CN102607010B - 一种复合相变换热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种复合相变换热系统,用于锅炉尾部烟气余热回收,其包括:依次连接的单相换热器和真空相变换热器,锅炉尾部烟气依次通过单相换热器和真空相变换热器,实现烟气余热的回收。本发明的复合相变换热系统,不仅具有单相换热器结构简单,耗钢量小及经济安全运行的特点,同时,还具备抗腐蚀、抗堵塞及节能等优点。在当前节能减排的形势下,适用于低温烟气余热回收的同时,还具有经济实用的重大意义,拥有很好的推广性。

Description

一种复合相变换热系统
技术领域
[0001] 本发明涉及换热系统领域,尤其涉及一种主要用于锅炉烟气余热回收的复合相变换热系统。
背景技术
[0002] 在锅炉烟气余热回收中,普遍采用在尾部加装受热面来提高热能设备的热效率。利用烟气余热加热是一种广泛采用的方法。还有在燃煤、燃油锅炉或工业炉低温烟气余热回收中应用的常规换热器,但其寿命很短,甚至数月就会报废。因为燃煤、燃油中都含有硫分,燃料中的硫在燃烧后会产生二氧化硫,一部分二氧化硫会与燃烧产物中的氧反应生成三氧化硫,当三氧化硫与烟气中的水蒸气结合又会生成硫酸蒸汽。当烟气中的换热面低于酸露点温度时,烟气中的硫酸蒸汽会在换热面上凝结造成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,最终导致传热管的堵塞,影响锅炉或工业炉的经济安全运行。
[0003] 近年来,出现了真空相变换热器,虽解决了上述缺点,但此种换热器结构较复杂,耗钢量大,并且,在相同的回收热量与换热面积条件下,其比低压省煤器的节能量低很多。
[0004] 因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
[0005] 鉴于上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种复合相变换热系统,旨在解决目前锅炉烟气余热回收中存在的抗低温腐蚀、抗灰堵、结构复杂及耗材量大等缺点与经济性之间的矛盾问题。
[0006] 本发明的技术方案如下:
[0007] —种复合相变换热系统,用于锅炉尾部烟气余热回收,其中,包括:依次连接的单相换热器和真空相变换热器,
[0008] 锅炉尾部烟气依次通过单相换热器和真空相变换热器,实现烟气余热的回收;
[0009] 单相换热器的伸展表面为螺旋翅片或H型鳍片;
[0010] 相变换热器的相变下段放置在烟道下游,由带有伸展表面的管束组成,所述管束为螺旋翅片管束或H型鳍片管束;
[0011] 所述复合相变换热系统包括:单相换热器、烟道、左联箱、第一阀门、第一低压加热器、第二阀门、右联箱、第三阀门、第二低压加热器、第四阀门、冷凝器、凝结水泵、电动调节阀、温度控制器、真空相变换热器上段、凝液管、温度传感器、真空相变换热器下段、蒸汽管、肋片管、真空密封阀及除氧器;
[0012] 冷凝器的凝结水通过凝结水泵输送进入,一部分凝结水依次通过第二低压加热器和第一低压加热器进入除氧器中,另一部分凝结水进入所述真空相变换热器中;凝结水泵流出的凝结水首先通过第四阀门进入到真空相变换热器上段的管程中,此时,当烟气流过真空相变换热器下段时,真空相变换热器下段内部的液态工质就会吸收烟气热量转化成蒸汽,并携带大量的汽化潜热通过蒸汽管进入到真空相变换热器上段的壳程中,当蒸汽在真空相变换热器上段中遇到待加热的凝结管束时,蒸汽就会将热量传递给凝结管束中的凝结水,同时,壳程蒸汽冷凝成液相通过凝液管返回到真空相变换热器下段中,如此,真空相变换热器完成了一个工作循环;
[0013] 在温度控制器中设置壁面温度设置为仅比烟气酸露点温度高几度,温度传感器测得真空相变换热器下段的壁面温度,并将其转换成电信号传送给温度控制器,温度控制器将其与壁面温度设定值进行比对,若检测壁面温度实际温度值比壁面温度设定值高,就将自动调节电动调节阀的开度,使其增大,降低壁面温度;若检测壁面温度实际温度值比壁面温度设定值低,就将自动调节电动调节阀的开度,使其减小,提高壁面温度;
[0014] 经加热的凝结水从真空相变换热器上段中的管程中流出经第三阀门进入到凝结水流动管道,与从第二低压加热器中流出的凝结水汇合;凝结水继续向前流动,当遇到第二阀门时,一部分凝结水通过第一低压加热器进入到除氧器,另一部分通过第二阀门进入到右联箱,从而进入到单相换热器中,在管道流通的过程中吸收烟道入口处的烟气热量,凝结水流经过单相换热器后,进入到左联箱中,最后,通过第一阀门与从第一低压加热器中流出的凝结水汇合,一同进入除氧器中;
[0015] 真空相变换热器由真空相变换热器上段和真空相变换热器下段构成,两段之间由蒸汽管和凝液管连接成为一个循环回路;
[0016] 所述的真空相变换热器内充有一定的工质,所述的真空相变换热器在未工作时,其内部工质为液态并处于真空状态;
[0017] 真空相变换热器上段是管壳式结构,蒸汽工质在壳程,管程是来自凝结水泵的凝结水;
[0018] 所述冷凝器与除氧器的连接管道上从左至右依次连接有第一低压加热器、第二低压加热器及凝结水泵;所述真空相变换热器下段放置在烟道下游,在真空相变换热器上段上部设置了真空密封阀,所述的真空相变换热器上段的右端通过第四阀门与第二低压加热器的入口管路相连,所述的真空相变换热器上段的左端通过第三阀门与第二低压加热器的出口管路相连,所述单相换热器的右联箱通过阀门与第一低压加热器的入口管路相连,单相换热器的左联箱通过阀门与第一低压加热器的出口管路相连接,单相换热器安装在真空相变换热器的前面,即锅炉空气预热器的出口烟道上;单相换热器和真空相变换热器上还设置有肋片管;单相换热器的进水管上连接有第二阀门;单相换热器的出水管处设置左联箱。
[0019] 所述的复合相变换热系统,其中,单相换热器设计在复合相变换热系统的前端,占整体比例的70%,真空相换变热器设置在复合相变换热系统的尾端,占到整体比例的30%。
[0020] 所述的复合相变换热系统,其中,真空相变换热器上段设有温度传感器,所述的温度传感器连接着温度控制器及电动调节阀;
[0021] 温度传感器可自动感应真空相变换热器的壁面温度,并将温度转化成电信号传送给温度控制器,所述的温度控制器接受到传送来的温度电信号后与设定的温度值进行比较判断,从而来自动控制电动调节阀的开度。
[0022] 有益效果:本发明一种复合相变换热系统,不仅具有单相换热器结构简单,耗钢量小及经济安全运行的特点,同时,还具备抗腐蚀、抗堵塞及节能等优点。在当前节能减排的形势下,适用于低温烟气余热回收的,同时还具有经济实用的重大意义,拥有很好的推广性。
附图说明
[0023] 图1为本发明的复合相变换热系统的实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0024] 本发明提供一种复合相变换热系统,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0025] 请参阅图1,图1为本发明一种复合相变换热系统具体实施例的结构示意图,如图1所示,包括:单相换热器1、烟道2、左联箱3、第一阀门4、第一低压加热器5、第二阀门6、右联箱7、第三阀门8、第二低压加热器9、第四阀门10、冷凝器11、凝结水泵12、电动调节阀13、温度控制器14、真空相变换热器上段15、凝液管16、温度传感器17、真空相变换热器下段18、蒸汽管19、肋片管20、真空密封阀21及除氧器22,其中,复合相变换热系统主要由单相换热器I和真空相变换热器复合而成,单相换热器I设置在真空相变换热器的前端。冷凝器11与除氧器22的连接管道上从左至右依次连接有第一低压加热器5、第二低压加热器9及凝结水泵12。
[0026] 在本实施例中,真空相变换热器由真空相变换热器上段15和真空相变换热器下段18构成,两段之间由蒸汽管19和凝液管16连接成为一个循环回路。真空相变换热器下段18放置在烟道2下游,在真空相变换热器上段15上部设置了真空密封阀21,所述的真空相变换热器上段15的右端通过第四阀门10与第二低压加热器9的入口管路相连,所述的真空相变换热器上段15的左端通过第三阀门8与第二低压加热器9的出口管路相连,且所述的真空相变换热器上段15上设有温度传感器17,同时,所述的温度传感器17连接着温度控制器14及能对其进行调节的电动调节阀13。单相换热器I的右联箱7通过第二阀门6与第一低压加热器5的入口管路相连,单相换热器I的左联箱3通过第一阀门4与第一低压加热器5的出口管路相连接,单相换热器I安装在真空相变换热器的前面,即锅炉空气预热器的出口烟道上。单相换热器和真空相变换热器上还设置有肋片管20。
[0027] 单相换热器I结构简单,耗钢量小,其设计在复合相变换热系统的前端,占整体比例的70%,由于其在烟道进口位置,温度可自然控制在酸露点之上,因此同时具有抗腐蚀,抗堵塞的特点。上述的单相换热器I的进水管上连接有第二阀门6,该阀门是控制单相换热器I中进水管的冷凝水流动速度。右联箱7可以储存由进水管流进的冷凝水,对于流进单相换热器I的凝结水起到缓冲的作用,保证水流可以持续、匀速在单相换热器I中流动。所述单相换热器I上设置的肋片管20增加了热交换面,提高热交换效果。同时,单相换热器I的出水管处设置的左联箱3可以储存换热后的凝结水,对凝结水的流出起到缓冲作用,第一阀门4可对换热后凝结水的流出速度进行调解。
[0028] 在本实施例中,真空相换热器设置在复合相变换热系统的尾端,占到整体比例的30%,因为其具有温度控制装置,可将壁面温度设定在酸露点以上,从而具有抗腐蚀和抗堵塞的作用。该真空相变换热器包括真空相变换热器上段15和真空相变换热器下段18,该换热器由带有伸展表面的管束组成,其包括螺旋翅片管束和H型鳍片管束,两者都具有增加换热面积,提高换热效果的优点。真空相变换热器上段15是管壳式结构,蒸汽工质在壳程,管程是来自凝结水泵的凝结水,真空相变换热器下段18内同样充有一定的工质,烟气热量可将其转变成蒸汽,转变的蒸汽同时可将真空相变换热器内部的空气从真空密封阀21顶出,所述的真空相变换热器在未工作时,其内部工质为液态并处于真空状态。所述的凝液管16为工质从蒸汽转换成液相时从真空相变换热器上段15流通到真空相变换热器下段18的流动通道,蒸汽管19为工质从液相转换成蒸汽时从真空相变换热器下段18流通到真空相变换热器上段15的流动通道。温度传感器17可自动感应真空相变换热器的壁面温度,并将温度转化成电信号传送给温度控制器14,温度控制器14接受到传送来的温度电信号后与设定的温度值进行比较判断,从而来自动控制电动调节阀13的开度。所述的电动调节阀13的开度可以改变流向真空相换热器的冷凝水的流速。冷凝水的流速大可以降低真空相变换热器的壁面温度,反之,冷凝水的流速小可以增加真空相变换热器的壁面温度。第四阀门10为控制流向真空相换热器的冷凝水流速的控制装置,而第三阀门8为控制经加热后的冷凝水从真空相换热器流出的流速。所述的凝结水泵12可以控制凝结水从冷凝器11中流出的流速。
[0029] 在一台220t/h电站锅炉尾部烟气余热回收中,采用本发明复合相变换热系统装置。如图1所示,来自冷凝器11的凝结水通过凝结水泵12输送进入系统中,一部分凝结水依次通过第二低压加热器9和第一低压加热器5进入除氧器中,另一部分凝结水进入复合相变换热系统系统中,从凝结水泵12流出的凝结水首先通过第四阀门10进入到真空相变换热器上段15的管程中,此时,当烟气流过真空相变换热器下段18时,真空相变换热器下段18内部的液态工质就会吸收烟气热量转化成蒸汽,并携带大量的汽化潜热通过蒸汽管19进入到真空相变换热器上段15的壳程中,当蒸汽在真空相变换热器上段15中遇到待加热的凝结管束时,蒸汽就会将热量传递给凝结管束中的凝结水,同时,壳程蒸汽冷凝成液相通过凝液管16返回到真空相变换热器下段18中,如此,真空相变换热器完成了 一个工作循环。由于真空相变换热器下段18里面的饱和压力变化很小,导致饱和温度基本不变,从而保证了外部带有伸展表面的管束的壁面温度也基本不变。又由于真空相变换热器下段18的壁面温度是可调的,在此电站锅炉尾部烟气余热回收中,烟气酸露点温度为105°C,将壁面温度设置为仅比烟气酸露点温度高几度,如在温度控制器14中设置壁面温度为108°C、109°C或110°C,这样,首先温度传感器17测得真空相变换热器下段18的壁面温度为1080C、109°C或110°C,并将其转换成电信号传送给温度控制器14,温度控制器14将其与壁面温度设定值进行比对,如检测壁面温度实际温度值比壁面温度设定值高,就将自动调节电动阀门13的开度,使其增大,降低壁面温度;如检测壁面温度实际温度值比壁面温度设定值低,就将自动调节电动阀门13的开度,使其减小,提高壁面温度。这样可使真空相变换热器在抗腐蚀和抗堵塞的情况下,最大限度地回收烟气余热。真空相变换热器中烟气入口温度为130°C,烟气出口温度为100°C,其余热回收量为2553KW。上述的经加热的凝结水从真空相变换热器上段15中的管程中流出经第三阀门8进入到凝结水流动管道,与从第二加热器9中流出的凝结水汇合。凝结水继续向前流动,当遇到第二阀门6时,一部分凝结水通过第一低压加热器5进入到除氧器22,另一部分通过第二阀门6进入到右联箱7,从而进入到单相换热器I中,在管道流通的过程中吸收烟道入口处的烟气热量,同时将烟气由入口处的190°C,降低单相换热器I的出口处温度为130°C。余热回收量为5163KW。凝结水流经过单相换热器I后,进入到左联箱3中,最后,通过第一阀门4与从第一低压加热器5中流出的凝结水汇合,一同进入除氧器22中。
[0030] 应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种复合相变换热系统,用于锅炉尾部烟气余热回收,其特征在于,包括:依次连接的单相换热器和真空相变换热器, 锅炉尾部烟气依次通过单相换热器和真空相变换热器,实现烟气余热的回收; 单相换热器的伸展表面为螺旋翅片或H型鳍片; 相变换热器的相变下段放置在烟道下游,由带有伸展表面的管束组成,所述管束为螺旋翅片管束或H型鳍片管束; 所述复合相变换热系统包括:单相换热器、烟道、左联箱、第一阀门、第一低压加热器、第二阀门、右联箱、第三阀门、第二低压加热器、第四阀门、冷凝器、凝结水泵、电动调节阀、温度控制器、真空相变换热器上段、凝液管、温度传感器、真空相变换热器下段、蒸汽管、肋片管、真空密封阀及除氧器; 冷凝器的凝结水通过凝结水泵输送进入,一部分凝结水依次通过第二低压加热器和第一低压加热器进入除氧器中,另一部分凝结水进入所述真空相变换热器中;凝结水泵流出的凝结水首先通过第四阀门进入到真空相变换热器上段的管程中,此时,当烟气流过真空相变换热器下段时,真空相变换热器下段内部的液态工质就会吸收烟气热量转化成蒸汽,并携带大量的汽化潜热通过蒸汽管进入到真空相变换热器上段的壳程中,当蒸汽在真空相变换热器上段中遇到 待加热的凝结管束时,蒸汽就会将热量传递给凝结管束中的凝结水,同时,壳程蒸汽冷凝成液相通过凝液管返回到真空相变换热器下段中,如此,真空相变换热器完成了一个工作循环; 在温度控制器中设置壁面温度设置为仅比烟气酸露点温度高几度,温度传感器测得真空相变换热器下段的壁面温度,并将其转换成电信号传送给温度控制器,温度控制器将其与壁面温度设定值进行比对,若检测壁面温度实际温度值比壁面温度设定值高,就将自动调节电动调节阀的开度,使其增大,降低壁面温度;若检测壁面温度实际温度值比壁面温度设定值低,就将自动调节电动调节阀的开度,使其减小,提高壁面温度; 经加热的凝结水从真空相变换热器上段中的管程中流出经第三阀门进入到凝结水流动管道,与从第二低压加热器中流出的凝结水汇合;凝结水继续向前流动,当遇到第二阀门时,一部分凝结水通过第一低压加热器进入到除氧器,另一部分通过第二阀门进入到右联箱,从而进入到单相换热器中,在管道流通的过程中吸收烟道入口处的烟气热量,凝结水流经过单相换热器后,进入到左联箱中,最后,通过第一阀门与从第一低压加热器中流出的凝结水汇合,一同进入除氧器中; 真空相变换热器由真空相变换热器上段和真空相变换热器下段构成,两段之间由蒸汽管和凝液管连接成为一个循环回路; 所述的真空相变换热器内充有一定的工质,所述的真空相变换热器在未工作时,其内部工质为液态并处于真空状态; 真空相变换热器上段是管壳式结构,蒸汽工质在壳程,管程是来自凝结水泵的凝结水; 所述冷凝器与除氧器的连接管道上从左至右依次连接有第一低压加热器、第二低压加热器及凝结水泵;所述真空相变换热器下段放置在烟道下游,在真空相变换热器上段上部设置了真空密封阀,所述的真空相变换热器上段的右端通过第四阀门与第二低压加热器的入口管路相连,所述的真空相变换热器上段的左端通过第三阀门与第二低压加热器的出口管路相连,所述单相换热器的右联箱通过阀门与第一低压加热器的入口管路相连,单相换热器的左联箱通过阀门与第一低压加热器的出口管路相连接,单相换热器安装在真空相变换热器的前面,即锅炉空气预热器的出口烟道上;单相换热器和真空相变换热器上还设置有肋片管;单相换热器的进水管上连接有第二阀门;单相换热器的出水管处设置左联箱。
2.根据权利要求1所述的复合相变换热系统,其特征在于,单相换热器设计在复合相变换热系统的前端,占整体比例的70%,真空相换变热器设置在复合相变换热系统的尾端,占到整体比例的30%。
3.根据权利要求1所述的复合相变换热系统,其特征在于,真空相变换热器上段设有温度传感器,所述的温度传感器连接着温度控制器及电动调节阀; 温度传感器可自动感应真空相变换热器的壁面温度,并将温度转化成电信号传送给温度控制器,所述的温度控制器接受到传送来的温度电信号后与设定的温度值进行比较判断,从而来自动控制电 动调节阀的开度。
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