CN104458810A - 一种基于热力学方法的烟气工程酸露点测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于热力学方法的烟气工程酸露点测量装置，包括控温水箱，控温水箱依次与水流量调节阀、水泵、流量计和换热器相连通，换热器的出水端通过冷凝器与控温水箱相连通实现水的回流；其中，所述换热器包括：外管，该外管包括第一外管和第二外管；所述第一外管上设置有第一变径段，且第二外管具有入口端与封闭端，第一外管具有出口端与入口端，第一外管的出口端与第二外管的入口端相连接；内管，该内管具有出口端与入口端，内管的出口端靠近所述第二外管的封闭端；所述第一外管的入口端设有封口，封口上设置有进水管道和出水管道，内管与进水管道相连通。

Description

一种基于热力学方法的烟气工程酸露点测量装置

技术领域

本发明涉及能源与动力工程领域，具体的说，是涉及一种基于热力学方法的烟气工程酸露点测量装置。

背景技术

在锅炉的各项损失中，排烟损失占比最大，尽量降低排烟温度对于节能减排具有重要的实际意义。而随着锅炉尾部烟气的利用，烟温降低，造成烟气中硫酸蒸汽和水蒸汽结露，对设备腐蚀和积灰，换热器换热性能和安全性能恶化。因此，准确测定锅炉尾气工程酸露点，能够指导余热利用设备的设计，在工程实践中具有重要的现实意义，最大化的利用锅炉烟气余热。

申请号201310298139.4的中国专利文献公开了一种用于确定锅炉烟气工程酸露点的装置，包括换热器和控温水箱，换热器是内外双层套装且两层的一端相通的筒状构造，两层相同端的外层通过管道与控温水箱的进水口相通，内层经管道以及设置于该管道上的流量计、水泵、出水口阀门与控温水箱的出水口相通；控温水箱的进水口还连通有补水管道，换热器外壁上设有换热器壁温传感器，与控温水箱进、出水口相连的管道上分别设有进水温度传感器和出水温度传感器；控温水箱中设有加热单元，所述换热器壁温传感器、进水温度传感器、出水温度传感器和加热单元分别与控温水箱的控制系统相连。

该专利是通过测定换热系数的突变，确定锅炉尾气工程酸露点。该专利公开的测试装置主要存在以下缺陷：使用补给水的方式对回水进行冷却，使得测试过程中的用水量过大，对水源的选取有极大的依赖性，采用补给水冷却的方式需要极多的连接管道，使得测试系统复杂，不适于设备的安装以及运输，并且测试的连续性与稳定性较低。采用温度巡检仪对温度进行测量，温度巡检仪线路连接复杂，需外接计算机进行数据采集，并且需要人工进行实时数据记录，致使整体测量过程十分不便。

因此，如何设计一种全新的装置，来简化测试过程，并使得测试的连续性及稳定性均较高，是本领域技术人员函需解决的。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于热力学方法的烟气工程酸露点测量装置。本方案所提供的烟气工程酸露点测量装置采用冷凝器代替补给冷却水进行冷却，减小了测试过程中对水源的依赖性，使得露点测试设备使用范围更广，也避免了使用大量的换热软管，同时增强了测试过程中的连续性和冷却性能的稳定性。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于热力学方法的烟气工程酸露点测量装置，包括控温水箱，控温水箱依次与水流量调节阀、水泵、流量计和换热器相连通，换热器的出水端通过冷凝器与控温水箱相连通实现水的回流；

其中，所述换热器包括：

外管，该外管包括第一外管和第二外管，第一外管和第二外管可拆卸连接；

所述第一外管上设置有第一变径段，且第二外管具有入口端与封闭端，第一外管具有出口端与入口端，第一外管的出口端与第二外管的入口端相连接；

设置于外管内的内管，该内管具有出口端与入口端，内管的出口端靠近所述第二外管的封闭端；

所述第一外管的入口端被焊接在其上的圆形封口封闭，圆形封口上设置有进水管道和出水管道，内管与进水管道相连通，水流从进水管道进入后，经内管流向封闭端，又流经外管和内管之间的通道后从出水管道流出。

优选的，所述第二外管上设有第二变径段，第一外管的出口端与变径后的第二外管的入口端相连通。

优选的，所述外管为带有翅片的翅片管。

优选的，所述流量计和换热器通过第一连接管相连通；控温水箱包括箱体、控制系统、加热单元和水位控制传感器；水位控制传感器和所述加热单元分别与所述控制系统连接。

优选的，所述冷凝器包括箱体、冷却风扇、多管程铜弯管、冷凝水进水管道和冷凝水出水管道，出水管道与冷凝水进水管道相连通，水流流经多管程铜弯管后从冷凝水出水管道流回温控水箱。

优选的，所述控制系统包括电源、温控仪、继电器、水泵开关和冷却风扇开关；

其中，温控仪、所述继电器、所述水泵开关和所述风扇开关分别与所述电源连接；

所述水泵开关串联在所述电源和所述水泵之间；

所述冷却风扇开关串联在所述电源和所述冷却风扇之间。

优选的，所述进水管道和出水管道上分别设置有进水温度传感器和出水温度传感器，进水温度传感器和出水温度传感器分别与温度测试仪相连。

优选的，所述测试装置还包括烟温传感器和壁温传感器，壁温传感器设置于外管外壁上，壁温传感器和烟温传感器分别与温度测试仪相连。

本发明的有益效果是：

(1)本测试装置采用冷凝器代替补给冷却水进行冷却，减小了测试过程中对水源的依赖性，使得露点测试设备使用范围更广，也避免了使用大量的换热软管，使得设备便于携带，同时增强了测试过程中的连续性和冷却性能的稳定性。

(2)本测试装置采用温度测试仪代替原有温度巡检仪进行温度测量，减轻了测量过程中线路的复杂程度，取消了计算机的使用使得测试设备更加简单，避免了对数据的人工实时记录，使得测试过程更加方便。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中冷凝器的结构示意图；

图3是本发明中实施例1当中换热器的结构示意图；

图4是本发明中实施例2当中换热器的结构示意图；

图5是本发明中控制系统的结构示意图；

其中：1、换热器，2、控温水箱，21、箱体，22、控制系统，23、加热单元，25、出水口，26、溢流口，27、水位控制传感器，221、电源，222、温控仪，223、继电器，224、水泵开关，225、冷却风扇开关，2-1、第一外管，2-2、第二外管，2-3、第一变径段，2-4、第二变径段，2-5、封闭端，3、烟速探测器，4、流量计，5、水泵，61、进水温度传感器，62、出水温度传感器，63、烟温传感器，64、壁温传感器，7、水流量调节阀，8、冷凝器，81、箱体，82、冷却风扇，83、多管程铜弯管，84、冷凝水进水管道，85、冷凝水出水管道，9、温度测试仪，11、内管，12、外管，13、进水管道，14、出水管道，15、圆形封口，16、第一连接管，17、第二连接管，18、第三连接管。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：一种基于热力学方法的烟气工程酸露点测量装置，其结构如图1、图2图3和图5所示，包括换热器1、控温水箱2、烟速探测器3、流量计4、水泵5、进水温度传感器61、出水温度传感器62、烟温传感器63和壁温传感器64，水流量调节阀7、冷凝器8和温度测试仪9；

烟速探测器3用于测量流速。

控温水箱2与换热器1相连并经水泵5、水流量调节阀7和流量计4向换热器1供水，水量调节阀7布置在所述水泵5之后保证水流量的恒定。

控温水箱2设有出水口25溢流口26。

换热器1包括外管12，该外管12包括第一外管2-1和第二外管2-2，第一外管2-1和第二外管2-2可拆卸连接；

所述第一外管2-1上设置有第一变径段2-3，且第二外管2-2具有入口端与封闭端2-5，第一外管2-1具有出口端与入口端，第一外管2-1的出口端与第二外管2-2的入口端通过螺纹相连接；

设置于外管12内的内管11，该内管11具有出口端与入口端，内管11的出口端靠近所述第一外管2-1的封闭端2-5；

所述第一外管2-1的入口端被焊接在其上的圆形封口15封闭，圆形封口15上设置有进水管道13和出水管道14，内管11与进水管道13相连通，水流从进水管道13进入后，经内管11流向封闭端2-5，又流经外管12和内管11之间的通道后从出水管道14流出。

具体而言，流量计4和换热器1之间通过第一连接管16连通，第一连接管16靠近换热器1的一端设置有进水温度传感器61；且换热器1的出水端道14还通过第二连接管17与冷凝器8连通，第二连接管17靠近换热器1的一端设置有出水温度传感器62。

冷凝器8包括箱体81、冷却风扇82、多管程铜弯管83、冷凝水进水管道84和冷凝水出水管道85。出水管道14与冷凝水进水管道84相连通，水流流经多管程铜弯管83后从冷凝水出水管道85流回温控水箱2。水流经过多管程铜弯管83中，被冷却风扇82冷却。

所述控温水箱2包括箱体21、控制系统22、加热单元23和水位控制传感器27；水位控制传感器27和所述加热单元23分别与所述控制系统22连接。

控制系统22包括电源221、温控仪222、继电器223、水泵开关224和冷却风扇开关225。其中：温控仪222、继电器223、水泵开关224和风扇开关225分别与电源221连接，水泵开关224串联在电源221和水泵5之间；冷却风扇开关225串联在电源221和所述冷凝器8之间。

上述进水温度传感器61、出水温度传感器62、烟温传感器63和壁温传感器64分别与温度测试仪9相连通。

温控仪222与壁温传感器64相连通，通过温控仪222将设定温度T₀与壁面温度传感器64的检测温度进行比对，控制继电器223的通断；继电器223与加热单元23相连，继电器223的通断直接控制加热单元23是否工作；温度测试仪9与进水温度传感器61、出水温度传感器62、烟温传感器63和壁温传感器64相连，能测量换热器1的进出水温度、烟温和换热器壁面温度。

水泵开关224和冷却风扇开关225串联在电源221和水泵5之间，控制水泵5和冷却风扇82的工作；电源221向温控仪222、继电器223、温度测试仪9、水泵5和冷却风扇82供电。

第一外管2-1和第二外管2-2的公称直径均可为38mm，第一内管1-1和第二内管1-2的公称直径为可20mm，第一外管2-1的长度为0.4m，第二外管2-2的长度为1m，内管11的长度为1.3m，且内管11为直管。

较佳的选择为，圆形封口15是厚度为3mm的铁板。

根据需要，第一外管2-1和/或第二外管2-2可以选择使用带有各种形状翅片的翅片管。

本实施例所提供的换热器，在第一外管2-1上设置有第一变径段2-3。第一变径段2-3公称直径较小的端口的公称直径与第一外管2-1的公称直径相同，均为38mm，第一变径段2-3公称直径较大的一端公称直径为57mm，则相应的，圆形封口15的公称直径也是57mm。

进水管道13与出水管道14公称直径均为20mm，而圆形封口15的公称直径为57mm，因此进水管道13与出水管道14均能够非常方便的与圆形封口15相连。

本实施例中，外管12由第一外管2-1和第二外管2-2经螺纹连接，在进行换热过程中，第二外管2-2也会被腐蚀。当第二外管2-2无法继续使用时，仅需要将其拆卸下来更换即可，第一外管2-1和内管11均无需更换。

在日间环境温度27-35℃条件下，恒温水箱的设定温度为45℃时，测试中经过换热器1加热后进入冷凝器8的冷却水温度为52℃，将冷凝器风扇82打开，系统连续运行13小时，恒温水箱的温度始终保持在45±0.5℃，实现了控温目的。

实施例2：一种基于热力学方法的烟气工程酸露点测量装置，其结构如图1、图2图4和图5所示，包括换热器1、控温水箱2、烟速探测器3、流量计4、水泵5、进水温度传感器61、出水温度传感器62、烟温传感器63和壁温传感器64，水流量调节阀7、冷凝器8和温度测试仪9；

控温水箱2与换热器1相连并经水泵5、水流量调节阀7和流量计4向换热器1供水，水量调节阀7布置在所述水泵5之后保证水流量的恒定。

控温水箱2设有出水口25溢流口26。

换热器1包括外管12，该外管12包括第一外管2-1和第二外管2-2，第一外管2-1和第二外管2-2可拆卸连接；

具体而言，所述第一外管2-1上设置有第一变径段2-3，且第二外管2-2具有入口端与封闭端2-5，第二外管2-2上设有第二变径段2-4，第一外管2-1具有出口端与入口端，第一外管2-1的出口端与第二外管2-2的入口端通过螺纹相连接；

设置于外管12内的内管11，该内管11具有出口端与入口端，内管11的出口端靠近所述第一外管2-1的封闭端2-5；

所述第一外管2-1的入口端被焊接在其上的圆形封口15封闭，圆形封口15上设置有进水管道13和出水管道14，内管11与进水管道13相连通，水流从进水管道13进入后，经内管11流向封闭端2-5，又流经外管12和内管11之间的通道后从出水管道14流出。

较佳的选择为，圆形封口15是厚度为3mm的铁板。

根据需要，第二外管2-2可以选择使用带有各种形状翅片的翅片管。

第一外管2-1出口端的公称直径为38mm，第二外管2-2经过第二变径段2-4后入口端的公称直径为38mm，所述内管11的公称直径为20mm。

其中，第一外管2-1的长度为0.4m，第二外管2-2的长度为1m，内管11的长度为1.3m，且内管11为直管。

具体而言，流量计4和换热器1之间通过第一连接管16连通，第一连接管16靠近换热器1的一端设置有进水温度传感器61；且换热器1的出水端道14还通过第二连接管17与冷凝器8连通，第二连接管17靠近换热器1的一端设置有出水温度传感器62。

冷凝器8包括箱体81、冷却风扇82、多管程铜弯管83、冷凝水进水管道84和冷凝水出水管道85。出水管道14与冷凝水进水管道84相连通，水流流经多管程铜弯管83后从冷凝水出水管道85经第三连接管18流回温控水箱2。

所述控温水箱2包括箱体21、控制系统22、加热单元23和水位控制传感器27；水位控制传感器27和所述加热单元23分别与所述控制系统22连接。

控制系统22包括电源221、温控仪222、继电器223、水泵开关224和冷却风扇开关225。其中：温控仪222、继电器223、水泵开关224和风扇开关225分别与电源221连接，水泵开关224串联在电源221和水泵5之间；冷却风扇开关225串联在电源221和冷却风扇82之间。

上述进水温度传感器61、出水温度传感器62、烟温传感器63和壁温传感器64分别与温控仪222相连通。

温控仪222与壁温传感器64相连通，通过温控仪222将设定温度T₀与壁面温度传感器64的检测温度进行比对，控制继电器223的通断；继电器223与加热单元23相连，继电器223的通断直接控制加热单元23是否工作；温度测试仪分别9与进水温度传感器61、出水温度传感器62、烟温传感器63和壁温传感器64相连，测量换热器1的进出水温度、烟温和换热器壁面温度；水泵开关224和冷却风扇开关225串联在电源221、冷去风扇82和水泵5之间，控制水泵5和冷却风扇82的工作；电源221向温控仪222、继电器223、温度测试仪9、水泵5和冷却风扇82供电。

本实施例中的换热器采用可拆卸结构，与现有技术相比具有以下优点：现有技术中，外管为不可拆卸结构，在进行换热试验的过程中，外管因为需要处于腐蚀性气体环境中经常会被腐蚀，造成无法使用。而外管又不可拆卸，因此只能将换热器整体更换。本实施例中，外管2由第一外管2-1和第二外管2-2经螺纹连接，在进行换热试验的过程中，第二外管2-2也会被腐蚀，当第二外管2-2无法继续使用时，仅需要将其拆卸下来更换即可，第一外管2-1和内管1均无需更换，大幅降低了试验成本。另外，本实施例中，需要使用不同公称直径、材料、管型的换热段时，仅仅通过更换第二外管2-2的方式就可以实现，而无需更换整根换热管。

本方案中，主要利用了当换热器表面出现湿灰层时换热器的换热系数会产生明显变化这一特点，通过观察换热器换热系数的突变来确定锅炉尾气工程酸露点温度，从而指导实际工程设计，避免换热器发生腐蚀和积灰。

使用控温水箱来根据换热器壁温的测量值来控制水箱中冷却水的温度，达到稳定进口水温的效果，以便根据需要设定进口水温，从而测量不同进口水温时换热器的换热系数。测量时，先将冷却水设定在较高的初始温度，使外管工作在较高水温条件下，随着外管壁面沉积的干灰量不断增加，换热器的换热系数缓慢下降，当外管表面干灰沉积到饱和状态时，干灰量不会再增加，换热器的换热系数也不再发生变化；当换热器的换热系数稳定后，开始通过控制手段逐渐降低进口水温，当外管壁温高于工程酸露点时，外管表面的干灰状态不会改变，换热器换热系数不会发生明显变化；继续通过控制进口水温不断降低换热器壁温，当壁温下降至工程酸露点时，外管表面的干灰会因为烟气中结露的发生而变成粘结在外管壁面上的湿灰，换热系数急剧下降。通过观察换热器换热系数的变化，获得烟气工程酸露点。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于热力学方法的烟气工程酸露点测量装置，其特征在于，包括控温水箱，控温水箱依次与水流量调节阀、水泵、流量计和换热器相连通，换热器的出水端通过冷凝器与控温水箱相连通实现水的回流；

其中，所述换热器包括：

外管，该外管包括第一外管和第二外管，第一外管和第二外管可拆卸连接；

所述第一外管上设置有第一变径段，且第二外管具有入口端与封闭端，第一外管具有出口端与入口端，第一外管的出口端与第二外管的入口端相连接；

设置于外管内的内管，该内管具有出口端与入口端，内管的出口端靠近所述第二外管的封闭端；

所述第一外管的入口端被焊接在其上的圆形封口封闭，圆形封口上设置有进水管道和出水管道，内管与进水管道相连通，水流从进水管道进入后，经内管流向封闭端，又流经外管和内管之间的通道后从出水管道流出。

2.根据权利要求1所述的烟气工程酸露点测量装置，其特征在于，所述第二外管上设有第二变径段，第一外管的出口端与变径后的第二外管的入口端相连通。

3.根据权利要求2所述的烟气工程酸露点测量装置，其特征在于，所述第二外管为带有翅片的翅片管。

4.根据权利要求1所述的烟气工程酸露点测量装置，其特征在于，所述流量计和换热器通过第一连接管相连通；控温水箱包括箱体、控制系统、加热单元和水位控制传感器；水位控制传感器和所述加热单元分别与所述控制系统连接。

5.根据权利要求1所述的烟气工程酸露点测量装置，其特征在于，所述冷凝器包括箱体、冷却风扇、多管程铜弯管、冷凝水进水管道和冷凝水出水管道；出水管道与冷凝水进水管道相连通，水流流经多管程铜弯管后从冷凝水出水管道流回温控水箱。

6.根据权利要求1所述的烟气工程酸露点测量装置，其特征在于，所述控制系统包括电源、温控仪、继电器、水泵开关和冷却风扇开关；

其中，温控仪、所述继电器、水泵开关和风扇开关分别与电源连接；水泵开关串联在电源和水泵之间；冷却风扇开关串联在电源和冷却风扇之间。

7.根据权利要求1所述的烟气工程酸露点测量装置，其特征在于，所述进水管道和出水管道上分别设置有进水温度传感器和出水温度传感器，进水温度传感器和出水温度传感器分别与温度测试仪相连。

8.根据权利要求1所述的烟气工程酸露点测量装置，其特征在于，所述测试装置还包括烟温传感器和壁温传感器，壁温传感器设置于外管外壁上，壁温传感器和烟温传感器分别与温度测试仪相连。