CN102243033A - 一种耐低温腐蚀的气液式换热器 - Google Patents

一种耐低温腐蚀的气液式换热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐低温腐蚀的气液式换热器，包括上下连成一体并由隔板从中间隔开的冷却段壳体和加热段壳体；冷却段壳体位于加热段壳体上方；在隔板上设置有多根热管；位于加热段壳体内部的热管表面设置有翅片；在位于加热段壳体内部的热管表面以及翅片的表面均烧结有一层光滑的搪瓷层。由于在与含硫烟气相接触的热管及其翅片表面烧结有一层光滑的搪瓷层，利用搪瓷材料耐酸腐蚀的特性，克服了目前锅炉烟气余热回收中存在的低温腐蚀换热面问题；以及利用光滑的搪瓷层表面不易粘结飞灰和耐磨的特点，从而使热管的换热面具有耐酸、耐磨、不易积灰和寿命长的优点；搪瓷层的烧结也易于推广和应用，在当前节能减排的形势下具有重大实践意义。

Description

一种耐低温腐蚀的气液式换热器
技术领域
本发明涉及用于锅炉低温烟气余热回收的省煤器领域，更具体的说，改进涉及的是一种耐低温腐蚀的气液式换热器。
背景技术
在锅炉的烟气余热回收中，普遍采用省煤器来提高热能设备的热效率。省煤器是一种典型的利用热流体烟气加热冷流体水的换热器。目前广泛应用碳钢管气液式换热器作为省煤器。
但是，现有技术的换热器在燃煤、燃油锅炉低温烟气余热回收中寿命较短。究其原因是因为燃煤、燃油中大都含有硫成分，燃煤、燃油中的硫成分在燃烧后会形生二氧化硫；一部分的二氧化硫会与燃烧产物中的氧发生反应生成三氧化硫，而当三氧化硫与烟气中的水蒸气相结合就会变成硫酸蒸汽。
若烟气中换热器的换热面低于酸露点温度时，烟气中的硫酸蒸汽就会在换热器的换热面上凝结成液体，则造成对碳钢传热管的严重腐蚀。
另外，凝结在换热面上的硫酸液体也容易粘附烟气中的飞灰，并最终导致传热管的堵塞。酸腐蚀加上灰堵的相互作用，致使省煤器很快失效，严重影响到锅炉的经济安全运行。
可见，当前在节能减排的形势下，开发适用于低温烟气余热回收的气液式换热器将具有重大意义。
因此，现有技术尚有待改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种耐低温腐蚀的气液式换热器，可克服目前锅炉烟气余热回收中存在的低温腐蚀换热面问题，具有耐酸、耐磨、不易积灰、使用寿命长和易于推广应用的特点。
本发明的技术方案如下：一种耐低温腐蚀的气液式换热器，包括上下连成一体并由隔板从中间隔开的冷却段壳体和加热段壳体；冷却段壳体位于加热段壳体的上方；在隔板上设置有多根热管；位于加热段壳体内部的热管表面设置有翅片；其中：在位于加热段壳体内部的热管表面及其翅片的表面均烧结有一层光滑的搪瓷层。
所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其中：翅片呈环形，沿热管的轴向平行间隔排列设置在热管表面上。
所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其中：在热管外壁与冷却段壳体一侧的隔板之间紧配有热管密封环；在热管密封环底面的隔板内镶嵌有紧套在热管外壁上的耐酸垫圈。
所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其中：所述耐酸垫圈设置为聚四氟乙烯垫圈。
所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其中：在加热段壳体顶部的隔板表面涂覆有一层第一耐酸胶泥层。
所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其中：在加热段壳体的底壁上涂覆有一层第二耐酸胶泥层。
所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其中：在加热段壳体的内壁上涂覆有一层第二耐酸胶泥层。
所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其中：搪瓷层的厚度设置为0.4±0.1mm；第一耐酸胶泥层和第二耐酸胶泥层的厚度均设置为30±5mm。
所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其中：在冷却段壳体内部设置有将热管隔开的流道隔板；在流道隔板上设置有豁口或通孔。
所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其中：在加热段壳体的底部设置有用于排出酸液的排液口。
本发明所提供的一种耐低温腐蚀的气液式换热器，由于在与含硫烟气相接触的热管及其翅片表面烧结有一层光滑的搪瓷层，利用搪瓷材料耐酸腐蚀的特性，克服了目前锅炉烟气余热回收中存在的低温腐蚀换热面问题；以及利用光滑的搪瓷层表面不易粘结飞灰和耐磨的特点，从而使热管的换热面具有耐酸、耐磨、不易积灰和使用寿命长的优点；而且搪瓷层的烧结也易于推广和应用，广泛适用于锅炉低温烟气余热回收场合，节能减排效果明显，在当前节能减排的形势下具有重大实践意义。
附图说明
图1是本发明一种耐低温腐蚀的气液式换热器的内部结构原理图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。
本发明的一种耐低温腐蚀的气液式换热器，其具体实施方式之一，如图1所示，包括上下设置并连成一体的冷却段壳体4和加热段壳体2；冷却段壳体4位于加热段壳体2的上方；在冷却段壳体4与加热段壳体2中间横向设置有一隔板3，用于将冷却段壳体4的内部空间与加热段壳体2的内部空间相互隔离开；在隔板3上纵向设置有多根平行间隔排列的束状热管；每根热管是由冷却段5和加热段1组成的一整根通管，通管内部设置有可气液转换的工质；热管的冷却段5设置为光管，不设置翅片，位于冷却段壳体4内部；热管的加热段1表面连接有翅片，位于加热段壳体2内部；其中，在位于加热段壳体2内部的热管加热段1表面及其翅片的表面均烧结有一层光滑的搪瓷层。由于搪瓷层是烧结在热管加热段1表面及其翅片表面上的，因此除了具有耐腐蚀的特点之外，还具有附着力强结实不易脱落的特点。
具体的，在冷却段壳体4的一侧设置有冷水入水口14，用于连接冷水管，以引入需要加热的冷水，冷水入水口14可设置在冷却段壳体4侧壁上靠近隔板3的位置；温度较低的冷水在冷却段壳体4内循环，与其内热管冷却段5的表面进行热交换，位于冷却段壳体4部分热管冷却段5中温度较高的流体介质将热量传导到该热管冷却段5外之后变成温度较低的流体介质；冷却段壳体4内部空间内的冷水与热管冷却段5管壁的接触变成温度较高的热水；而该热管冷却段5内的工质放热后由蒸汽状态变成液体状态靠重力回流进入到位于加热段壳体2部分的热管加热段1中；在冷却段壳体4的另一侧设置有热水出水口15，用于连接热水管，以引出加热后的热水，热水出水口15可设置在靠近冷却段壳体4顶面的侧壁上。
具体的，在加热段壳体2的一侧设置有烟气入口12，用于连通烟气输入管道，以输入燃煤、燃油燃烧后产生的废气即含硫的烟气，烟气入口12的口径不宜太小，以避免烟气流动阻力过大；温度较高的含硫烟气在经过加热段壳体2内部空间时，与带翅片的热管加热段1进行热交换，加热段壳体2内部空间内温度较高的烟气将热量传导到该热管加热段1内之后变成温度较低的烟气，该热管加热段1内的工质吸热后由液体状态变成蒸汽状态升腾进入到位于冷却段壳体4部分的热管冷却段5中；在加热段壳体2的另一侧设置有烟气出口13，用于连接烟气输出管道，以输出加热段壳体2内经过热交换之后温度较低的烟气。
在本发明气液式换热器的优选实施方式中，在位于加热段壳体2内部的热管加热段1及其翅片表面烧结形成的搪瓷层厚度范围可设置在0.2~0.6mm之间。当烧结出的搪瓷层厚度太薄时，虽然可使热管加热段1的传热效率损失较小，但是在反复的热胀冷缩后易出现裂纹甚至脱落；而烧结出的搪瓷层厚度太厚时，尽管不易出现裂纹甚至脱落，但是却大大降低了热管加热段1的传热效率；优选的是，烧结出的搪瓷层厚度为0.4±0.1mm，既不易出现龟裂纹也不会使热管加热段1损失太多的传热效率；经实际测试的结果表明，0.4mm厚度的光滑搪瓷层仅使其覆盖的热管降低5%左右的传热效率。
进一步地，设置在热管加热段1表面上的翅片呈环形，并沿热管加热段1的轴向平行间隔排列设置。
进一步地，在热管冷却段5外壁与冷却段壳体4一侧的隔板3之间紧配有热管密封环6；在热管密封环6底面的隔板3内镶嵌有紧套在热管冷却段5外壁上的耐酸垫圈7。热管密封环6用于密封隔离冷却段壳体4与加热段壳体2，耐酸垫圈7用于防止冷却段壳体4内的硫酸蒸汽凝结在热管密封环6处而造成的腐蚀。其中，所述耐酸垫圈7优选耐酸腐蚀性能较好的聚四氟乙烯垫圈。
进一步地，在加热段壳体2顶部的隔板3表面涂覆有一层第一耐酸胶泥层8；用于防止冷却段壳体4内的硫酸蒸汽凝结在隔板3表面而造成的腐蚀。在加热段壳体2的底壁上涂覆有一层第二耐酸胶泥层9；或者，在整个加热段壳体2的内壁上都涂覆有一层第二耐酸胶泥层9，均可用于防止冷却段壳体4内的硫酸蒸汽凝结在冷却段壳体4表面而造成的腐蚀，而且后者的防护效果会更好些。
加热段壳体2内部的热管加热段1和翅片可以采用全部挂搪瓷的措施来提高其耐腐蚀性，但由于加热段壳体2的体积很大，在加热段壳体2内壁全部挂搪瓷处理在工艺上实现有难度，并且造价高，因此仅加热段壳体2内部的热管加热段1和翅片进行挂搪瓷处理，而在加热段壳体2内壁或底壁采用涂覆耐酸胶泥处理，既能提高整体耐酸程度，工艺上也容易实现，并且成本低、造价低。
较好的是，第一耐酸胶泥层8和/或第二耐酸胶泥层9的厚度范围可设置在20~40mm之间，优选30±5mm。若耐酸胶泥层的厚度太薄则起不到防腐蚀的作用，而若耐酸胶泥层的厚度太厚则缩小了加热段壳体2的内部空间。
此外，如果在热管加热段1和翅片外表面采用涂覆耐酸胶泥的话，因耐酸胶泥的30mm厚度较厚，相比较搪瓷层的0.4mm厚度，耐酸胶泥层影响了热管的导热性能，并且也容易脱落。而在热管密封环6底部涂覆耐酸胶泥用来抗腐蚀，相比较采用耐酸的聚四氟乙烯垫圈7，则聚四氟乙烯垫圈7还具有耐压的功能。
进一步地，在冷却段壳体4内部沿热管冷却段5轴向设置有将热管冷却段5隔开的流道隔板11；在流道隔板11上设置有豁口或通孔；用于加快冷却段壳体4内部冷水和热水的流速，以提高热交换性能。流速越高，传热效果就越好。
进一步地，在加热段壳体2的底部设置有用于排出酸液的排液口10。与现有技术不同的是，现有技术因不能用于低温，不会有酸液出现，而本发明的气液式换热器采用了以上的耐腐蚀措施，可以用于低温烟气的余热回收，当含硫烟气的温度低于酸露点时，含硫烟气就会凝结并积聚形成酸液，因此采用排液口10可将酸液排除，也是提高耐腐蚀性的一个措施。可用于各种含有腐蚀性气体的热回收或换热场合。
以一台6t/h工业锅炉的尾部烟气余热回收为例，采用本发明的气液式换热器作为省煤器，如图1所示，省煤器中的热管冷却段5外径设置为25mm；加热段壳体2内的热管加热段1表面焊有环形翅片，翅片的高度设置为12.5mm；加热段壳体2内的热管加热段1长度设置为870mm；冷却段壳体4内的热管冷却段5长度设置为380mm；共计安装120根带有搪瓷的热管加热段1；烧结在热管加热段1及其翅片上搪瓷层的厚度设置0.4mm；换热器中隔板3下部及烟气侧加热段壳体2内部涂覆30mm厚的耐酸胶泥层。
低温烟气的测定流量为6475kg/h；烟气入口处的温度为200℃；烟气出口处的温度为100℃；冷水入口处的温度为20℃；热水出口处的温度为60℃；经换算可知余热回收量为200KW。
与现有技术中的气液式换热器相比，本发明所提供的一种耐低温腐蚀的气液式换热器，由于在与含硫烟气相接触的热管及其翅片表面烧结有一层光滑的搪瓷层，利用搪瓷材料耐酸腐蚀的特性，克服了目前锅炉烟气余热回收中存在的低温腐蚀换热面问题；以及利用光滑的搪瓷层表面不易粘结飞灰和耐磨的特点，从而使热管的换热面具有耐酸、耐磨、不易积灰和寿命长的优点；而且搪瓷层的烧结也易于推广和应用，广泛适用于锅炉低温烟气余热回收场合，节能减排效果明显，在当前节能减排的形势下具有重大实践意义。
应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种耐低温腐蚀的气液式换热器，包括上下连成一体并由隔板从中间隔开的冷却段壳体和加热段壳体；冷却段壳体位于加热段壳体的上方；在隔板上设置有多根热管；位于加热段壳体内部的热管表面设置有翅片；其特征在于：在位于加热段壳体内部的热管表面及其翅片的表面均烧结有一层光滑的搪瓷层。
2.根据权利要求1所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其特征在于：翅片呈环形，沿热管的轴向平行间隔排列设置在热管表面上。
3.根据权利要求1所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其特征在于：在热管外壁与冷却段壳体一侧的隔板之间紧配有热管密封环；在热管密封环底面的隔板内镶嵌有紧套在热管外壁上的耐酸垫圈。
4.根据权利要求3所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其特征在于：所述耐酸垫圈设置为聚四氟乙烯垫圈。
5.根据权利要求1所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其特征在于：在加热段壳体顶部的隔板表面涂覆有一层第一耐酸胶泥层。
6.根据权利要求5所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其特征在于：在加热段壳体的底壁上涂覆有一层第二耐酸胶泥层。
7.根据权利要求5所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其特征在于：在加热段壳体的内壁上涂覆有一层第二耐酸胶泥层。
8.根据权利要求6或7所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其特征在于：搪瓷层的厚度设置为0.4±0.1mm；第一耐酸胶泥层和第二耐酸胶泥层的厚度均设置为30±5mm。
9.根据权利要求1所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其特征在于：在冷却段壳体内部设置有将热管隔开的流道隔板；在流道隔板上设置有豁口或通孔。
10.根据权利要求1至9中任一所述的耐低温腐蚀的气液式换热器，其特征在于：在加热段壳体的底部设置有用于排出酸液的排液口。
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