CN103486561A - 一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置，该装置包括烟气进口、烟气出口、换热流体进口、蒸汽出口、换热管、分流管、内导流、外导流折流板、内筒体、外筒体、内导流折流板、集液管和集汽管；换热管为经专用机械加工成型的具有一定波距的椭圆波节管。换热管束为多层组合的错流盘管结构。椭圆波节管波节高度e和盘管组合方式由盘管直径D、盘管间距s和烟气流速μ确定，烟气以射流方式360°方向依次扩散、收缩。本发明的多层组合椭圆波节盘管余热回收蒸汽发生装置其烟气以射流方式扩散、收缩，增强了烟气和管内流体的蒸发传热过程，提高了烟气余热回收效率，缩小了余热回收蒸汽发生装置的体积，节省了制造成本。

Description

一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置

技术领域

本发明涉及烟气余热回收装置,具体涉及一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置。

背景技术

节能减排是我国循环经济可持续发展的一项重要决策，在我国能源中长期发展纲要中，节能减排是我国能源战略发展的重点，也是循环经济可持续发展关键环节。目前我国的能源利用效率与国际先进水平差距较大，造成能源效率低的原因主要是能源转换装备技术落后，导致废热和余热利用效率低,现代工业过程中常用的烟气余热回收装置主要有翅片管换热器和热管换热器，两种技术均存在接触热阻大、换热效率低、金属材料消耗大和装置庞大等缺陷，因此极需开发新型高效的烟气余热回收技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置，为工业过程中烟气余热回收提供一项高效、紧凑和环保的烟气余热回收技术。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置，包括烟气进口1、烟气出口2、换热流体进口3、蒸汽出口4、波节椭圆换热管5、分流管6、集液管7、集汽管8、内导流折流板9、外导流折流板10、内筒体11和外筒体12；其特征在于：所述烟气进口1和烟气出口2处于所述蒸汽发生装置轴向的两端位置,分别与所述内筒体11连通；所述换热流体进口3和蒸汽出口4处于所述外筒体12靠近两端的侧壁上；所述波节椭圆换热管5有多组，所述多组波节椭圆换热管依次沿轴向排列在所述内筒内部，所述分流管6、集液管7和集汽管8处于所述内筒体11和外筒体12之间的空间内，并分别与相应的波节椭圆换热管5连通；所述内导流折流板9和外导流折流板10均有多个，依次交替设置于所述波节换热管5之间。

进一步，所述波节椭圆换热管5为钛管或不锈钢管；所述波节椭圆换热管5为椭圆通道结构，且为多层组合的错流盘管结构,盘管以左、右旋多层交错组合结构排列，形成棱形网格式流道结构；所述波节椭圆换热管5设有凸起波节14，所述波节14高度为3mm—6mm，相邻两个波节14的距离为10mm—16mm；所述波节椭圆换热管5层与层间距为5-8mm；所述分流管6、集液管7和集汽管8纵向轴线一致且垂直于所述换热流体进口3和蒸汽出口4的轴线,所述集汽管8和所述蒸汽出口4连通,所述集液管7位于所述分流管6和所述集汽管8之间；所述外导流折流板10为中间有通孔环状射流型结构，外周边缘与所述内筒体11内壁接触连接；所述内导流折流板9为设有支撑架15的实心环状射流型结构，外周边与所述内筒体11内壁不接触留有间隙；所述烟气进口1和烟气出口2分别通过内导流13连通所述内筒体11。

本发明的有益效果是：对工业过程中烟气余热的回收高效，克服常用的烟气余热回收装置中翅片管换热器和热管换热器存在接触热阻大、换热效率低、金属材料消耗大和装置庞大等的缺陷。

附图说明

图1为本发明所述一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置全剖结构示意图；

图2为本发明波节椭圆换热管结构示意图；

图3为本发明所述外导流折流板正视结构示意图；

图4为图3的Ａ－Ａ剖视图；

图5为本发明所述内导流折流板正视结构示意图；

图6为图5的Ｂ－Ｂ剖视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、烟气进口，2、烟气出口，3、换热流体进口，4、蒸汽出口，5、波节椭圆换热管，6、分流管，7、集液管，8、集汽管，9、内导流型折流板，10、外导流型折流板，11、内筒体，12、外筒体，13、内导流，14、波节，15、支架。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1-图6所示，一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置,包括烟气进口1、烟气出口2、换热流体进口3、蒸汽出口4、波节椭圆换热管5、分流管6、集液管7、集汽管8、内导流折流板9、外导流折流板10、内筒体11、外筒体12和内导流13；如图1所示，所述烟气进口1和烟气出口2处于轴向两端位置,分别通过内导流13连通所述内筒体11,烟气进口1和烟气出口2分别用于进烟和出烟,烟气换热前通过一个内导流13产生扩散进入内筒体11，烟气换热后通过另外一个内导流13压缩由烟气出口2排出；所述换热流体进口3和蒸汽出口4处于所述外筒体12靠近两端的侧壁上,换热流体进口3和蒸汽出口4分别用于换热流体与烟气对流的方式进入换热管5和输出蒸汽产生能量；所述波节椭圆换热管5有多组，所述多组波节椭圆换热管依次沿轴向排列，且为多层组合的错流盘管结构,盘管以左、右旋多层交错组合结构排列，形成棱形网格式流道结构；所述分流管6、集液管7和集汽管8处于内筒体11和外筒体12之间的空间内并分别与相应的波节椭圆换热管5连通；所述外导流折流板10和内导流折流板9均有多个，依次交替设置于所述换热管5之间，相邻两组波节椭圆换热管5由外导流折流板10或者内导流折流板9隔开；所述分流管6、集液管7和集汽管8纵向轴线一致且垂直于所述换热流体进口3和蒸汽出口4的轴线,所述分流管6和所述换热流体进口3连通，所述集汽管8和所述蒸汽出口4连通,所述集液管7位于所述分流管6和所述集汽管8之间，换热流体从换热流体进口3进入分流管6后流过波节椭圆换热管5、集液管7、集汽管8与烟气换热不断受热，发生汽化生成蒸汽经集汽管8由蒸汽出口4排出，进入另一热力循环系统，做功后冷凝回流入烟气余热气回收蒸汽发生装置。

如图2所示，所述波节椭圆换热管5为设有波节14的钛管或不锈钢管，同一组的波节椭圆换热管5层与层的间距为5mm—8mm,所述波节椭圆换热管5经专用机械加工成型为波节椭圆通道结构，波节椭圆换热管5上的波节14高度e为3mm—6mm，波节距ｈ为10mm—16mm，所述波节椭圆换热管5上的波节14高度e和盘管组合方式由盘管直径D、盘管间距s和烟气流速μ确定；烟气从烟气进口1进入内筒体11从波节椭圆换热管5层与层的间距通过,波节14是波节椭圆换热管5管壁的凸起，管壁的凸起波节14对烟气有定位、限流、增大波节椭圆换热管5外表面积从而增加换热流体与烟气的接触面积的三重作用，螺旋状管使得换热流体流动路径增加，管内流动时间长，提高了单位体积内烟气与换热管表面的接触面积,可以延长换热流体与烟气换热时间，充分增大换热流体通过波节椭圆换热管5与烟气的接触面积，最终提高换热效率。

如图3、4所示，所述外导流折流板10为中间有通孔的环状环状射流型结构，外周边与所述内筒体11内壁接触连接，所述内导流折流板9为设有支撑架15的实心环状环状射流型结构，通过支撑架15内导流折流板9安装在内筒体11内，外周边与所述内筒体11内壁不接触留有间隙，烟气从烟气进口1经过第一组波节椭圆换热管5后，通过外导流折流板10中间的通孔或者内导流折流板9外周边与所述内筒体11内壁之间的间隙进入下一组波节椭圆换热管5，可通过烟气流量v确定外导流折流板10和内导流折流板9在360°方向上的射流速度，其流速按以下公式计算：

f＝π×D×P　。

本发明主要是为运载动力燃烧尾气之烟气余热回收，应用换热流体蒸发产生一定压力的蒸汽，用于推动透平发电、余热制冷、系统加热等，换热流体为液体水或有机介质，运载动力燃烧做功后尾气以烟气形式由排气管通过烟气进口1进入本发明装置内，经扩散段的射流方式流经左、右旋多层交错式波节椭圆换热管5，经回流段在内筒体9内壁同样以360°射流方式掠过左、右旋多层交错波节椭圆换热管5表面依次扩散、收缩，经与波节椭圆换热管5内换热流体换热，烟气温度降低，由烟气出口2排出,工业过程中排放的烟气通过烟气进口1经过内导流13扩散沿着内筒体11壁从360°方向上以射流的方式进入内筒体11内的第一组波节椭圆换热管5内，烟气充满波节椭圆换热管5层与层之间的间隙，与从换热流体进口3进入到波节椭圆换热管5内的换热流体换热，波节椭圆换热管5为椭圆通道结构，可使管内换热流体均匀分布，温度梯度集中换热管5管壁附近，减薄了换热流体的边界厚度。烟气侧的波节椭圆通道盘管结构，由于其左、右旋交错形成棱形网格结构，烟气流动状态分布更趋均匀，增强了烟气气体的湍流，提高了烟气侧的热效率。同时与翅片管相比，利用波节椭圆管和多层组合盘管结构可使单位体积内烟气换热表面积提高1倍以上，使其结构更紧凑；所述外导流折流板10和内导流折流板9均有多个，依次交替设置于所述换热管5之间，内导流折流板9与所述内筒体11内壁之间留有间隙，烟气从由内导流折流板9与内筒体11内壁的间隙由一组波节椭圆换热管5经过内导流折流板9进入下一组波节椭圆换热管5时，间隙收缩烟气，烟气由一组波节椭圆换热管5单元经过外导流折流板10中间通孔进入下一组波节椭圆换热管5时，扩散烟气，烟气通过外导流折流板10和内导流折流板9多次循环重复扩散、收缩，增长了烟气的流动路线，交变冲刷波节椭圆换热管5管壁充分提高流动液体与烟气的换热效率；烟气与换热流体经综上所述收蒸汽发生装置一系列的高效换热，换热流体最终成为一定压力的蒸汽从蒸汽出口4输出，可用于推动透平发电、余热制冷和系统加热等，烟气降温后经烟气内导流13收缩后从烟气出口2排出，减少了对环境的污染，换热流体经换热成蒸汽做功后冷凝回流入烟气余热回收蒸汽发生装置后可循环使用，节约资源。

具体实施例：某运载动力烟气排量1450㎏/h进入紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置，该排量汽车发动机尾气烟气流量为v，由此确定其在360°方向上的射流速度为u（经传热与流体力学系统计算的取值范围）。汽车燃料在发动机内燃烧做功后尾气以烟气形式由排气管进入紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置的烟气入口1，经扩散段的射流方式流经左、右旋多层交错式波节椭圆盘管，经回流段在内筒体壁同样以360°射流方式掠过左、右旋多层交错波节椭圆盘管表面依次扩散、收缩，经与换热管5内的换热流体换热，烟气温度由450℃降低至150℃，由烟气出口排出。蒸汽发生的换热流体经波节椭圆换热管5、分液管6、集液管7、集汽管8不断受热，发生汽化生成0.3MPa-1.8MPa蒸汽由集汽管进入车载透平发电系统，做功后冷凝再回流至尾气余热发电换热装置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置，包括烟气进口（1）、烟气出口（2）、换热流体进口（3）、蒸汽出口（4）、波节椭圆换热管（5）、分流管（6）、集液管（7）、集汽管（8）、内导流折流板（9）、外导流折流板（10）、内筒体（11）和外筒体（12）；其特征在于：所述烟气进口（1）和烟气出口（2）处于所述蒸汽发生装置轴向的两端位置,分别与所述内筒体（11）连通；所述换热流体进口（3）和蒸汽出口（4）处于所述外筒体（12）靠近两端的侧壁上；所述波节椭圆换热管（5）有多组，所述多组波节椭圆换热管依次沿轴向排列在所述内筒内部，所述分流管（6）、集液管（7）和集汽管（8）处于所述内筒体（11）和外筒体（12）之间的空间内，并分别与相应的波节椭圆换热管（5）连通；所述内导流折流板(9)和外导流折流板（10）均有多个，依次交替设置于所述换热管（5）之间。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置，其特征在于：所述波节椭圆换热管（5）为钛管或不锈钢管。

3.根据权利要求1所述的一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置，其特征在于：所述波节椭圆换热管（5）为椭圆通道结构，且为多层组合的错流盘管结构,盘管以左、右旋多层交错组合结构排列，形成棱形网格式流道结构。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置，其特征在于：所述波节椭圆换热管（5）设有凸起波节（14），所述波节（14）高度为3mm—6mm，相邻两个波节（14）的距离为10mm—16mm。

5.根据权利要求3所述的一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置，其特征在于：所述波节椭圆换热管（5）层与层间距为5-8mm。

6.根据权利要求1所述的一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置，其特征在于：所述分流管（6）、集液管（7）和集汽管（8）纵向轴线一致且垂直于所述换热流体进口（3）和蒸汽出口（4）的轴线,所述集汽管（8）和所述蒸汽出口（4）连通,所述集液管（7）位于所述分流管（6）和所述集汽管（8）之间。

7.根据权利要求根据权利要求1所述的一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置，其特征在于:所述外导流折流板（10）为中间有通孔环状射流型结构，外周边缘与所述内筒体（11）内壁接触连接。

8.根据权利要求根据权利要求1所述的一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置，其特征在于：所述内导流折流板（9）为设有支撑架（15）的实心环状射流型结构，外周边与所述内筒体（11）内壁不接触留有间隙。

9.根据权利要求根据权利要求1所述的一种紧凑式烟气余热回收蒸汽发生装置，其特征在于:所述烟气进口（1）和烟气出口（2）分别通过内导流（13）连通所述内筒体（11）。

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