CN108007248A - 一种燃气锅炉用石墨冷凝器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种燃气锅炉用石墨冷凝器及其制备方法,燃气锅炉用石墨冷凝器安装于燃气锅炉烟囱前的烟道上,包括支撑装置和支撑定位于支撑装置上方的石墨冷凝装置,石墨冷凝装置包括至少一个石墨冷凝单元,石墨冷凝单元包括方形的石墨冷凝块、上盖板、下底板、上封板、下封板、左侧板、右侧板、前侧板、后侧板、前封板和后封板,石墨冷凝块上设有多列上下贯通的烟气流通孔和前后贯通的循环水流通孔,且烟气流通孔和循环水流通孔不相贯;上盖板上设有烟气进口,下底板上设有烟气出口,前侧板下部设有循环水进口,后侧板上部设有循环水出口。本发明提供了一种换热效率高、能回收大量烟气余热的石墨冷凝器,由于材料的特性,彻底解决低温腐蚀的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃气锅炉用烟气余热回收装置,具体涉及一种燃气锅炉用石墨冷凝器及其制备方法。
背景技术
锅炉是一种高耗能的特种设备,其耗能总量占据我国的能源消耗举足轻重的部分,锅炉节能工作对于我国降低其能量消耗水平、提升企业的经济效益发挥着非常重要的意义。天然气的主要成分是甲烷(CH4),由于其有大量的氢元素,燃烧时与氧结合,会产生大量的水蒸汽,燃气(天然气)锅炉排烟中水蒸汽容积占近20%,把烟气冷凝下来,充分释放水蒸汽的潜热,具有重大的节能意义。
燃气锅炉运行过程中,存在排烟温度过高现象(150~180℃),烟气物理显热和烟气中水蒸汽的汽化潜热排放到大气中,造成很大的能源浪费。目前燃气锅炉一般使用金属材料制备的余热回收装置,安装在锅炉尾部,比如使用钢制冷凝器回收烟气余热,但钢制冷凝器存在如下缺陷:(1)因烟气冷凝水呈弱酸性,因此钢制冷凝器存在腐蚀问题,且存在积灰、堵灰问题,使用寿命短;(2)钢铁材料导热系数相对较低,所以钢制冷凝器存在换热效率偏低的问题。
为解决锅炉尾部烟气低温腐蚀问题,可以采用氟塑料制造列管换热装置,安装在锅炉尾部烟道中吸收过滤烟气余热,能定期用水冲洗受热面,解决了腐蚀问题,但是存在如下缺陷:(1)氟塑料传热系数低,是碳钢的1/20左右,因此装置尺寸和占地面积大,制造成本较高;(2)装置系统较复杂,一般不能实现锅炉烟气的冷凝。
燃气锅炉烟气只要接触到低于露点温度的介质,就会冷凝成水,释放出大量的热量,其热量由两部分组成:1、物理显热:通过降低烟温来实现,经过测试,每降低烟温20~50℃,可提高锅炉热效率1~3%;2、汽化潜热:通过水蒸汽冷凝成水的相变来实现,回收的热能比物理显热更大。燃气锅炉在正常规范使用下,本身的热效率已经达到80%以上,如再通过改造锅炉本体来提高热效率将得不偿失,意义不是很大。通过采用烟气冷凝回收系统,在不影响锅炉本身热效率的前提下,可实现提高锅炉热效率10%左右,将是一种投入最低、收益最大的节能方式。基于上述理由,本发明提供了一种换热效率高、能回收大量烟气余热的石墨冷凝器,由于材料的特性,彻底解决低温腐蚀的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种燃气锅炉用石墨冷凝器及其制备方法,能将燃气锅炉排烟温度降至45℃以下,换热效率高,能回收大量烟气余热,彻底解决低温腐蚀的难题。
为解决上述技术问题,本发明的实施例提供一种燃气锅炉用石墨冷凝器,安装于燃气锅炉烟囱前的烟道上,包括支撑装置和支撑定位于支撑装置上方的石墨冷凝装置,其中,
所述支撑装置包括方形的支撑板和设于支撑板的四角下方的四条支撑腿;
所述石墨冷凝装置包括至少一个石墨冷凝单元,所述石墨冷凝单元包括方形的石墨冷凝块、上盖板、下底板、上封板、下封板、左侧板、右侧板、前侧板、后侧板、前封板和后封板,所述上盖板、下底板、左侧板、右侧板、前侧板、后侧板相互连接形成一个封闭的腔体,所述石墨冷凝块上设有多列上下贯通的烟气流通孔和前后贯通的循环水流通孔,且所述烟气流通孔和循环水流通孔不相贯;所述上盖板上设有烟气进口,下底板上设有烟气出口,所述前侧板下部设有循环水进口,所述后侧板上部设有循环水出口;
所述上封板和下封板分别固定于石墨冷凝块的上、下方,且上封板和下封板上对应烟气流通孔的位置设有烟气过孔;
所述上封板和下封板的边缘分别与前、后、左、右侧板固定连接,所述下底板、下封板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板围设成封闭的进烟气腔,所述上盖板、上封板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板围设成封闭的出烟气腔;
所述前封板和后封板分别固定于石墨冷凝块的前、后方,且所述前封板和后封板上对应于循环水流通孔的位置设有循环水过孔;
所述前封板和后封板的边缘分别与左侧板、右侧板、上封板和下封板固定连接,所述前侧板、前封板、上封板、下封板、左侧板和右侧板围设成封闭的进循环水腔,所述后侧板、后封板、上封板、下封板、左侧板和右侧板围设成封闭的出循环水腔。
其中,所述石墨冷凝装置包括多个上下设置并连接的石墨冷凝单元,位于上方的石墨冷凝单元的烟气出口与下方的石墨冷凝单元的烟气进口通过烟气管道相连,位于上方的石墨冷凝单元的循环水进口与下方的石墨冷凝单元的循环水出口通过循环水管道相连。
进一步,每两列所述烟气流通孔之间设有一列循环水流通孔。
优选的,每列所述烟气流通孔包括有两排孔。
其中,与循环水接触的所述前侧板、前封板、后侧板、后封板、左侧板和右侧板的内侧面上涂覆有防腐树脂层。
其中,所述前侧板上设有带盲板的观察口。
其中,所述燃气锅炉用石墨冷凝器的侧方设有连通烟气进口和烟气出口的旁通烟道。
本发明还提供一种上述的燃气锅炉用石墨冷凝器的制备方法,包括石墨冷凝块的制作方法,步骤如下:
(1)将导热系数为116.3~183.7W/(m·K)、颗粒度≤2mm的不透性人造石墨块材机加工成方形的石墨块,表面检查、处理合格;
(2)采用机械方式在石墨块上加工出上下贯穿的烟气流通孔、前后贯穿的循环水流通孔;
(3)浸渍
(3-1)清理石墨块表面的杂质、油污,并干燥处理;
(3-2)将步骤(2)处理后的石墨块放在吊框内,装入浸渍釜中,然后将浸渍釜的釜盖盖紧;
(3-3)对浸渍釜抽真空,真空度不低于-0.09MPa,时间不低于5小时;在继续抽真空的条件下,开启浸渍釜的阀门将树脂吸入浸渍釜中,树脂量应将石墨块浸没10~15cm为限,关闭阀门;
(3-4)打开浸渍釜的空气阀,送入压缩空气,压力不低于0.9MPa、保持4小时以上,使树脂充分充满石墨块的孔隙;加压完毕后,开启阀门将树脂压回到储存罐内;打开排气阀,将压力降低,等树脂全部排空,打开浸渍釜的釜盖,取出石墨块凉干;
(4)固化
(4-1)将浸渍好并晾干的石墨块转入固化釜内,两块石墨块之间需隔开,防止固化后粘连,关闭固化釜的釜盖;
(4-2)开启压缩机,向固化釜内送入压缩空气,气压保持0.8~1.0 MPa,固化釜夹套内设有有机热载体,接通伴热电路加温,加温缓慢进行,升温每小时不超过20℃,加热结束,保持4小时以上恒温;固化处理时间不应低于10小时,固化温度为180~200℃;
(4-3)恒温完毕,停止加热,排空固化釜内的压缩空气,打开固化釜的釜盖,使其自然冷却,至此完成一次浸渍与固化处理过程;
(5)重复步骤(3)和步骤(4)多次,至处理后的石墨块增重率不小于14%,完成石墨冷凝块的制备。
上述的燃气锅炉用石墨冷凝器的制备方法还包括如下步骤:
(6)按图加工上盖板、下底板、上封板、下封板、左侧板、右侧板、前侧板、后侧板、前封板和后封板,并在前侧板、前封板、后侧板、后封板、左侧板和右侧板的内侧面上涂覆防腐树脂层;
(7)将石墨冷凝块、上盖板、下底板、上封板、下封板、左侧板、右侧板、前侧板、后侧板、前封板和后封板进行组装,所述下底板、下封板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板围设成封闭的进烟气腔,所述上盖板、上封板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板围设成封闭的出烟气腔,所述前侧板、前封板、上封板、下封板、左侧板和右侧板围设成封闭的进循环水腔,所述后侧板、后封板、上封板、下封板、左侧板和右侧板围设成封闭的出循环水腔,完成一个石墨冷凝单元的制备;
(8)将多个石墨冷凝单元上下设置并利用烟气管道将上方的石墨冷凝单元的烟气出口与下方的石墨冷凝单元的烟气进口连通,利用循环水管道将位于上方的石墨冷凝单元的循环水进口与下方的石墨冷凝单元的循环水出口连通,实现石墨冷凝单元的模块化安装,完成石墨冷凝装置的制备;
(9)将步骤(8)制备的石墨冷凝装置支撑定位于支撑装置上,并在最下方的石墨冷凝单元的烟气出口和最上方的石墨冷凝单元的烟气进口处设置法兰接口,在烟气进口和烟气出口之间连通旁通烟道,在最下方的石墨冷凝单元的循环水进口和最上方的石墨冷凝单元的循环水出口之间连通旁通水道;
(10)在烟气进口、烟气出口、循环水进口、循环水出口处进行相应的配管,完成燃气锅炉用石墨冷凝器的制备。
其中,所述燃气锅炉用石墨冷凝器的制备过程中应注意:
(Ⅰ)石墨冷凝块和石墨冷凝器的存放场地须平整坚硬,至少铺设二块垫木支撑在石墨冷凝器的壳体上两处,平稳放置,允许设备触底;
(Ⅱ)石墨材料系脆性材料,搬运、吊装时应轻吊轻放,不得触地拉拖和撬动石墨冷凝块;起吊时,起吊绳应由吊耳孔穿过或者捆绑钢制外壳,不得利用盖板和外壳接管起吊;在吊装时为确保安全,建议用两台起重机持续向上吊,达到垂直为止,装置的各部件不得触地;
(Ⅲ)石墨冷凝器不能被当作管道支架,如外接管较重时,应在接近石墨冷凝器处另立管道支架,尤其是顶部的管道更不应过重,并保证有热胀冷缩的活动余地;
(Ⅳ)石墨冷凝器的支撑装置仅用于石墨冷凝装置,四个支腿必须高度平齐且受力均匀;支撑装置必须具有防止沉降和震动以及抗冲击的能力;
(Ⅴ)石墨冷凝器上所有连接螺栓的螺母必须采用对称连接且同时旋紧的方法,逐步上紧,严禁先旋紧某一点或某一面的错误做法;
(Ⅵ)严禁外力撞击或敲打石墨冷凝器。
(Ⅶ)不得在石墨冷凝器的外壳上烧焊以免损伤其内的石墨冷凝块,如需烧焊,壳体内应充满循环冷却水,以免烧焊引起壳体过量变形,导致无法拆卸;
(Ⅷ)法兰接口对外连接时不得强制安装,拧紧螺丝时应对称均匀操作;
(Ⅸ)与石墨冷凝器相连接的有震动的设备应该设缓冲装置(如伸缩节、补偿器等);
(Ⅹ)安装石墨冷凝器时须注意,不能有大块异物(如垫片,塑料,织物等)遗留在石墨冷凝器的进口管道内,否则会堵塞换热孔导致烟气侧流通截面积减小,出烟困难。
本发明的上述技术方案的有益效果如下:本发明采用不透性石墨材料作为冷凝器的换热元件,石墨的导热系数为为116.3~183.7W/(m·K),是碳钢的2.5倍,不锈钢的7倍,原材料为颗粒度≤2mm人造石墨块材,与金属盖板,接管,烟道接口等零件组成,其纵向的烟气流通孔内流通高温烟气,横向的循环水流通孔内流通循环水或锅炉给水,烟气流通孔采用双排孔结构,既降低了烟气侧流动阻力、又增加烟气侧传热面积,使两侧流体换热更加充分高效,换热元件具有优良的结构设计,彻底解决低温腐蚀问题。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图;
图2为实施例一中石墨冷凝单元的结构示意图的放大图;
图3为图2中沿线A-A的剖视图;
图4为实施例一中石墨冷凝块的俯视图的放大图;
图5为实施例一中石墨冷凝块的主视图的放大图;
图6为实施例一使用时的流程图。
附图标记说明:
1、支撑装置;10、支撑板;11、支撑腿;2、石墨冷凝装置;20、石墨冷凝单元;200、石墨冷凝块;201、上盖板;202、下底板;203、上封板;204、下封板;205、左侧板;206、右侧板;207、前侧板;208、后侧板;209、前封板;210、后封板;211、烟气流通孔;212、循环水流通孔;213、烟气进口;214、烟气出口;215、循环水进口;216、循环水出口;217、观察口;3、进烟气腔;4、出烟气腔;5、进循环水腔;6、出循环水腔;7、燃气锅炉;8、热水箱;9、蓄水池。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示,一种燃气锅炉用石墨冷凝器,安装于燃气锅炉烟囱前的烟道上,包括支撑装置1和支撑定位于支撑装置1上方的石墨冷凝装置2,其中,
所述支撑装置1包括方形的支撑板10和设于支撑板10的四角下方的四条支撑腿11。
所述石墨冷凝装置2包括至少一个如图2和图3所示的石墨冷凝单元20,所述石墨冷凝单元20包括方形的石墨冷凝块200、上盖板201、下底板202、上封板203、下封板204、左侧板205、右侧板206、前侧板207、后侧板208、前封板209和后封板210,各板为碳钢材质,此处的前后左右只是为便于说明结构,也可以设置左封板和右封板,则下面介绍的石墨冷凝块上的循环水流通孔就是左右贯穿。所述上盖板201、下底板202、左侧板205、右侧板206、前侧板207、后侧板208相互连接形成一个封闭的腔体。
如图4、图5所示,所述石墨冷凝块200上设有多列上下贯通的烟气流通孔211和前后贯通的循环水流通孔212,且所述烟气流通孔211和循环水流通孔212不相贯。本实施例中,每两列所述烟气流通孔211之间设有一列循环水流通孔212。每列所述烟气流通孔211包括有两排孔。
所述上盖板201上设有烟气进口213,下底板202上设有烟气出口214,本实施例中,所述烟气进口213和烟气出口214处分别连接有法兰接口,所述下底板202固定连接于支撑板10的上方,与烟气出口214连接的法兰接口位于支撑板10的下方。
所述前侧板207下部设有循环水进口215,所述后侧板208上部设有循环水出口216。所述前侧板207上设有带盲板的观察口217。
所述上封板203和下封板204分别固定于石墨冷凝块200的上、下方,且上封板203和下封板204上对应烟气流通孔211的位置设有烟气过孔,烟气过孔可以通过固定在其内的短管与烟气流通孔固定连接。
所述上封板203和下封板204的边缘分别与前、后、左、右侧板固定连接,所述下底板202、下封板204、前侧板207、后侧板208、左侧板205和右侧板206围设成封闭的进烟气腔3,所述上盖板201、上封板203、前侧板207、后侧板208、左侧板205和右侧板206围设成封闭的出烟气腔4。
所述前封板209和后封板210分别固定于石墨冷凝块200的前、后方,且所述前封板209和后封板210上对应于循环水流通孔212的位置设有循环水过孔,循环水过孔可以通过固定在其内的短管与循环水过孔固定连接。
所述前封板209和后封板210的边缘分别与左侧板205、右侧板206、上封板203和下封板204固定连接,所述前侧板207、前封板209、上封板203、下封板204、左侧板205和右侧板206围设成封闭的进循环水腔5,所述后侧板208、后封板210、上封板203、下封板204、左侧板205和右侧板206围设成封闭的出循环水腔6。
为避免腐蚀,与循环水接触的所述前侧板207、前封板209、后侧板208、后封板210、左侧板205和右侧板206的内侧面上涂覆有防腐树脂层。
为提高冷凝效果,所述石墨冷凝装置2包括多个上下设置并连接的石墨冷凝单元20,位于上方的石墨冷凝单元的烟气出口与下方的石墨冷凝单元的烟气进口通过烟气管道相连,位于上方的石墨冷凝单元的循环水进口与下方的石墨冷凝单元的循环水出口通过循环水管道相连。
通过上述结构,燃气锅炉用石墨冷凝器可实现模块化安装,所有零部件均采用积木式堆叠,通过螺栓组装在一起。安装位置在燃气锅炉烟囱前的烟道上,烟气进口和烟气出口在石墨冷凝器的两端,烟气流向为单程。冷凝器后的烟道和烟囱应做防腐处理(如防腐涂料)。燃气锅炉用石墨冷凝器的侧方设有连通烟气进口和烟气出口的旁通烟道,在不停炉的情况下即可对冷凝器进行检查和检修工作。
本发明的工作原理为:锅炉烟气的出口连接石墨冷凝器的上盖板上烟气进口,经过石墨冷凝块将热量传递给循环水流通孔内的锅炉给水后,由下底板上的烟气出口进入烟囱排出。锅炉给水经加热后,可以直接进入锅炉,也可以在石墨冷凝器的循环水进口和循环水出口与锅炉给水的热水箱之间建立循环水管路,并在循环水管路上设置循环水泵,循环水泵一般设置一用一备。
本发明用于现有的燃气锅炉余热回收系统改造时,余热回收的流程图如图6所示。
所涉及到的设备主要有燃气锅炉7、给燃气锅炉送热水的热水箱8、给热水箱加水的蓄水池9、以及与热水箱之间形成循环水管路的石墨冷凝器,石墨冷凝器的循环水进口和循环水出口与锅炉给水的热水箱之间建立循环水管路,并在循环水管路上设置循环水泵,循环水泵一般设置一用一备。石墨冷凝器的烟气进口与燃气锅炉的出烟口通过管道相连,石墨冷凝器的烟气出口和燃气锅炉的出烟口均与烟囱通过管道相连,各管道上均设有蝶阀。
蓄水池的出水口可以与热水箱的冷水进水口相连,也可以与石墨冷凝器的循环水进口相连,热水箱的热水出水口与燃气锅炉的进水口通过水管和锅炉给水泵相连,锅炉给水泵也是一用一备。
上述的余热回收流程的特点:设置两个电磁阀,均由热水箱上部液位控制器进行控制,保证石墨冷凝器的不间断水循环和锅炉可靠给水,控制过程如下:
①当热水箱水位高于低水位限时,热水箱下部电磁阀(Y-01)打开,蓄水池下部电磁阀(Y-02)闭合,热水箱与石墨冷凝器通过循环水泵进行水循环;
②随着燃气锅炉给水,热水箱中水位逐渐降低,当热水箱中水位低至低水位限时,热水箱下部电磁阀(Y-01)闭合,蓄水池下部电磁阀(Y-02)打开,蓄水池中冷水经水泵进入石墨冷凝器受热后进入热水箱,蓄水池中的冷水也可以直接进入热水箱内;
③随着蓄水池中水不断流入热水箱(循环水流量大于锅炉给水),当热水箱水位高于高水位限时,热水箱下部电磁阀(Y-01)打开,蓄水池下部电磁阀(Y-02)闭合,热水箱与石墨冷凝器通过循环水泵进行水循环。
安全保护要求:
a、热水箱水位低于极低水位限时,燃气锅炉的燃烧器停止运行;如锅炉已在停止运行状态,则燃烧器不点火。
b、两台循环水泵均停止运行(或故障状态)时,燃气锅炉的燃烧器停止运行;如锅炉已在停止运行状态,则燃烧器不点火。
本发明的压力试验注意事项:
1)、设备在出厂前已经按照设计要求和有关规范进行打压试压,经检验合格后出具出厂证明书才出厂。但是设备在运输、贮存、吊装过程中仍有可能受到损伤,因此就位后、开车前、或维修后仍需检查垫片和密封填料密封性能是否良好,螺栓是否松动,并按照每台设备的铭牌或出厂证明书规定的压力试验要求进行水压试压检查。
2)、试压时先试压管程压力,即烟气流通孔的压力;而后试壳程压力,即循环水流通孔的压力。
3)、试压前应在石墨冷凝单元的壳体管口上安装二块相同的压力表,压力表必须是经过校验且合格有效期内的,精度不低于1.5级,量程范围为最高试验压力的1.5-3倍,最好是2倍,二块压力表应该在同一个位置。
4)、试压时石墨冷凝单元的壳体内需充满无腐蚀性常温液体(一般是洁净的水),排净内部气体。
5)、试压介质温度与石墨冷凝块温差不宜超过20℃,当石墨冷凝器壁温与液体温度接近时先缓慢将压力升到试验压力,保持半小时。然后再将压力缓慢降低到设计压力,保压足够时间进行检查。检查期间压力应保持不变,不允许采用连续加压来维持试压压力不变。
6)、试压时压力升高速度:一般每2-3min升高0.1Map,试压结束后应排净试压介质。
试压时需要特别注意:严禁超压超速进行试压;严禁采用蒸汽或其他其他汽体(气体)进行试压;严禁在管程内没有任何物料的情况下向壳程内通入蒸汽或其他冷热介质;否则会对石墨冷凝块、密封圈造成致命损伤,甚至损坏整台设备。
本发明使用时的注意事项:
本发明主要用于燃气(油)锅炉的烟气余热回收,是根据烟气的特性和工艺要求设计制造的,只能用于适合其特性的工况条件。试车和运行操作须按下列步骤:
1)试车和开车前应通入锅炉给水。
注意:操作温度不得超过铭牌上规定的使用温度,否则后果自负;严禁先通入烟气,后通入锅炉给水,防止设备内高温烟气干烧,造成设备损坏。
2)待壳体内充满水后,缓慢通入烟气,观察水箱内液位的变化,水温上升过程中,注意检查设备密封处和对外接管处是否有渗漏,并采取合理的措施及时处理。同时应对各个密封的螺栓进行热紧。紧螺栓时需要均匀对称地进行,不得紧的过死。
3)应避免物料和加热介质对设备的剧烈冲击,在开闭阀门时逐渐地调到最大或最小流量。
4)禁止超温超压使用。
5)热水箱需装可输出型号的磁翻板液位计,并带有液位控制低位报警。当液位报警显示液位过低时,切换烟气管路和锅炉给水管路至旁路,检查装置是否出现漏水。
6)停车时,应先缓慢停止通入烟气,当系统温度降至常温后再停止锅炉给水。
7)如气温较低可能冻坏设备,则停运时应放尽壳体内水(打开排净管)和下管箱内的冷凝液。
8)传热能力降低时,须停运,用水循环清洗,也可以选用适当的化学法清洗剂清洗石墨冷凝块的结垢层;如效果不显,可拆下逐块清洗。
9)在传热能力过于降低而整体冲洗效果不显著及发现渗漏严重时,需将设备拆检,在拆检前必须用热水冲洗,清除残留的腐蚀性介质,拆检应在垂直状态下进行。
本发明还提供一种燃气锅炉用石墨冷凝器的制备方法,包括石墨冷凝块的制作方法,步骤如下:
(1)将导热系数为116.3~183.7W/(m·K)、颗粒度≤2mm的不透性人造石墨块材机加工成方形的石墨块,表面检查、处理合格;
(2)按图2和图3,采用机械方式在石墨块上加工出上下贯穿的烟气流通孔、前后贯穿的循环水流通孔。
(3)浸渍
(3-1)清理石墨块表面的杂质、油污,并干燥处理;
(3-2)将步骤(2)处理后的石墨块放在吊框内,装入浸渍釜中,然后将浸渍釜的釜盖盖紧;
(3-3)对浸渍釜抽真空,真空度不低于-0.09MPa,时间不低于5小时;在继续抽真空的条件下,开启浸渍釜的阀门将树脂吸入浸渍釜中,树脂量应将石墨块浸没10~15cm为限,关闭阀门;
(3-4)打开浸渍釜的空气阀,送入压缩空气,压力不低于0.9MPa、保持4小时以上,使树脂充分充满石墨块的孔隙;加压完毕后,开启阀门将树脂压回到储存罐内;打开排气阀,将压力降低,等树脂全部排空,打开浸渍釜的釜盖,取出石墨块凉干。
(4)固化
(4-1)将浸渍好并晾干的石墨块转入固化釜内,两块石墨块之间需隔开,防止固化后粘连,关闭固化釜的釜盖;
(4-2)开启压缩机,向固化釜内送入压缩空气,气压保持0.9MPa,固化釜夹套内设有有机热载体,接通伴热电路加温,加温缓慢进行,升温每小时不超过20℃,加热结束,保持4小时以上恒温;固化处理时间不应低于10小时,固化温度为180~200℃;
(4-3)恒温完毕,停止加热,排空固化釜内的压缩空气,打开固化釜的釜盖,使其自然冷却,至此完成一次浸渍与固化处理过程。
(5)重复步骤(3)和步骤(4)2~4次(一般重复2次),至处理后的石墨块增重率不小于14%,完成石墨冷凝块的制备。
石墨冷凝块制备完成后的步骤为:
(6)选用碳钢板按设计图加工上盖板、下底板、上封板、下封板、左侧板、右侧板、前侧板、后侧板、前封板和后封板,并在前侧板、前封板、后侧板、后封板、左侧板和右侧板的内侧面上涂覆防腐树脂层;
(7)将石墨冷凝块、上盖板、下底板、上封板、下封板、左侧板、右侧板、前侧板、后侧板、前封板和后封板进行组装(组装顺序不限定),所述下底板、下封板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板围设成封闭的进烟气腔,所述上盖板、上封板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板围设成封闭的出烟气腔,所述前侧板、前封板、上封板、下封板、左侧板和右侧板围设成封闭的进循环水腔,所述后侧板、后封板、上封板、下封板、左侧板和右侧板围设成封闭的出循环水腔,完成一个石墨冷凝单元的制备;
(8)将多个石墨冷凝单元上下设置并利用烟气管道将上方的石墨冷凝单元的烟气出口与下方的石墨冷凝单元的烟气进口连通,利用循环水管道将位于上方的石墨冷凝单元的循环水进口与下方的石墨冷凝单元的循环水出口连通,实现石墨冷凝单元的模块化安装,完成石墨冷凝装置的制备;
(9)将步骤(8)制备的石墨冷凝装置支撑定位于支撑装置上,并在最下方的石墨冷凝单元的烟气出口和最上方的石墨冷凝单元的烟气进口处设置法兰接口,在烟气进口和烟气出口之间连通旁通烟道,在最下方的石墨冷凝单元的循环水进口和最上方的石墨冷凝单元的循环水出口之间连通旁通水道;
(10)在烟气进口、烟气出口、循环水进口、循环水出口处进行相应的配管,完成燃气锅炉用石墨冷凝器的制备。
浸渍石墨块是一种耐腐蚀性能很好的脆性材料,在制造、运输、安装、使用过程中一定要避免撞击、偏心受压、急冷急热、水锤冲击等,注意事项包括:
(Ⅰ)石墨冷凝块和石墨冷凝器的存放场地须平整坚硬,至少铺设二块垫木支撑在石墨冷凝器的壳体上两处,平稳放置,允许设备触底;
(Ⅱ)石墨材料系脆性材料,搬运、吊装时应轻吊轻放,不得触地拉拖和撬动石墨冷凝块;起吊时,起吊绳应由吊耳孔穿过或者捆绑钢制外壳,不得利用盖板和外壳接管起吊;在吊装时为确保安全,建议用两台起重机持续向上吊,达到垂直为止,装置的各部件不得触地;
(Ⅲ)石墨冷凝器不能被当作管道支架,如外接管较重时,应在接近石墨冷凝器处另立管道支架,尤其是顶部的管道更不应过重,并保证有热胀冷缩的活动余地;
(Ⅳ)石墨冷凝器的支撑装置仅用于石墨冷凝装置,四个支腿必须高度平齐且受力均匀;支撑装置必须具有防止沉降和震动以及抗冲击的能力;
(Ⅴ)石墨冷凝器上所有连接螺栓的螺母必须采用对称连接且同时旋紧的方法,逐步上紧,严禁先旋紧某一点或某一面的错误做法;
(Ⅵ)严禁外力撞击或敲打石墨冷凝器。
(Ⅶ)不得在石墨冷凝器的外壳上烧焊以免损伤其内的石墨冷凝块,如需烧焊,壳体内应充满循环冷却水,以免烧焊引起壳体过量变形,导致无法拆卸;
(Ⅷ)法兰接口对外连接时不得强制安装,拧紧螺丝时应对称均匀操作;
(Ⅸ)与石墨冷凝器相连接的有震动的设备应该设缓冲装置(如伸缩节、补偿器等);
(Ⅹ)安装石墨冷凝器时须注意,不能有大块异物(如垫片,塑料,织物等)遗留在石墨冷凝器的进口管道内,否则会堵塞换热孔导致烟气侧流通截面积减小,出烟困难。
本发明采用不透性石墨材料作为冷凝器的换热元件,石墨的导热系数为为116.3~183.7W/(m·K),是碳钢的2.5倍,不锈钢的7倍,原材料为颗粒度≤2mm人造石墨块材,与金属盖板,接管,烟道接口等零件组成,其纵向的烟气流通孔内流通高温烟气,横向的循环水流通孔内流通循环水或锅炉给水,烟气流通孔采用双排孔结构,既降低了烟气侧流动阻力、又增加烟气侧传热面积,使两侧流体换热更加充分高效,换热元件具有优良的结构设计,彻底解决低温腐蚀问题。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种燃气锅炉用石墨冷凝器,安装于燃气锅炉烟囱前的烟道上,其特征在于,包括支撑装置和支撑定位于支撑装置上方的石墨冷凝装置,其中,
所述支撑装置包括方形的支撑板和设于支撑板的四角下方的四条支撑腿;
所述石墨冷凝装置包括至少一个石墨冷凝单元,所述石墨冷凝单元包括方形的石墨冷凝块、上盖板、下底板、上封板、下封板、左侧板、右侧板、前侧板、后侧板、前封板和后封板,所述上盖板、下底板、左侧板、右侧板、前侧板、后侧板相互连接形成一个封闭的腔体,所述石墨冷凝块上设有多列上下贯通的烟气流通孔和前后贯通的循环水流通孔,且所述烟气流通孔和循环水流通孔不相贯;所述上盖板上设有烟气进口,下底板上设有烟气出口,所述前侧板下部设有循环水进口,所述后侧板上部设有循环水出口;
所述上封板和下封板分别固定于石墨冷凝块的上、下方,且上封板和下封板上对应烟气流通孔的位置设有烟气过孔;
所述上封板和下封板的边缘分别与前、后、左、右侧板固定连接,所述下底板、下封板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板围设成封闭的进烟气腔,所述上盖板、上封板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板围设成封闭的出烟气腔;
所述前封板和后封板分别固定于石墨冷凝块的前、后方,且所述前封板和后封板上对应于循环水流通孔的位置设有循环水过孔;
所述前封板和后封板的边缘分别与左侧板、右侧板、上封板和下封板固定连接,所述前侧板、前封板、上封板、下封板、左侧板和右侧板围设成封闭的进循环水腔,所述后侧板、后封板、上封板、下封板、左侧板和右侧板围设成封闭的出循环水腔。
2.根据权利要求1所述的燃气锅炉用石墨冷凝器,其特征在于,所述石墨冷凝装置包括多个上下设置并连接的石墨冷凝单元,位于上方的石墨冷凝单元的烟气出口与下方的石墨冷凝单元的烟气进口通过烟气管道相连,位于上方的石墨冷凝单元的循环水进口与下方的石墨冷凝单元的循环水出口通过循环水管道相连。
3.根据权利要求1所述的燃气锅炉用石墨冷凝器,其特征在于,每两列所述烟气流通孔之间设有一列循环水流通孔。
4.根据权利要求1或3所述的燃气锅炉用石墨冷凝器,其特征在于,每列所述烟气流通孔包括有两排孔。
5.根据权利要求1所述的燃气锅炉用石墨冷凝器,其特征在于,与循环水接触的所述前侧板、前封板、后侧板、后封板、左侧板和右侧板的内侧面上涂覆有防腐树脂层。
6.根据权利要求1所述的燃气锅炉用石墨冷凝器,其特征在于,所述前侧板上设有带盲板的观察口。
7.根据权利要求1所述的燃气锅炉用石墨冷凝器,其特征在于,所述燃气锅炉用石墨冷凝器的侧方设有连通烟气进口和烟气出口的旁通烟道。
8.一种如权利要求1~7中任一项所述的燃气锅炉用石墨冷凝器的制备方法,其特征在于,包括石墨冷凝块的制作方法,步骤如下:
(1)将导热系数为116.3~183.7W/(m·K)、颗粒度≤2mm的不透性人造石墨块材机加工成方形的石墨块,表面检查、处理合格;
(2)采用机械方式在石墨块上加工出上下贯穿的烟气流通孔、前后贯穿的循环水流通孔;
(3)浸渍
(3-1)清理石墨块表面的杂质、油污,并干燥处理;
(3-2)将步骤(2)处理后的石墨块放在吊框内,装入浸渍釜中,然后将浸渍釜的釜盖盖紧;
(3-3)对浸渍釜抽真空,真空度不低于-0.09MPa,时间不低于5小时;在继续抽真空的条件下,开启浸渍釜的阀门将树脂吸入浸渍釜中,树脂量应将石墨块浸没10~15cm为限,关闭阀门;
(3-4)打开浸渍釜的空气阀,送入压缩空气,压力不低于0.9MPa、保持4小时以上,使树脂充分充满石墨块的孔隙;加压完毕后,开启阀门将树脂压回到储存罐内;打开排气阀,将压力降低,等树脂全部排空,打开浸渍釜的釜盖,取出石墨块凉干;
(4)固化
(4-1)将浸渍好并晾干的石墨块转入固化釜内,两块石墨块之间需隔开,防止固化后粘连,关闭固化釜的釜盖;
(4-2)开启压缩机,向固化釜内送入压缩空气,气压保持0.8~1.0 MPa,固化釜夹套内设有有机热载体,接通伴热电路加温,加温缓慢进行,升温每小时不超过20℃,加热结束,保持4小时以上恒温;固化处理时间不应低于10小时,固化温度为180~200℃;
(4-3)恒温完毕,停止加热,排空固化釜内的压缩空气,打开固化釜的釜盖,使其自然冷却,至此完成一次浸渍与固化处理过程;
(5)重复步骤(3)和步骤(4)多次,至处理后的石墨块增重率不小于14%,完成石墨冷凝块的制备。
9.根据权利要求8所述的燃气锅炉用石墨冷凝器的制备方法,其特征在于,还包括如下步骤:
(6)按图加工上盖板、下底板、上封板、下封板、左侧板、右侧板、前侧板、后侧板、前封板和后封板,并在前侧板、前封板、后侧板、后封板、左侧板和右侧板的内侧面上涂覆防腐树脂层;
(7)将石墨冷凝块、上盖板、下底板、上封板、下封板、左侧板、右侧板、前侧板、后侧板、前封板和后封板进行组装,所述下底板、下封板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板围设成封闭的进烟气腔,所述上盖板、上封板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板围设成封闭的出烟气腔,所述前侧板、前封板、上封板、下封板、左侧板和右侧板围设成封闭的进循环水腔,所述后侧板、后封板、上封板、下封板、左侧板和右侧板围设成封闭的出循环水腔,完成一个石墨冷凝单元的制备;
(8)将多个石墨冷凝单元上下设置并利用烟气管道将上方的石墨冷凝单元的烟气出口与下方的石墨冷凝单元的烟气进口连通,利用循环水管道将位于上方的石墨冷凝单元的循环水进口与下方的石墨冷凝单元的循环水出口连通,实现石墨冷凝单元的模块化安装,完成石墨冷凝装置的制备;
(9)将步骤(8)制备的石墨冷凝装置支撑定位于支撑装置上,并在最下方的石墨冷凝单元的烟气出口和最上方的石墨冷凝单元的烟气进口处设置法兰接口,在烟气进口和烟气出口之间连通旁通烟道,在最下方的石墨冷凝单元的循环水进口和最上方的石墨冷凝单元的循环水出口之间连通旁通水道;
(10)在烟气进口、烟气出口、循环水进口、循环水出口处进行相应的配管,完成燃气锅炉用石墨冷凝器的制备。
10.根据权利要求8或9所述的燃气锅炉用石墨冷凝器的制备方法,其特征在于,制备过程中应注意:
(Ⅰ)石墨冷凝块和石墨冷凝器的存放场地须平整坚硬,至少铺设二块垫木支撑在石墨冷凝器的壳体上两处,平稳放置,允许设备触底;
(Ⅱ)石墨材料系脆性材料,搬运、吊装时应轻吊轻放,不得触地拉拖和撬动石墨冷凝块;起吊时,起吊绳应由吊耳孔穿过或者捆绑钢制外壳,不得利用盖板和外壳接管起吊;在吊装时为确保安全,建议用两台起重机持续向上吊,达到垂直为止,装置的各部件不得触地;
(Ⅲ)石墨冷凝器不能被当作管道支架,如外接管较重时,应在接近石墨冷凝器处另立管道支架,尤其是顶部的管道更不应过重,并保证有热胀冷缩的活动余地;
(Ⅳ)石墨冷凝器的支撑装置仅用于石墨冷凝装置,四个支腿必须高度平齐且受力均匀;支撑装置必须具有防止沉降和震动以及抗冲击的能力;
(Ⅴ)石墨冷凝器上所有连接螺栓的螺母必须采用对称连接且同时旋紧的方法,逐步上紧,严禁先旋紧某一点或某一面的错误做法;
(Ⅵ)严禁外力撞击或敲打石墨冷凝器;
(Ⅶ)不得在石墨冷凝器的外壳上烧焊以免损伤其内的石墨冷凝块,如需烧焊,壳体内应充满循环冷却水,以免烧焊引起壳体过量变形,导致无法拆卸;
(Ⅷ)法兰接口对外连接时不得强制安装,拧紧螺丝时应对称均匀操作;
(Ⅸ)与石墨冷凝器相连接的有震动的设备应该设缓冲装置;
(Ⅹ)安装石墨冷凝器时须注意,不能有大块异物遗留在石墨冷凝器的进口管道内,否则会堵塞换热孔导致烟气侧流通截面积减小,出烟困难。
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