CN102012014A

CN102012014A - 管道内高温气体余热综合利用方法及其专用装置

Info

Publication number: CN102012014A
Application number: CN 201010531463
Authority: CN
Inventors: 袁长胜; 谢泽民; 唐浩; 崔平
Original assignee: 袁长胜
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2011-04-13

Abstract

本发明公开了一种管道内高温气体余热综合利用方法及其专用装置。该专用装置包括：在所述的管道内设置有汽化冷却装置，在管道外壁上设置有半导体温差发电组件；在所述的汽化冷却装置上设置有进出水口与外部的水箱相通；在半导体温差发电组件上设有循环管路分别于外部水箱和汽化冷却装置的进水口相通。本发明的管道余热综合利用方法和专用装置，一方面充分利用管道内高温气体对汽化冷却装置内的软水进行加热，制备蒸汽供用户使用；一方面利用管道内外的温差进行发电，将热能转换成电能，供用户使用。另外根据不同管道内气体特点相应的在管道内另设有防结垢及清灰装置以确保导热面的传热效率。这几方面的综合同步使用，使得一直被浪费的高温气体的余热被充分合理利用，又有效的改善了环境，同时也为工厂节省了大量的成本。

Description

管道内高温气体余热综合利用方法及其专用装置

技术领域

本发明涉及一种余热综合利用方法及其专用设备，具体涉及一种利用管道内荒煤气或烟气等废热气体的显热生产蒸汽和温差发电的综合利用方法及其专用装置。

背景技术

目前，在焦化行业中，每座焦炉有50至65孔碳化室，每孔碳化室装入几十吨焦煤，在生产过程中，碳化室内的焦煤不断地产生大量的荒煤气，其温度高达700-800℃，这些荒煤气经管内设有衬砖的上升管收集后，再经桥管输送至集气管内，在集气管内喷入大量的氨水将荒煤气冷却到80℃左右，被加热和汽化的氨水再经热交换后将热量放散给大气，造成二次能源的浪费和热污染。另外在冶金、电力、化工、水泥、汽车等耗能大户行业中，在利用能源的同时也造成了大量能源的浪费和环境污染，显然不符合节能减排的要求，也不是建设节约型社会的需求，因此，研究出能够可靠地利用管道内高温气体显热的设备和方法，迫在眉睫。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种管道内高温气体余热综合利用方法及其专用装置，以使管道产生的余热得到很好的利用，节约能源。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种管道内高温气体余热综合利用方法，在管道内设置汽化冷却装置，在汽化冷却装置内通入软水，吸收管道内高温气体的热量制备高温蒸汽；在管道外壁上设置半导体温差发电组件，利用管道内外的温差进行发电，并收集电力供用户使用；半导体温差发电组件使用后的水通入汽化冷却装置制备高温蒸汽供用户使用。

上述的管道内高温气体余热综合利用方法的专用装置，包括：在所述的管道内设置有汽化冷却装置；在管道外壁上设置有半导体温差发电组件；在所述的汽化冷凝却装置上设置有进出水口与外部的水箱相通；在半导体温差发电组件上设有循环管路分别于外部水箱和汽化冷却装置除氧器的进水口相通。

所述的半导体温差发电组件包括导热件、半导体芯片、冷却水管和压紧板；所述的导热件紧贴汽化冷却构件外管的外壁，在导热件外侧依次紧贴半导体芯片、冷却水管和压紧板；在冷却水管上设置有进出水口。

所述的汽化冷却装置为由内外管组成的夹套型换热器，在夹套型换热器下段设置有进水口，在夹套型换热器上段设置有出水口。

所述的汽化冷却装置为由若干条管路组成的列管式换热器，在列管式换热器下段设置有进水口，在列管式换热器上段设置有出水口。所述的管路为圆形、多边形或异形管。异形管包括锥形管、方管和圆管结合设计的管等。

在所述的汽化冷却装置设有蒸汽管与汽包相通，在汽包内设有分离装置将汽水混合物分离成饱和水和干蒸汽。

所述的管道为圆形、多边形或异形管，在圆形、多边形或异形管管道内设置有夹套型换热器或列管式换热器，在圆形、多边形或异形管管道外壁上设置有半导体温差发电组件，在半导体温差发电组件上设置有进水管路与软水箱相通，在半导体温差发电组件上设置有出水管路与除氧器相通，所述的除氧器通过管路与汽包相通，在夹套型换热器或列管式换热器与汽包之间设置有蒸汽流通管路和水回流管路；在汽包内设置有分离器，在汽包上设置有干蒸汽出口管路与用户相通。

在有特殊用途的管道或异形管道内，可以另设有防结垢及清灰装置、超声波或机械吹扫口、出渣口装置等或他们的结合相互使用，定期不定期进行处理，提高管壁的传热效率。其中，异形管路可以为方形与圆形管路的结合设计管路，带弯头的管路，锥形管路等一些不规则的管路。

有益效果：本发明的管道内高温气体余热综合利用方法和专用装置，一方面充分利用管道内高温气体对汽化冷却器内的软水进行加热，制备蒸汽供用户使用，另一方面利用管道内外的温差进行发电，将热能转换成电能，供用户使用。这两方面的综合同步使用，使得一直被浪费的高温气体废热，被充分合理利用，即使得资源被充分利用，又有效的改善了环境，同时也为用户节省了大量的成本，具有很好的经济前景，能够产生很好的社会效益。

附图说明

图1是第一种管道内高温气体余热综合利用专用装置的结构示意图。图中，汽化冷却装置为夹套型换热器。

图2是图1的A-A向视图。

图3是图2中一个半导体温差发电组件的局部放大图。

图4第二种管道内高温气体余热综合利用专用装置的结构示意图。图中，汽化冷却装置为列管式换热器。

图5是第三种管道内高温气体余热综合利用专用装置的剖视图。图中，管道为方形管。

图6是第四种管道内高温气体余热综合利用专用装置的剖视图。图中，管道为多边形管。

图7是第五种管道内高温气体余热综合利用专用装置的剖视图。图中，管道为三角形管。

图8是管道内高温气体余热综合利用专用装置的成套工艺系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的解释。

一种管道内高温气体余热综合利用方法，在管道内设置汽化冷却装置，在汽化冷却装置内通入软水，吸收管道内高温气体的热量制备高温蒸汽；在管道外壁上设置半导体温差发电组件，利用管道内外的温差进行发电，并收集电力供用户使用；半导体温差发电组件使用后的水经处理后通入汽化冷却装置制备高温蒸汽供用户使用。

如图1、图2和图4所示，为管道内高温气体余热综合利用方法的专用装置，包括管道1，在管道1内设置有汽化冷却装置2，在管道1外壁上设置有半导体温差发电组件3；在所述的汽化冷却装置2上设置有进水口21与外部的水箱相通，设有蒸汽出口22与外部蒸汽管路相通；在半导体温差发电组件3上设有进水管路31与外部水箱和出水管路32汽化冷却装置2的进水口21相通。管道1可以为圆形管道，如图2所示；可以为方形管道，如图5所示；可以为多边形管道，如图6所示；可以为三角形管道，如图7所示；还可以为其他异形管道。

如图3所示，为一个半导体温差发电组件。半导体温差发电组件3包括导热件33、半导体芯片34、冷却水管35和压紧板36；所述的导热件33紧贴管道1的外壁，在导热件33外侧依次紧贴半导体芯片34、冷却水管35、压紧板36和紧固件37；在冷却水管35上设置有进水口31和出水口32。

汽化冷却装置2可以为由内外管组成的夹套型换热器，如图1所示，在夹套型换热器下段设置有进水口21，在夹套型换热器上段设置有出水口22；也可以为列管式换热器，如图4所示。在列管式换热器下段设置有进水口21，在列管式换热器上段设置有出水口22，列管的管路可以为圆管、多边形管或其他常规或不常规使用的管路。

如图8所示，为管道内高温气体余热综合利用专用装置的成套工艺系统图。在管道1内设置有汽化冷却装置2，在管道1外壁上设置有半导体温差发电组件3，在半导体温差发电组件3上设置有进水管路与补充水泵10和软水箱6相通，在半导体温差发电组件3上设置有出水管路与除氧器7相通，所述的除氧器7通过管路与给水泵9和汽包8相通，在汽化冷却装置2与汽包8之间设置有蒸汽流通管路和水回流管路；在汽包8内设置有分离器，在汽包8上设置有干蒸汽出口管路与用户相通。

用较大规格的无缝钢管制作夹套型换热器。夹套型换热器由内管和外管组成，在管道外壁设置半导体温差发电组件，它包括导热件33、半导体芯片34、冷却水管35、压紧板36和紧固件37。导热件33紧贴外套筒外壁，然后依次紧贴半导体芯片34、冷却水管35和压紧板36。该专用装置成套设备的外部设备包括软水箱6、补充水泵10、除氧器7、给水泵9和各种规格的阀门；补充水泵10和给水泵9布置在水泵房底层地面上。软水箱6布置在水泵房室外地面上。除氧器7布置在水泵房顶层。各种规格的阀门布置在相关设备的进出口的管道上。

高温气体源源不断地通过夹套型换热器的内侧和外侧。加热汽化夹套型换热器内的软水，同时也加热紧贴半导体温差发电组件。半导体温差发电组件将收到的部分热量转换为电能。还有相当部分热量传递给半导体温差发电组件冷却水管内的常温水。该常温水是由软水箱6内的储水经补充水泵10升压后送入的。然后汇集所有上升管半导体温差发电组件发出的电能，供生产使用。

冷却水管35内的常温水被半导体温差发电组件3加热到80℃左右，再通过管道送入除氧器7被进一步加热并被除氧。离开除氧器7的水有105℃，被给水泵9升压送入汽包8。汽包8内的水通过管道送入管道内侧的夹套型换热器或列管式换热器。不断吸收高温气体显热变成饱和水，并部分变成蒸汽。即形成汽水混合物，再由管道送入汽包8。汽包8内的分离装置将汽水混合物分离成饱和水和干蒸汽。饱和水与被送入汽包8的除氧水混合后再被送入管道内部的夹套型换热器或列管式换热器，参与下一次循环。干蒸汽通过管道被送到用户供生产使用。

本发明为了充分利用部分管道内700-800℃的高温气体的废热，改造原管道的结构。改造后的管道除具有输送高温气体的功能外，还具有以下功能：在内部设置夹套型换热器或列管式换热器，输入软水生产蒸汽。所有此类管道内部换热器生产的蒸汽经管道汇集进入汽包并经分离后成为干蒸汽，供生产使用。管道外壁保持250-300℃,在外壁敷设半导体温差发电组件。几十个经余热改造利用管道生产的电能汇集后供用户使用。另外，本工艺配有自动调温、调压系统，使得水系统的流量、压力能够随着管道内高温气体流量的变化而变化，即时调整，也保证了温差芯片的热端受热温度的稳定。外冷却水管的安装采用了滑移锁紧装置，适时调整对芯片的锁紧力，保证芯片冷热两端面与金属传热面具有的良好接触性能。经改造后的管道内高温气体的废热得到了充分利用，既能够生产蒸汽，又能够发出电能，都供生产使用，同时也具有较长的使用寿命。

Claims

1.一种管道内高温气体余热综合利用方法，其特征在于：在管道内设置汽化冷却装置，在汽化冷却装置内通入软水，吸收管道内高温气体的热量制备高温蒸汽；在管道外壁上设置半导体温差发电组件，利用管道内外的温差进行发电，并收集电力供用户使用；半导体温差发电组件使用后的水通入汽化冷却装置制备高温蒸汽供用户使用。

2.一种权利要求1所述的管道内高温气体余热综合利用方法的专用装置，包括管道，其特征在于：在所述的管道内设置有汽化冷却装置，在管道外壁上设置有半导体温差发电组件；在所述的汽化冷却装置上设置有进出水口与外部的水箱相通；在半导体温差发电组件上设有循环管路分别于外部水箱和汽化冷却装置除氧器的进水口相通。

3.根据权利要求2所述的管道内高温气体余热综合利用方法的专用装置，其特征在于：所述的半导体温差发电组件包括导热件、半导体芯片、冷却水管和压紧板；所述的导热件紧贴汽化冷却构件外管的外壁，在导热件外侧依次紧贴半导体芯片、冷却水管和压紧板；在冷却水管上设置有进出水口。

4.根据权利要求2所述的管道内高温气体余热综合利用方法的专用装置，其特征在于：所述的汽化冷却装置为由内外管组成的夹套型换热器，在夹套型换热器下段设置有进水口，在夹套型换热器上段设置有出水口。

5.根据权利要求2所述的管道内高温气体余热综合利用方法的专用装置，其特征在于：所述的汽化冷却装置为由若干条管路组成的列管式换热器，在列管式换热器下段设置有进水口，在列管式换热器上段设置有出水口。

6.根据权利要求5所述的管道内高温气体余热综合利用方法的专用装置，其特征在于：所述的管路为圆管、多边形管或异形管。

7.根据权利要求2所述的管道内高温气体余热综合利用方法的专用装置，其特征在于：在所述的汽化冷却装置设有蒸汽管与汽包相通，在汽包内设有将汽水混合物分离成饱和水和干蒸汽的分离装置。

8.根据权利要求2所述的管道内高温气体余热综合利用方法的专用装置，其特征在于：所述的管道为圆形、多边形或异形管管道，在圆形、多边形或异形管管道内设置有夹套型换热器或列管式换热器，在圆形、多边形或异形管管道外壁上设置有半导体温差发电组件，在半导体温差发电组件上设置有进水管路与软水箱相通，在半导体温差发电组件上设置有出水管路与除氧器相通，所述的除氧器通过管路与汽包相通，在夹套型换热器或列管式换热器与汽包之间设置有蒸汽流通管路和水回流管路；在汽包内设置有分离器，在汽包上设置有干蒸汽出口管路与用户相通。