CN102252543B - 一种基于汽液换热器的分控相变换热系统及换热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于汽液换热器的分控相变换热系统及换热方法。该系统包括储液箱(20)、热源换热器(3)、冷源换热器(15)和汽液换热器(9)，热源换热器(3)的上集箱经换热器入口蒸汽管(8)与汽液换热器(9)连通，所述汽液换热器(9)上设置的汽液换热器出口蒸汽管(10)分成两支路分别与冷源换热器(15)的上集箱和下集箱连通；所述冷源换热器(15)的下集箱通过冷源换热器出液管(17)与储液箱(20)上部连通，该储液箱(20)底部经换热器入口冷凝液管(11)与汽液换热器(9)连通，汽液换热器(9)通过换热器出口冷凝液管(6)与热源换热器(3)的下集箱连通。通过本发明的装置很高的解决了过冷、过热现象，换热效率提高。
Description
技术领域
本发明涉及安全可控的强化传热技术领域，具体地，本发明涉及一种基于汽液换热器的分控相变换热系统及换热方法。
背景技术
在国内外强化传热技术以及专用于余热回收利用的技术中，利用汽体凝结和液体沸腾蒸发换热系数高且温度均匀的特点，开发出许多高效相变换热技术。在降低锅炉排烟温度、回收余热提高热效率方面，常采用热管或其它相变换热技术，通过不同技术方案来控制烟气侧受热面的腐蚀和结灰速度，取得较好的效果。
现有技术在余热回收控制的有效性方面仍有很大的欠缺，所以设备实际使用寿命远达不到计算数据的理想状态。比如现有技术多采用通过对冷源和热源换热统一控制的方式来控制相变参数，由于系统热容和热阻的影响，特别是对于管路较长的大系统和风烟换热的系统，被控系统时间常数过大，不仅控制参数反应滞后，超调量大，造成热源换热短时或局部失控，而且控制精度和稳定性也较差。特别是由于热源管外烟气的对流换热系数比管内相变换热的换热系数相差极大，而换热管的热阻和热容又相对很小，外管壁温度随管内介质温度变化很快，调节滞后大的控制系统将使换热管的腐蚀几率大增。为此不得不被迫提高排烟温度，放大安全余量，降低了余热回收的效益。
传统相变换热器无法适应机组启停和大负荷变化时换热器壁温大幅波动的工况，因而低温腐蚀常在这时剧烈产生，设备寿命显著降低。
另外，传统相变换热技术理论上希望蒸发相变和冷凝相变在接近同一参数下进行，其回水方式给现场安装和技术改造带来很大的困难，无法兼容原有暖风器等换热设备，不仅新增换热设备使系统电耗较高，甚至无法实施。传统相变换热技术不能及时排除系统内不凝结气体，排空能力差降低了相变换热系数和系统的适应性。
由于流动阻力的影响，冷源换热器冷凝的相变压力必然低于热源换热器蒸发的相变压力，因而饱和冷凝液的参数相对饱和蒸发液的参数必然存在过冷度。由于蒸汽在冷源换热器冷凝过程中，会在壁面产生液膜，冷凝液产生过冷无法避免。另外，由于设计工况下的换热器面积、换热系数和换热温差等参数难以适应变工况下和不同季节的实际相变换热量，加之液位波动等因素的影响，因而相变换热过程总伴随产生冷凝液过冷和蒸汽过热的情况；过冷液和过热汽的存在会降低相变换热器的换热能力，同时，由于自然循环的存在，过冷液进入热源换热器还会使蒸发换热面下部壁面温度安全余量降低，产生局部低温腐蚀的几率增大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于汽液换热器的分控相变换热系统。
本发明的再一目的在于提供一种基于汽液换热器的分控相变换热方法。
根据本发明的基于汽液换热器的分控相变换热系统，该系统包括储液箱20、热源换热器3和冷源换热器15，
所述系统还包括一汽液换热器9，热源换热器3的上集箱经换热器入口蒸汽管8与汽液换热器9连通，所述汽液换热器9经换热器出口蒸汽管10分成两支路分别与冷源换热器15的上集箱和下集箱连通，并且在换热器出口蒸汽管10的母管上设置两个并联的气流调节阀12；
所述冷源换热器15的下集箱通过冷源换热器出液管17与储液箱20上部连通，该储液箱20底部经换热器入口冷凝液管11与汽液换热器9连通，汽液换热器9通过换热器出口冷凝液管6与热源换热器3的下集箱连通，在换热器入口冷凝液管11的管路上设置液流调节阀18。
所述的热源换热器3和冷源换热器15分别为两个或以上，所述两个或以上的热源换热器3并联设置，所述两个或以上的冷源换热器15并联设置，并且在并联支路上设置隔离阀门，用于单独控制。
所述换热器出口蒸汽管10分成的两支路中，在与下集箱相连的支路上设置冷源换热器下进气阀14。
所述冷源换热器15的上集箱上设置冷源换热器排空阀16，用于排出系统积存的不凝结气体。
所述储液箱20上部经排液管路24和换热器出口冷凝液管6合并后与热源换热器3的下集箱连通，并在排液管路24上设置自动排液阀1和排液泵2；所述储液箱20上端设置补液阀21，用于向储液箱20补充循环液工质；在储液箱20内部下端设置加热器23，用于通过外接热源加热储液箱20内的循环液工质。
所述的换热器入口冷凝液管11上在液流调节阀18和储液箱20之间设置循环泵19。
所述热源换热器3的吸热管束中设置蒸发液温度传感器4，测量其内部蒸发液的温度，用于监控蒸发相变温度；
所述储液箱20内部设置冷凝液温度传感器22，测量其内部冷凝液的温度，用于监视冷凝液过冷度；
所述换热器入口蒸汽管8上设置蒸汽压力传感器7，用以测量该管路上的蒸汽压力；
所述热源换热器3的上集箱和下集箱之间设置液位传感器5，所述液位传感器5的一端连接在热源换热器3上集箱到汽液换热器3之间的换热器入口蒸汽管8管路上，另一端连接在换热器出口冷凝液管6的管路上，用以测量热源换热器3内的液位。
此外，本发明还提供了一种基于汽液换热器分控相变换热系统的分控相变换热方法，所述方法包括以下步骤：
通过热源换热器3从外部吸收热量，使其内部的蒸发液蒸发为蒸汽，该蒸汽从热源换热器3的上集箱经过换热器入口蒸汽管8进入汽液换热器9内，
通过储液箱20的出口流出的冷凝液，通过液流调节阀18调节，经换热器入口冷凝液管11进入汽液换热器9内；
在汽液换热器9内蒸汽和冷凝液进行热交换，以降低蒸汽的过热度和冷凝液的过冷度，经过换热的蒸汽经换热器出口蒸汽管10和并联连接的气流调节阀12后，分为至少两路分别进入冷源换热器15的上集箱和下集箱，蒸汽在冷源换热器15与冷源吸热流体进行热交换，同时冷凝为冷凝液，然后从冷源换热器15下集箱经冷源换热器出液管17进入储液箱20；经换热得到的冷凝液经换热器出口冷凝液管6从热源换热器3下集箱进入热源换热器3，吸热成为蒸发液，开始新的传热循环。
所述汽液换热器9内蒸汽换热后分成四路分别进入并联的两组冷源换热器15的上集箱和下集箱，每组冷源换热器15的并联支路上设置隔离阀门，其中一组出现故障时，通过该阀门将改故障换热器组从系统中切除，以保证系统继续可靠运行；
通过储液箱20内的冷凝液温度传感器测量其内部冷凝液的温度，监视冷凝液过冷度，当过冷度增大到大于2～15℃时，冷凝液温度传感器22测量值使过冷度监控设备发出报警信号，切除一组冷源换热器15，减少冷源的放热量。
所述汽液换热器9为混合式换热器或表面式换热器。
所述气流调节阀12由气流调节阀控制器来控制开度，其方法为：
气流调节阀2由气流调节阀控制器来控制开度，气流调节阀控制器由蒸汽压力传感器7和蒸发液温度传感器4的测量信号来实施控制，
当蒸汽压力传感器7测量的蒸汽压力与气流调节阀控制器的设定值发生偏差，则气流调节阀控制器相应调节气流调节阀的开度，以纠正该运行偏差，使测量值与设定值保持一致；
蒸发液温度传感器4测量的蒸发液温度值作为气流调节阀控制器的辅助调节信号，通过比较运算蒸发液温度传感器4的测量值和气流调节阀控制器内的温度设定值，逐渐修正调节误差，以提高控制相变换热温度的准确性和精度，保障热源换热器3的换热面壁温有足够的安全余量，不发生低温腐蚀，气流调节阀控制器内的温度设定值高于热源烟气酸露点1～15℃，且与上述压力设定值对应的饱和温度相同。
所述气流调节阀12为两个并联进行设置，采用同步开启和关闭的同步控制或分别控制开启和关闭的分步控制，所述的分步控制包括连续调节方法和断续调节方法。
所述液流调节阀18由液流调节阀控制器来控制开度，其方法为：
液流调节阀控制器根据测量热源换热器3内液位的液位传感器5和蒸发液温度传感器4的测量信号来实施控制，当液位传感器5测量的液位与液流调节阀控制器的设定值发生偏差，则液流调节阀控制器相应调节液流调节阀18的开度，以纠正该运行偏差，使测量值与设定值保持一致。
所述热源换热器3内的冷凝液内温度变化时系统的相应控制为：
蒸发液温度传感器4测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定低一值时，液流调节阀控制器将发出报警信号，该液温设定低一值根据烟气酸露点设定值确定，一般高于热源烟气酸露点设定值5～15℃；
蒸发液温度传感器4测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定低二值时，液流调节阀控制器将发出报警信号，并发出关闭液流调节阀18、停止循环泵19运行的指令；该液温设定低二值比前述液温设定低一值温度低2～5℃；
蒸发液温度传感器4测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定低三值时，将发出报警信号，并打开自动排液阀1，提示启动排液泵2的运行，将热源换热器3内液体排入到储液箱20；该液温设定低三值比前述液温设定低二值温度低2～5℃；
蒸发液温度传感器4测得的液温值高于液流调节阀控制器的液温设定低二值时，液流调节阀控制器发出排液泵2停止运行命令，并发出自动排液阀1关闭命令；蒸发液温度传感器4测得的液温值高于液流调节阀控制器的液温设定低一值时，液流调节阀控制器解除液流调节阀18关闭命令和解除循环泵19停止运行命令。
所述冷源换热器15内饱和温度变化时气流调节阀12进行调节的方法为：
冷源换热器15内的相变参数是由冷源流体的吸热能力和进入冷源换热器15内的蒸汽状态参数和流量综合作用决定的，冷源吸热量增大，或来自热源的蒸汽传热量减小，都会使冷源换热器15内的饱和温度和压力下降，反之亦然；
当系统热源吸热量大于冷源换热器15的放热量时，气流调节阀12开大，冷源换热器15内的饱和压力和温度逐渐升高，同时由于进入冷源换热器15的蒸汽过热度减小使冷源换热器15内的蒸汽对流换热空间减少，冷凝相变换热比例增大，换热系数提高，可增大冷源换热器15的放热能力，冷、热源的换热量达到新的平衡；
当系统热源换热器3的吸热量小于冷源换热器15的放热量时，气流调节阀12关小，冷源换热器15内的饱和压力和温度逐渐降低，同时由于进入冷源换热器15的蒸汽过热度增大，使冷源换热器15内的蒸汽对流换热空间增加，冷凝相变换热比例减少，换热系数减小，都会减小冷源换热器15的放热能力，使冷、热源的换热量达到新的平衡。
所述方法还包括以下步骤：
打开冷源换热器下进气阀14，使蒸汽经冷源换热器15的下集箱进入冷源换热器15，可降低冷凝液的过冷度，同时打开冷源换热器15的上集箱上的冷源换热器排空阀16，可排出换热器内聚集在换热面下部的不凝气体。
所述方法还包括以下步骤：
当系统初启动时，通过储液箱20内的启动加热器23加热储液箱20内的循环液工质，以避免由于热源换热器3的换热面壁温与工质温差过大，造成换热面腐蚀；
在机组启动、停机热源烟气温度过低时，系统通过自动排液阀1将热源换热器3中的存液放空，以保障换热管不受低温腐蚀。
本发明的分控相变换热技术的系统组成和工作流程为：
热源换热器3从外部吸收热源放热流体烟气(热源流体也可为生产工艺尾气等)的热量，使其内部的蒸发液(系统内部循环工质为水，也可使用氟利昂、氨等)蒸发为蒸汽，该蒸汽从热源换热器3的上集箱经过换热器入口蒸汽管8进入汽液换热器9进行换热。
汽液换热器9可以为混合式换热器也可以为表面式换热器，从汽液换热器9换热后的蒸汽降低了过热度，流经换热器出口蒸汽管10和并联连接的A气流调节阀12或B气流调节阀13后，分为两路分别进入冷源换热器15的上集箱和经过冷源换热器下进气阀14后进入冷源换热器15的下集箱。
蒸汽在冷源换热器15将释放的热量传递给冷源吸热流体，同时冷凝为冷凝液，然后从冷源换热器15下集箱经过冷源换热器出液管17进入储液箱20，从储液箱21流出的冷凝液经循环泵19升压，通过液流调节阀18，经换热器入口冷凝液管11进入汽液换热器9。
进入汽液换热器9的该冷凝液与前述由换热器入口蒸汽管8进入汽液换热器9的蒸汽在汽液换热器9内进行换热，降低了过冷度，然后该冷凝液经换热器出口冷凝液管6从热源换热器3下集箱进入热源换热器3，吸热成为蒸发液，开始新的传热循环。
蒸发液温度传感器4安装在热源换热器3上，测量其内部蒸发液的温度，用于监控蒸发相变温度。
冷凝液温度传感器22安装在储液箱20上，测量其内部冷凝液的温度，用于监视冷凝液过冷度，当过冷度增大到大于2～15℃时，冷凝液温度传感器22测量值使过冷度监控设备发出报警信号，切除部分冷源换热器组，减少冷源的放热量。
液位传感器5上端连接在热源换热器3上集箱到汽液换热器9之间的换热器入口蒸汽管8靠近热源换热器3上集箱的管路上，液位传感器5的下端连接在换热器出口冷凝液管6靠近热源换热器3下集箱的管路上，用以测量热源换热器3内的液位。
蒸汽压力传感器7安装在换热器入口蒸汽管8上，用以测量该管路上的蒸汽压力。
冷源换热器排空阀16连接于冷源换热器15的上集箱上，用于排出系统积存的不凝结气体。
换热器出口冷凝液管6靠近热源换热器3下集箱一侧的管路上还连接着排液管路24的一端，当排出热源换热器3内液体时，该液体由该端经自动排液阀1，通过排液泵2排入储液箱20。补液阀21可以在系统需要时向储液箱20补充循环液工质。
启动加热器23安装于储液箱20内，当系统初启动时，可通过外接热源加热储液箱20内的循环液工质，避免由于热源换热器3的换热面壁温与工质温差过大，而使换热面外壁温低于酸露点，造成换热面腐蚀。
打开冷源换热器下进气阀14，使蒸汽进入冷源换热器15的下集箱，有助于排出换热器内聚集在换热面下部的不凝气体，同时也有助于降低冷凝液的过冷度。
本发明的热源换热器3和冷源换热器15可多组并联，每组换热器前后可加装隔离阀门，当其中一组出现故障时，通过该阀门可以将改故障换热器组从系统中切除，不影响系统继续可靠运行。关闭冷源换热器15的某一组隔离阀门后还可使其它组冷源换热器内气体压力升高，有助于排出系统不凝气体，提高换热效率和设备寿命。
另外，在冷、热源系统变更或气候影响下，热源放热流体和冷源吸热流体参数变化较大时，热源换热器3和冷源换热器15的受热面积不能最佳匹配，气流调节阀的调节能力达到极限时，可以通过切除某组热源换热器3或冷源换热器15，来使得热源换热器3内的压力和冷源换热器15内的冷凝液的过冷度处于气流调节阀的最佳调节能力范围内，确保热源换热器设备的安全。当储液箱20内的冷凝液过冷度增大到大于2～15℃时，冷凝液温度传感器22测量值使过冷度监控设备发出报警信号，并切除部分冷源换热器组，减少冷源的放热量。
本发明的优点在于：
本发明将热源烟气侧的吸热换热器和冷源的放热换热器的换热分别独立控制。由于蒸发吸热和冷凝放热的饱和压力各自独立控制，可确保在冷源换热大幅变化时，热源换热管的壁温不受影响，可靠地保障换热管不受低温腐蚀损害。
本发明采用换热器入口蒸汽管8内部压力信号和蒸发液温度传感器4的温度信号以及热源换热器3内液位信号的组合来实施多元、多层次的控制，被测参数不受冷热源参数分布均匀性的影响，一致性更好。由于调节滞后小，调节特性更好，控制系统更稳定，控制精度和可靠性更高。热源换热器3内相变换热饱和温度波动幅度小、波动时间短，可显著降低热源换热管的低温腐蚀几率。
相变换热过程总伴随产生冷凝液过冷和蒸汽过热的情况；过冷液和过热汽的存在会降低相变换热器的换热能力，同时，由于自然循环的存在，过冷液进入热源换热器还会使蒸发换热面下部壁面温度安全余量降低，产生局部低温腐蚀的几率增大。本发明通过汽液换热器和调节冷源换热器下进气等多种综合措施，降低了进入换热器内的冷凝液过冷度和蒸汽过热度，使得换热器的壁温更为均匀一致。
本发明的换热技术可更精确、更均匀、可靠地控制换热管壁温，不仅提高了换热器设备的寿命，还可比其它技术将换热管壁温安全余量减小，将烟气排烟温度降低更多，回收更多热量，有更高的节能减排效益。
本发明设计的水泵动力循环和水量平衡系统，可使换热系统的各设备灵活布置，现场适应性大大增强，既不要求安装时冷源放热换热器的位置必须高于热源吸热换热器，也可实现冷、热源之间的远距离传热。由于相变换热采用了相变流体介质的潜热传递能量，流体介质携带的能量密度很高，因而流体流量较小，水泵功耗很低。
本发明设计的不凝气体排除系统可在任何工况下将气体可靠排除，相变换热效能和设备寿命得到提高。
传统相变换热技术对冷、热源负荷变化的适应性较差，调节手段无法满足冷、热源负荷大幅变化时设备的安全，低温腐蚀常在这时剧烈发生。本发明通过换热器分组控制、出色的自动调节能力、多种安全监控措施和启动加热措施等，可不分季节和外接的冷热源系统状况，从机组启动到停运全过程对烟气侧的吸热换热器壁温实现可靠地控制，为烟气余热回收利用提供了关键和坚实的技术基础。
对冷源换热参数和热源换热参数分别独立控制的分控相变换热技术，使热源相变参数保持稳定，低温冷源相变参数的变化不会影响热源相变参数的稳定；冷凝液与蒸发液经过热交换降低过冷度后再进入热源换热器，提高了换热控制的可靠性和设备安全性；强制循环系统和使得系统应用的适应性和与原有设备的兼容性得到很大提高，不受季节和原有设备布置的影响，即提高了余热回收利用的效率，也可减少设备能耗，始终保持余热回收的最大经济性；系统的投入与退出运行采用了智能化的控制方式，自动适应机组启停和大负荷变化的工况，可以确保极端运行条件下的设备安全。
附图说明
图1为本发明的基于汽液换热器的分控相变换热系统结构示意图。
附图标识
1、自动排液阀 2、排液泵 3、热源换热器
4、蒸发液温度传感器 5、液位传感器 6、换热器出口冷凝液管
7、蒸汽压力传感器 8、换热器入口蒸汽管 9、汽液换热器
10、换热器出口蒸汽管 11、换热器入口冷凝液管
12、气流调节阀 14冷源换热器下进气阀 15、冷源换热器
16、冷源换热器排空阀 17、冷源换热器出液管 18、液流调节阀
19、循环泵 20、储液箱 21、补液阀
22、冷凝液温度传感器 23、启动加热器 24、排液管路
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的基于汽液换热器的分控相变换热系统及换热方法进行进一步的说明。
如图1所示，
热源换热器3从外部吸收热源放热流体烟气(热源流体也可为生产工艺尾气等)的热量，使其内部的蒸发液(系统内部循环工质为水，也可使用氟利昂、氨等)蒸发为蒸汽，该蒸汽从热源换热器3的上集箱经过换热器入口蒸汽管8进入汽液换热器9进行换热。
汽液换热器9可以为混合式换热器也可以为表面式换热器，从汽液换热器9换热后的蒸汽降低了过热度，流经换热器出口蒸汽管10和并联连接的A气流调节阀12或B气流调节阀13后，分为两路分别进入冷源换热器15的上集箱和经过冷源换热器下进气阀14后进入冷源换热器15的下集箱。
蒸汽在冷源换热器15将释放的热量传递给冷源吸热流体，同时冷凝为冷凝液，然后从冷源换热器15下集箱经过冷源换热器出液管17进入储液箱20，从储液箱21流出的冷凝液经循环泵19升压，通过液流调节阀18，经换热器入口冷凝液管11进入汽液换热器9。
进入汽液换热器9的该冷凝液与前述由换热器入口蒸汽管8进入汽液换热器9的蒸汽在汽液换热器9内进行换热，降低了过冷度，然后该冷凝液经换热器出口冷凝液管6从热源换热器3下集箱进入热源换热器3，吸热成为蒸发液，开始新的传热循环。
蒸发液温度传感器4安装在热源换热器3上，测量其内部蒸发液的温度，用于监控蒸发相变温度。
冷凝液温度传感器22安装在储液箱20上，测量其内部冷凝液的温度，用于监视冷凝液过冷度，当过冷度增大到大于2～15℃时，冷凝液温度传感器22测量值使过冷度监控设备发出报警信号，切除部分冷源换热器组，减少冷源的放热量。
液位传感器5上端连接在热源换热器3上集箱到汽液换热器9之间的换热器入口蒸汽管8靠近热源换热器3上集箱的管路上，液位传感器5的下端连接在换热器出口冷凝液管6靠近热源换热器3下集箱的管路上，用以测量热源换热器3内的液位。
蒸汽压力传感器7安装在换热器入口蒸汽管8上，用以测量该管路上的蒸汽压力。
冷源换热器排空阀16连接于冷源换热器15的上集箱上，用于排出系统积存的不凝结气体。
换热器出口冷凝液管6靠近热源换热器3下集箱一侧的管路上还连接着排液管路24的一端，当排出热源换热器3内液体时，该液体由该端经自动排液阀1，通过排液泵2排入储液箱20。补液阀21可以在系统需要时向储液箱20补充循环液工质。
启动加热器23安装于储液箱20内，当系统初启动时，可通过外接热源加热储液箱20内的循环液工质，避免由于热源换热器3的换热面壁温与工质温差过大，而使换热面外壁温低于酸露点，造成换热面腐蚀。
打开冷源换热器下进气阀14，使蒸汽进入冷源换热器15的下集箱，有助于排出换热器内聚集在换热面下部的不凝气体，同时也有助于降低冷凝液的过冷度。
本发明的热源换热器3和冷源换热器15可多组并联，每组换热器前后可加装隔离阀门，当其中一组出现故障时，通过该阀门可以将改故障换热器组从系统中切除，不影响系统继续可靠运行。关闭冷源换热器15的某一组隔离阀门后还可使其它组冷源换热器内气体压力升高，有助于排出系统不凝气体，提高换热效率和设备寿命。
另外，在冷、热源系统变更或气候影响下，热源放热流体和冷源吸热流体参数变化较大时，热源换热器3和冷源换热器15的受热面积不能最佳匹配，气流调节阀的调节能力达到极限时，可以通过切除某组热源换热器3或冷源换热器15，来使得热源换热器3内的压力和冷源换热器15内的冷凝液的过冷度处于气流调节阀的最佳调节能力范围内，确保热源换热器设备的安全。当储液箱20内的冷凝液过冷度增大到大于2～15℃时，冷凝液温度传感器22测量值使过冷度监控设备发出报警信号，并切除部分冷源换热器组，减少冷源的放热量。
系统的运行控制工作过程和特性为：
气流调节阀12和气流调节阀13由气流调节阀控制器来控制开度，气流调节阀控制器是根据蒸汽压力传感器7和蒸发液温度传感器4的测量信号来实施控制。
当蒸汽压力传感器7测量的蒸汽压力与气流调节阀控制器的设定值发生偏差，则气流调节阀控制器相应调节气流调节阀的开度，以纠正该运行偏差，使测量值与设定值保持一致。例如当压力测量值大于调节阀控制器的设定值，则气流调节阀开大，释放更多的蒸汽进入冷源换热器15，使得测量值回归设定值，反之亦然。该压力设定值根据烟气酸露点情况确定，一般该压力设定值对应的相变介质的饱和温度高于热源烟气酸露点1～15℃。以在确保安全性的条件下，获得最佳的经济性。
由于压力波是以声速传递的，不受系统热容的影响，热源换热器3内壁蒸发相变换热的实际饱和温度随热源换热器3内部压力瞬间改变，滞后极小，因而通过压力信号来控制相变换热的饱和温度，控制对象的时间常数较小，控制系统更稳定，调节特性更好。另外，特别是当管外为换热系数较小的气体对流换热时，由于换热管的热阻和热容相对很小，外管壁温度随内壁温度变化很快，传统相变换热调节滞后大的控制系统将可能会使吸热的热源换热管的外壁温度低于酸露点，造成换热管的快速腐蚀。或者被迫放大安全余量，提高排烟温度，降低了经济性。
由于相变过程中饱和液以及饱和汽的压力和温度都是一一对应的，所以蒸发液温度传感器4测量的蒸发液温度值作为气流调节阀控制器的辅助调节信号，通过比较运算蒸发液温度传感器4的测量值和气流调节阀控制器内的温度设定值，可以逐渐修正调节误差，提高控制相变换热温度的准确性和精度，保障热源换热器3的换热面壁温有足够的安全余量，不发生低温腐蚀。气流调节阀控制器内的温度设定值一般高于热源烟气酸露点1～15℃，且与上述压力设定值对应的饱和温度相同。
气流调节阀12和气流调节阀13的通径可以相同，也可以不同，它们的控制可以为根据气流调节阀控制器的控制指令保持同步开启和关闭的同步控制，也可以为分别控制开启和关闭的分步控制。
分步控制可以两种方式进行。
一种分步控制方式是2个调节阀均为连续调节。当控制信号开启指令较小时，气流调节阀的其中之一先开启并随命令调节开度，当控制信号开启指令大小超过先开启的调节阀的30％～100％开度时，另一个调节阀也开始开启参与调节，当先开启的调节阀达100％开度后，第二开启的调节阀可以继续开启调节，当控制信号开启指令达到100％时，第二个调节阀开度也达到100％。关闭调节的过程是开启过程的逆过程。
另一种分步控制方式是2个调节阀之一为连续调节，另一个为断续调节。当控制信号开启指令较小时，连续调节的气流调节阀先开启并随命令调节开度，当控制信号开启指令大小超过该调节阀的30％～50％开度时，另一个调节阀也开始开启到一定开度保持不变，先开启的调节阀再随之相应调节开度；随着控制信号开启指令增大10％～30％后，后开启的调节阀再打开一定开度保持不变，随着控制指令的增大，如此往复，直到后开启调节阀全开。关闭调节的过程是开启过程的逆过程。
断续调节的调节阀的极端情况是只有全开和全关两种状态。当控制信号开启指令较小时，连续调节的气流调节阀先开启并随命令调节开度，当控制信号开启指令大小超过该调节阀的50％～100％开度时，另一个调节阀即开启到全开开度保持不变，先开启的调节阀再随之相应调节开度；
分步控制方式的优点是调节特性好，阀门调节的波动和节流损失较小，系统适应性强。
液流调节阀18由液流调节阀控制器来控制开度，液流调节阀控制器根据测量热源换热器3内液位的液位传感器5和蒸发液温度传感器4的测量信号来实施控制。当液位传感器5测量的液位与液流调节阀控制器的设定值发生偏差，则液流调节阀控制器相应调节液流调节阀18的开度，以纠正该运行偏差，使测量值与设定值保持一致。
蒸发液温度传感器4测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定低一值时，液流调节阀控制器将发出报警信号，提示运行人员注意。该液温设定低一值根据烟气酸露点设定值确定，一般高于热源烟气酸露点设定值5～15℃。
蒸发液温度传感器4测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定低二值时，液流调节阀控制器将发出报警信号，并发出关闭液流调节阀18、停止循环泵19运行的指令；该液温设定低二值比前述液温设定低一值温度低2～5℃。
蒸发液温度传感器4测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定低三值时，将发出报警信号，并打开自动排液阀1，提示启动排液泵2的运行，将热源换热器3内液体排入到储液箱20；该液温设定低三值比前述液温设定低二值温度低2～5℃。
蒸发液温度传感器4测得的液温值高于液流调节阀控制器的液温设定低二值时，液流调节阀控制器发出排液泵2停止运行命令，并发出自动排液阀1关闭命令；蒸发液温度传感器4测得的液温值高于液流调节阀控制器的液温设定低一值时，液流调节阀控制器解除液流调节阀18关闭命令和解除循环泵19停止运行命令。
烟气酸露点可根据煤分析计算得出，也可根据监视烟气中的含硫量计算得出。当计算的烟气酸露点高于烟气酸露点设定值2～5℃时将发出报警，提示调整烟气酸露点设定值。
冷源换热器15内的相变参数(压力和温度)是由冷源流体的吸热能力(即冷源换热器15的放热能力)和进入冷源换热器15内的蒸汽状态参数和流量等综合作用决定的，冷源吸热量增大，或来自热源的蒸汽传热量减小，都会使冷源换热器15内的饱和温度和压力下降，反之亦然。其参数独立变化，不会对热源相变的参数产生不利影响。
当系统热源放热量(即热源换热器3的吸热量)大于冷源吸热量(即冷源换热器15的放热量)时，气流调节阀开大，冷源换热器15内的饱和压力和温度逐渐升高，同时由于进入冷源换热器15的蒸汽过热度减小使冷源换热器15内的蒸汽对流换热空间减少，冷凝相变换热比例增大，换热系数提高，可增大冷源的吸热能力(即冷源换热器15的放热量增大)，冷、热源的换热量接近新的平衡。当系统热源换热器3的吸热量小于冷源换热器15的放热量时，气流调节阀关小，冷源换热器15内的饱和压力和温度逐渐降低，同时由于进入冷源换热器15的蒸汽过热度增大，使冷源换热器15内的蒸汽对流换热空间增加，冷凝相变换热比例减少，换热系数减小，都会减小冷源换热器15的放热能力，使冷、热源的换热量接近新的平衡。
储液箱20的上部通过冷源换热器出液管17与冷源换热器15下部联箱联通，储液箱20的下部与循环泵19联通。储液箱20的液位可保障循环泵19有足够吸入压头，抑制循环泵发生气蚀。也可保持系统中运行工质量的平衡。储液箱20的存液量可随着系统的运行工况变化而自动变化。当热源换热器3蒸发量突然增大，液流调节阀18开大时，储液箱20液位下降；当冷源换热器15放热量突然增大，储液箱20液位将上升。
在机组启动、停机等热源烟气温度过低时，系统通过自动排液阀1将热源换热器3中的存液放空，保障换热管不受低温腐蚀。只有当蒸发液温度传感器4测量的温度高于设定的安全值时，液流调节阀18才能开启，系统自动给热源换热器3进液，进入正常的相变换热运行。
Claims (10)
1.一种基于汽液换热器的分控相变换热系统，该系统包括储液箱（20）、热源换热器（3）和冷源换热器（15），其特征在于，
所述系统还包括汽液换热器（9），热源换热器（3）的上集箱经换热器入口蒸汽管（8）与汽液换热器（9）连通，所述汽液换热器（9）上设置的换热器出口蒸汽管（10）分成两支路分别与冷源换热器（15）的上集箱和下集箱连通，并且在换热器出口蒸汽管（10）的母管上设置气流调节阀（12）；
所述冷源换热器（15）的下集箱通过冷源换热器出液管（17）与储液箱（20）上部连通，该储液箱（20）底部经换热器入口冷凝液管（11）与汽液换热器（9）连通，汽液换热器（9）通过换热器出口冷凝液管（6）与热源换热器（3）的下集箱连通，在换热器入口冷凝液管（11）的管路上设置液流调节阀（18）；
所述分控为热源烟气侧的热源换热器（3）和冷源侧的冷源换热器(15)的换热分别独立控制。
2.根据权利要求1所述的基于汽液换热器的分控相变换热系统，其特征在于，所述的热源换热器（3）和冷源换热器（15）分别为两个以上，所述两个以上的热源换热器（3）并联设置，所述两个以上的冷源换热器（15）并联设置，并且在并联支路上设置隔离阀门。
3.根据权利要求1所述的基于汽液换热器的分控相变换热系统，其特征在于，
所述换热器出口蒸汽管（10）分成的两支路中，在与下集箱相连的支路上设置冷源换热器下进气阀（14）；
所述冷源换热器（15）的上集箱上设置冷源换热器排空阀（16），用于排出系统积存的不凝结气体；
所述储液箱（20）上部经排液管路（24）和换热器出口冷凝液管（6）合并后与热源换热器（3）的下集箱连通，并在排液管路（24）上设置自动排液阀（1）和排液泵（2）；
所述储液箱（20）上端设置补液阀（21），用于向储液箱（20）补充循环液工质；
在储液箱（20）内部下端设置加热器（23），用于通过外接热源加热储液箱（20）内的循环液工质；
所述的换热器入口冷凝液管（11）上在液流调节阀（18）和储液箱（20）之间设置循环泵（19）；
所述热源换热器（3）的吸热管束中设置蒸发液温度传感器（4），测量其内部蒸发液的温度，用于监控蒸发相变温度；
所述储液箱（20）内部设置冷凝液温度传感器（22），测量其内部冷凝液的温度，用于监视冷凝液过冷度；
所述换热器入口蒸汽管（8）上设置蒸汽压力传感器（7），用以测量该管路上的蒸汽压力；
所述热源换热器（3）的上集箱和下集箱之间设置液位传感器（5），所述液位传感器（5）的一端连接在热源换热器（3）上集箱到汽液换热器（9）之间的换热器入口蒸汽管（8）管路上，另一端连接在换热器出口冷凝液管（6）的管路上，用以测量热源换热器（3）内的液位。
4.一种基于权利要求1至3之一所述分控相变换热系统的分控相变换热方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
通过热源换热器（3）从外部吸收热量，使其内部的蒸发液蒸发为蒸汽，该蒸汽从热源换热器（3）的上集箱经过换热器入口蒸汽管（8）进入汽液换热器（9）内；
通过储液箱（20）的出口流出的冷凝液，通过液流调节阀（18）调节，经换热器入口冷凝液管（11）进入汽液换热器（9）内；
在汽液换热器（9）内蒸汽和冷凝液进行热交换，以降低蒸汽的过热度和冷凝液的过冷度，经过换热的蒸汽经换热器出口蒸汽管（10）和并联连接的气流调节阀（12）后，分为至少两路分别进入冷源换热器（15）的上集箱和下集箱，蒸汽在冷源换热器（15）与冷源吸热流体进行热交换，同时冷凝为冷凝液，然后从冷源换热器（15）下集箱经冷源换热器出液管（17）进入储液箱（20）；经换热得到的冷凝液经换热器出口冷凝液管（6）从热源换热器（3）下集箱进入热源换热器（3），吸热成为蒸发液，开始新的传热循环。
5.根据权利要求4所述分控相变换热方法，其特征在于，所述汽液换热器（9）内蒸汽换热后分成四路分别进入并联的两组冷源换热器（15）的上集箱和下集箱，每组冷源换热器（15）的并联支路上设置隔离阀门；
通过储液箱（20）内的冷凝液温度传感器测量其内部冷凝液的温度，监视冷凝液过冷度，当过冷度增大到大于2℃时，冷凝液温度传感器（22）测量值使过冷度监控设备发出报警信号，切除一组冷源换热器（15），减少冷源的放热量；
所述汽液换热器（9）为混合式换热器或表面式换热器。
6.根据权利要求4所述分控相变换热方法，其特征在于，所述气流调节阀（12）由气流调节阀控制器来控制开度，其步骤为：
气流调节阀（12）由气流调节阀控制器来控制开度，气流调节阀控制器根据蒸汽压力传感器（7）和蒸发液温度传感器（4）的测量信号来实施控制；
当蒸汽压力传感器（7）测量的蒸汽压力与气流调节阀控制器的设定值发生偏差，则气流调节阀控制器相应调节气流调节阀的开度，以纠正该运行偏差，使测量值与设定值保持一致；
蒸发液温度传感器（4）测量的蒸发液温度值作为气流调节阀控制器的辅助调节信号，通过比较运算蒸发液温度传感器（4）的测量值和气流调节阀控制器内的温度设定值，逐渐修正调节误差，以提高控制相变换热温度的准确性和精度，保障热源换热器（3）的换热面壁温有足够的安全余量，不发生低温腐蚀，气流调节阀控制器内的温度设定值高于热源烟气酸露点1～15℃，且与上述压力设定值对应的饱和温度相同。
7.根据权利要求4或6所述分控相变换热方法，其特征在于，所述气流调节阀（12）为2个以上并联连接的阀门，采用同步开启、关闭的同步控制或分别控制开启、关闭的分步控制，所述的分步控制包括连续调节方法和断续调节方法。
8.根据权利要求4所述分控相变换热方法，其特征在于，所述液流调节阀（18）由液流调节阀控制器来控制开度，其步骤为：
液流调节阀控制器根据测量热源换热器（3）内液位的液位传感器（5）和蒸发液温度传感器（4）的测量信号来实施控制，当液位传感器（5）测量的液位与液流调节阀控制器的设定值发生偏差，则液流调节阀控制器相应调节液流调节阀（18）的开度，以纠正该运行偏差，使测量值与设定值保持一致。
9.根据权利要求4所述分控相变换热方法，其特征在于，
所述热源换热器（3）内的冷凝液内温度变化时系统的相应控制为：
蒸发液温度传感器（4）测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定第一值时，液流调节阀控制器将发出报警信号，该液温设定第一值根据烟气酸露点设定值确定，一般高于热源烟气酸露点设定值5～15℃；
蒸发液温度传感器（4）测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定第二值时，液流调节阀控制器将发出报警信号，并发出关闭液流调节阀（18）、停止循环泵（19）运行的指令；该液温设定第二值比前述液温设定第一值温度低2～5℃；
蒸发液温度传感器（4）测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定第三值时，将发出报警信号，并打开自动排液阀（1），提示启动排液泵（2）的运行，将热源换热器（3）内液体排入到储液箱（20）；该液温设定第三值比前述液温设定第二值温度低2～5℃；
蒸发液温度传感器（4）测得的液温值高于液流调节阀控制器的液温设定第二值时，液流调节阀控制器发出排液泵（2）停止运行命令，并发出自动排液阀（1）关闭命令；蒸发液温度传感器（4）测得的液温值高于液流调节阀控制器的液温设定第一值时，液流调节阀控制器解除液流调节阀（18）关闭命令和解除循环泵（19）停止运行命令；
所述冷源换热器（15）内饱和温度变化时气流调节阀（12）进行调节的步骤为：
冷源换热器（15）内的相变参数是由冷源流体的吸热能力和进入冷源换热器（15）内的蒸汽状态参数和流量综合作用决定的，冷源吸热量增大，或来自热源的蒸汽传热量减小，都会使冷源换热器（15）内的饱和温度和压力下降，反之亦然；
当系统热源吸热量大于冷源换热器（15）的放热量时，气流调节阀（12）开大，冷源换热器（15）内的饱和压力和温度逐渐升高，同时由于进入冷源换热器（15）的蒸汽过热度减小使冷源换热器（15）内的蒸汽对流换热空间减少，冷凝相变换热比例增大，换热系数提高，可增大冷源换热器（15）的放热能力，冷、热源的换热量达到新的平衡；
当系统热源换热器（3）的吸热量小于冷源换热器（15）的放热量时，气流调节阀（12）关小，冷源换热器（15）内的饱和压力和温度逐渐降低，同时由于进入冷源换热器（15）的蒸汽过热度增大，使冷源换热器（15）内的蒸汽对流换热空间增加，冷凝相变换热比例减少，换热系数减小，都会减小冷源换热器（15）的放热能力，使冷、热源的换热量达到新的平衡。
10.根据权利要求8所述分控相变换热方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
打开冷源换热器下进气阀（14），使蒸汽经冷源换热器（15）的下集箱进入冷源换热器（15），通过热交换，降低冷凝液的过冷度，同时打开冷源换热器（15）的上集箱上的冷源换热器排空阀（16），排出冷源换热器内聚集在换热面下部的不凝气体；
当系统初启动时，通过储液箱（20）内的加热器（23）加热储液箱（20）内的循环液工质，以避免由于热源换热器（3）的换热面壁温与工质温差过大，造成换热面腐蚀；
在机组启动、停机热源烟气温度过低时，系统通过自动排液阀（1）将热源换热器（3）中的存液放空，以保障换热管不受低温腐蚀。
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