一種蓄熱式換熱器及其汽水分離器的製造方法
2023-06-13 08:01:06
一種蓄熱式換熱器及其汽水分離器的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種水泥生產過程餘熱利用的蓄熱式換熱器及其汽水分離器，所述換熱器包括低溫工質管束、高溫煙氣進口、高溫煙氣出口、低溫工質入口、低溫工質出口和殼體，沿著煙氣的流動方向上設置多個隔板，將第一孔分為多個獨立的通道；沿著殼體豎向的中線向殼體兩側，隔板之間的距離越來越小，所述汽水分離器式汽水分離更加徹底。本發明充分利用水泥生產中的餘熱，使其達到換熱效率最大化，以節約能源，達到環保節能的目的。
【專利說明】一種蓄熱式換熱器及其汽水分離器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高效水泥生產過程餘熱利用的蓄熱式換熱器，屬於F28d的換熱器領域。
[0002]
【背景技術】
[0003]隨著我國經濟快速發展，能源消耗日益增加，城市大氣質量日益惡化的問題也越發突出，節約能源和減少環境有害物排放的問題迫在眉睫。在常見的熱能動力領域中，能耗高、汙染嚴重的主要原因之一是煙氣的排煙溫度過高，即浪費了大量能源，又造成了環境汙染。水泥行業是一個高耗能、高汙染的行業。水泥行業餘熱發電系統可對尾氣餘熱進行回收再利用，實現節能減排的目的。但是相關餘熱具有間歇性，品質差等特點，使得發電系統的效率低，這些問題亟待解決。
[0004]應用蓄熱材料可以使各個行業生產過程中不連續蒸汽變為連續蒸汽，有利於提高餘熱發電系統的效率。例如，在國內現有銅冶煉工藝中，熔煉轉爐產生大量富裕蒸汽，但因負荷波動大，大部直接對空排放，造成大量能源浪費，通過增設蓄熱器，可使其變為汽輪機穩定補汽源，充分利用了銅冶煉工藝餘熱，實現了能源的梯級利用。現有餘熱利用行業中的蓄熱器，主要包括各種類型的管殼式換熱器，例如，噴淋式、光管、針翅管、肋片管、熱管等，也可以利用板式換熱器實現蓄熱和放熱過程。但是存在的問題是，蓄熱和放熱系統結構複雜，蓄熱和放熱用換熱器體積大，成本高等，因此針對蓄熱過程用換熱設備的改進是有必要的。
【發明內容】
[0005]本發明針對現有水泥行業餘熱利用的蓄熱設備中存在的問題，提出了一種新型的蓄熱式換熱器。
[0006]為了實現上述目的，本發明的技術方案如下:一種水泥生產過程餘熱利用的蓄熱式換熱器，所述換熱器包括低溫工質管束、高溫煙氣進口、高溫煙氣出口、低溫工質入口、低溫工質出口和殼體，所述換熱器殼體內設置多塊蓄熱材料，所述蓄熱材料為固體蓄熱材料，所述多塊蓄熱材料堆疊在一起，每塊蓄熱材料中設置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉設置，所述低溫工質管束穿過第二孔，所述低溫工質管束的外徑等於第二孔的直徑，所述多塊蓄熱材料的第一孔形成連通的通道，所述第一孔所形成的通道用於流通水泥生產過程所產生的煙氣，低溫工質管束用於流通低溫工質；所述煙氣從高溫煙氣入口進入，經過第一孔，然後從高溫煙氣出口排出，低溫工質從低溫工質入口進入，經過低溫工質管束，然後從低溫工質出口排出；低溫工質管束在垂直於煙氣的流動方向上為並聯結構，沿著煙氣流動的方向上，低溫工質管束的管徑不斷的減少。
[0007]—種水泥生產過程餘熱利用的蓄熱式換熱器，所述換熱器包括低溫工質管束、高溫煙氣進口、高溫煙氣出口、低溫工質入口、低溫工質出口和殼體，所述換熱器殼體內設置多塊蓄熱材料，所述蓄熱材料為固體蓄熱材料，所述多塊蓄熱材料堆疊在一起，每塊蓄熱材料中設置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉設置，所述低溫工質管束穿過第二孔，所述低溫工質管束的外徑等於第二孔的直徑，所述多塊蓄熱材料的第一孔形成連通的通道，所述第一孔所形成的通道用於流通水泥生產過程所產生的煙氣，低溫工質管束用於流通低溫工質；所述煙氣從高溫煙氣入口進入，經過第一孔，然後從高溫煙氣出口排出，低溫工質從低溫工質入口進入，經過低溫工質管束，然後從低溫工質出口排出；，所述每一塊蓄熱材料為矩形結構，在每塊蓄熱材料中設置兩排第一孔和一排第二孔，第二孔位於兩排第一孔的中間，兩排第一孔的中心線與中間第二孔的中心線的距離相同，第一孔和第二孔之間構成90°設置，同一排第一孔中的相鄰兩個孔的圓心之間的距離為L2，所述L2與第一孔直徑Dl之間的關係滿足:1.5<L2/D1<2.7。
[0008]一種水泥生產過程餘熱利用的蓄熱式換熱器，所述換熱器包括低溫工質管束、高溫煙氣進口、高溫煙氣出口、低溫工質入口、低溫工質出口和殼體，所述換熱器殼體內設置多塊蓄熱材料，所述蓄熱材料為固體蓄熱材料，所述多塊蓄熱材料堆疊在一起，每塊蓄熱材料中設置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉設置，所述低溫工質管束穿過第二孔，所述低溫工質管束的外徑等於第二孔的直徑，所述多塊蓄熱材料的第一孔形成連通的通道，所述第一孔所形成的通道用於流通水泥生產過程所產生的煙氣，低溫工質管束用於流通低溫工質；所述煙氣從高溫煙氣入口進入，經過第一孔，然後從高溫煙氣出口排出，低溫工質從低溫工質入口進入，經過低溫工質管束，然後從低溫工質出口排出；沿著煙氣的流動方向上設置多個隔板，將第一孔分為多個獨立的通道；所述在中間空間隔板的距離要大於位於殼體兩側隔板與殼體的距離。
[0009]一種汽水分離器，包括殼體、分離管、進汽管、圓缺孔板一、圓缺孔板二、多孔孔板、連接管和出汽管；
汽水分離器為立式布置，汽水分離器的進汽管和出汽管分別布置於分離器的底部與頂部位置，出水管位於殼體底部側面；分離管分為兩段，兩段之間通過中間連接管進行連接，進汽管出口端與出汽管進口端分別插入分離器的兩段中，圓缺孔板一和圓缺孔板二設置在連接管內的蒸汽進口端和出口端，圓缺孔板開孔口置於連接管異側，多孔孔板設置在出汽管端分離管中的第二段中，孔板上開有小孔，小孔呈圓心布置。
[0010]所述連接管的管徑是分離管管徑的0.45-0.55倍，分離管兩端的管徑相同；進汽管和出汽管的管徑相同，且為分離管管徑的0.45-0.55倍，進汽管伸入分離管第一段的長度為分離管第一端的長度的30-45%，出汽管伸入分離管第二段的長度為分離管第二端的長度的30-45%，分離管第一段下部與分離器殼體的下部的距離為殼體總長度的15-20%，分離管第二段上部與分離器殼體的上部的距離為殼體總長度的15-20% ;圓缺孔板一和圓缺孔板一的圓缺高度為直徑的0.2-0.3倍。
[0011]一種閃蒸系統，所述閃蒸系統包括閃蒸器，所述閃蒸器的蒸汽出口設置汽水分離器，所述的汽水分離器為前面所述的汽水分離器。
[0012]與現有相比較，本發明蓄熱式換熱器具有如下的優點:
I)因為是固體蓄熱材料，所以煙氣直接可以通過蓄熱材料中的第一孔與低溫工質進行換熱，不需要在換熱器中再設置煙氣管道，避免了管子的腐蝕，省了管子。
[0013]2)提供了一種新的分體式蓄熱換熱器，方便維護，節省成本。[0014]3)本發明具備了常規蓄熱系統中的熱罐和冷罐的功能，能夠同時實現蓄熱材料的吸熱和放熱功能，優化了蓄熱系統的結構，減少了初期投資和運行成本。
[0015]4)本發明用蓄熱式換熱器結構簡單，易於製造，成本降低。
[0016]5)還能實現在蓄熱的同時放熱，極大優化了預熱的利用。
[0017]6)通過多次試驗，優化了換熱器的最佳結構，實現換熱器同時滿足蓄熱能力以及成本的需要。
[0018]7)通過設置隔板，使得整體蓄熱均勻，同時強化對流。
[0019]8 )通過自動控制，避免低溫腐蝕，同時達到最大的餘熱利用效果。
[0020]9)通過蓄熱材料的厚度或蓄熱能力的變化設置，在滿足蓄熱需求的情況下節省了成本。
[0021]10)提供了一種新的蓄熱材料，滿足水泥生產中的餘熱利用的需求。
[0022]11)提供了一種新型的分離器，使得汽水分離更加徹底。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明的蓄熱式換熱器中吸熱結構的示意圖；
圖2是本發明的蓄熱式換熱器中放熱結構的示意圖；
圖3是本發明的蓄熱式換熱器的俯視示意圖；
圖4是圖3的蓄熱式換熱器的左上角局部放大圖；
圖5是本發明的蓄熱材料的一個【具體實施方式】的示意圖；
圖6是本發明的蓄熱材料的一個另一個【具體實施方式】的示意圖；
圖7是本發明的閃蒸系統示意圖；
圖8是本發明的閃蒸器的示意圖；
圖9是本發明的汽水分離器的示意圖；
圖10是分離器圓缺孔板的局部示意圖；
圖11是分離器多孔孔板局部示意圖；
圖12是分離器的進汽管、出汽管與分離管的連接方式。
[0024]附圖標記
1、高溫煙氣出口，2、換熱器殼體，3、第一孔，4、豎向隔板，5、高溫煙氣進口，6、豎向隔板，7、豎向隔板，8、工質出口，9、低溫工質管束，10、工質入口，11、進口管，12、進口聯箱，13、調節閥，14蓄熱材料，15—級閃蒸器，16—級蓄熱換熱器，17 二級閃蒸器，18 二級蓄熱換熱器，19三級閃蒸器，20支架，21熱水入口，22蒸汽出口，23熱水出口，24，進汽口法蘭，25出水口法蘭，26殼體，27分離管，28進汽管，29圓缺孔板一，30連接管，31圓缺孔板二,32多孔孔板，33出汽管，34出汽口法蘭。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0026]如圖1所示，一種水泥生產過程餘熱利用的蓄熱式換熱器，所述換熱器包括低溫工質管束9、高溫煙氣進口 5、高溫煙氣出口 1、低溫工質入口 10、低溫工質出口 8和殼體2，換熱器殼體2內設置多塊蓄熱材料14，所述多塊蓄熱材料14堆疊在一起，每塊蓄熱材料14中設置第一孔3和第二孔，第一孔3和第二孔交叉設置且不相通，所述低溫工質管束9穿過第二孔，所述低溫工質管束9的外徑等於第二孔的直徑，所述多塊蓄熱材料的第一孔3形成連通的通道，所述第一孔3所形成的通道用於流通水泥生產過程所產生的煙氣，第二管束9用於流通低溫工質；所述煙氣從高溫煙氣5入口進入，經過第一孔3，然後從高溫煙氣出口 I排出，低溫工質從低溫工質入口進入，經過低溫工質管束9，然後從低溫工質出口 8排出。
[0027]蓄熱材料分為多塊，可以方便搬運，維護，例如在某塊蓄熱材料失去蓄熱能力的時候，方便更換。因為蓄熱材料為固體蓄熱材料，換熱過程中不發生相變，因此煙氣可以直接穿過蓄熱材料中的第一孔，不需要單獨在第一孔中設置管束，節省了管束。同樣，因為低溫工質在管束中流動，而煙氣在第一孔中流動，煙氣和低溫工質無法直接混合，從而使得各塊蓄熱材料之間不需要非常嚴密的密封，節省了成本。
[0028]煙氣經過第一孔3的時候，蓄熱材料吸收煙氣中的熱量，然後蓄熱介質將吸收的熱量傳遞給低溫工質管束的低溫工質，從而完成換熱過程。
[0029]煙氣和低溫工質可以同時進行流動，蓄熱材料在吸收煙氣熱量的同時，將熱量傳遞給低溫工質。
[0030]當然作為另一個選擇，煙氣和低溫工質可以不同時間段分別與蓄熱介質進行換熱。在吸熱過程中，高溫煙氣在第一孔內放熱，蓄熱材料存儲熱量；當需要利用儲存的熱量時，低溫工質管束內通過低溫工質，吸收蓄熱介質的熱量。例如當高溫煙氣間歇性停止時，蓄熱材料與第二管束內的低溫工質進行放熱反應，實現水泥生產過程餘熱的存儲和利用，提高了能源的利用率。
[0031]如圖3-6所示，作為一個優選，所述每一塊蓄熱材料14為立方體結構，在每塊蓄熱材料14中設置兩排第一孔3和一排第二孔，第二孔位於兩排第一孔3的中間，兩排第一孔3的中心線與中間第二孔的中心線的距離相同，每排第一孔中心線所在的平面與立方體的外表面平行，每排第二孔中心線所在的平面與立方體的外表面平行；第一孔和第二孔之間構成90°設置。如圖4-6所示，其中第一孔3和第二孔中心線之間的距離不能過大，如果過大，則會因為煙氣沒有足夠的熱量，導致蓄熱材料無法蓄滿熱量，造成蓄熱材料的浪費，同時也會造成出口 5煙氣的溫度過低，造成低溫腐蝕；如果距離過小，則造成蓄熱材料無法蓄滿足夠的熱量，造成無法滿足換熱的需求，造成了能源的浪費，同理，對於第一孔與蓄熱材料邊界的最近的距離同樣需要滿足一個最佳的結果。因此，本發明是通過多個不同管徑的換熱器的試驗數據總結出的最佳的換熱器蓄熱材料的尺寸關係。
[0032]如圖4所示，其中第一孔的直徑為D1，第二孔的直徑為D2，第一孔的中心線和第二孔的中心線之間的距離為L2，第一孔的中心線所在的平面距離最近的蓄熱材料的面的距離為LI，則D1、D2和LI，L2滿足如下公式:
Ll/L2=a*ln(D2/Dl)+b，
D2>D1, L2>L1,
其中In是對數函數，a, b為參數，其中1.28〈=a〈=l.45，0.37〈=b〈=0.43; 25mm〈=Dl〈=60mm，25mm〈=D2〈=60mm，
L, Dl, D2的單位為mm。
[0033]同一排第一孔中的相鄰兩個孔的圓心之間的距離為L3，L3的距離不能過大，如果過大會導致熱量無法蓄滿，造成蓄熱材料的浪費，如果過小，會導致蓄熱材料的蓄熱能力太低，無法滿足蓄熱需求，會造成餘熱的損失。通過多次試驗，確定的所述L3與第一孔直徑Dl之間的關係滿足:1.5<L3/D1<2.7，優選的，1.9<L3/D1<2.1。
[0034]同理，第二孔之間的距離和第二孔直徑的比例範圍優選在1.5-2.7之間，最優選為1.9-2.1之間。
[0035]作為優選，如圖1-3所示，所述換熱器為立式結構，第一孔3為豎直方向設置，第二孔為水平方向設置，在豎直方向上設置多個隔板4、6、7，隔板之間以及最外層隔板與殼體的側壁之間放置多塊蓄熱材料，即將蓄熱材料分為多組，通過多個隔板將第一孔分為多個獨立的通道。通過隔板，有利於進一步提高煙氣的對流傳熱性能。同時豎向隔板4、豎向隔板6和豎向隔板7也是工質用換熱管束9的支撐板。
[0036]作為一個優選，沿著殼體豎向的中線向殼體兩側，隔板之間的距離越來越小。例如所述隔板形成的中間空間的距離要大於位於殼體兩側的距離。如圖2所示，其中隔板4、6形成的空間以及6與7形成的空間要大於隔板4與左側殼體形成的空間，同時要大於隔板7與右側殼體形成的空間。主要原因是因為殼體兩側的煙氣的速度要小於中間的速度，通過隔板的設置可以是整個殼體內的空氣流動速度基本保持一致，從而使得蓄熱材料整體上均勻吸熱。
[0037]作為優選，如圖2所示，在上下方向上所述相鄰的低溫工質管束9之間設置彎管結構，從而使低溫工質管束在上下方向上構成蛇形管結構。
[0038]作為一個優選，沿著煙氣流動的方向，所述的蓄熱材料的蓄熱能力逐漸降低。主要原因是沿著煙氣的流動方向，煙氣的溫度越來越低，煙氣的放熱能力逐漸降低，因此不需要高蓄熱能的材料，這樣可以節省蓄熱材料的成本。
[0039]圖2中低溫工質管束是在垂直方向上設置多根互相平行的並聯的蛇形管，低溫工質沿著垂直方向流動，但是低溫工質管束的排列方式不限於圖2所示的形式。作為另一種設置方式，低溫工質管束是在水平方向上的多根互相平行的並聯的管，所述管可以是蛇形管，即同一平面上的管子在端部通過彎管連接在一起，為串聯結構，在不同平面的管子為並聯結構。當然，所述管子也可以不設置彎管，即在平面上和垂直方向上的所有管子都為並聯結構，如圖6所示，在左右兩側設置低溫工質管束的集管。當然圖6的兩側的集管可以設置在殼體外，不限於圖7的設置方式。
[0040]對於圖6所示的形式，圖6展示了四塊蓄熱材料。作為一個優選，沿著煙氣流動的方向上，第二孔的直徑不斷的減少。主要原因是因為沿著煙氣流動的方向，煙氣的溫度不斷的下降，蓄熱材料所存儲熱量也越來越少，因此通過減少管徑，來減少流經蓄熱材料的低溫工質的流量，從而使得沿著延期的流動方向上，低溫工質的整體的溫度升高差別不大，使得加熱後的低溫工質在混合前的溫度基本保持一致，避免了加熱的溫度的不均勻，同時也可以避免低溫工質管束受熱不均勻而導致局部溫度過高，影響其使用壽命。
[0041]作為一個優選，沿著煙氣流動的方向，所述的第一孔3的中心線和第二孔的中心線之間的距離為L逐漸減小。主要原因是沿著煙氣的流動方向，煙氣的溫度越來越低，煙氣的放熱能力逐漸降低，因此所需要的蓄熱材料也就越來越少，這樣可以節省蓄熱材料的成本。
[0042]針對上述情況，但是此時的L數值也滿足上述的公式。可以通過調整a、b兩個參數的大小來調整L不斷變化的數值。[0043]作為一個優選，在低溫工質管束9的入口上設置調節閥13，用於調節進入低溫工質管束9的介質的流量，同時，在高溫煙氣出口 I位置上設置溫度傳感器(沒有示出)，用於測量換熱器出口的煙氣的溫度；調節閥13、溫度傳感器與中央控制器(沒有示出)進行數據連接，中央控制根據溫度傳感器測量的溫度的大小，自動調節進入低溫工質管束9的介質的流量。
[0044]如果測量的溫度低於第一溫度，則中央控制器自動減少調節閥的開度，如果測量的溫度高於第二溫度，則中央控制器自動增加調節閥的開度，其中第二溫度大於第一溫度。
[0045]之所以採取上述措施，主要目的是為了防止低溫腐蝕。因為如果煙氣出口溫度過低，會造成煙氣溫度低於露點溫度，會造成對排煙管道以及換熱器的低溫腐蝕，通過減少參與換熱的低溫工質的流量，來降低換熱量，提高出口溫度，對溫度的控制可以避免低溫腐蝕的發生；同理，如果測量的溫度高於一定溫度，則表明排煙溫度過高，會造成浪費，因此，需要增加流體的流量，來吸收更多的熱量。
[0046]所述蓄熱介質是陶瓷材料，所述陶瓷材料的質量成分如下:Si0240-43%，
3.1-3.3%Li20、5.5-5.8%Ti02,4.3%Mg0, 7.0-7.3%La203, 0.45-0.55%Ba0,其餘的是 Al2O3。
[0047]優選的，Si0241%，3.22%Li20、5.85%Ti02,4.3%Mg0, 7.l%La203, 0.5%Ba0,其餘的是A1203。
[0048]上述的蓄熱材料是通過多次試驗得到的結果，在水泥迴轉窯尾氣溫度下具有非常高的蓄熱能力，完全滿足了水泥生產過程中的對餘熱的吸收利用。
[0049]對於蓄熱材料蓄熱能力變化的情況，可以調整各種成分的含量來實現。
[0050]本發明還公開了一種具有中間蓄熱的多級蒸汽閃蒸系統。如圖7所示，所述具有中間蓄熱的多級蒸汽閃蒸系統包括蓄熱換熱器和閃蒸器，所述閃蒸器和蓄熱換熱器交替設置，煙氣依次通過蓄熱換熱器和閃蒸器。圖7展示了兩級蓄熱換熱器和三級閃蒸器，一級閃蒸器15，一級蓄熱器16，二級閃蒸器17，二級蓄熱器18，三級閃蒸器19。但是並不局限於圖7展示，閃蒸器和蓄熱換熱器可以根據需要設置，例如可以設置兩級蓄熱器和一級閃蒸器或者設置一級蓄熱器和兩級閃蒸器等。各級閃蒸器由閃蒸器支架20支撐。各級蓄熱器由蓄熱器用支架進行支撐。
[0051]所述閃蒸器和蓄熱器之間通過管路和閥門進行連接。來自餘熱發電系統的高溫水自閃蒸器熱水入口 21進入一級閃蒸器15，擴容閃蒸後產生一定壓力下的飽和蒸汽自閃蒸器蒸汽出口 22併入到餘熱發電系統。閃蒸器內溫度降低的熱水自閃蒸器熱水出口 23排出。一級閃蒸器15出口的熱水進入一級蓄熱器16吸熱升溫，為第二次閃蒸存儲熱量。一級蓄熱器16出口熱水進入第二級閃蒸器17。在二級閃蒸器17中高溫水繼續閃蒸產生一定壓力下的飽和蒸汽，繼續併入餘熱發電系統。二級閃蒸器17中排出的熱水進入二級蓄熱器18，吸熱升溫，為第三次閃蒸儲蓄熱量。自二級蓄熱器18排出的高溫水進入三級閃蒸器19，繼續閃蒸產生一定壓力下的飽和蒸汽，該蒸汽繼續併入餘熱發電系統，為汽輪機補汽。
[0052]三級閃蒸器19出口的飽和水進入餘熱發電系統用除氧器，與冷凝水一起經除氧後由給水泵供給鍋爐，實現一個完整的熱力循環。
[0053]優選的，所述蓄熱換熱器器採用前面所提到的蓄熱換熱器。
[0054]蓄熱換熱器的煙氣是互相獨立的，每一級蓄熱換熱器具有單獨的進口和出口。
[0055]當然，作為一個優選的實施例，通過設置中間管道將多級蓄熱換熱器中的煙氣管道串聯在一起，煙氣從一級蓄熱換熱器中進行換熱後，在進入下一級蓄熱換熱器進行換熱。此種情況下，沿著煙氣的流動方向，各級蓄熱換熱器中的蓄熱材料的蓄熱能力逐漸下降。例如，可以選取不同熔點的中溫鹽基材料來實現不同的蓄熱能力。對於第一級蓄熱換熱器，蓄熱材料的熔點210 - 230°C，優選是220°C;對於第二級蓄熱換熱器，蓄熱材料的熔點130 —1500C，優選是140°C，對於第三級蓄熱換熱器，蓄熱材料的熔點80 — 90°C，優選是95°C。高溫煙氣的入口溫度在140°C _300°C範圍內。
[0056]在閃蒸器的熱水入口上設置調節閥，用於調節進入參與換熱的熱水的流量，同時，在高溫煙氣出口 I位置上設置溫度傳感器(沒有示出)，用於測量換熱器出口的煙氣的溫度；調節閥、溫度傳感器與中央控制器(沒有示出)進行數據連接，中央控制根據溫度傳感器測量的溫度的大小，自動調節進入第一級閃蒸器的水的流量。
[0057]如果測量的溫度低於第一溫度，則中央控制器自動減少調節閥的開度，如果測量的溫度高於第二溫度，則中央控制器自動增加調節閥中的的開度，其中第二溫度大於第一溫度。
[0058]之所以採取上述措施，主要目的是為了防止低溫腐蝕。因為如果煙氣出口溫度過低，會造成煙氣溫度低於露點溫度，會造成對排煙管道以及換熱器的低溫腐蝕，通過減少參與換熱的水的流量，來降低換熱量，提高出口溫度，對溫度的控制可以避免低溫腐蝕的發生；同理，如果測量的溫度高於一定溫度，則表明排煙溫度過高，會造成浪費，因此，需要增加流體的流量，來吸收更多的熱量。
[0059]本發明還公開了一種如附圖9所示為一種水泥迴轉窯餘熱鍋爐用高效汽水分離器，包括殼體26、分離管27、進汽管28、圓缺孔板一 29、圓缺孔板二 31、多孔孔板32、連接管30和出汽管33。
[0060]汽水分離器為立式布置，汽水分離器的進汽管28和出汽管33分別布置於分離器的底部與頂部位置，出水管位於殼體26底部側面。分離管27分為兩段，兩段之間通過中間連接管30進行連接，進汽管28出口端與出汽管33進口端分別插入分離器27的兩段中，使用鋼條以角焊方式將分離管27與28和33連接，連接方式如附圖12。圓缺孔板一 29和圓缺孔板二 31設置在連接管30內的蒸汽進口端和出口端，圓缺孔板開孔口置於連接管異側，如附圖10所示，這種布置方式使得蒸汽在連接管內的流動呈流線型，提高分離效率。多孔孔板32設置在出汽管端分離管33中的第二段中，孔板上開有小孔，小孔呈圓心布置，如圖11所示。
[0061]在溼蒸汽進入進汽管28後，進汽管28出口與分離器27之間存在空間，出進汽管的蒸汽在分離器內膨脹，蒸汽流速降低，蒸汽中部分水滴由於重力的作用流速也減小，蒸汽在分離管27與進汽管28之間的空間中進行汽水分離，進汽管28與分離管27採用的連接方式中提供了水滴落下的通道，部分水滴在重力的作用下沿分離管內壁側向下流動。這個過程是蒸汽中汽與水第一次分離。
[0062]進汽管端分離器27與連接管30連接，連接管30管徑比分離器27小，連接管30進口端設置圓缺孔板一 29，蒸汽通過圓缺孔板一 29進行節流，流體的流通面積減小，孔板的節流作用使得蒸汽的壓力下降，蒸汽流的流速增加，大部分蒸汽擠過節流扇形孔，蒸汽流速又因流通面積的增大和流束擴散而減小。在連接管30的出口端設置了一個與連接管進口端相同尺寸的圓缺孔板二 31，擴散的蒸汽流束又在此處減速增壓，蒸汽通過孔板後流通面積再次增大，流束再次擴散。這個過程中蒸汽流束由於孔板的節流以及液滴的重量、慣性作用，水分較多地被分離出來，是蒸汽氣流高效分離的區段。蒸汽在連接管內進行第二、第三次汽水分尚。
[0063]連接管30與出汽管端分離管27之間管徑不同，蒸汽從連接管30出來後流動截面積發生較大變化，流動速度增加，流束擴散作用增加，在分離管27中再次分離。連接管30出口處設置一個多孔孔板32，用於蒸汽中汽與水的多次分離，蒸汽通過多孔孔板32的多個小孔後在汽水分離器中較好的分離出幹蒸汽與水，實現蒸汽中汽與水的第四次分離。出汽管33與分離器27之間存在空間，蒸汽在進入出汽管33後流動截面積發生變化，蒸汽內部的汽與水進行再次分離，實現蒸汽中汽與水的第五次分離。整個過程中蒸汽進行汽水分離的位置包括進汽管與分離管之間、分離管與連接管接口處、圓缺孔板一、圓缺孔板二、多孔孔板以及出汽管與分離管之間。最終分離出來的水滴由於重力的作用向下流動最終通過出水口排出汽水分尚器外。
[0064]優選的，上述分離器設置在閃蒸器的出口位置上，所述出水口與閃蒸器的出水口連接，用以分離蒸汽和水，避免水進入汽輪機中。
[0065]通過多次的實驗，得到最優的尺寸關係。所述連接管30的管徑是分離管27管徑的
0.45-0.55倍，兩段分離管27的管徑相同；進汽管28和出汽管33的管徑相同，且為分離管管徑的0.45-0.55倍，進汽管伸入分離管第一段的長度為分離管第一端的長度的30-45%，出汽管伸入分離管第二段的長度為分離管第二端的長度的30-45%，分離管第一段下端與分離器殼體的下部的距離為殼體總長度的15-20%，分離管第二段上端與分離器殼體的上部的距離為殼體總長度的15-20% ;圓缺孔板一和圓缺孔板一的圓缺高度a為直徑的0.2-0.3倍。優選的，所述的多孔孔板距離分離管第二段下端的距離為第二段總長度的8-10%。
[0066]雖然本發明已以較佳實施例披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。
【權利要求】
1.一種水泥生產過程餘熱利用的蓄熱式換熱器，所述換熱器包括低溫工質管束、高溫煙氣進口、高溫煙氣出口、低溫工質入口、低溫工質出口和殼體，所述換熱器殼體內設置多塊蓄熱材料，所述蓄熱材料為固體蓄熱材料，所述多塊蓄熱材料堆疊在一起，每塊蓄熱材料中設置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉設置，所述低溫工質管束穿過第二孔，所述低溫工質管束的外徑等於第二孔的直徑，所述多塊蓄熱材料的第一孔形成連通的通道，所述第一孔所形成的通道用於流通水泥生產過程所產生的煙氣，低溫工質管束用於流通低溫工質；所述煙氣從高溫煙氣入口進入，經過第一孔，然後從高溫煙氣出口排出，低溫工質從低溫工質入口進入，經過低溫工質管束，然後從低溫工質出口排出；沿著煙氣的流動方向上設置多個隔板，將第一孔分為多個獨立的通道；沿著殼體豎向的中線向殼體兩側，隔板之間的距離越來越小。
2.一種水泥生產過程餘熱利用的蓄熱式換熱器，所述換熱器包括低溫工質管束、高溫煙氣進口、高溫煙氣出口、低溫工質入口、低溫工質出口和殼體，所述換熱器殼體內設置多塊蓄熱材料，所述蓄熱材料為固體蓄熱材料，所述多塊蓄熱材料堆疊在一起，每塊蓄熱材料中設置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉設置，所述低溫工質管束穿過第二孔，所述低溫工質管束的外徑等於第二孔的直徑，所述多塊蓄熱材料的第一孔形成連通的通道，所述第一孔所形成的通道用於流通水泥生產過程所產生的煙氣，低溫工質管束用於流通低溫工質；所述煙氣從高溫煙氣入口進入，經過第一孔，然後從高溫煙氣出口排出，低溫工質從低溫工質入口進入，經過低溫工質管束，然後從低溫工質出口排出；低溫工質管束在垂直於煙氣的流動方向上為並聯結構，沿著煙氣流動的方向上，低溫工質管束的管徑不斷的減少。
3.—種水泥生產過程餘熱利用的蓄熱式換熱器，所述換熱器包括低溫工質管束、高溫煙氣進口、高溫煙氣出口、低溫工質入口、低溫工質出口和殼體，所述換熱器殼體內設置多塊蓄熱材料，所述蓄熱材料為固體蓄熱材料，所述多塊蓄熱材料堆疊在一起，每塊蓄熱材料中設置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉設置，所述低溫工質管束穿過第二孔，所述低溫工質管束的外徑等於第二孔的直徑，所述多塊蓄熱材料的第一孔形成連通的通道，所述第一孔所形成的通道用於流通水泥生產過程所產生的煙氣，低溫工質管束用於流通低溫工質；所述煙氣從高溫煙氣入口進入，經過第一孔，然後從高溫煙氣出口排出，低溫工質從低溫工質入口進入，經過低溫工質管束，然後從低溫工質出口排出；，所述每一塊蓄熱材料為矩形結構，在每塊蓄熱材料中設置兩排第一孔和一排第二孔，第二孔位於兩排第一孔的中間，兩排第一孔的中心線與中間第二孔的中心線的距離相同，第一孔和第二孔之間構成90°設置，同一排第一孔中的相鄰兩個孔的圓心之間的距離為L2，所述L2與第一孔直徑Dl之間的關係滿足:1.5<L2/D1<2.7。
4.一種汽水分離器，包括殼體、分離管、進汽管、圓缺孔板一、圓缺孔板二、多孔孔板、連接管和出汽管； 汽水分離器為立式布置，汽水分離器的進汽管和出汽管分別布置於分離器的底部與頂部位置，出水管位於殼體底部側面；分離管分為兩段，兩段之間通過中間連接管進行連接，進汽管出口端與出汽管進口端分別插入分離器的兩段中，圓缺孔板一和圓缺孔板二設置在連接管內的蒸汽進口端和出 口端，圓缺孔板開孔口置於連接管異側，多孔孔板設置在出汽管端分離管中的第二段中，孔板上開有小孔，小孔呈圓心布置。
5.如權利要求4所述的汽水分離器，其特徵在於，所述連接管的管徑是分離管管徑的.0.45-0.55倍，兩段分離管的管徑相同；進汽管和出汽管的管徑相同，且為分離管管徑的.0.45-0.55倍，進汽管伸入分離管第一段的長度為分離管第一端的長度的30-45%，出汽管伸入分離管第二段的長度為分離管第二端的長度的30-45%，分離管第一段下端與分離器殼體的下部的距離為殼體總長度的15-20%，分離管第二段上端與分離器殼體的上部的距離為殼體總長度的15-20% ;圓缺孔板一和圓缺孔板一的圓缺高度為直徑的0.2-0.3倍。
6.一種閃蒸系統，所述閃蒸系統包括閃蒸器，所述閃蒸器的蒸汽出口設置汽水分離器，所述的汽水分離器為權利要求5或4所述的汽水分離器。
7.—種水泥生產過程餘熱利用的方法，所述方法包括蓄熱式換熱器，所述換熱器包括低溫工質管束、高溫煙氣進口、高溫煙氣出口、低溫工質入口、低溫工質出口和殼體，所述換熱器殼體內設置多塊蓄熱材料，所述蓄熱材料為固體蓄熱材料，所述多塊蓄熱材料堆疊在一起，每塊蓄熱材料中設置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉設置，所述低溫工質管束穿過第二孔，所述低溫工質管束的外徑等於第二孔的直徑，所述多塊蓄熱材料的第一孔形成連通的通道，所述第一孔所形成的通道用於流通水泥生產過程所產生的煙氣，低溫工質管束用於流通低溫工質；所述煙氣從高溫煙氣入口進入，經過第一孔，然後從高溫煙氣出口排出，低溫工質從低溫工質入口進入，經過低溫工質管束，然後從低溫工質出口排出； 在吸熱過程中，高溫煙氣在第一孔內放熱，蓄熱材料存儲熱量；當高溫煙氣間歇性停止時，低溫工質管束內通過低溫工質，存儲熱量的蓄熱材料向第二管束內的低溫工質進行放熱，實現水泥生產過 程餘熱的存儲和利用。
【文檔編號】F22B3/04GK103954158SQ201410185334
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月5日 優先權日:2014年5月5日
【發明者】程林, 杜文靜 申請人:山東省能源與環境研究院