CN103353107A

CN103353107A - 一种从高温高压气体中获取过热蒸汽的装置

Info

Publication number: CN103353107A
Application number: CN2013103088664A
Authority: CN
Inventors: 张衍国; 王友才; 熊东勇; 朱学艳; 李清海; 蒙爱红
Original assignee: BEIJING ONE-A HI-TECH ENERGY TECHNOLOLGY Co Ltd; Tsinghua University
Current assignee: BEIJING ONE-A HI-TECH ENERGY TECHNOLOLGY Co Ltd; Tsinghua University
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2033-07-22
Also published as: CN103353107B

Abstract

一种从高温高压气体中获取过热蒸汽的装置，包括倒U形炉体，在倒U形炉体内部沿热介质的流向从热介质的进口段起依次设有高温过热器、低温过热器、蒸发器、水高温加热器和水预热器，水预热器设置在热介质的出口段。倒U形炉体为承压耐高温的绝热壳体。在倒U形炉体的外部设减温器、锅筒和除氧器。减温器分别与低温过热器和高温过热器相连，锅筒分别通过管路与水高温加热器和蒸发器连接。除氧器进口连接水预热器，除氧器出口连接水高温加热器，水预热后再进行除氧。本装置的优点在于较好的耐压性和密闭性，结构紧凑，造价低，单位体积换热管换热面积大、检修简单易行。可以用在太阳能光热发电，化工以及冶金等能源领域。

Description

一种从高温高压气体中获取过热蒸汽的装置

技术领域

本发明涉及一种获取过热蒸汽的装置，特别为一种从高温高压气体中获取过热蒸汽的装置，本装置可用于太阳能光热发电、冶金以及化工等能源领域。

背景技术

随着世界能源紧缺，石油、煤炭、天然气等不可再生能源面临枯寂，人们越来越重视能源的节约利用。但是现在很多冶金、化工、石化等很多行业都会有废热产生，这无疑造成了巨大的能源浪费，如何将这些余热进行回收，并有效利用，是人们研究的热点。余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，是一种多余或者废弃的能源。余热包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%-67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。节能降耗是冶金,化工企业长期的战略任务。充分回收和利用这些余热，是企业现代化程度的标志之一。这些高温废气余热，热量高，产量巨大，浪费严重，如何将这些能源高效的利用起来一直是人们关注的热点，现有常规的废气余热利用装置如换热器，但对于一些高温高压的余热气体，现有大部分的换热装置的气侧壳体都无法耐受压力，所以需要将这些高压气体先降压再利用，这样就增加了工序，同时由于压力降低气体体积膨胀，也势必造成效率偏低，且成本偏高。此外，在太阳能利用行业，尤其是太阳能光热发电，也面临着如何从太阳能中有效获取热量产生过热蒸汽的问题。由于受到昼夜、天气等因素的影响，太阳能供应具有间歇性、不稳定性等特点。太阳辐射本身有很多的不可控性，直接用于加热水，由于水从液体转变成蒸汽体积变化巨大，且热源稳定性差，造成水温波动，时有蒸发和冷凝发生。水和蒸汽的物理性质的复杂性造成太阳能收集装置的管路复杂，控制系统也复杂，稳定性、可操作性差。通过一种中间介质（气体），则会改善这个问题。太阳能取热，乃至取热后加热气体都是相对成熟的工艺，如能提供一种高效的换热装置，从太阳能加热的高温高压气体中获取过热蒸汽，无疑将为太阳能光热利用提供一条新的途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够有效的从高温高压气体中获取过热蒸汽的装置。

本发明采用的技术方案是：

一种从高温高压气体中获取过热蒸汽的装置，其特征在于：所述装置包括倒U形炉体，在倒U形炉体内部沿热介质的流向从热介质的进口段起依次设有高温过热器、低温过热器、蒸发器、水高温加热器和水预热器；水预热器设置在热介质的出口段；在倒U形炉体的外部设置减温器、锅筒和除氧器；所述的减温器通过连接管路穿过炉体分别与低温过热器和高温过热器相连；所述的锅筒通过连接管路穿过炉体分别与水高温加热器和蒸发器连接；所述的除氧器通过连接管路穿过炉体分别与连接水预热器和水高温加热器相连；所述的倒U形炉体为承压耐高温的绝热壳体。

上述技术方案中，所述的连接管路在穿过倒U形炉体的部位采用可膨胀孔结构。所述的可膨胀孔结构为波纹管式的双向金属膨胀节，连接管道插入可膨胀孔结构的波纹管，波纹管的两端与连接管道固接，波纹管一端的外壁与倒U形炉体的壳体焊接。

上述技术方案中，所述蒸发器为立式螺旋翅片管束结构，管束沿程设立折流挡板；所述的水预热器、水高温换热器、低温过热器和高温过热器均为蛇形螺旋翅片管组结构。

本发明具有以下优点及突出性效果：炉体采用耐高温高压的壳体，且换热面内置在炉体内，进一步提高了炉体的耐压性和密闭性，防止高温高压热介质的泄漏和损失；倒U形炉体装置，结构紧凑，既降低了装置高度、节省投资，又提高了装置的稳定性和可靠性。本装置单位体积换热管换热面积大、检修简单易行。可以用在太阳能光热发电、化工以及冶金等能源领域。

附图说明

图1为本发明提供的一种从高温高压气体中获取过热蒸汽装置的示意图。

图2为本发明提供的一种从高温高压气体中获取过热蒸汽装置的螺旋翅片换热管示意图。

图3为本发明提供的一种从高温高压气体中获取过热蒸汽装置的可膨胀孔结构示意图。

图中：1-热介质出口；2-倒U形炉体；3A-水预热器进口集箱；3-水预热器；3B-水预热器出口集箱；4-除氧器；5A-水高温加热器入口集箱；5-水高温加热器；5B-水高温加热器出口集箱；6-锅筒；7A-蒸发器入口集箱；7-蒸发器；7B-蒸发器折流挡板；7C-蒸发器出口集箱；8A-低温过热器进口集箱；8-低温过热器；8B-低温过热器出口集箱；9-减温器；10A-高温过热器进口集箱；10-高温过热器；11-可膨胀孔结构；12-热介质入口；13-螺旋翅片换热管；14-螺旋翅片。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的结构、原理和工作过程：

如附图1所示，本发明所述的一种从高温高压气体中获取过热蒸汽的装置，包括倒U形炉体2、水预热器3、除氧器4、水高温加热器5、锅筒6、蒸发器7、低温过热器8、减温器9和高温过热器10。

本发明所述的热介质为温度500℃及以上、压力0.1MPa及以上的高温高压气体，如空气、二氧化碳等，通过本发明所述的装置热介质入口12进入倒U形炉体2。沿着热介质—高温高压气体的流向，倒U形炉体2内依次设有高温过热器10、低温过热器8、蒸发器7、水高温加热器5和水预热器3。热介质依次与高温过热器10、低温过热器8、蒸发器7、水高温加热器5和水预热器3内的工质换热，然后从热介质出口1流出。工质水则从水预热器进口集箱3A进入水预热器3，与流经此处的高温高压气体热介质通过水预热器换热面换热，换热升温后的工质水从水预热器出口集箱3B流出，进入与水预热器相连的除氧器4除氧。除氧器设在倒U形炉体2外部。除氧合格后的工质水再进入与除氧器出口相连的水高温加热器5，与热介质换热进一步提高温度变成饱和水。饱和水进入锅筒6，锅筒设在倒U形炉体2外部。饱和水由锅筒6的下降管流入到蒸发器7，与热介质进行换热，工质水蒸发产生蒸汽，蒸汽由上升管回到锅筒6，在锅筒进行气水分离。分离后的饱和蒸汽从锅筒6的主气管进入低温过热器8继续与热介质换热形成过热蒸汽，然后进入减温器9进行温度调节。减温器9设在倒U形炉体2外部，根据运行过程中蒸汽温度的反馈值进行减温调节。经过温度调节的过热蒸汽进入高温过热器10，与初进入炉体的热介质换热，被加热成目标产品的过热蒸汽。

水预热器3、水高温换热器5、低温过热器8和高温过热器10的换热管均采用如附图2所示的螺旋翅片管组结构，由螺旋翅片换热管13和螺旋翅片14组成。蒸发器7为立式管束结构，管束沿程设有折流挡板7B，热介质在流经挡板使流向发生变化，形成紊流，加强了换热效果。蒸发器7内部的水的蒸发和循环过程为自然循环。

本发明所述的倒U形炉体2为耐高温耐高压的绝热壳体，能承受高温高压气体热介质的温度和压力。水预热器3、水高温加热器5、蒸发器7、低温过热器8和高温过热器10等换热部件及其集箱均设置在炉体内，保证了系统的密闭性，避免了高温高压气体的泄漏。除氧器4分别和水预热器3、水高温加热器5的连接管道在穿过倒U形炉体2的壳体时，采用可膨胀孔结构11。同样的，锅筒与水高温加热器5和蒸发器7的连接管道，在穿过倒U形炉体2的壳体时，也采用可膨胀孔结构11。减温器9与低温过热器8和高温过热器10的连接管道，在穿过倒U形炉体2的壳体时，也采用可膨胀孔结构11。如附图3所示，所述可膨胀孔结构11为波纹管式的双向金属膨胀节，连接管道插入可膨胀孔结构11的波纹管，波纹管的两端与连接管道焊接，利用波纹管上弹性元件的伸缩变形来补偿连接管道因热胀冷缩等原因而产生的应力或拉伸变形；波纹管一端的外壁与倒U形炉体2的壳体焊接以保证连接处的密封。

在该装置用于太阳能领域时，每天启停，冬季夜间由于温度极低，为避免换热管组内的工质结冰，需要将工质排空，因此在水预热器3、水高温换热器5、蒸发器7、低温过热器8、减温器9和高温过热器10的管组下方均设了排污口，可用于排空受热管内的工质水。

炉体采用耐高温高压的壳体，且换热面内置在炉体内，进一步提高了炉体的耐压性和密闭性，防止高温高压热介质的泄漏和损失；倒U形炉体装置，结构紧凑，既降低了装置高度、节省投资，又提高了装置的稳定性和可靠性。本装置单位体积换热管换热面积大、检修简单易行。可以用在太阳能光热发电，化工以及冶金等能源领域。

Claims

1.一种从高温高压气体中获取过热蒸汽的装置，其特征在于：所述装置包括倒U形炉体（2），在倒U形炉体（2）内部沿热介质的流向从热介质的进口段起依次设有高温过热器（10）、低温过热器（8）、蒸发器（7）、水高温加热器（5）和水预热器（3）；水预热器（3）设置在热介质的出口段；在倒U形炉体（2）的外部设置减温器（9）、锅筒（6）和除氧器（4）；所述的减温器（9）通过连接管道穿过炉体分别与低温过热器（8）和高温过热器（10）相连；所述的锅筒（6）通过连接管道穿过炉体分别与水高温加热器（5）和蒸发器（7）连接；所述的除氧器（4）通过连接管道穿过炉体分别与连接水预热器（3）和水高温加热器（5）相连；所述的倒U形炉体（2）为承压耐高温的绝热壳体。

2.根据权利要求1所述的一种从高温高压气体中获取过热蒸汽的装置，其特征在于：连接管道在穿过倒U形炉体（2）的部位采用可膨胀孔结构（11）。

3.根据权利要求2所述的一种从高温高压气体中获取过热蒸汽的装置，其特征在于：所述的可膨胀孔结构为波纹管式的双向金属膨胀节，连接管道插入可膨胀孔结构的波纹管，波纹管的两端与连接管道固接，波纹管一端的外壁与倒U形炉体的壳体焊接。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种从高温高压气体中获取过热蒸汽的装置，其特征在于：所述蒸发器（7）为立式螺旋翅片管束结构，管束沿程设立折流挡板（7B）；所述的水预热器、水高温换热器、低温过热器和高温过热器均为蛇形螺旋翅片管组结构。