CN101603790B - 多相变单元组合换热器及其最低壁温控制方法 - Google Patents
多相变单元组合换热器及其最低壁温控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种多相变单元组合换热器及其最低壁温控制方法，包括上、下集管和换热管联通的独立单个相变单元，上集管靠管板形成一个内腔和两个外腔，内腔中穿有列管，列管开口在外腔中，上集管内腔与各个换热管相通，在上集管内腔与下集管间的换热管上装有充液溢流针型阀，下集管上设有排污用针型阀，通向上集管外腔与上集管内腔间接有支管，支管上装有充液球阀和排气针型阀，充液球阀和排气针型阀间管路上装有排气球阀，独立单个相变单元间通过上集管与进水和出水集管并联成多相变单元组合换热器，将锅炉尾部受热面最低壁面温度控在烟气酸露点以上，排烟温度降至比受热面控制最低壁温高15℃，可布置于水平烟道，也可布置于垂直烟道，增加了结构设计与布置的灵活性，节省使用空间。
Description
技术领域
本发明涉及一种替代管式、热管换热器以及复合相变换热器，可将锅炉尾部受热面的最低壁面温度自动控制在烟气酸露点以上的同时，排烟温度可以降至仅比受热面控制最低壁温高15℃左右的多相变单元组合换热器及其最低壁温控制方法。
背景技术
众所周知，由于锅炉烟气中SO3的存在，尾部受热面空气预热器的出口烟气温度受到限制。排烟温度过低，将导致因为受热面最低壁面温度低于烟气酸露点而发生严重的结露腐蚀和堵灰。所以锅炉的设计排烟温度不能过低，管式空气预热器的设计排烟温度通常在140℃～160℃或更高；回转式空气预热器的设计排烟温度通常在130℃～140℃。即便这样，受热面的腐蚀和堵灰现象仍在所难免。回转式空气预热器的最低壁面温度通常控制在烟气水露点以上，所以普遍存在不同程度的低温腐蚀。所谓其具有较强的抗低温腐蚀性，是指低温腐蚀在一定程度内不会对换热造成明显的影响，但较大的漏风所带来的附加能耗是其无法克服缺陷，而且回收烟气热量在给水和送风的分配方面较管式空气预热器缺乏灵活性。复合相变换热器可以在维持较高最低壁面温度的前提下大幅度降低排烟温度，能有效地将排烟温度控制在仅比最低壁面温度高15℃左右(例如控制壁温100℃时，排烟温度115℃左右)，可以在避免受热面发生低温腐蚀的前提下大幅度地降低排烟温度。但是，由于结构原因相变段受热面必须布置在水平烟道上，限制了其空间可布置范围。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种在保证尾部受热面不结露的前提下，通过降低排烟温度的方法回收烟气余热，并将回收的热量用于加热低压低温水，以提高锅炉系统热效率并利用锅炉余热的多相变单元组合换热器及其最低壁温控制方法，它以垂直于烟气流动方向的换热管排为单位组成多个独立的相变单元，每个相变单元由吸热段(蒸发段)、放热段(冷凝段)组成，通过优化布置吸热段和放热段的换热面形式、结构及换热面积得到所需要的最低控制壁面温度。
本发明的目的是这样实现的：包括上集管、下集管和连接在上集管、下集管之间的各个换热管通过内腔联通成密闭整体而成为的独立单个相变单元，其特征在于：在独立单个相变单元中，在上集管的内部通过两头设置的管板形成一个内腔和两头的两个外腔，在该内腔中穿过有列管，列管的开口位于两头的两个外腔中，上集管的内腔与各个换热管相接通，在上集管的内腔与下集管之间接通的换热管上还安装有充液溢流针型阀，在下集管上设置有排污用针型阀，在通向上集管的外腔的管道与上集管的内腔之间接通有支管，在该支管上安装有充液球阀和排气针型阀，在充液球阀和排气针型阀之间的管路上安装有排气球阀；若干所述独立单个相变单元之间通过上集管与进水集管和出水集管接通后并联在一起组成多相变单元组合换热器。
在上集管上安装有测温仪，在与进水集管和出水集管相接通的旁通水路上设置自控调节阀，测温仪与自控装置相连接，自控装置与自控调节阀相连接。
一种所述的多相变单元组合换热器的换热方法，其特征在于：装置运行前，首先通过充液球阀向每个独立单个相变单元充液，充液量由充液溢流针型阀控制，充液完毕即可进行排气，排气时，先调节自控调节阀的开度，使吸热段最低壁面温度高于100℃，然后打开排气针型阀和排气球阀进行排气，持续5-10分钟；在运行中，出现相变腔内不凝气体聚集影响传热效果或系统停车检修后重新运行，均需重复上述操作，以达最佳换热效果；一定数量和规格的换热管组成独立单个相变单元的吸热段，烟气通过吸热段，独立单个相变单元内传热媒质吸收热量后沸腾发生相变，产生的蒸汽上升进入上集管的内腔与列管的凝结水或除盐水进行热交换，蒸汽凝结靠重力回流至下集管，换热在不断的蒸发与冷凝的相变过程中进行，通过改变进入列管的水流量调节本独立单个相变单元的壁面温度，设定某个独立单个相变单元的最低设计壁温，需加热的凝结水或除盐水经进水集管进入各个独立单个相变单元，吸收热量温度升高后汇集到出水集管后被送往除氧器，测温仪测得的温度信号反馈给自控装置，自控装置自动调节旁通水路上的自控调节阀的开度，使得具有最低设计壁温的独立单个相变单元的最低壁面温始终处于设定值，整个装置的最低壁面温度始终高于烟气酸露点设定值，从而杜绝了低温酸腐蚀的发生。
本发明具有复合相变换热器的主要特性，可将锅炉尾部受热面的最低壁面温度自动控制在烟气酸露点以上的同时，排烟温度可以降至仅比受热面控制最低壁温高15℃左右。更重要的是，它即可以布置于水平烟道，也可以布置于垂直烟道，大大增加了结构设计与现场布置的灵活性，节省生产区使用空间。
附图说明
图1为本发明的单个相变单元结构示意图。
图2为本发明的多相变单元组合换热器结构简图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明包括上集管6、下集管2和连接在上集管6、下集管2之间的一定数量和规格的各个换热管3通过内腔联通成密闭整体而成为的独立单个相变单元14，其特征在于：在独立单个相变单元14中，在上集管6的内部通过两头设置的管板4形成一个内腔和两头的两个外腔，在该内腔中穿过有列管5，列管5的开口位于两头的两个外腔中，上集管6的内腔与各个换热管3相接通，在上集管6的内腔与下集管2之间接通的换热管上还安装有充液溢流针型阀10，在下集管2上设置有排污用针型阀1，在通向上集管6的外腔的管道与上集管6的内腔之间接通有支管，在该支管上安装有充液球阀9和排气针型阀7，在充液球阀9和排气针型阀7之间的管路上安装有排气球阀8；所述各个独立单个相变单元14之间通过上集管6与进水集管15和出水集管16接通后并联在一起组成多相变单元组合换热器。在上集管6之间安装有测温仪11，在与进水集管15和出水集管16相接通的旁通水路13上设置自控调节阀17，测温仪11与自控装置12相连接，自控装置12与自控调节阀17相连接。
由上下集管6，2和一定数量和规格的换热管3连接成一个内腔联通的密闭整体，即独立单个相变单元14。为了充液和排气的需要，专门设置了排污用针型阀1、排气针型阀7、充液球阀9、排气球阀8和充液溢流针型阀10。一定数量和规格的换热管3组成相变单元的吸热段(蒸发段)；上集管兼做列管式换热器，由列管5、管板4和壳体组成，称之为放热段(冷凝段)。放热段管程通过需加热的凝结水或除盐水(软水)，壳程与换热管联通。将一定数量的单个相变单元组合一起，布置于水平烟道或垂直烟道中就组成了多相变单元组合换热器的主体部分，配以自控调节阀、测温仪和自控装置最终组成多相变单元组合换热器。
图2所示结构为布置于水平烟道，放热段管程并联的多相变单元组合换热器。当布置于垂直烟道中时，只需使每个相变单元与水平面成一定角度，上下集管具有一定高差，以保证相变单元腔内液态相变媒质依靠重力实现可靠的自然循环。
通过优化分配各相变单元放热段的换热器面积，实现各相变单元吸热段的不同壁面温度设计，并将其中某个相变单元吸热段的壁温设计为相对最低。系统运行时，只要控制吸热段最低壁面温度相变单元14的壁面温度高于控制温度，就可以控制整个多相变单元组合换热器吸热段最低壁面温度高于烟气酸露点，避免装置低温腐蚀的发生。在吸热段最低壁面温度相变单元(上集管)的汽相空间安装测温仪11，在旁通水路13设置自控调节阀17，各相变单元的放热段管程并联或串联连接。图2所示结构为布置于水平烟道，放热段管程并联的多相变单元组合换热器。当布置于垂直烟道中时，只需使每个相变单元与水平面成一定角度，上下集管具有一定高差，以保证相变单元腔内液态相变媒质依靠重力实现可靠的自然循环。
运行过程如下：装置运行前，首先通过充液球阀9向每个相变单元充液，充液量由充液溢流针型阀10控制。充液完毕即可进行排气。排气时，先调节自控阀开度，使吸热段最低壁面温度高于100℃，然后打开排气针型阀7和排气球阀8进行排气，约持续5～10分钟即可。在运行中，出现相变腔内不凝气体聚集影响传热效果或系统停车检修后重新运行，均需重复上述操作，以达最佳换热效果。烟气通过吸热段，相变单元内传热媒质吸收热量后沸腾，即发生相变。产生的蒸汽上升进入放热段壳程并与其管程的水进行热交换，蒸汽凝结靠重力回流至吸热段(或下集管)，换热在不断的蒸发与冷凝的相变过程中进行。因为一定的媒质在给定的压力下具有恒定的相变温度，调节放热段的换热量可以改变相变单元内的压力，所以通过改变进入放热段的水流量即可调节本相变单元的吸热段壁面温度。本装置首先设定吸热段最低壁面温度相变单元14的最低设计壁温，需加热的凝结水或除盐水(软水)经进水集管15进入各个相变单元的放热段，吸收热量温度升高后汇集到出水集管16后被送往除氧器，测温仪11测得的温度信号反馈给自控装置，自控装置12自动调节旁通水路13上的自控调节阀17的开度，使得具有最低设计壁温的相变单元14的最低壁面温始终处于设定值。这样，整个装置的最低壁面温度始终高于设定值(烟气酸露点)，从而杜绝了低温酸腐蚀的发生。
Claims (3)
1.一种多相变单元组合换热器，包括若干个独立单个相变单元(14)，每个所述独立单个相变单元(14)由上集管(6)、下集管(2)和连接在上集管(6)、下集管(2)之间的各个换热管(3)通过内腔联通成密闭整体而成，其特征在于：在独立单个相变单元中，在上集管(6)的内部通过两头设置的管板(4)形成一个内腔和两头的两个外腔，在该内腔中穿过有列管(5)，列管(5)的开口位于两头的两个外腔中，上集管(6)的内腔与各个换热管(3)相接通，在上集管(6)的内腔与下集管(2)之间接通的换热管上还安装有充液溢流针型阀(10)，在下集管(2)上设置有排污用针型阀(1)，在通向上集管(6)的外腔的管道与上集管(6)的内腔之间接通有支管，在该支管上安装有充液球阀(9)和排气针型阀(7)，在充液球阀(9)和排气针型阀(7)之间的管路上安装有排气球阀(8)；若干所述独立单个相变单元(14)之间通过上集管(6)与进水集管(15)和出水集管(16)接通后并联在一起组成多相变单元组合换热器。
2.根据权利要求1所述的多相变单元组合换热器，其特征在于：在上集管(6)之间安装有测温仪(11)，在与进水集管(15)和出水集管(16)相接通的旁通水路(13)上设置自控调节阀(17)，测温仪(11)与自控装置(12)相连接，自控装置(12)与自控调节阀(17)相连接。
3.一种如权利要求2所述的多相变单元组合换热器的换热方法，其特征在于：装置运行前，首先通过充液球阀(9)向每个独立单个相变单元(14)充液，充液量由充液溢流针型阀(10)控制，充液完毕即可进行排气，排气时，先调节自控调节阀(17)的开度，使吸热段最低壁面温度高于100℃，然后打开排气针型阀(7)和排气球阀(8)进行排气，持续5-10分钟；在运行中，出现相变腔内不凝气体聚集影响传热效果或系统停车检修后重新运行，均需重复上述操作，以达最佳换热效果；一定数量和规格的换热管(3)组成独立单个相变单元(14)的吸热段，烟气通过吸热段，独立单个相变单元(14)内传热媒质吸收热量后沸腾发生相变，产生的蒸汽上升进入上集管(6)的内腔与列管(5)的凝结水或除盐水进行热交换，蒸汽凝结靠重力回流至下集管，换热在不断的蒸发与冷凝的相变过程中进行，通过改变进入列管(5)的水流量调节本独立单个相变单元(14)的壁面温度，设定某个独立单个相变单元(14)的最低设计壁温，需加热的凝结水或除盐水经进水集管(15)进入各个独立单个相变单元(14)，吸收热量温度升高后汇集到出水集管(16)后被送往除氧器，测温仪(11)测得的温度信号反馈给自控装置，自控装置(12)自动调节旁通水路(13)上的自控调节阀(17)的开度，使得具有最低设计壁温的独立单个相变单元(14)的最低壁面温始终处于设定值，整个装置的最低壁面温度始终高于烟气酸露点设定值，从而杜绝了低温酸腐蚀的发生。
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Effective date of registration: 20130913 Address after: 112611, No. 604, comprehensive building, hi tech Innovation Service Center, Liaoning, Tieling Patentee after: Liaoning grand energy saving environmental protection technology Co., Ltd. Address before: Road work in Weidu District of Xuchang city in Henan province 461000 No. 24 Patentee before: Zhang Zhiyu |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Zhiyu Inventor after: Zhou Jianxin Inventor after: Zhou Hong Inventor before: Zhang Zhiyu |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170713 Address after: Second, 150 teaching building, No. 215000 benevolence Road, Suzhou Industrial Park, Suzhou, Jiangsu Patentee after: Suzhou grand energy saving environmental protection technology Co., Ltd. Address before: 112611, No. 604, comprehensive building, hi tech Innovation Service Center, Liaoning, Tieling Patentee before: Liaoning grand energy saving environmental protection technology Co., Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111130 Termination date: 20180706 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |