CN103486869A - 不结露烟气热能载移装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种不结露烟气热能载移装置，涉及热能回收利用技术，解决了现有技术中换热器结露腐蚀的问题。本发明实施例中，不结露烟气热能载移装置包括取热器，取热器包括壳体及设在壳体内的取热管，取热管一端通过出水管与蒸发器连通，蒸发器通过进水管与取热管另一端连通；还包括热能交换器，热能交换器分别通过蒸汽管及冷凝管与蒸发器连通；热能交换器上设有通入低温介质的输入管道、输出高温介质的输出管道；进水管上设有第一测温仪，第一测温仪连接有自控系统；自控系统根据第一测温仪检测的温度，能够调节输入管道中低温介质的输送量，以控制从冷凝管依次进入蒸发器、进水管，最后到达取热管中的液体的温度高于取热器中的烟气露点。

Description

不结露烟气热能载移装置

技术领域

本发明涉及热能回收利用技术，尤其涉及一种不结露烟气热能载移装置。

背景技术

在现代的工业生产过程中，有大量的烟气排放，如烧结、水泥窑、玻璃窑、炼焦炉、燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉等工艺中，而排放的烟气中含有大量热量，称为烟气余热，该烟气余热资源属于二次能源，是一次能源或可燃物料转换后的产物，或是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所剩下的热量。

具体地，排放的烟气中除了含有大量热量外，通常还含有水蒸气、硫氧化合物、氮氧化合物、粉尘等，且流量较大。如果将工业窑炉、锅炉等的排放烟气不做处理，直接排入大气中，不仅会造成环境污染，还会浪费排放烟气中的大量热能，因此，为了响应国家关于节能降耗，减少污染的号召，现有技术中，很多企业通过使用换热器等设备来把烟气中的高温区热量回收利用，以利于现在所提倡的环保和节能减排要求。

然而，当换热器进烟气侧的表面温度低于烟气露点时，其表面会发生结露现象，伴随着烟气中含有灰尘和硫氧化合物，则在结露的同时，会造成灰尘的粘结，从而堵塞烟道，影响换热效果；同时还会有酸露形成，造成换热器的腐蚀，易发生换热器泄露等危险，严重影响换热器的使用寿命。

发明内容

本发明的实施例提供一种不结露烟气热能载移装置，解决了现有技术中换热器结露腐蚀的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种不结露烟气热能载移装置，包括吸收烟气热能的取热器，所述取热器包括壳体及设在所述壳体内的取热管，所述取热管一端通过出水管与蒸发器连通，所述蒸发器通过进水管与所述取热管另一端连通；所述不结露烟气热能载移装置还包括热能交换器，所述热能交换器分别通过蒸汽管及冷凝管与所述蒸发器连通；所述热能交换器上设有通入低温介质的输入管道、输出高温介质的输出管道；所述进水管上设有第一测温仪，所述第一测温仪连接有自控系统；所述自控系统根据所述第一测温仪检测的温度，能够调节所述输入管道中低温介质的输送量，以控制从所述冷凝管依次进入所述蒸发器、进水管，最后到达所述取热管中的液体的温度高于所述取热器中的烟气露点。

具体地，所述蒸发管上设有第一调节器，所述第一调节器与所述自控系统连接；所述自控系统控制所述第一调节器，调节所述蒸发器内所述液体的蒸发量。

进一步地，所述蒸发器中还设有补水管，所述补水管上设有第二调节器，所述第二调节器与所述自控系统连接；所述自控系统控制所述第二调节器，以控制所述补水管向所述蒸发器内适时补入所述液体，从而调节所述蒸发器内所述液体的液位。

为了更好的自动控制第一调节器，所述蒸发器上设有压力检测仪，所述压力检测仪与所述自控系统连接，所述自控系统根据所述压力检测仪的检测值自动控制所述第一调节器。

为了更好的自动控制第二调节器，所述蒸发器上还设有液位检测仪，所述液位检测仪与所述自控系统连接，所述自控系统根据所述液位检测仪的检测值自动控制所述第二调节器。

其中，所述液体为脱盐水；所述液体的温度比所述烟气露点温度高5摄氏度。

取热管的结构有多种，其中一种为：所述取热管包括多个相互平行、等距设置的纵向管，所述纵向管两端均设有与所述纵向管导通的横向管；所述出水管包括两个，分别与两端侧的所述纵向管连通；所述进水管与位于下端的所述横向管相连通。

优选地，沿所述取热管延伸方向，所述取热管外表面上设有多个相互平行、等距间隔设置的环形翅片，所述环形翅片与所述取热管之间的相对角度可调；所述环形翅片通过镍基钎焊固定在所述取热管上，且所述环形翅片与所述取热管表面之间的焊接根部为圆角。

其中，所述取热器的进烟气侧设有烟气导流装置或烟气分布器；所述取热器的取热管上设有第二测温仪，所述第二测温仪用于实时监测所述取热管的表面温度。

具体可以为，所述烟气导流装置包括多个同心圆设置的弧形轨道。

本发明实施例提供的不结露烟气热能载移装置中，包括用于吸收排放烟气热能的取热器，该取热器包括壳体及设在壳体内的取热管，通过出水管一端连通取热管、另一端连通蒸发器，出水管一端连通取热管、另一端连通蒸发器，完成取热器与蒸发器的互连，即取热管中的液体通过出水管到达蒸发器、蒸发器中的液体再通过进水管到达取热管中，而蒸发器分别通过蒸汽管与冷凝管连通有热能交换器，即蒸发器中的蒸汽通过蒸汽管进入热能交换器，热能交换器中冷凝后得到的液体通过冷凝管回到蒸发器中，相应的热能交换器中设置通入低温介质的输入管道、输出高温介质的输出管道，从而当在进水管中设置连接有自控系统的第一测温仪时，自控系统能够通过第一测温仪检测到的进水管中液体的温度来调整输入管道中低温介质的输送量，以控制从冷凝管依次进入蒸发器、进水管，最后到达取热管中的液体温度高于取热器中的烟气露点。由此分析可知，当第一测温仪检测到的液体温度略低于烟气露点时，自控系统能够减少低温介质的输送量，从而间接提高了从热能交换器中通过冷凝管进入蒸发器的液体的温度，从而保证了从蒸发器中通过进水管到达取热管中的液体温度高于烟气露点，从而保证了取热管表面不会发生结露现象，因此也不会形成酸露而腐蚀取热器等零部件，保证了不结露烟气热能载移装置的正常运行，实用性高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的不结露烟气热能载移装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的取热管结构示意图；

图3为图2中放大的局部示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例不结露烟气热能载移装置进行详细描述。

本发明实施例提供一种不结露烟气热能载移装置，如图1所示，包括吸收烟气热能的取热器10，取热器10包括壳体101及设在壳体内的取热管102，取热管102一端通过出水管11与蒸发器12连通，蒸发器12通过进水管13与取热管102另一端连通；不结露烟气热能载移装置还包括热能交换器14，热能交换器14分别通过蒸汽管15及冷凝管16与蒸发器12连通；热能交换器14上设有通入低温介质的输入管道17、输出高温介质的输出管道18；进水管13上设有第一测温仪20，第一测温仪20连接有自控系统21；自控系统21根据第一测温仪20检测的温度，能够调节输入管道17中低温介质的输送量，以控制从冷凝管16依次进入蒸发器12、进水管13，最后到达取热管102中的液体的温度高于取热器10中的烟气露点。

本发明实施例提供的不结露烟气热能载移装置中，包括用于吸收排放烟气热能的取热器，该取热器包括壳体及设在壳体内的取热管，通过出水管一端连通取热管、另一端连通蒸发器，出水管一端连通取热管、另一端连通蒸发器，完成取热器与蒸发器的互连，即取热管中的液体通过出水管到达蒸发器、蒸发器中的液体再通过进水管到达取热管中，而蒸发器分别通过蒸汽管与冷凝管连通有热能交换器，即蒸发器中的蒸汽通过蒸汽管进入热能交换器，热能交换器中冷凝后得到的液体通过冷凝管回到蒸发器中，相应的热能交换器中设置通入低温介质的输入管道、输出高温介质的输出管道，从而当在进水管中设置连接有自控系统的第一测温仪时，自控系统能够通过第一测温仪检测到的进水管中液体的温度来调整输入管道中低温介质的输送量，以控制从冷凝管依次进入蒸发器、进水管，最后到达取热管中的液体温度高于取热器中的烟气露点。由此分析可知，当第一测温仪检测到的液体温度略低于烟气露点时，自控系统能够减少低温介质的输送量，从而间接提高了从热能交换器中通过冷凝管进入蒸发器的液体的温度，从而保证了从蒸发器中通过进水管到达取热管中的液体温度高于烟气露点，从而保证了取热管表面不会发生结露现象，因此也不会形成酸露而腐蚀取热器等零部件，保证了不结露烟气热能载移装置的正常运行，实用性高。

此处需要说明的是，图1中进水管13与出水管11均为液体相对于取热管102的流动方向而言的，当然也可以根据不结露烟气热能载移装置的安装方式来定义，例如由于液体自身具有一定重量，因此通常将不结露烟气热能载移装置在竖向方向上安置，此时出水管11也可以称为上升管，进水管13也可以称为下降管。

在实际应用时，取热管102中的液体温度保持在高于烟气露点的数值，具体可以为通过试验及技术人员经验确定的高于烟气露点5摄氏度（℃），当然，也可以为其他合理数值，例如在5摄氏度上、下存在1摄氏度的偏差，即5±1℃。此时，从取热管102中通过出水管11进入蒸发器12中的液体也为高于烟气露点5摄氏度，且蒸发器中存在蒸发现象，则蒸发器12中为水、汽共存的状态，从而需要保证蒸发器12中的液体的饱和温度维持在高于烟气露点5摄氏度，因此，可以通过控制蒸发器12中的蒸发量来完成。

具体地，如图1所示，一端与蒸发器12连通的蒸发管15上可以设有第一调节器151，也可以称为蒸发流量调节器，该第一调节器151与自控系统21相连接，从而通过自控系统21来控制调节第一调节器151，从而完成蒸发器12内液体蒸发量的控制。其中，第一调节器151可以为一个简单的开关结构，从而自控系统21能够控制该开关结构的开合度来完成控制，当然也可以为其他电子设备等。

另外，在通过自控系统21来控制第一调节器151时，其控制参数可以为蒸发器12内的压力。具体可以为，在蒸发器12内上设有压力检测仪121，其可以为压力变速器等设备，从而通过压力检测仪121与自控系统21连接，将检测到的数值传送到自控系统21中，自控系统21能够根据该数值来控制第一调节器151，例如，当压力检测仪121检测到的蒸发器12内的压力较大时（与预设定的压力数值相比较），则反馈到自控系统21中，并控制第一调节器151使蒸汽流量增大；当压力检测仪121检测到的蒸发器12内的压力较小时（与预设定的压力数值相比较），则与上述控制过程相反。

当蒸发器12中的蒸汽通过蒸汽管15进入到热能交换器14中时，通过蒸汽给低温介质加热，从而输出高温介质，完成热能的利用。具体地，热能交换器14一端设有输入管道17，低温介质从输入管道17进入热能交换器14中，并在热能交换器14中的流动管道中进行流动，最后从输出管道18中输出加温之后的高温介质。其中，可以在流动管道的外壁上沿其延伸方向缠绕加热管道，该加热管道一端与蒸汽管15相连通、另一端与冷凝管16相连通，从而蒸汽在加热管道中流动，并给流动管道中的低温介质加热，低温介质吸收蒸汽的热量，使蒸汽冷凝成为液态水，并最后从加热管道另一端流回到冷凝管16中，并进而进入蒸发器12中。该过程中，蒸汽冷凝过程可以为饱和蒸汽下的冷凝，其温度改变很小，当然在其他状态下，冷凝后的液体的温度可能会降低，即低于烟气露点，当其通过冷凝管16流入蒸发器12中时，会整体降低蒸发器12中液体的温度，但是由于蒸发器12中的液体含量较多，因此短时间内不会发生改变，并通过后续调节可以保证流入取热管102中的温度高于烟气露点。

其中，在热能交换器14中进行加热的低温介质可以为液态水，也可以为气体或其它可流动性物质。另外，热能交换器14中在进行加热时，可能会产生过大压力而对热能交换器14造成损坏，也可以如图1所示，在热能交换器中设置出口19，从而及时平衡热能交换器14内的压力。

然而，在长期使用的过程中，由于液体中会溶有氧气、氢气等不凝结气态，因此在不结露烟气热能载移装置的工作做过程中，该部分气体也会带走一部分水蒸气并排出，造成蒸发器12中液体的出、入不平衡，因此如图1所示，可以在蒸发器12中设置补水管22，该补水管22上设有第二调节器221，且第二调节器221与自控系统21连接，从而自控系统21通过控制第二调节器221，能够控制补水管22适时的向蒸发器12内补入液体，以调节蒸发器12内液体的液位。

具体在应用时，可以通过在蒸发器12上设置观察镜及刻度尺，并通过技术人员的定期观察来完成补水操作，也可以在蒸发器12上设置液位检测仪，该液位检测仪与自控系统连接。液位检测仪可以实时检测蒸发器12中液体的液面高度并将检测值反馈给自控系统21中，以方便记录并根据需要来控制第二调节器221，控制补水管22的开启、闭合及开合度等。

此处需要说明的是，在取热管102、蒸发器12及各个管路中流动的液体，可以为脱盐水，脱盐水具有不腐蚀、换热效果好的特点，当然，也可以为其它合理的液体。

上述实施例描述的不结露烟气热能载移装置中，在进水管13上设有第一测温仪20，该第一测温仪20实时监测进入取热器10的取热管102中的液体温度，当进水管13由于某些原因而发生破损等事故时，其进入取热管102中液体温度可能会低于烟气露点，因此可以在取热管102表面设置第二测温仪103，通过第二测温仪103能够检测取热管102中液体的温度，从而通过第一测温仪20及第二测温仪103的配合、比较等，充分确保不发生结露现象。其中，由于各个管路，例如出水管11、进水管13、蒸汽管15等均具有一定长度，因此液体在其内流动的过程中，会散发出一定的热量，当然该部分热量较小，但是为了充分保证不结露，可以通过设置上述管路的材质，例如设计为保温材质，来防止液体流动时热能的损耗。

另外，第一测温仪20与第二测温仪103可以仅包括测温探头，连接测温探头与自控系统21的信号线及位于自控系统21中的温度显示器，从而完成温度的监测，此外，还可以在设置的相应管路上设计一个温度调节仪，必要时通过自控系统21控制温度调节仪来完成液体温度的调节，可以为直接对液体进行相应程度的加热或对管壁进行相应程度的加热，例如环境的骤变等的发生。

实际操作时，工业窑炉、锅炉等的排放烟气在流动时没有规律的路径，即一定区域的烟气较密集，另一部分区域的烟气较稀疏，该种现象会影响取热管102对烟气中热能的吸收。因此，可以采用如图1中所示，在取热器10的进烟气侧设置烟气导流装置23，其包括多个同心圆设置的弧形轨道231，且优选地，相邻弧形轨道231之间可以相接触，即间隔可以为零，当然也可以不相互接触以适用于不同场合。该烟气导流装置23一端朝向烟气进气侧、另一端朝向取热器10的进烟气侧，通过该烟气导流装置23，能够将烟气分流，使在每个弧形轨道中进行流动的烟气流量基本相同，保证烟气进入取热器10时各方位上的均匀性，使每个取热管102表面烟气流速基本相等，不会发生烟气偏流的问题，从而提高取热管102的取热效果。当然，也可以使用烟气分流器，同样能够使烟气均匀流经取热器10，具体选择可以根据不结露烟气热能载移装置的应用场合而定。

其中，弧形轨道231的结构、空间布置也可以根据烟气的平均排放量、速率及均匀性来相应设置，以达到烟气在取热器10中更加均匀流动的目的。

在通过取热管102进行烟气热能的利用回收时，取热管102可以为一个管路，也可以采用如图1所示的结构，该取热管102包括多个相互平行、等距设置的纵向管，纵向管两端均设有与纵向管导通的横向管，此时出水管11包括两个，分别与两端侧的纵向管连通，而进水管13与位于下端的横向管相连通，从而通过将取热管102设置为该种结构，能够提高烟气与取热管102内液体的换热效果。

另外，为了进一步提高烟气与取热管102表面换热效率，可以改变直接接触的方式，具体地，如图2所示，在每个取热管102的外表面，沿其延伸方向上，设有多个相互平行、等距间隔设置的环形翅片31，该环形翅片31与取热管102之间的相对角度可调。图2中，环形翅片31与取热管102的表面垂直设置，从而通过烟气先到达环形翅片31上，环形翅片31充分吸收烟气的热能，再传送到取热管102上，因此可以根据烟气的成分、流动方向等合理设置环形翅片31的角度及结构、以及相邻环形翅片31之间的距离来充分提高烟气与液体的换热效果。

优选地，环形翅片31可以通过镍基钎焊固定在取热管102上，相比传统的高频焊接，本实施例中采用的焊接方式可以使环形翅片31与取热管102表面之间的焊接根部为圆角，焊着率达到100%，且根部为圆角的结构不易积灰，具体可以如图3所示，为图2放大的局部示意图。

从而通过整体设计取热器10为图1至图3中所示的结构，能够提高其换热面积及换热效率，通常使用本实施例提供的取热器，在烟气流经过之后，其排放端的烟气温度能够降低至比烟气露点温度高10至15摄氏度，相比现有技术中的低了30至50摄氏度，热量回收率高。且通过上述实施例的设计，在取热管102的表面不会发生结露现象，因此不会发生堵灰、形成酸露等不良，达到了节能的目的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种不结露烟气热能载移装置，其特征在于，包括吸收烟气热能的取热器，所述取热器包括壳体及设在所述壳体内的取热管，所述取热管一端通过出水管与蒸发器连通，所述蒸发器通过进水管与所述取热管另一端连通；

所述不结露烟气热能载移装置还包括热能交换器，所述热能交换器分别通过蒸汽管及冷凝管与所述蒸发器连通；所述热能交换器上设有通入低温介质的输入管道、输出高温介质的输出管道；

所述进水管上设有第一测温仪，所述第一测温仪连接有自控系统；所述自控系统根据所述第一测温仪检测的温度，能够调节所述输入管道中低温介质的输送量，以控制从所述冷凝管依次进入所述蒸发器、进水管，最后到达所述取热管中的液体的温度高于所述取热器中的烟气露点。

2.根据权利要求1所述的不结露烟气热能载移装置，其特征在于，所述蒸发管上设有第一调节器，所述第一调节器与所述自控系统连接；

所述自控系统控制所述第一调节器，调节所述蒸发器内所述液体的蒸发量。

3.根据权利要求2所述的不结露烟气热能载移装置，其特征在于，所述蒸发器中还设有补水管，所述补水管上设有第二调节器，所述第二调节器与所述自控系统连接；

所述自控系统控制所述第二调节器，以控制所述补水管向所述蒸发器内适时补入所述液体，从而调节所述蒸发器内所述液体的液位。

4.根据权利要求3所述的不结露烟气热能载移装置，其特征在于，所述蒸发器上设有压力检测仪，所述压力检测仪与所述自控系统连接，所述自控系统根据所述压力检测仪的检测值自动控制所述第一调节器。

5.根据权利要求3所述的不结露烟气热能载移装置，其特征在于，所述蒸发器上还设有液位检测仪，所述液位检测仪与所述自控系统连接，所述自控系统根据所述液位检测仪的检测值自动控制所述第二调节器。

6.根据权利要求1-5任一项所述的不结露烟气热能载移装置，其特征在于，所述液体为脱盐水；所述液体的温度比所述烟气露点温度高5摄氏度。

7.根据权利要求1所述的不结露烟气热能载移装置，其特征在于，所述取热管包括多个相互平行、等距设置的纵向管，所述纵向管两端均设有与所述纵向管导通的横向管；所述出水管包括两个，分别与两端侧的所述纵向管连通；所述进水管与位于下端的所述横向管相连通。

8.根据权利要求7所述的不结露烟气热能载移装置，其特征在于，沿所述取热管延伸方向，所述取热管外表面上设有多个相互平行、等距间隔设置的环形翅片，所述环形翅片与所述取热管之间的相对角度可调；

所述环形翅片通过镍基钎焊固定在所述取热管上，且所述环形翅片与所述取热管表面之间的焊接根部为圆角。

9.根据权利要求1所述的不结露烟气热能载移装置，其特征在于，所述取热器的进烟气侧设有烟气导流装置或烟气分布器；

所述取热器的取热管上设有第二测温仪，所述第二测温仪用于实时监测所述取热管的表面温度。

10.根据权利要求9所述的不结露烟气热能载移装置，其特征在于，所述烟气导流装置包括多个同心圆设置的弧形轨道。

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