CN104833243A - 一种用于低温烟气余热回收的塑料换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低温烟气余热回收的塑料换热器，包括外壳以及设置在外壳上端使外壳封闭的封头，在封头内设置有烟气隔板使封头被分隔形成低温烟气输入空腔和低温烟气输出空腔，在封头在所述低温烟气输入空腔侧壁上设置有低温烟气入口，在低温烟气输出空腔侧壁上设置有低温烟气出口，在封头下端设置有烟气出入口端板，在外壳靠近其底部一端设置有烟气转向端板，在烟气出入口端板和烟气转向端板之间设置有贯穿烟气出入口端板、折流板和烟气转向端板的氟塑料管束，在冷凝水腔体靠近烟气出入口端板一端设置有冷凝水出口，在冷凝水腔体靠近烟气转向端板一端的侧壁上设置有冷凝水入口。解决传统的烟气换热器易发生低温腐蚀、沾灰结渣等问题。

Description

一种用于低温烟气余热回收的塑料换热器

技术领域

本发明涉及一种用于电厂锅炉和各种工业锅炉尾部低温烟气余热回收利用领域的塑料换热器。

背景技术

资料显示，截至2013年末，我国煤炭年消耗量达24.75亿吨标准煤，石油年消耗量达6.9亿吨标准煤，天然气年消耗量达2.175亿吨标准煤，化石能源消耗量占全国总能源消费比重的90.2％，庞大的能源消费量，使整个社会和自然环境承受着巨大的压力，同时，全球气候变化问题也已被提上各国政治议程，近年来有关全球各主要国家的碳排放问题已成为舆论的主要焦点，碳排放问题的实质即是能源消费量的问题。我国经济发展长期依赖能源的大量投入，迫于政治、经济、环境和社会的多重压力，在经济转型发展的新时期，节能减排是一项不可忽略的重要课题。

各行业的余(废)热总资源约占其燃料消耗总量的17％—80％，其中容易回收利用的余热资源约为余热总资源的60％，也就是说，易回收利用的余热资源约为燃料消耗总量10.2％—48％。电厂余热占很大一部分比例，其他工矿企业余热主要集中在钢铁、石油、化工、建材等领域。回收余热节能的潜力是非常大的。

在火力发电厂锅炉或者其他工业锅炉中，烟气进入低温受热面后，其中的水蒸汽由于烟温降低或接触温度较低的受热面而发生凝结。烟气中水蒸汽开始凝结的温度为水露点。纯净的水蒸汽的露点决定于它在烟气中的分压力，水蒸汽的露点通常低达45-54℃。一般排烟在100℃以上，不易发生低温受热面结露。但是实际烟气中都会含有二氧化硫，其中一部分会进一步氧化为三氧化硫，三氧化硫与烟气中的水蒸气结合则成硫酸蒸汽。烟气中硫酸蒸汽的凝结温度称为烟气的酸露点。它比水露点要高得多。由于传统的锅炉烟气管路通道多用金属材料制成，低温烟气在金属材料表面结露，形成酸液，沾灰结渣，腐蚀金属材料，堵塞烟气通道，影响烟气正常流动。

现有的换热器换热管束为了防止低温烟气的酸性腐蚀，多采用耐腐蚀材料的换热器，如ND钢、搪玻璃钢等，或在换热器的表面涂上防腐蚀材料，对换热器金属表面进行渗铝、渗铬处理。这些处理方法虽能有效减小低温烟气中金属材料的酸性腐蚀，但存在价格昂贵、导热系数很低、换热体巨大、以及结垢后人工清理时会造成外衬材料的破损并使内部金属管腐蚀的缺点。

现有一种用于低温烟气换热的塑料换热器可弥补以上缺点。塑料换热器的主要换热部件是由氟塑料制成，具有价格低、耐腐蚀等优点。然而，相对于金属材料，氟塑料的导热系数较低，为了确保有效换热，一般的塑料换热器采用薄管壁、小管径的氟塑料管束，显著减小氟塑料换热管束的热阻，提高传热系数。这种塑料换热器的缺点是氟塑料管由于管壁太薄，在烟气的冲刷下易发生抖动变形，严重影响换热器工作寿命及换热效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于低温烟气余热回收的塑料换热器，要解决传统的烟气换热器易发生低温腐蚀、沾灰结渣等问题，同时，克服了一般塑料换热器中，氟塑料管由于管壁太薄，在烟气冲刷作用下，易发生抖动变形，影响工作寿命和换热性能的缺点，提出一种既能防止换热器低温腐蚀，又能使氟塑料管束在烟气冲刷下保持原设计形态、不易发生抖动变形的塑料换热器。

本发明通过以下技术方案实现：

一种用于低温烟气余热回收的塑料换热器，包括外壳以及设置在外壳上端使外壳封闭的封头，在所述封头内设置有烟气隔板使封头被分隔形成低温烟气输入空腔和低温烟气输出空腔，在所述封头在所述低温烟气输入空腔侧壁上设置有低温烟气入口，在所述低温烟气输出空腔侧壁上设置有低温烟气出口，在所述封头下端设置有烟气出入口端板，在所述外壳靠近其底部一端设置有烟气转向端板，所述烟气入口端板与所述烟气转向端板之间形成冷凝水空腔，在所述冷凝水腔体内相对的两侧壁上由上向下间隔设置有折流板使冷凝水腔体内形成之字形水流通通道，在所述烟气出入口端板和烟气转向端板之间设置有依次贯穿烟气出入口端板、折流板和烟气转向端板的氟塑料管束，所述氟塑料管束上端分别与低温烟气输入空腔和低温烟气输出空腔相连接，在所述冷凝水腔体靠近烟气出入口端板一端侧壁上设置有冷凝水出口，在所述冷凝水腔体靠近烟气转向端板一端的侧壁上设置有冷凝水入口。

低温烟气通过低温烟气入口进入低温烟气输入空腔，通过与低温烟气输入空腔相连接的氟塑料管束输入到烟气转向端板下方的空腔内，通过与低温烟气输出空腔相连接的氟塑料管束输出到低温烟气输出空腔内，并从低温烟气出口输出；冷凝水通过冷凝水入口进入外壳内，在折流板的作用下，冷凝水在外壳内沿之字形轨迹从冷凝水出口输出，在冷凝水通过氟塑料管束外壁时，带走氟塑料管束外壁上的热量，从而使得从氟塑料管束通过的烟气的热量被带走，实现烟气降温。

本发明采用烟气走管程，冷凝水走壳程的布置方式，低温烟气自低温烟气入口进入壳内，通过烟气出入口端板，进入氟塑料管束，流过氟塑料管束后经烟气转向端板上的烟气转向通孔流出端流出后，再由烟气转向端板进入氟塑料管束，然后由烟气出入口端板流出，最后从低温烟气出口流出，完成烟气在管内的行程。冷凝水自冷凝水入口进入壳内，在壳内流经折流板，最后由冷凝水出口流出。

进一步地，为更好地实现本发明，在所述冷凝水腔体下部侧壁上设置有排污口。

进一步地，为更好地实现本发明，所述氟塑料管束由氟塑料制成的管材制成，所述管材的壁厚为0.5-2mm，所述管材的直径为3-10mm。

通过采用壁厚为0.5-2mm、直径为3-10mm的管材，可有效防止氟塑料管在烟气冲刷下抖动变形。本发明可以采用添加石墨的、具有较高导热系数的氟塑料制成的管材。添加石墨的、具有高导热系数的氟塑料制成，由于氟塑料管耐腐蚀、耐磨损的特性，可以将管子做的很细，从而获得极大的换热面积，所以氟塑料管束的换热面积通畅是常规金属管换热器的5-20倍，大幅提升换热能力。较一般的氟塑料管的壁厚更厚，可防止塑料管在烟气冲刷下抖动变形，降低换热器因管材抖动变形而损坏的可能性，减小后期维修成本，以及设备停运造成的其他损失。

进一步地，为更好地实现本发明，所述折流板为氟塑料制成。

所述折流板可以采用与氟塑料管束相同的材料制成，即添加石墨的、具有高导热系数的氟塑料制成，既起到折流板的作用，又充当强化传热的肋片。

进一步地，为更好地实现本发明，所述氟塑料管束贯穿所述折流板且通过热熔焊技术固定在所述折流板上。

利用现有的热熔焊技术，将折流板与氟塑料管束焊接在一起，一方面可减小管束的抖动变形，另一方面也可作为肋片，强化散热，二者均有利于提高经济效益本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明采用氟塑料管束制成烟气流通管道，能够实现耐低温腐蚀的效果；通过采用烟气走管程，冷凝水走壳程的布置方式能够实现防积灰、防结垢、能够长期安全稳定高效运行的效果

(2)本发明可广泛应用于电厂锅炉和各种工业锅炉尾部低温烟气余热回收，可提高能源整体利用效率；

(3)本发明采用氟塑料换热管束替代金属管束，可有效防积灰、防结垢、防止低温腐蚀，从全生命周期角度看，采用本发明技术可降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明的结构示意图。

图2是低温烟气入口端板的示意图。

图3是烟气转向端板的示意图。

图4是烟气折流板的示意图。

图5是氟塑料管穿过折流板，并与折流板连接成一体的示意图。

图6是图5中I处的放大示意图，是氟塑料管与折流板进行热熔焊的焊点。

其中：1.低温烟气入口，2.烟气出入口端板，3.氟塑料管束，4.折流板，5.冷凝水入口，6.烟气转向端板，7.外壳，8.排污口，9.冷凝水出口，10.低温烟气出口，11.封头，12.烟气隔板，2.1.烟气出入口通孔，4.1.氟塑料管束通过孔，6.1.烟气转向通孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细介绍，但本发明的实施方式不限于此。

如图1-6所示，本发明用于低温烟气余热回收的塑料换热器，包括隔板12，上端设有低温烟气入口1和低温烟气出口10的封头11，在靠近低温烟气入口1一侧设有冷凝水入口5、在靠近低温烟气出口10一侧设有冷凝水出口9、在底部设有排污口8外壳7，以及氟塑料管束3和折流板4，所述氟塑料管束3上装有可拆卸的烟气出入口端板2，端板2与氟塑料管束3配合连通，所述氟塑料管束3上还装有可拆卸的烟气转向端板6。所述烟气出入口端板2上开有与氟塑料管束3连通的烟气出入口通孔2.1，所述烟气转向端板6上开有与氟塑料管束3连通的烟气转向通孔6.1，所述折流板4上开有氟塑料管束通过孔4.1。

所述换热器采用低温烟气走管程、冷凝水走壳程的布置方式，在隔板12的一侧，低温烟气自低温烟气入口1进入外壳7内，由该侧的烟气进出口端板2上的烟气出入口通孔2.1进入氟塑料管束3，流经氟塑料管束3后，自该侧烟气转向端板6上的烟气转向通孔6.1流出，然后自另一侧的烟气转向通孔6.1流入同侧的氟塑料管束3，经同侧的烟气出入口通孔2.1，最后由低温烟气出口10排除，完成烟气在换热器内的流程。冷凝水自冷凝水入口5进入壳内，经折流板4折流，完成在壳内的流程后，最后由冷凝水出口10排出，完成冷凝水在壳内的流程。

在封头11上设有一排或多排低温烟气入口1和低温烟气出口10，烟气入口、出口的具体排数和烟气入口孔径大小视工程实际应用背景而定。

烟气出入口端板2与烟气转向端板6均为可拆卸装置，分别装配在氟塑料管束3的两端，并与换热器外壳7紧密贴合，防止烟气混入冷凝水中，对冷凝水造成污染，在换热器维修、清理等情况下，端板2和端板6均可拆下。烟气出入口端板2上的烟气出入口通孔2.1，以及烟气转向端板6上的烟气转向通孔6.1，孔径大小均与氟塑料管束外径相同，公差大小视其与氟塑料管束3的配合方式而定。

氟塑料管束3采用添加石墨的、具有较高导热系数的氟塑料制成，该种材料既保持了一般氟塑料的优点，如粘附性低、耐腐蚀、耐磨损等，又较一般氟塑料的导热系数高，可制成壁厚较大的氟塑料管，克服一般氟塑料管由于管壁薄，易受烟气冲刷而抖动变形，影响设备寿命和换热效果的缺点。氟塑料管束3的壁厚为0.5-2mm、直径为3-10mm，根据具体换热需求，设计制造特定数量所需壁厚、管径、排列方式的氟塑料管束3。

折流板4采用与氟塑料管3相同的材料，制成一边为弧边的矩形形状，且其上开有氟塑料管束通过孔4.1，氟塑料管束通过孔4.1的数量与氟塑料管的数量相同，孔径大小稍大于氟塑料管束外径相同，以氟塑料管束3可通过该孔、且便于利用热熔焊技术讲二者焊接为一体为宜，焊接过程须符合相关技术标准和工程需求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (5)

1.一种用于低温烟气余热回收的塑料换热器，其特征在于：包括外壳(7)以及设置在外壳上端使外壳(7)封闭的封头(11)，在所述封头(11)内设置有烟气隔板(12)使封头(11)被分隔形成低温烟气输入空腔和低温烟气输出空腔，在所述封头(11)在所述低温烟气输入空腔侧壁上设置有低温烟气入口(1)，在所述低温烟气输出空腔侧壁上设置有低温烟气出口(10)，在所述封头(11)下端设置有烟气出入口端板(2)，在所述外壳(7)靠近其底部一端设置有烟气转向端板(6)，所述烟气入口端板(2)与所述烟气转向端板(6)之间形成冷凝水空腔，在所述冷凝水腔体内相对的两侧壁上由上向下间隔设置有折流板(4)使冷凝水腔体内形成之字形水流通通道，在所述烟气出入口端板(2)和烟气转向端板(6)之间设置有依次贯穿烟气出入口端板(2)、折流板(4)和烟气转向端板(6)的氟塑料管束(3)，所述氟塑料管束(3)上端分别与低温烟气输入空腔和低温烟气输出空腔相连接，在所述冷凝水腔体靠近烟气出入口端板(2)一端侧壁上设置有冷凝水出口(9)，在所述冷凝水腔体靠近烟气转向端板(6)一端的侧壁上设置有冷凝水入口(5)。

2.根据权利要求1所述的一种用于低温烟气余热回收的塑料换热器，其特征在于：在所述冷凝水腔体下部侧壁上设置有排污口(8)。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于低温烟气余热回收的塑料换热器，其特征在于：所述氟塑料管束(3)由氟塑料制成的管材制成，所述管材的壁厚为0.5～2mm，所述管材的直径为3～10mm。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于低温烟气余热回收的塑料换热器，其特征在于：所述折流板(4)为氟塑料制成。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于低温烟气余热回收的塑料换热器，其特征在于：所述氟塑料管束(3)贯穿所述折流板(4)且通过热熔焊技术固定在所述折流板(4)上。