性大大增強，可供選擇的因地制宜的可行方案多。與翅片圓管以及翅片圓管蒸發器的生產工藝相比，本發明中的肋片及平行流蒸發器的生產工藝簡單、可靠，不需要購置昂貴的生產模具和生產線，適用範圍廣，可以採用模塊化大規模生產、組裝。設有煙氣排出溫度調控裝置14，調控裝置14根據平行流蒸發器6的壁溫(如通過壁溫測試儀13測定)(或煙道出口處煙溫)的高低，通過控制換熱器9或空氣加熱器10的旁路調節閥的開度等手段，可使煙道出口的排煙溫度降低至僅高於平行流蒸發器6壁面的煙氣酸露點溫度，在避免結露的前提下，達到最大限度利用煙氣廢熱的目的，使鍋爐能經濟、 高熱效率運行，達到節能降耗的目的。本發明的另一種實施情況是扁管採用上述肋片的波浪形結構，而肋片則沿扁管的波形縱向等高設置，肋片與扁管垂直，煙氣的流動方向與扁管的波動方向一致。實質上是一種變形的平行流蒸發器結構。本發明解決豎直煙道蒸發器布置問題的另一種實施情況是扁管與煙氣流動方向平行，即平行流蒸發器結構，蒸發器豎直方向布置，蒸發器扁管採用螺旋卷管結構，煙氣在螺旋扁管之間的煙氣通道中豎直向下或向上流動。其中的相變工質蒸發產生蒸汽從蒸發器上部側面引出。本發明的平行流蒸發器在豎直煙道布置時，能有效減 少受熱面上的積灰，增強傳熱，減少設備平面布置難度。本發明的平行流蒸發器及流體加熱器應考慮採用成熟的防止煙氣中灰塵磨損的措施。

圖1是本發明豎直煙道平行流蒸發器布置結構示意圖(煙氣豎直方向流動，扁管豎直方向布置)。圖2是 本發明水平煙道平行流蒸發器布置結構示意圖(煙氣水平方向流動，扁管豎直方向布置)。圖3是本發明豎直煙道帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置流程示意圖。圖4是本發明水平煙道帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置流程示意圖。圖中，1一鍋爐煙道，2—省煤器，3-流體加熱器，4一空氣預熱器，5—液相相變工質匯流排，6—平行流蒸發器，6-1-肋片，6-2-扁管，7—氣相相變工質匯流排，8—氣相相變工質管道，9 一換熱器，10—空氣加熱器，11一液相相變工質管道，12—過冷相變工質加熱器，13—壁溫測試儀，14一調控裝置，15—空氣，16-熱空氣，17-冷流體，18-熱流體。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明創造作進一步詳細描述。帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置(見附圖1-4及附圖標識說明)，利用水、導熱油、燃料油或高爐煤氣等待加熱的流體作為回收利用餘熱的工質，包含鍋爐煙道1及煙道內、外設備及其連接管道、控制儀表閥門。煙道1內設有至少一個流體加熱器3、至少一個平行流蒸發器6以及鍋爐原有的省煤器2、空氣預熱器，平行流蒸發器6的工作介質為水或其他合適的工質，產生的蒸汽經煙道外的氣相相變工質匯流排7匯集後，經氣相相變工質管道8進入換熱器9和空氣加熱器10加熱回收餘熱的工質，蒸汽冷凝後由液相相變工質管道 11利用位差進入液相相變工質匯流排5，再進入平行流蒸發器6吸收煙氣餘熱，形成一個循環迴路。其中液相相變工質管道11設有過冷相變工質加熱器，用來調節換熱器9及空氣加熱器10負荷波動引起的冷凝工質的過冷卻，保證進入平行流蒸發器6的液相工質接近飽和狀態，從而能通過設置在平行流蒸發器6出口端的壁溫測試儀13控制排煙溫度在煙氣酸露點以上，蒸汽冷凝後的液相工質進入相變工質循環迴路。至少一個流體加熱器3與鍋爐原有的省煤器2、空氣預熱器4串聯或交錯連接設置。其中換熱器9及空氣加熱器10位於煙道外，換熱器9及空氣加熱器10採用間接換熱方式利用冷流體17和空氣15冷卻蒸汽，回收煙氣餘熱。冷流體17加熱後送入流體加熱器 3繼續回收煙氣餘熱，經流體加熱器3加熱後的熱流體18供後續利用工段使用。比如冷流體17為水，加熱後的熱流體18可以送入汽包進入鍋爐熱力循環過程，經汽水分離後產生高壓或中低壓的蒸汽外供使用；再如冷流體為導熱油，則回收煙氣餘熱後的導熱油18可以作為熱源進入發電系統進行利用或加熱其他需要加熱的工藝介質。設有煙氣排出溫度調控裝置14，調控裝置14根據平行流蒸發器6的壁溫(如通過壁溫測試儀13測定)(或煙道出口處煙溫)的高低，通過控制換熱器9或空氣加熱器10的旁路調節閥的開度等手段，可使煙道出口的排煙溫度降低至僅高於平行流蒸發器6壁面的煙氣酸露點溫度。在採用豎直方向設置扁管的前提下，沿扁管平行流動的煙氣，只要流過與煙氣的流動方向一致的肋片之間的通道時，該平行流蒸發器既可以設置在豎直煙道，也可以設置在水平煙道，還可以設置在傾斜煙道上，甚至還可以設置在煙囪上。本發明的另一種實施情況是扁管採用上述肋片的波浪形結構，而肋片則沿扁管的波形縱向等高設置，肋片與扁管垂直，煙氣的流動方向與扁管的波動方向一致。實質上是一種變形的平行流蒸發器結構。 本發明未涉及部分如絕熱夾板、夾板用螺栓、換熱管的結構、安裝方式均與現有的蒸發器相同或可採用現有技術加以實現。雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但它們並不是用來限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，自當可作各種變化或潤飾，同樣屬於本發明之保護範圍。例如，本發明的平行流蒸發器的結構及其回收餘熱方式同樣可以應用於其他行業。因此本發明的保護範圍應當以本申請的權利要求所界定的為準。
權利要求1.一種帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置，它包含鍋爐煙道(1)、煙道內、外設備及其連接管道，其特徵在於所述鍋爐煙道(1)內依次設有至少一個流體加熱器(3)、至少一個平行流蒸發器(6)。
2.根據權利要求1所述的帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置，其特徵在於所述平行流蒸發器(6)，由至少一個薄壁中空扁管、至少兩個肋片組成，在最上部及最下部的扁管上設置有堵蓋，堵蓋採用平板、或圓管、或半圓管、或曲面板，扁管側面的上、下部分別設有引出管、引入管。
3.根據權利要求2所述的帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置，其特徵在於所述扁管採用平行薄壁中空結構，製造扁管的材料為熱的良導體材料；扁管採用豎直方向設置，扁管煙氣接觸面上焊接有肋片，肋片與扁管煙氣接觸面是垂直的，並且肋片的方向與煙氣流動方向一致；所述肋片採用波浪形肋片。
4.根據權利要求3所述的帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置，其特徵在於它還設有氣相相變工質匯流排(7)及液相相變工質匯流排(5)，所述平行流蒸發器(6)分別通過引出管、引入管連接氣相相變工質匯流排(7)及液相相變工質匯流排(5)。
5.根據權利要求4所述的帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置，其特徵在於所述液相相變工質管道(11)設有過冷相變工質加熱器；所述平行流蒸發器(6 )出口端設有壁溫測試儀(13)。
6.根據權利要求1或5任一項所述的帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置，其特徵在於它還設有煙氣排出溫度調控裝置(14)。
7.根據權利要求1或5任一項所述的帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置，其特徵在於所述流體加熱器(3)與鍋爐省煤器(2)、空氣預熱器(4)串聯或交錯連接設置；所述流體加熱器(3)採用間接換熱方式，所述流體加熱器(3)進口端與出口端分別與換熱器(9)的流體出口及熱流體後繼利用工序的進口管連接；所述換熱器(9)包含殼體和從殼體內通過的至少一根換熱管，殼體的進口端和出口端分別與冷流體的進口及流體加熱器(3)的進口端連接；所述換熱器(9)及空氣加熱器(10)的換熱管可採用列管、翅片管、蛇形管或螺旋槽管，或採用煙氣走管程、待加熱流體走殼程的方式。
專利摘要本實用新型公開了一種帶平行流蒸發器的鍋爐餘熱回收裝置，包含鍋爐煙道1及煙道內、外設備及其連接管道、控制儀表閥門。煙道1內設有至少一個流體加熱器3、至少一個平行流蒸發器6以及鍋爐原有的省煤器2、空氣預熱器4，平行流蒸發器6的工作介質為水或其他合適的工質，產生的蒸汽經煙道外的氣相相變工質匯流排7匯集後，經氣相相變工質管道8進入換熱器9和空氣加熱器10加熱回收餘熱的工質，蒸汽冷凝後由液相相變工質管道11利用位差進入液相相變工質匯流排5，再進入平行流蒸發器6吸收煙氣餘熱，形成一個循環迴路。本實用新型的核心設備是平行流蒸發器6，煙氣沿波浪形肋片之間的通道流動，增強了煙氣的擾動，強化了傳熱，減少了蒸發器的積灰。
文檔編號F28F1/12GK201954525SQ20102057312
公開日2011年8月31日 申請日期2010年10月24日 優先權日2010年10月24日
發明者周孝坤, 張崇峰, 王海軍, 王海波 申請人:王海波