CN105371260A - 热源间断输入蒸汽连续输出的余热锅炉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热源间断输入蒸汽连续输出的余热锅炉系统，包括取热器、主熔盐罐、换热器、辅助熔盐罐和蒸发器，主熔盐罐、辅助熔盐罐内分别设置有电加热器，主熔盐罐与定频主熔盐泵直接连接，辅助熔盐罐与变频辅助熔盐泵直接连接，主熔盐罐具有第一熔盐入口和第一熔盐出口，辅助熔盐罐具有第六熔盐入口和第六熔盐出口，蒸发器的传热管具有第二熔盐入口和第二熔盐出口，取热器的传热管束具有第三熔盐入口和第三熔盐出口，换热器的一端为第四熔盐入口，另一端为第四熔盐出口，其换热夹层具有第五熔盐入口和第五熔盐出口。本发明可保证进入蒸发器的主熔盐的流量和温度恒定，进而生产出压力、温度和流量等参数均恒定的蒸汽，实现了蒸汽的连续平稳输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种余热回收装置，尤其是一种热源间断输入蒸汽连续输出的余热锅炉系统，属于余热回收利用技术领域。
背景技术
据申请人了解，在冶金行业、建材行业等工业生产中，窑炉系统存在大量的高温工业烟气，而该工业烟气的流量和温度具有很大的波动范围，例如工业烟气的温度可在200～1600℃的范围内变化，窑炉系统中工业烟气的流量的最小值约为其最大值的10%左右。这些工业烟气温度高、流量大，直接排放会造成大量的能源浪费，因此需进行余热回收产生蒸汽供冶金行业、建材行业等工艺生产使用，节能环保，为企业生产带来巨大的经济效益。目前，普通的余热锅炉系统是针对温度和流量特征稳定的工业烟气的，对于这种温度和流量特征不稳定的工业烟气，采用普通的余热锅炉系统进行余热回收，将会对普通余热锅炉系统产生巨大的热冲击，容易造成设备损坏，并大大缩短了系统的使用寿命，同时导致生产的蒸汽流量变化大（即时有时无），使得蒸汽供应受到烟气波动的限制，严重影响了用户的使用。这就使得不能采用普通锅炉回收这些烟气余热。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种热源间断输入蒸汽连续输出的余热锅炉系统，可解决系统内热源烟气的温度和流量不稳定的问题，避免系统设备受到热冲击，保证设备运行平稳，使用寿命延长，并保证蒸汽稳定连续输出。
本发明解决其技术问题的技术方案如下：
热源间断输入蒸汽连续输出的余热锅炉系统，包括主熔盐罐和蒸发器，主熔盐罐内设置有主电加热器，主熔盐罐与主熔盐泵直接连接，主熔盐罐内安置有熔盐，且主熔盐罐具有第一熔盐入口和第一熔盐出口；蒸发器具有进水口和蒸汽出口，蒸发器内安置有传热管，蒸发器的传热管具有第二熔盐入口和第二熔盐出口；第一熔盐入口经管道与第二熔盐出口连通，其特征是，还包括取热器、换热器和辅助熔盐罐，取热器具有烟气进口和烟气出口；取热器内安置有传热管束，传热管束具有第三熔盐入口和第三熔盐出口；换热器具有换热夹层，换热器的一端为第四熔盐入口，另一端为第四熔盐出口，换热夹层具有第五熔盐入口和第五熔盐出口；辅助熔盐罐与辅助熔盐泵直接连接，辅助熔盐罐内设置有辅助电加热器，辅助熔盐罐内安置有熔盐，且辅助熔盐罐具有第六熔盐入口和第六熔盐出口；第一熔盐出口经管道与第三熔盐入口连通，第三熔盐出口经管道与第四熔盐入口连通，第四熔盐出口经管道与第二熔盐入口连通，第五熔盐入口经管道与第六熔盐出口连通，第五熔盐出口经管道与第六熔盐入口连通。
申请人在深入地实践研究后认为，如能通过采用换热器、将辅助熔盐罐的辅助循环与主熔盐罐的主循环联合起来，则可有效解决现有技术存在的问题。上述结构中，先由换热器配合主、辅循环熔盐子系统调整间断波动输入取热器的热源烟气的温度和流量，获得温度和流量稳定的高温热源，再由熔盐蒸发器回收稳定高温热源的余热，实现余热回收利用。
为实现该目的，本发明进一步完善的技术方案如下：
优选地，主熔盐泵采用定频电机，辅助熔盐泵采用变频电机，即要求进入蒸发器的主熔盐流量是恒定的，而辅助熔盐的流量为可调节的。换热器内的主熔盐和辅助熔盐之间呈纯逆向流动的布置方式，即换热器内主熔盐和辅助熔盐两者的流动方向相反，一个从左向右，另一个从右向左，当进入烟气取热器的烟气流量和温度有波动时，出烟气取热器的主熔盐温度也随机发生变化，通过调节换热器中辅助熔盐的流量，来保证出换热器的主熔盐温度恒定，也就是进蒸发器的主熔盐的温度恒定。当烟气取热器高负荷时，换热器内的主熔盐总体温度较高，换热器内主熔盐放热，辅助熔盐吸热，辅助熔盐罐就起到储存热量的作用；当烟气取热器低负荷甚至烟气间断不通过时，换热器内的主熔盐总体温度较低，换热器内主熔盐吸热，辅助熔盐放热，辅助熔盐罐起到将高负荷时储存的热量释放出来的作用。这样，进入蒸发器的主熔盐的流量和温度都保证了恒定。
该优选结构中，主熔盐泵采用定频，保证系统中主熔盐的流量恒定，辅助熔盐泵采用变频，且辅助熔盐泵和换热器的主熔盐出口（即第四熔盐出口）温度之间采用自动连锁控制，通过控制辅助熔盐泵输送辅助熔岩的流量就可保证换热器的主熔岩出口温度恒定，进而保证进入蒸发器的主熔盐温度是恒定的，避免系统设备受到热冲击，使得设备运行平稳，并保证蒸汽稳定连续输出。
优选地，输送主熔盐经过的取热器、换热器、蒸发器及其连接管道均布置在主熔盐罐的上方，以保证停车时所有的主熔盐能全部回到主熔盐罐中；输送辅助熔岩经过的换热器及其连接管道均布置在辅助熔盐罐的上方，以保证停车时所有的辅助熔盐能全部回到辅助熔盐罐中；取热器包括壳体以及安装在壳体两端的烟气进口和烟气出口，壳体内安置有一组传热管束，传热管束的管外侧缠绕有换热翅片，以强化烟气的传热。
采用上述优选结构后，传热管束分布成若干组传热管；每组传热管由至少两根传热管以及弯头构成，上级传热管位置低于下级传热管，上级传热管的出口经弯头与下级传热管的入口密封连通，最上级传热管的入口作为一组传热管的总入口即第三熔盐入口，最下级传热管的出口作为一组传热管的总出口即第三熔盐出口，采用该结构可保证主熔盐与高温烟气充分换热；径向传热管分布成若干翅片可增强烟气的辐射和对流换热。
优选地，第三熔盐入口安装有主熔盐进口联箱，第三熔盐出口安装有主熔盐出口联箱，进口联箱、出口联箱可缓解取热器的热胀冷缩。
优选地，蒸发器的底部具有排污口，蒸发器的内部设置U型传热管。
优选地，主熔盐泵具有与第一熔盐出口连通的主出液管，辅助熔盐泵具有与第六熔盐出口连通的辅助出液管。
优选地，主熔盐罐、辅助熔盐罐的顶部还具有氮气进口，，经氮气进口向主熔盐罐、辅助熔盐罐充氮气，氮气作为惰性气体，对熔盐起到保护作用，防止熔盐变质。
优选地，连接管道上均设有带电加热的保温装置，以备开车时融化滞留在管道内的熔盐。
优选地，蒸发器上设置有相对布置的筒状上端口和筒状下端口，第二熔盐入口经穿过筒状上端口的管道与第四熔盐出口连通，第二熔盐出口经穿过筒状下端口的管道与第一熔盐入口连通。
本发明的熔盐具有热容量大、蓄热性能优越的特点，使本发明具有传热蓄能双重效果，并在吸热单元（取热器）与放热单元（蒸发器）之间设置了蓄能单元（换热器），克服了传统余热锅炉系统由于烟气排放随机性而导致的余热回收系统不稳定、循环中断的影响。
在热源烟气流量和温度存在较大波动，甚至间断输入的情况下，本发明可保证进入蒸发器的主熔盐的流量和温度恒定，进而生产出压力、温度和流量等参数均恒定的蒸汽，实现了蒸汽连续平稳输出。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
实施例
如图1所示，本实施例的热源间断输入蒸汽连续输出的余热锅炉系统，包括取热器、主熔盐罐7、换热器9、辅助熔盐罐8和蒸发器10，输送主熔盐经过的取热器、换热器9、蒸发器10及其连接管道均布置在主熔盐罐7的上方，以保证停车时所有的主熔盐能全部回到主熔盐罐7中，输送辅助熔岩经过的换热器9及其连接管道均布置在辅助熔盐罐8的上方，以保证停车时所有的辅助熔盐能全部回到辅助熔盐罐8中，输送主熔盐及辅助熔盐的管道上均设有带电加热的保温装置，以备开车时融化滞留在管内的熔盐。取热器包括壳体5以及安装在壳体5上端的烟气进口4和安装在壳体5下端的烟气出口6，壳体5内安置有一组传热管束2，传热管束2的管外侧缠绕有一组换热翅片，以强化烟气的传热，传热管束2分布成若干组传热管，每组传热管由至少两根传热管以及弯头构成，上级传热管位置低于下级传热管，上级传热管的出口经弯头与下级传热管的入口密封连通，最上级传热管的入口作为一组传热管的总入口即第三熔盐入口，最下级传热管的出口作为一组传热管的总出口即第三熔盐出口，第三熔盐入口安装有主熔盐进口联箱1，第三熔盐出口安装有主熔盐出口联箱3；主熔盐罐7设有主电加热器7-1，主熔盐罐7与主熔盐泵7-3直接连接，主熔盐罐7内安置有熔盐，主电加热器7-1可将熔盐由固态加热至液态，主熔盐罐7具有第一熔盐入口7-5和第一熔盐出口7-4，第一熔盐出口7-4与主熔盐泵7-3上的主出液管7-6连通，主熔盐罐7的顶部还具有氮气进口7-2，经氮气进口输入氮气可使氮气吹扫罐内熔盐，将熔盐与大气环境有效隔绝，防止熔盐变质；辅助熔盐罐8设有辅助电加热器8-1，辅助熔盐罐8与辅助熔盐泵8-3直接连接，辅助熔盐罐8内安置有熔盐，辅助电加热器8-1可将熔盐由固态加热至液态，辅助熔盐罐8具有第六熔盐入口8-5和第六熔盐出口8-4，第六熔盐出口8-4与辅助熔盐泵8-3上的辅助出液管8-6连通，辅助熔盐罐8的顶部还具有氮气进口8-2；换热器9具有换热夹层，换热器9的一端为第四熔盐入口9-1，另一端为第四熔盐出口9-2，换热夹层具有第五熔盐入口9-3和第五熔盐出口9-4；蒸发器10具有与外界连通的进水口10-1和蒸汽出口10-2，蒸发器10内安置有U型传热管10-6，传热管10-6具有第二熔盐入口和第二熔盐出口，蒸发器10的底部具有排污口10-3。另外，蒸发器10上设置有相对布置的筒状上端口10-4和筒状下端口10-5，第二熔盐入口经穿过筒状上端口10-4的管道与第四熔盐出口9-2连通，第二熔盐出口经穿过筒状下端口10-5的管道与第一熔盐入口7-5连通。
具体来讲，第一熔盐入口7-5经管道与第二熔盐出口连通，第一熔盐出口7-4经管道与主熔盐进口联箱1连通，主熔盐出口联箱3经管道与第四熔盐入口9-1连通，第四熔盐出口9-2经管道与第二熔盐入口连通，第五熔盐入口9-3经管道与第六熔盐出口8-4连通，第五熔盐出口9-4经管道与第六熔盐入口8-5连通。
此外，主熔盐罐7呈卧式放置并位于整套装置的最下方，以保证停车时系统管路中的所有主熔盐能顺利回流入内，辅助熔盐罐8呈卧式放置并位于换热器9的下方，以保证停车时换热器9中的辅助熔盐能顺利回流入内，避免因熔盐冷却固化导致的管路堵塞；主电加热器7-1位于主熔盐罐7的下部，辅助电加热器8-1位于辅助熔盐罐8的下部，可将罐内固体熔盐加热至液态，供系统使用；主熔盐泵7-3、辅助熔盐泵8-3垂向放置，由泵将熔盐泵出熔盐出口；第一熔盐入口7-5、第一熔盐出口7-4位于主熔盐罐7顶部；第六熔盐入口8-5、第六熔盐出口8-4位于辅助熔盐罐8顶部。
蒸发器10的内部经传热管10-6划分为相连通的汽包和水罐，汽包位于传热管10-6上方，蒸汽出口10-2位于汽包顶部，水罐位于传热管10-6下方，水罐底部具有排污口10-3，水罐一侧具有进水口10-1，水经进水口10-1进入蒸发器10下部的水罐，在传热管10-6中熔盐的加热下沸腾产生汽水混合物，汽水混合物在汽包分离出蒸汽，蒸汽由蒸汽出口10-2排出。
具体来讲，主熔盐泵7-3采用定频电机，主熔盐的流量不变，辅助熔盐泵8-3采用变频电机，辅助熔盐泵8-3和换热器9的设置在第四熔盐出口9-2的温度传感器之间采用自动连锁控制，这样采用辅助熔盐来冷却主熔盐，使从300度降温到200度，但是当负荷高时，主熔盐的进口温度变成400度，此时若辅助熔盐泵8-3的流量不变，主熔盐第四熔盐出口9-2的温度可能是300度，需要加大辅助熔盐泵8-3的流量，使得主熔盐的第四熔盐出口9-2温度同样达到200度，以保证进入蒸发器10中的主熔盐温度不变，保证辅助熔盐的流量随着进入换热器的主熔盐温度变化。
运行过程如下：设定取热器烟气进口4处烟气的温度为T1，烟气出口6处烟气的温度为T2，取热器传热管束2的第三熔盐出口与换热器9的第四熔盐入口9-1之间管线中的主熔盐温度为T3，换热器9的第四熔盐出口9-2与蒸发器10的第二熔盐入口之间管线中的主熔盐温度为T4，蒸发器10的第二熔盐出口与主熔盐罐7的第一熔盐入口7-5之间管线中的主熔盐温度为T5，主熔盐罐7的第一熔盐出口7-4与取热器传热管束2的第三熔盐入口之间管线中的主熔盐温度为T6，换热器9的第五熔盐入口9-3与辅助熔盐罐8的第六熔盐出口8-4之间管线中的辅助熔盐温度为T7，换热器9的第五熔盐出口9-4与辅助熔盐罐8的第六熔盐入口8-5之间管线中的辅助熔盐温度为T8。
在进入取热器的热源烟气流量较大、温度较高的情况下，主熔盐罐7内的主熔盐在主熔盐泵7-3的驱动下沿管线经主熔盐进口联箱1进入取热器的传热管束2中，传热管束2中的主熔盐吸收热源烟气释放的热量，使其温度由T6升高至T3，同时烟气放出热量后温度由T1降低到T2，并经烟气出口6排出，升温至T3后的主熔盐在泵的驱动下经管线运输至换热器9，而辅助熔盐罐8内、温度为T7的辅助熔盐由辅助熔盐泵8-3泵出并进入换热器9的换热夹层，辅助熔盐与主熔盐进行热交换，此时主熔盐为换热器9的热源，辅助熔盐为换热器的冷源，主熔盐加热辅助熔盐使辅助熔盐的温度升温高，主熔盐的温度由T3降至T4，由此可知辅助熔盐在辅助熔盐泵8-3的驱动下进入换热器9换热升温后再返回辅助熔盐罐8，如此循环，辅助熔盐罐8内的辅助熔盐温度不断升高，储存过多的热能。降温至T4后的主熔盐继续沿管线输送至蒸发器10的传热管10-6，传热管10-6中的主熔盐与蒸发器10中的水换热，产生符合工艺要求且压力、温度稳定的饱和蒸汽，饱和蒸汽经蒸汽出口10-2排出后供用户使用。换热后的主熔盐经管线返回主熔盐罐7后，再次由主熔盐泵7-3泵出进入取热器吸收烟气热量。
在进入取热器的热源烟气流量较小、温度较低的情况下，由于热源烟气释放的热量少，由主熔盐泵7-3从主熔盐罐7泵入取热器传热管束2的主熔盐吸收的热量也相应减少，最终导致从取热器出来的主熔盐的温度T3较低，甚至低于辅助熔盐罐8内储存的辅助熔盐的温度。换热器9中，当主熔盐的温度低于辅助熔盐温度时，辅助熔盐作为热源，主熔盐作为冷源，由辅助熔盐加热主熔盐，使主熔盐的温度升高，保证进入蒸发器10的主熔盐的温度恒定。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (9)
1.热源间断输入蒸汽连续输出的余热锅炉系统，包括主熔盐罐和蒸发
器，所述主熔盐罐内设置有主电加热器，所述主熔盐罐与主熔盐泵直接连接，所述主熔盐罐内安置有熔盐，且所述主熔盐罐具有第一熔盐入口和第一熔盐出口；所述蒸发器具有进水口和蒸汽出口，所述蒸发器内安置有传热管，所述蒸发器的传热管具有第二熔盐入口和第二熔盐出口；所述第一熔盐入口经管道与第二熔盐出口连通，其特征是，还包括取热器、换热器和辅助熔盐罐，所述取热器具有烟气进口和烟气出口；所述取热器内安置有传热管束，所述传热管束具有第三熔盐入口和第三熔盐出口；所述换热器具有换热夹层，所述换热器的一端为第四熔盐入口，另一端为第四熔盐出口，所述换热夹层具有第五熔盐入口和第五熔盐出口；所述辅助熔盐罐与辅助熔盐泵直接连接，所述辅助熔盐罐内设置有辅助电加热器，所述辅助熔盐罐内安置有熔盐，且所述辅助熔盐罐具有第六熔盐入口和第六熔盐出口；所述第一熔盐出口经管道与第三熔盐入口连通，所述第三熔盐出口经管道与第四熔盐入口连通，所述第四熔盐出口经管道与第二熔盐入口连通，所述第五熔盐入口经管道与第六熔盐出口连通，所述第五熔盐出口经管道与第六熔盐入口连通。
2.根据权利要求1所述的热源间断输入蒸汽连续输出的余热锅炉系统，其特征是，所述主熔盐泵采用定频电机，所述辅助熔盐泵采用变频电机，所述换热器内的主熔盐和辅助熔盐之间呈纯逆向流动的布置方式；所述辅助熔盐泵和换热器的第四熔盐出口温度之间采用自动连锁控制。
3.根据权利要求2所述的热源间断输入蒸汽连续输出的余热锅炉系统，其特征是，所述取热器、换热器、蒸发器及其连接管道均布置在主熔盐罐的上方，以保证停车时所有的主熔盐能全部回到主熔盐罐中；所述换热器及其连接管道均布置在辅助熔盐罐的上方，以保证停车时所有的辅助熔盐能全部回到辅助熔盐罐中；所述取热器包括壳体以及安装在壳体两端的烟气进口和烟气出口，所述壳体内安置有一组传热管束，所述传热管束的管外侧缠绕有换热翅片，以强化烟气的传热。
4.根据权利要求3所述的热源间断输入蒸汽连续输出的余热锅炉系统，其特征是，所述第三熔盐入口安装有主熔盐进口联箱，所述第三熔盐出口安装有主熔盐出口联箱。
5.根据权利要求4所述的热源间断输入蒸汽连续输出的余热锅炉系统，其特征是，所述蒸发器的底部具有排污口，所述蒸发器的内部设置U型传热管。
6.根据权利要求5所述的热源间断输入蒸汽连续输出的余热锅炉系统，其特征是，所述主熔盐泵具有与第一熔盐出口连通的主出液管，所述辅助熔盐泵具有与第六熔盐出口连通的辅助出液管。
7.根据权利要求6所述的热源间断输入蒸汽连续输出的余热锅炉系统，其特征是，所述主熔盐罐、辅助熔盐罐的顶部还具有氮气进口，经氮气进口向主熔盐罐、辅助熔盐罐充氮气，氮气作为惰性气体，对熔盐起到保护作用，防止熔盐变质。
8.根据权利要求7所述的热源间断输入蒸汽连续输出的余热锅炉系统，其特征是，所述连接管道上均设有带电加热的保温装置，以备开车时融化滞留在管道内的熔盐。
9.根据权利要求8所述的热源间断输入蒸汽连续输出的余热锅炉系统，其特征是，所述蒸发器上设置有相对布置的筒状上端口和筒状下端口，所述第二熔盐入口经穿过筒状上端口的管道与第四熔盐出口连通，所述第二熔盐出口经穿过筒状下端口的管道与第一熔盐入口连通。
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