CN104864376A - 一种热管式降膜蒸发低温余热利用及水回收设备 - Google Patents

Abstract

热管式降膜蒸发低温余热利用及水回收设备，包括烟道、热管管组、蒸发室、储液罐、收水管、收水罐、升压泵、布液器、回流管、滤液器、主蒸汽管道、冷凝装置和DCS控制装置；蒸发室呈环状包围在烟道外部；热管管组水平倾斜5～10°呈中心对称分布，受热端伸入烟道，冷端伸入蒸发室；布液器设在热管管组冷端上方；蒸发室顶端设滤液器；有机工质由布液器喷洒到最上层热管管组进行降膜蒸发，产生的蒸汽经滤液器进入主蒸汽管道，未蒸发工质流入储液罐循环使用；烟气内的水分冷凝并沿热管管组流入收水罐中回收；是造价低廉的高效低温烟气余热回收设备，用低温余热生产高品位蒸汽，用于提供动力、发电、制冷、供暖，并回收烟气中水分，节水节能减排。

Description

一种热管式降膜蒸发低温余热利用及水回收设备

技术领域

本发明涉及一种余热及水回收利用设备，具体涉及一种热管式降膜蒸发低温余热利用及水回收设备，属于节能减排技术领域。

背景技术

我国每年排放的约十亿吨标准煤当量的工业余热大部分为低温烟气余热，采用水作为朗肯循环工质则效率较低，甚至无法回收。烟气中含有的水分排放到大气中也是构成我国多“雾”天气的一大原因，降低空气透明度，影响人类生活环境。

现有的余热回收设备一般采用管壳式换热器回收烟气余热，但低温烟气在管壳式换热器中换热系数较低。为了提高换热效率，管壳式换热器体积庞大，金属耗材多。降膜蒸发使液体在管外表面形成均匀薄膜，且由于重力作用，未蒸发液体垂直落下，落到下一层管壁上继续换热，减少了工质用量，提高了换热效率。

热管是具有特别高的导热性能的传热元件。内壁贴附丝网状吸液芯，使工作液体在吸液芯内不受位置的限制而移动，且管内为真空，表现为强传热性。

现有的有机朗肯循环热力装置一般为亚临界参数、汽包式池沸腾生产蒸汽，发明专利CN201110371040.3和CN201110371010.2虽然采用热管作为导热元件，但是汽包式池沸腾所需工质量很大，有机工质价格昂贵(其吨成本在万元左右)，造成了装置投资较高；池沸腾所需过热度一般在10℃以上才能保证蒸汽产量，而降膜蒸发的过热度在2～3℃即可保证较高的蒸汽产量，扩大了低温余热资源的利用范围。

但如实用新型专利CN200720032022.1的现有技术虽然采用降膜蒸发原理进行换热，但结构尺寸太过固定，使用不方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热管式降膜蒸发低温余热利用及水回收设备，该设备是一种造价低廉的高效低温烟气余热和水回收设备，可将低温余热用于生产高品位的蒸汽，用于提供动力、发电、制冷、供暖等并将烟气中的水分冷凝回收。

本发明采用以下技术方案：

一种热管式有机工质降膜蒸发低温余热利用设备，其中，包括烟道、热管管组、蒸发室、储液罐、收水管、收水罐、升压泵、布液器、回流管、滤液器、主蒸汽管道、冷凝装置和分散式控制装置(DCS)；热管管组受热端伸入烟道，热管管组受冷端伸入蒸发室中；布液器设置在热管管组受冷端上方，将有机工质均匀布流至热管管组最上排；；所述滤液器设在主蒸汽管道与蒸发室连接处，蒸发室中的蒸汽经滤液器进入主蒸汽管道，输送至蒸汽利用装置，乏汽经冷凝装置回流至储液罐；所述蒸发室底部设回流管，所述回流管连接装有有机工质的储液罐，储液罐连接的升压泵提供动力将有机工质输入布液器；所述收水管布置在烟道中心位置，并在每层热管管组下设有收水漏斗，烟道内的水分经热管管组受冷端冷凝流入收水管，最终汇入收水罐；所述DCS控制装置与工业生产线监测控制装置连接；在工业生产不稳定即烟气流量发生波动时，可通过调节旁路装置来调节主回路的有机工质流量，保证主蒸汽参数在所需的范围内(蒸汽温度与设计值偏差＜±10℃)；在主蒸汽管道上增设补汽口，提高了蒸汽供应能力和设备调节能力。

根据本发明的一个方面，提供了一种热管式有机工质降膜蒸发低温余热利用设备，其中，包括烟道、热管管组、蒸发室、储液罐、收水管、收水罐、升压泵、布液器、回流管、滤液器、主蒸汽管道、冷凝装置和分散式控制装置(DCS)；

其中

所述蒸发室呈环状包围在烟道外部；

所述热管管组受热端伸入烟道，热管管组受冷端伸入蒸发室；

所述布液器设置在热管管组受冷端上方，并与有机工质管道相连，用于使有机工质由布液器均匀布流至热管管组的热管上；

所涉滤液器设在蒸发室的最顶端并与主蒸汽管道相连接，用于将有机工质受热蒸发所形成的高品质蒸汽输送至所述冷凝装置，以对该蒸汽进行利用；

升压泵用于将储液罐内的有机工质输送到布液器。

所述热管管组水平倾斜5～10°，有利于热管管内工质的流动，传热性能更好。

所述热管管组分层且呈中心对称布置，每层热管管数可根据实际蒸发室尺寸和热管结构尺寸确定。

所述热管管组表面设有细微网状栅格，用于强化降膜换热效率。

所述有机工质一般为烷烃及其卤化物、多甲基硅氧烷等有机物，300℃以下一般采用苯、戊烷、丁烷及其卤化物等沸点较低的有机物。

作为优选，所述热管式有机工质降膜蒸发低温余热利用设备还包括一由DCS控制装置控制的旁路装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、由于采用了技术成熟的热管作为导热元件，增强了低温烟气与受热面之间的换热系数，减少热阻，大大减少热损，提高热能利用，同时减少受热面积，减小了工程造价。本适用于工业锅炉、大量废热烟道、能量回收利用场合。

2、由于低沸点有机物的蒸发潜热比水小很多，降低了蒸发段传热温差损失和凝汽器冷凝热损失，因此采用低沸点有机物作为工质，可以提高循环效率。

3、鉴于低沸点有机物价格昂贵，汽包式的池沸腾蒸发装置需要大量的有机工质，本发明采用降膜蒸发的蒸发形式，使得加热较为均匀，传热效率高，加热时间短，大大减少对有机工质的需求量，从而降低投资。

4、由于烟气中会携带部分水蒸气，本发明中热管管组受冷端可冷凝部分水蒸气，且热管倾斜布置，有利于冷凝下来的水顺管组流入收水漏斗中，最终回收至收水罐，可再利用，避免了水资源的浪费。

5、本发明将DCS控制装置与工业生产线控制与监测装置相连接，保证余热回收设备与工业生产线数据与控制的联动。当工业生产线调整生产量时，烟气量会发生相应的变化，DCS控制装置通过联动获得生产线生产动态，并实时监测烟气通道内烟气流量和温度值，调节旁路阀门的开关，保证蒸发室内的温度和压力在正常范围内，避免余热回收设备对生产线造成不利影响。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的结构示意图；

图2为图1中蒸发室A-A截面俯视图；

图3为根据本发明的一个实施例的收水管示意图。

附图标记：

101  烟气入口；     102  烟气出口；     103  烟道；

104  热管管组受     105  热管管组受     106  密封板；

冷端；              冷端；

107  滤液器；       108  布液器；       109  收水管；

110  收水罐；       111  蒸发室；       112  回流管；

113  储液罐；       114  升压泵；       115  旁路装置；

116  蒸汽利用装     117  凝汽器；       118  输液泵；

置；

119  主蒸汽管道；   120  DCS控制装置    121  生产线检测控制

                                        装置；

122  补气口；       123  收水漏斗       124  粘结部分

125  流水口

具体实施方式

以下用实施例结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，根据本发明的一个实施例的热管式降膜蒸发低温余热利用及水回收设备包括烟气入口101、烟气出口102、烟道103、热管管组受冷端104、热管管组受热端105、密封板106、滤液器107、布液器108、收水管109、收水罐110、蒸发室111、回流管112、储液罐113、升压泵114、旁路装置115、蒸汽利用装置116、凝汽器117、输液泵118、主蒸汽管道119、分散式控制装置(DCS)120、生产线检测控制装置121、补气口122。

热管管组受热端105伸入烟道103内，热管管组受冷端104伸入蒸发室111中，低温烟气经烟气入口101流经烟道103，烟气热量由热管管组受热端105吸收并传至热管管组受冷端104。热管管组倾斜布置，有利于管内工质的流动，强化换热。在烟道103内流动的烟气，由于靠近烟道壁侧会与外界换热，故烟气中心温度较高，热管发散布置，中心位置密度基数大，这样增强了余温的吸收效率。热管管组受冷端104表面设有强化降膜换热的细微网状栅格(未显示)，强化了降膜蒸发换热效率，热管管组受热端105经过防磨防腐蚀处理，防止粉尘和腐蚀性气体对热管的损害。

布液器108设置在蒸发室111内热管管组受冷端104上方，有机工质由布液器108均匀布流至热管管组最上一排热管表面形成液膜，并沿热管表面向下流动，吸收热管传递的热量蒸发成为蒸汽，未蒸发的有机工质继续向下流动滴落至下一排热管表面吸热并部分蒸发，直至最后一排热管，最终未蒸发的工质流入蒸发室111底部经回流管112回到储液罐113。在根据本发明的一个实施例中，布液器108为板式布液器，由一个圆环板或多个扇环板(未显示)构成，并带有均匀钻孔(未显示)或者开缝隙槽道(未显示)。

在根据本发明的一个实施例中，滤液器107设在蒸发室最上部且靠近蒸发室外壁面；在一个具体实施例中，每60°放置一个滤液器107，共6个；在其他具体实施例中，也可根据实际产蒸汽量确定个数。蒸发室111中的蒸汽经滤液器107进入主蒸汽管道119，输送至蒸汽利用装置116，蒸汽可用于动力、发电、供暖、制冷等。乏汽经冷凝器117冷凝至对应压力的饱和温度以下后经输液泵118回至储液罐113。在主蒸汽管道上增设补汽口122，从而提高了蒸汽供应能力和设备调节能力。有机工质的循环使用提高了资源的利用率。

烟道103内的烟携带有部分水蒸气，热管管组受冷端105对其进行冷凝，且热管倾斜布置，有利于冷凝下来的水顺管组流入收水漏斗(见图3)中，经收水管109回收至收水罐110，可被再利用，减小了水资源的消耗。

DCS装置120用于对蒸发装置(包括蒸发室111、热管管组受热端105、布液器108)、主回路(包括热管管组受冷端104、布液器108、滤液器107、主蒸汽管道119、蒸汽利用装置116、凝汽器117、输液泵118、回流管112、储液罐113)、旁路装置115以及冷凝装置117进行控制。DCS装置120与工业生产线监测控制装置121相通，实时监测工业烟气的流量和温度值等数据，通过调节旁路阀的开度调节主回路工质流量。实现余热利用设备内部与余热源生产线控制装置的实时通讯、数据互传、联锁及程序控制。

图2显示了热管管组最上层管组分布示意图，以烟道103中心均匀对称分布，每层热管管数可根据实际蒸发室尺寸和热管结构尺寸确定。密封板和烟道壁面设有对应热管数量的管孔。

图3为收水管示意图，在收水管109上设有上述收水漏斗123，漏斗123的个数等于热管管组分布的层数，收水漏斗123布置在热管管组下部。在收水漏斗123与收水管109连接处有流水口125，其余部分为粘结处124。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制。本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，如对本发明的元件进行改变和等同替换，根据本发明的指导做出的变换以适合特殊的情况或材料，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种热管式降膜蒸发低温余热利用及水回收设备，其特征在于包括：烟道(103)、热管管组(104、105)、蒸发室(111)、储液罐(113)、收水管(109)、收水罐(110)、升压泵(114)、布液器(108)、回流管(112)、滤液器(107)、主蒸汽管道(119)、冷凝装置(116、117、118)和分散式控制装置(120)；

其中

所述蒸发室(111)呈环状包围在烟道(103)外部；

所述热管管组受热端(104)伸入烟道(103)，热管管组受冷端(105)伸入蒸发室(111)；

所述布液器(108)设置在热管管组受冷端(105)上方，并与有机工质管道相连，用于使有机工质由布液器(108)均匀布流至热管管组的热管上；

所述滤液器(107)设在蒸发室(111)的最顶端并与主蒸汽管道相连接，用于将有机工质受热蒸发所形成的高品质蒸汽输送至所述冷凝装置，以对该蒸汽进行利用；

升压泵(114)用于将储液罐(113)内的有机工质输送到布液器(108)。

2.根据权利要求1所述的热管式降膜蒸发低温余热利用及水回收设备，其特征在于：

所述热管管组中的热管水平倾斜，

有机工质在热管表面形成液膜，并沿热管表面向下流动，吸收热管传递的热量并蒸发成为蒸汽，

未蒸发的有机工质继续向下流动滴落至下一排热管表面吸热并蒸发，直至最下一排热管，

最终未蒸发的工质流入蒸发室(111)底部经回流管(112)回到储液罐(113)。

3.根据权利要求1或2所述的热管式降膜蒸发低温余热利用及水回收设备，其特征在于：

所述热管管组呈中心对称分布，以收水管为中心发散分布。

4.根据权利要求1或2所述的热管式降膜蒸发低温余热利用及水回收设备，其特征在于：

所述热管表面设有强化降膜换热的细微网状栅格。

5.根据权利要求1所述的热管式降膜蒸发低温余热利用及水回收设备，其特征在于：

所述烟道中心位置设有收水管，在烟道外设有收水罐，用于将烟气内的水分冷凝回收至收水罐。

6.根据权利要求5所述的热管式降膜蒸发低温余热利用及水回收设备，其特征在于：

所述收水管(109)上设有收水漏斗(123)，且

在收水漏斗(123)与收水管(109)的连接处连接处有流水口(125)。

7.根据权利要求1所述的热管式降膜蒸发低温余热利用及水回收设备，其特征在于：

所述布液器为板式布液器，其包括一个圆环板和/或多个扇环板。

8.根据权利要求1所述的热管式降膜蒸发低温余热利用及水回收设备，其特征在于：

所述滤液器设在蒸发室最上部且靠近蒸发室外壁面，每60°设置一个，共6个。

9.根据权利要求2所述的热管式降膜蒸发低温余热利用及水回收设备，其特征在于：

所述热管管组中的热管水平倾斜5～10°，

蒸发室与烟道间设有密封板(106)。

10.根据权利要求1所述的热管式降膜蒸发低温余热利用及水回收设备，其特征在于进一步包括：

补气口(122)，用来调节蒸汽装置内的蒸汽量；

旁路装置(115)，用于调节流经布液器(108)的有机工质的流量；

且其中

升压泵(114)用于将储液罐(113)内的有机工质输送到布液器(108)；

所述冷凝装置包括蒸汽利用装置(116)、凝汽器(117)和输液泵(118)，蒸汽利用装置中产生的乏汽经凝汽器和输液泵流回储液罐；

所述DCS控制装置与一个工业生产线监测控制装置(121)连接。