CN101403580A

CN101403580A - 一种利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置

Info

Publication number: CN101403580A
Application number: CNA2008102271962A
Authority: CN
Inventors: 王随林; 刘贵昌; 潘树源; 史永征; 闫全英; 傅忠诚; 艾效逸; 郭全; 徐鹏
Original assignee: Dalian University of Technology; Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Current assignee: Dalian University of Technology; Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2028-11-26
Also published as: CN100593682C

Abstract

一种利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置，属于传热传质强化与金属防腐技术领域。该装置包括两个不同材料制成的肋片管式换热段，分别为高温换热段和低温换热段。高温换热段采用不锈钢铝复合管铝合金肋片，低温换热段采用涂镀复合防腐镀层的铜材肋片管。低温换热段肋片形状和肋片上的均压孔有利于烟气均匀流动和冷凝液的排除；低温换热段的肋片基管和肋片表面均镀以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀膜和有机涂层。该装置传热性能好、流动阻力小、耐温、耐腐蚀、结构紧凑、易于加工组合，适应性强，可用于燃气锅炉和直燃机等天然气利用设备烟气热能回收利用，也可用于冷凝式天然气锅炉或燃气直燃机等冷凝式天然气利用设备的冷凝换热器。

Description

一种利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置

技术领域

本发明涉及一种天然气锅炉或燃气直燃机等天然气利用设备回收利用烟气冷凝热能的换热装置和冷凝式天然气锅炉或燃气直燃机等冷凝式天然气利用设备用冷凝换热器。特别涉及一种利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置及其制造方法，属于传热传质强化与金属防腐技术领域。

背景技术

目前普通天然气锅炉和直燃机等天然气利用设备，排烟温度均在100℃以上，造成能源浪费和对环境的污染，其热效率一般低于90％。

在天然气利用设备尾部增设烟气冷凝换热器，将排烟温度降到烟气露点温度以下，不仅可以利用排烟显热，还可利用天然气燃烧时产生的大量水蒸气凝结时放出的大量潜热，热效率可提高10～20％，理论上，回收水蒸汽潜热可提高热效率11％。从而节约能源，并减少有害气体排放，同时凝结液会溶解吸收排烟中CO_X、NO_X、SO_X等部分有害气体，对烟气还有一定的净化作用。因此，研究与开发烟气冷凝热能回收利用装置，开发冷凝式天然气利用设备或将普通天然气利用设备系统改造为冷凝式系统，是高效利用天然气、减少环境污染最有效途径。因此，研究开发烟气冷凝换热器或换热装置，成为热科学和能源环境工程领域热点课题。

由于水蒸汽凝结液溶解了烟气中部分有害气体，形成含有硝酸根、亚硝酸根、氯酸根、硫酸根离子的具有较强酸性的腐蚀液，会对换热器造成腐蚀，影响其使用寿命。同时，冷凝式天然气利用设备通常要求结构紧凑、体积小、重量轻、成本低，同时阻力小。因而，冷凝换热设备的防腐技术与传热传质强化技术及集成设计技术，成为开发冷凝式天然气利用设备技术关键。

目前，国际上冷凝换热器或装置主要采用如铸铝、铝合金、镍合金、不锈钢及特氟隆等材料作为换热材料。此类换热设备加工难度大、成本高、材料导热能力差不利于设备紧凑化，应用中占据空间大，烟气阻力大以至于设备系统不能正常运行。同时构造理念单一，不能将此类换热设备根据温度环境和腐蚀环境变化，进行分别设置和优化整体构造，使得目前此类产品适应性和经济性受到限制。

综合利用不同材料物理化学性能中的热传导性与力学性能和可加工性及耐蚀性，对不同材料优选和优化组合利用，并进行形状结构优化设计和表面改性技术处理，使得此类产品实用性和经济性得到根本改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置，以回收利用天然气利用设备排烟中的显热及烟气中水蒸气凝结释放出的潜热，强化换热，进一步提高天然气利用设备的热能利用率和耐久性及经济性，同时减少污染。

本发明的技术方案如下：

一种利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置，其特征在于：该装置包括高温烟气换热段1和低温烟气换热段2两个肋片管式换热段，所述的高温烟气换热段和低温烟气换热段采用上下串联结构；所述的低温烟气换热段包括铜质肋片基管和设置在该基管上的铜质肋片组成，在所述的铜质肋片基管外表面和铜质肋片表面均依次镀有钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀层和有机涂层；高温烟气换热段的肋片基管和肋片与低温烟气换热段中的肋片基管和肋片采用不同材质的材料制作。

本发明所述的有机涂层采用氟树脂、聚氨酯或氟碳树脂涂层。

本发明所述低温烟气换热段的肋片采用整体肋片，在整体肋片中设有三角形或圆形均压孔4。整体肋片上下边缘为圆弧形，上边缘圆弧比下边缘圆弧平缓，肋片基管下部肋片高度高于肋片基管上部肋片高度。所述的低温烟气换热段的铜质肋片基管采用圆管、椭圆管或近似椭圆管。所述的铜质肋片基管和铜质肋片采用白铜或紫铜为基材。

本发明所述的高温烟气换热段的肋片基管采用不锈钢铝复合管，肋片采用单体铝合金肋片。所述的铝合金肋片为含硅、锰及镁的铝合金肋片。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①本发明提供的利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置，包括分别采用不同材料和不同肋片形式的两个肋片管式换热段，综合利用不同材料物理化学性能中的热传导性与力学性能和可加工性及耐蚀性，对不同材料优选和优化组合利用，并进行形状结构优化设计和表面改性技术处理，使得此类产品实用性和经济性得到根本改善。②在低温换热段，采用铜材为基材，涂镀复合防腐镀层，不仅发挥了铜质换热器卓越的传热性能、结构紧凑、易于加工成形等突出优点，而且由于本发明采用了特殊的防腐镀膜及其加造工艺，即钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀层和有机涂层，综合利用了化学镀层和有机涂层，进行优势互补，有效提高其耐腐蚀性能和使用寿命，且明显增强了其传热性能。③采用适合不同材质的强化传热传质、降低流动阻力、易于加工和节省材料的肋片形式；④在低温换热段，将肋片设计成圆弧形，并在肋片上设计专门的圆形或三角形均压孔，有利于均压和凝结液的导流；⑤肋片基管采用椭圆管或近似椭圆管，进一步强化了对流换热，换热器的传热系数可提高20～40％。

附图说明

图1为本发明提供的利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置的整体结构示意图。1为高温换热段，2为低温换热段。

图2为高温换热段结构示意图。

图3为低温换热段结构示意图。

图4a为低温换热段肋片管为圆管，肋片中有三角形均压孔，上、下边缘采用圆弧形的结构示意图。

图4b为低温换热段肋片管为圆管，肋片中有圆形均压孔，上、下边缘采用圆弧形的结构示意图。

图5a为低温换热段肋片管为椭圆管，肋片中有三角形均压孔，上、下边缘采用圆弧形的结构示意图。

图5b为低温换热段肋片管为椭圆管，肋片中有圆形均压孔，上、下边缘采用圆弧形的结构示意图。

图中：1-高温换热段；2-低温换热段；3-肋片；4-均压孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1本发明提供的利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置整体结构示意图。该装置由两个肋片管式换热段组成，即高温换热段1和低温换热段2。两个换热段实行上下串联连接，烟气与冷却用水逆向流动。温度较高的烟气先从上部流经高温换热段1，降温后再流过下部的低温换热段2。冷却水先进入下部的低温换热段，再流过上部的高温换热段。在低温换热段，烟气中的水蒸气冷凝，形成含有硝酸根、亚硝酸根、氯酸根和硫酸根离子的酸性腐蚀液，会对换热器造成腐蚀，本发明中在低温换热段2的肋片基管上采用复合镀层，有效地提高了其耐腐蚀性和使用寿命。

高温换热段1的肋片基管采用不锈钢铝复合管，即管内侧为不锈钢，管外侧为铝合金，肋片采用铝合金。铝合金为含硅、锰及镁的铝合金。肋片为单体圆肋片。低温换热段2由铜质肋片基管和铜质肋片组成。肋片3为整体肋片。肋片基管及肋片材料采用白铜或紫铜，在所述的肋片基管外表面和肋片表面均镀有以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀层和有机涂层。即先镀以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀层，然后再进行有机涂层涂镀，即制成带有非晶态镍铜磷化学复合镀层和有机涂层的复合防腐冷凝换热段。有机涂层采用氟树脂、聚氨酯或氟碳树脂类涂层。

肋片基管采用圆管、椭圆管或近似椭圆管；肋片中设有三角形或圆形均压孔4；肋片上、下边缘为圆弧形，肋片上边缘圆弧比下边缘圆弧平缓，肋片基管下部肋片高度高于肋片基管上部肋片高度，肋片形状易于使烟气流动更均匀、阻力小、易于冷凝液的导流，有利于提高耐温和耐腐蚀性。在肋片上设计专门的均压孔，均压孔的形状为三角形或圆形，均压孔位置与周围各肋片基管的圆心等距，使流经肋片间烟气流动均匀和流动阻力减小。

本发明所提供的利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置低温换热段的制造方法如下：

1)以铜材为基材，制成铜质肋片管式换热器，并对其表面进行预处理；

2)对肋片基管外表面和肋片表面，在常压、温度为80～90℃下进行以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀；

3)对镀有以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀的换热段整体，进行有机涂层涂镀，即制成带有非晶态镍铜磷化学复合镀层和有机涂层的复合防腐冷凝换热段。

4)将高温换热段1和低温换热段2按图1的顺序组装在一起，即制成利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置。

实施例1：高温换热段1采用不锈钢铝复合管和铝合金肋片。低温换热段2的肋片基管和肋片均采用紫铜，肋片基管为圆管，肋片中设有三角形均压孔；肋片上、下边缘为圆弧形，肋片上边缘圆弧比下边缘圆弧平缓，肋片基管上部肋片高度低于下部肋片高度。在肋片基管外表面和肋片表面均镀有以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀层，再涂镀氟树脂有机涂层。化学镀膜厚度为20μm、有机涂层厚为20μm，耐久年限为8年。

实施例2：换热段1采用不锈钢铝复合管和铝合金肋片。换热段2的肋片基管和肋片均采用紫铜，肋片基管为椭圆管，肋片中设有三角形均压孔；肋片上、下边缘为圆弧形，肋片上边缘圆弧比下边缘圆弧平缓，肋片基管上部肋片高度低于下部肋片高度。在肋片基管外表面和肋片表面均镀有以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀层，再涂镀氟碳树脂有机涂层。化学镀膜厚度为30μm、有机涂层厚为30μm，耐久年限为10年。

实施例3：换热段1采用不锈钢铝复合管和铝合金肋片。换热段2的肋片基管和肋片均采用紫铜，肋片基管为椭圆管，肋片中设有圆形均压孔；肋片上、下边缘为圆弧形，肋片上边缘圆弧比下边缘圆弧平缓，肋片基管上部肋片高度低于下部肋片高度。在肋片基管外表面和肋片表面均镀有以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀层，再涂镀聚氨酯有机涂层。化学镀膜厚度为30μm、有机涂层厚为30μm，耐久年限为10年。

Claims

1.一种利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置，其特征在于：该装置包括高温烟气换热段(1)和低温烟气换热段(2)两个肋片管式换热段，所述的高温烟气换热段和低温烟气换热段采用上下串联结构；所述的低温烟气换热段包括铜质肋片基管和设置在该基管上的铜质肋片组成，在所述的铜质肋片基管外表面和铜质肋片表面均依次镀有钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀层和有机涂层；高温烟气换热段(1)的肋片基管和肋片与低温烟气换热段中的肋片基管和肋片采用不同材质的材料制作。

2.按照权利要求1所述的利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置，其特征在于：所述低温烟气换热段(2)的肋片采用整体肋片，在整体肋片中设有三角形或圆形均压孔(4)。

3.按照权利要求1或2所述的利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置，其特征在于：在所述的有机涂层采用氟树脂、聚氨酯或氟碳树脂涂层。

4.按照权利要求3所述的利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置，其特征在于：所述的低温烟气换热段(2)的整体肋片上下边缘为圆弧形，上边缘圆弧比下边缘圆弧平缓，肋片基管下部肋片高度高于肋片基管上部肋片高度。

5.按照权利要求4所述的利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置，其特征在于：所述的铜质肋片基管和铜质肋片采用白铜或紫铜为基材。

6.按照权利要求5所述的利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置，其特征在于：所述的低温烟气换热段(2)的肋片基管采用圆管、椭圆管或近似椭圆管。

7.按照权利要求1所述的利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置，其特征在于：所述的高温烟气换热段(1)的肋片基管采用不锈钢铝复合管，肋片采用单体铝合金肋片。

8、按照权利要求5所述的利用烟气冷凝热能的复合型防腐换热装置，其特征在于：所述的铝合金肋片为含硅、锰及镁的铝合金肋片。