CN102966941A - 一种相变换热器与低压省煤器联合的余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种相变换热器与低压省煤器联合的余热回收系统。目前还没有一种能够最大限度的回收烟气余热的余热回收系统。本发明包括烟气烟道、终端控制器、下降管、上升管、低压省煤器、相变换热器和相变换热汽包；其特点是：还包括相变换热器尾部烟气测温仪、省煤器换热汽包连接管、省煤器连接管、换热汽包连接管、高温换热工质调节阀和低温换热工质测温仪，低压省煤器和相变换热器均安装在烟气烟道中，相变换热器尾部烟气测温仪安装在烟气烟道上，相变换热汽包位于烟气烟道上方，下降管连接在相变换热汽包和相变换热器上，上升管连接在相变换热汽包和相变换热器上。本发明能够最大限度的回收烟气余热，能够避免换热器换热壁面发生低温腐蚀。

Description

一种相变换热器与低压省煤器联合的余热回收系统

技术领域

本发明涉及一种余热回收系统，尤其是涉及一种相变换热器与低压省煤器联合的余热回收系统，主要用于回收火力发电厂、冶金、石化等烟气中的余热。

背景技术

我国目前是世界上最大的温室气体排放国之一，“节能减排”是“十二五”期间我国社会经济发展的一个重要核心，而提高能源利用率、加强余热回收利用是节约能源、降低碳排放、保护环境的根本措施。

众所周知，燃煤电厂、冶金、石化排放的烟气中含有三氧化硫（SO₃），排烟温度过低会导致换热器受热面的壁面发生酸露腐蚀和堵灰，所以排放的烟气温度不宜太低，一般的做法是采用提高排烟温度或提高进风温度来减轻换热器受热面低温腐蚀的问题，但是这样会使得能源利用的效率较低，造成一定的能源浪费。

如何最大限度的回收烟气余热，同时又能避免换热器换热壁面发生结露腐蚀和堵灰，成为该领域技术工程人员关注的焦点问题。现在也有最大限度的回收烟气余热的装置，如公开日为2012年09月12日，公开号为CN202432505U的中国专利中，公开了一种燃煤锅炉烟气余热回收利用系统，该燃煤锅炉烟气余热回收利用系统将省煤器设置为并联设置在烟气出口与除尘器之间的主省煤器和旁路省煤器，与二次风的风机出风口处连接的空气预热器设置在主省煤器上，旁路省煤器上沿烟气流通方向顺次设置给水换热器、凝结水换热器，给水换热器与任一高压加热器并联设置，凝结水换热器与任一低压加热器并联设置；引风机和脱硫吸收塔之间设置闭式循环的连接到二次风的风机出风口处的冷风换热器；根据能量梯级利用原理，对于较高品质的热量和较低品质的热量分别以不同途径加以利用，提高了烟气中热量回收率，但是难以防止烟气对设备的酸露腐蚀。

现在也有能够防止烟气对设备结露腐蚀的余热回收装置，如公开日为2011年05月04日，公开号为CN201819198U的中国专利中，公开了一种高低压复合式省煤器，该高低压复合式省煤器包括按烟气流经方向依次设于烟道内的第一高压省煤器、空气预热器和低压省煤器，还包括与第一高压省煤器串联的第二高压省煤器，第二高压省煤器与锅炉给水系统相连；低压省煤器与一换热器相连，锅炉送风系统通过换热器与空气预热器相连；虽然该高低压复合式省煤器虽然能够防止烟气对设备的酸露腐蚀，但是，采用的都是省煤器，换热效率和强度的提高不够显著，换热器的尺寸较大，制造成本较高。

综上所述，目前还没有一种结构设计合理，性能可靠，既能够最大限度的回收烟气余热，又能够避免换热器换热壁面发生低温腐蚀的余热回收系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，性能可靠，既能够最大限度的回收烟气余热，又能够避免换热器换热壁面发生低温腐蚀的相变换热器与低压省煤器联合的余热回收系统。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该相变换热器与低压省煤器联合的余热回收系统包括烟气烟道，终端控制器，下降管，上升管，设置有换热工质进口和高温换热工质出口的低压省煤器，设置有饱和蒸汽出口和冷凝水入口的相变换热器，以及设置有饱和蒸汽入口、冷凝水出口、低温换热工质进口和换热工质出口的相变换热汽包；其结构特点在于：还包括相变换热器尾部烟气测温仪、上升管介质测温仪、下降管介质测温仪、低温换热工质调节阀、省煤器换热汽包连接管、省煤器连接管、换热汽包连接管、换热工质测温仪、换热工质调节阀、高温换热工质测温仪、高温换热工质调节阀和低温换热工质测温仪，所述低压省煤器和相变换热器均安装在烟气烟道中，所述相变换热器尾部烟气测温仪安装在烟气烟道上，所述低压省煤器、相变换热器和相变换热器尾部烟气测温仪沿烟气流动方向依次排列；所述相变换热汽包位于烟气烟道上方，所述下降管的上端连接在相变换热汽包的冷凝水出口上，该下降管的下端连接在相变换热器的冷凝水入口上，所述下降管介质测温仪安装在下降管上；所述上升管的上端连接在相变换热汽包的饱和蒸汽入口上，该上升管的下端连接在相变换热器的饱和蒸汽出口上，所述上升管介质测温仪安装在上升管上；所述省煤器换热汽包连接管的上端连接在相变换热汽包的换热工质出口上，该省煤器换热汽包连接管的下端连接在低压省煤器的换热工质进口上，所述换热工质测温仪和换热工质调节阀均安装在省煤器换热汽包连接管上；所述换热汽包连接管的一端连接在相变换热汽包的低温换热工质进口上，所述低温换热工质调节阀和低温换热工质测温仪均安装在换热汽包连接管上，所述省煤器连接管的一端连接在低压省煤器的高温换热工质出口上，所述高温换热工质测温仪和高温换热工质调节阀均安装在省煤器连接管上；所述终端控制器通过导线连接到相变换热器尾部烟气测温仪、上升管介质测温仪、下降管介质测温仪和低温换热工质调节阀上。

作为优选，本发明所述换热工质出口、换热工质测温仪、换热工质调节阀和换热工质进口依次排列。

作为优选，本发明所述低温换热工质调节阀、低温换热工质测温仪和低温换热工质进口依次排列。

作为优选，本发明所述高温换热工质调节阀、高温换热工质测温仪和高温换热工质出口依次排列。

作为优选，本发明所述换热工质调节阀为手动阀结构。

作为优选，本发明所述高温换热工质调节阀为手动阀结构。

作为优选，本发明所述相变换热汽包位于相变换热器的正上方。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、采用相变换热技术，换热效率和强度相对于传统换热器得到了显著的提高，可大大缩小换热器尺寸，节省换热器材料，节约换热器制造成本。

2、采用相变换热器与低压省煤器相结合技术，能够根据相变换热器壁温为限制条件调节进入相变换热汽包的换热工质量，使得相变换热器换热壁面温度始终高于烟气酸露点，从而避免相变换热器换热壁面低温腐蚀，经相变换热汽包加热的换热工质再通入低压省煤器，能使得低压省煤器换热壁面温度亦始终高于烟气酸露点，也能避免低压省煤器换热壁面低温腐蚀。

3、通过相变换热器与低压省煤器相结合的技术，可以较大的提升换热工质温度，最大限度回收烟气余热，回收的经济性较好。

4、能够根据热源工况变化进行调节，适应性好。

5、实现了废气余热回收利用，具有很好的经济环保价值。

由上可知，本发明的结构设计合理，通过管路、阀门和测温仪，将相变换热器和低压省煤器有机的结合在一起，使得本发明既能够最大限度的回收烟气余热，又能够避免换热器换热壁面发生低温腐蚀，大大提升了余热回收系统的整体性能。本发明从结构上来看，不仅仅是单个相变换热器和单个低压省煤器简单组合，本发明从功能上来看，也不仅仅是单个相变换热器的功能和单个低压省煤器的功能之和，而是要远远大于单个相变换热器的功能和单个低压省煤器的功能之和。

附图说明

图1是本发明实施例中相变换热器与低压省煤器联合的余热回收系统的结构示意图。

图2是图1中的余热回收系统上标有工质流向的结构示意图。

图中：1-空气预热器、2-烟气烟道、3-低压省煤器、4-相变换热器、5-相变换热器尾部烟气测温仪、6-上升管介质测温仪、7-下降管介质测温仪、8-终端控制器、9-下降管、10-相变换热汽包、11-低温换热工质调节阀、12-省煤器换热汽包连接管、13-省煤器连接管、14-上升管、15-换热汽包连接管、16-换热工质测温仪、17-换热工质调节阀、18-高温换热工质测温仪、19-高温换热工质调节阀、20-低温换热工质测温仪、31-换热工质进口、32-高温换热工质出口、41-饱和蒸汽出口、42-冷凝水入口、91-饱和蒸汽入口、92-冷凝水出口、93-低温换热工质进口、94-换热工质出口。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图2，本实施例中的相变换热器与低压省煤器联合的余热回收系统包括空气预热器1、烟气烟道2、低压省煤器3、相变换热器4、相变换热器尾部烟气测温仪5、上升管介质测温仪6、下降管介质测温仪7、终端控制器8、下降管9、相变换热汽包10、低温换热工质调节阀11、省煤器换热汽包连接管12、省煤器连接管13、上升管14、换热汽包连接管15、换热工质测温仪16、换热工质调节阀17、高温换热工质测温仪18、高温换热工质调节阀19和低温换热工质测温仪20。

本实施例中的低压省煤器3中设置有换热工质进口31和高温换热工质出口32，相变换热器4中设置有饱和蒸汽出口41和冷凝水入口42，相变换热汽包10中设置有饱和蒸汽入口91、冷凝水出口92、低温换热工质进口93和换热工质出口94。

本实施例中的低压省煤器3和相变换热器4均安装在烟气烟道2中，相变换热器尾部烟气测温仪5安装在烟气烟道2上，低压省煤器3、相变换热器4和相变换热器尾部烟气测温仪5沿烟气流动方向依次排列。

本实施例中的相变换热汽包10位于烟气烟道2上方，通常情况下，该相变换热汽包10位于相变换热器4的正上方。下降管9的上端连接在相变换热汽包10的冷凝水出口92上，该下降管9的下端连接在相变换热器4的冷凝水入口42上，下降管介质测温仪7安装在下降管9上。

本实施例中的上升管14的上端连接在相变换热汽包10的饱和蒸汽入口91上，该上升管14的下端连接在相变换热器4的饱和蒸汽出口41上，上升管介质测温仪6安装在上升管14上。

本实施例中的省煤器换热汽包连接管12的上端连接在相变换热汽包10的换热工质出口94上，该省煤器换热汽包连接管12的下端连接在低压省煤器3的换热工质进口31上，换热工质测温仪16和换热工质调节阀17均安装在省煤器换热汽包连接管12上，且换热工质出口94、换热工质测温仪16、换热工质调节阀17和换热工质进口31依次排列。本实施例中的换热工质调节阀17为手动阀结构。

本实施例中的换热汽包连接管15的一端连接在相变换热汽包10的低温换热工质进口93上，低温换热工质调节阀11和低温换热工质测温仪20均安装在换热汽包连接管15上，且低温换热工质调节阀11、低温换热工质测温仪20和低温换热工质进口93依次排列。

本实施例中的省煤器连接管13的一端连接在低压省煤器3的高温换热工质出口32上，高温换热工质测温仪18和高温换热工质调节阀19均安装在省煤器连接管13上，且高温换热工质调节阀19、高温换热工质测温仪18和高温换热工质出口32依次排列。本实施例中的高温换热工质调节阀19为手动阀结构。

本实施例中的终端控制器8通过导线连接到相变换热器尾部烟气测温仪5、上升管介质测温仪6、下降管介质测温仪7和低温换热工质调节阀11上。

本实施例中的余热回收系统在使用时，在烟气烟道2上安装有空气预热器1，低压省煤器3和相变换热器4置于烟气烟道2中，在烟气流动方向上，低压省煤器3置于相变换热器4之前，相变换热器4尾部烟道装有相变换热器尾部烟气测温仪5，即空气预热器1、低压省煤器3、相变换热器4和相变换热器尾部烟气测温仪5沿烟气流动方向依次排列。相变换热汽包10置于烟气烟道2外，且位于相变换热器4的上方，相变换热汽包10与相变换热器4形成一定的高度差，通过上升管14和下降管9与相变换热器4连接，形成一个闭合循环回路，上升管14和下降管9上均装有测温仪。低压省煤器3的换热工质进口31通过省煤器换热汽包连接管12与相变换热汽包10的换热工质出口94连接，外部换热工质通过换热汽包连接管15进入相变换热汽包10，再通过省煤器连接管13从低压省煤器3的高温换热工质出口32接出，外部换热工质接入相变换热汽包10的换热汽包连接管15上装有低温换热工质调节阀11，低温换热工质调节阀11由终端控制器8控制连接，终端控制器8通过导线与设置在上升管14上的上升管介质测温仪6、下降管9上的下降管介质测温仪7、及烟气烟道2上的相变换热器尾部烟气测温仪5相连接。本实施例中的余热回收系统在烟气低温区域采用相变换热技术使相变换热器4壁面温度高于烟气酸露点，避免换热器低温腐蚀问题；在烟气高温区域采用低压省煤器3来最大限度提升被加热工质温度，通过相变换热器4与低压省煤器3联合的余热回收系统能够充分进行烟气余热回收利用，为烟气余热回收和节能减排提供了一种可靠、经济的方法。

本实施例中的低压省煤器3和相变换热器4置于烟气烟道2中，在烟气流动方向上低压省煤器3布置于相变换热器4之前，相变换热器4尾部的烟气烟道2上装有相变换热器尾部烟气测温仪5，烟气烟道2中的烟气依次流经低压省煤器3和相变换热器4，与流经低压省煤器3的换热工质进行换热，将换热工质加热升温；与相变换热器4内的换热工质进行换热，将换热工质加热产生饱和蒸汽；经两级换热后，烟气温度降低，相变换热器4尾部的烟气烟道2上的相变换热器尾部烟气测温仪5用于监控经余热系统降温后的烟气温度。

本实施例中的相变换热汽包10置于烟气烟道2外，相变换热器4上方位置处，使之与相变换热器4形成一定高度差，通过上升管14和下降管9与相变换热器4连接，形成一个闭合的循环回路。相变换热器4产生的饱和蒸汽通过上升管14汇集到相变换热汽包10中；外部的换热工质通过换热汽包连接管15接入相变换热汽包10，与饱和蒸汽进行换热后，接入低压省煤器3；饱和蒸汽换热冷却成换热工质，在重力的作用下，通过下降管9回流至相变换热器4，上升管14上的上升管介质测温仪6和下降管9上的下降管介质测温仪7分别用于监控上升管14内的介质温度和下降管9内的介质温度。

本实施例经低压省煤器3加热升温的换热工质通过省煤器连接管13接出，在省煤器连接管13上装有高温换热工质测温仪18，通过高温换热工质测温仪18对工质温度进行监控。

本实施例的外部换热工质接入相变换热汽包10的换热汽包连接管15上装有低温换热工质调节阀11，低温换热工质调节阀11通过导线与终端控制器8连接，终端控制器8通过导线与设置在上升管14上的上升管介质测温仪6、设置在下降管9上的下降管介质测温仪7、及设置在烟气烟道2上的相变换热器尾部烟气测温仪5相连接，终端控制器8根据这三个测温仪的反馈信息对低温换热工质调节阀11的开度进行调节，以控制进入相变换热汽包10的换热工质量。

本实施例中的余热回收系统在运行时，外部换热工质通入相变换热汽包10，在相变换热汽包10里与从相变换热器4产生的饱和蒸汽进行换热，饱和蒸汽被冷却成冷凝工质后，在重力的作用下回到相变换热器4，再与烟气烟道2中的烟气进行换热吸收烟气热量，进一步降低烟气的温度，使得冷凝工质被加热形成饱和蒸汽进入相变换热汽包10，如此循环。换热工质在相变换热汽包10里被加热，通过省煤器换热汽包连接管12进入低压省煤器3，在低压省煤器3里与烟气烟道2中的烟气进行换热，降低烟气温度，换热工质被进一步加热升温，之后接出系统外。经过两级换热器换热之后，换热工质可以被加热到较高的温度，能大幅度的回收烟气余热，同时又能避免这两级换热器换热壁面发生低温腐蚀。

本发明位于换热汽包连接管15中的换热工质的温度、位于省煤器换热汽包连接管12中的换热工质的温度、以及位于省煤器连接管13中的换热工质的温度是依次升高的，即从低温换热工质进口93进入相变换热汽包10的换热工质的温度相对较低，而从高温换热工质出口32输出的换热工质的温度相对较高，也就是说此处的高温和低温是相对而言的，故本发明在低温换热工质调节阀11、低温换热工质测温仪20和低温换热工质进口93的名称中冠以“低温”二字，而在高温换热工质测温仪18、高温换热工质调节阀19和高温换热工质出口32的名称中冠以“高温”二字。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种相变换热器与低压省煤器联合的余热回收系统，包括烟气烟道，终端控制器，下降管，上升管，设置有换热工质进口和高温换热工质出口的低压省煤器，设置有饱和蒸汽出口和冷凝水入口的相变换热器，以及设置有饱和蒸汽入口、冷凝水出口、低温换热工质进口和换热工质出口的相变换热汽包；其特征在于：还包括相变换热器尾部烟气测温仪、上升管介质测温仪、下降管介质测温仪、低温换热工质调节阀、省煤器换热汽包连接管、省煤器连接管、换热汽包连接管、换热工质测温仪、换热工质调节阀、高温换热工质测温仪、高温换热工质调节阀和低温换热工质测温仪，所述低压省煤器和相变换热器均安装在烟气烟道中，所述相变换热器尾部烟气测温仪安装在烟气烟道上，所述低压省煤器、相变换热器和相变换热器尾部烟气测温仪沿烟气流动方向依次排列；所述相变换热汽包位于烟气烟道上方，所述下降管的上端连接在相变换热汽包的冷凝水出口上，该下降管的下端连接在相变换热器的冷凝水入口上，所述下降管介质测温仪安装在下降管上；所述上升管的上端连接在相变换热汽包的饱和蒸汽入口上，该上升管的下端连接在相变换热器的饱和蒸汽出口上，所述上升管介质测温仪安装在上升管上；所述省煤器换热汽包连接管的上端连接在相变换热汽包的换热工质出口上，该省煤器换热汽包连接管的下端连接在低压省煤器的换热工质进口上，所述换热工质测温仪和换热工质调节阀均安装在省煤器换热汽包连接管上；所述换热汽包连接管的一端连接在相变换热汽包的低温换热工质进口上，所述低温换热工质调节阀和低温换热工质测温仪均安装在换热汽包连接管上，所述省煤器连接管的一端连接在低压省煤器的高温换热工质出口上，所述高温换热工质测温仪和高温换热工质调节阀均安装在省煤器连接管上；所述终端控制器通过导线连接到相变换热器尾部烟气测温仪、上升管介质测温仪、下降管介质测温仪和低温换热工质调节阀上。

2.根据权利要求1所述的相变换热器与低压省煤器联合的余热回收系统，其特征在于：所述换热工质出口、换热工质测温仪、换热工质调节阀和换热工质进口依次排列。

3.根据权利要求1所述的相变换热器与低压省煤器联合的余热回收系统，其特征在于：所述低温换热工质调节阀、低温换热工质测温仪和低温换热工质进口依次排列。

4.根据权利要求1所述的相变换热器与低压省煤器联合的余热回收系统，其特征在于：所述高温换热工质调节阀、高温换热工质测温仪和高温换热工质出口依次排列。

5.根据权利要求1所述的相变换热器与低压省煤器联合的余热回收系统，其特征在于：所述换热工质调节阀为手动阀结构。

6.根据权利要求1所述的相变换热器与低压省煤器联合的余热回收系统，其特征在于：所述高温换热工质调节阀为手动阀结构。

7.根据权利要求1所述的相变换热器与低压省煤器联合的余热回收系统，其特征在于：所述相变换热汽包位于相变换热器的正上方。

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