CN110260688B - 一种余热回收装置及回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种余热回收装置及回收方法，其中该装置包括截面为长方形的壳体，所述壳体内垂直设有四组隔板，四组所述隔板中相邻的隔板之间相互垂直设置将壳体的内腔分为第一至第五区域，四组隔板中除第一区域和第四区域之间隔板外的三组隔板上均设有烟气通孔，三组所述烟气通孔依次串联第一至第四区域并形成S形的烟气通路，所述第一至第四区域内均填充有换热管束，所述第五区域内设有工质分配箱，所述第三区域和第四区域内的换热管束相通；该方法将烟气中携带的热量进行回收并有效地加以利用，最终为汽轮机提供动力。本发明可高效回收烟气余热，简化了处理工艺、提高了处理效率并降低了消耗的能源。

Description

一种余热回收装置及回收方法
技术领域
本发明属于节能技术领域，具体涉及一种余热回收装置及回收方法。
背景技术
船舶能源消耗量巨大，较高的能耗不仅增加了运行的成本，也带来了严重的环境问题。船用柴油机作为船舶的主要动力输出装置，其效率将影响船舶的能耗。
通常情况下大型柴油机运行时，燃油的能量仅有50％左右转变为柴油机输出的机械能，另外一半是废热；其中，一部分存在于柴油机废气中，一部分被冷却水吸收。船用柴油机废气带走的热能大约占燃油能量的25％～40％，随着废气排放到环境中，这既污染了环境，又浪费了资源。若能充分利用船用柴油机的余热进行发电或者作为辅助热源提供蒸汽，则可同时达到节能和减排的目的。在能源趋于紧张、航运成本日益增加的今天，充分利用船舶上各种形式的能量，从而提高船舶的综合能量利用效率，是船东、海事组织和船舶制造商都极其关注的问题。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种余热回收装置及回收方法，解决了现有的船用柴油机废气余热回收利用率低的问题。
技术方案：本发明一种余热回收装置，包括截面为长方形的壳体，所述壳体内垂直设有四组隔板，四组所述隔板中相邻的隔板之间相互垂直设置将壳体的内腔分为第一至第五区域，四组隔板中除第一区域和第四区域之间隔板外的三组隔板上均设有烟气通孔，三组所述烟气通孔依次串联第一至第四区域并形成S形的烟气通路，所述第一至第四区域内均填充有换热管束，所述第五区域内设有工质分配箱，所述第三区域和第四区域内的换热管束相通，所述第二区域内的换热管束与第五区域内的工质分配箱的入口相通，所述工质分配箱的气体出口和液体出口均通过文丘里混合器与第一区域内的换热管束相通。
进一步的，所述壳体的侧壁上设有与第一区域的内腔相通的烟气入口，壳体的侧壁上还设有与第四区域的内腔相通的烟气出口。烟气从烟气入口进入，在经过S形的烟气通路，最终从烟气出口排出，这样有效延长烟气换热时间，提高了换热效率；
进一步的，所述壳体的顶壁上设有与第四区域内的换热管束相通的工质入口，壳体的顶壁上还设有与第三区域内的换热管束相通的工质出口，所述工质出口与暖气设备的进口相通。
进一步的，所述壳体的顶壁上设有与第二区域内的换热管束相通的工质回流口，所述工质回流口与暖气设备的出口相通，所述壳体的底壁上设有与第一区域内的换热管束相通的蒸汽出口，所述蒸汽出口与汽轮机相通。
进一步的，所述第一至第四区域内的换热管束均由不锈钢U形管与不锈钢板组成，所述不锈钢板位于不锈钢U形管的两侧。不锈钢U形管的内部通入工质，而不锈钢板的作用是增加换热面积强化换热。
一种余热回收方法，包括以下步骤：
(1)烟气通过烟气入口率先进入回收装置的第一区域内，通过烟气通孔依次经过第一至第四区域，最终从烟气出口排出；
(2)工质通过工质入口进入第四区域内的换热管束进行吸热，然后再进入第三区域内的换热管束进行吸热；
(3)在第三区域内吸热后的工质进入暖气设备，为暖气设备供热；
(4)供热后的工质通过工质回流口进入第二区域内的换热管束中；
(5)工质在第二区域内吸热后进入工质分配箱，在工质分配箱的上部形成汽态工质，下部形成液态工质；
(6)工质分配箱的上部汽态工质与其下部液态工质通过文丘里混合器混合后形成两相流，进入第一区域内的换热管束中；
(7)第一区域内的两相流在换热管束中吸热后快速汽化，形成高温高压蒸汽，蒸汽通过蒸汽出口进入汽轮机，为汽轮机提供动力。
有益效果：本发明对烟气中携带的热量进行回收并有效地加以利用，初步产生的热能为暖气设备提供热量，再进行余热继续回收将产生的热能为汽轮机提供动力，起到了节能减排的作用；本发明可高效回收烟气余热，具有简化工艺、节约能源、缩小空间等明显的优势，提高了处理效率并降低了消耗的能源。
附图说明
图1为本发明内部结构示意图；
图2为烟气流动示意图；
图3为本发明三视图；
图4为本发明内部结构俯视图；
图5为换热流程图；
图6为文丘里混合器工作示意图；
图7为换热管束结构示意图；
图8为不锈钢U形管结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
如图1和图2所示，本发明一种余热回收装置，包括截面为长方形的壳体1，壳体1内垂直设有四组隔板2，四组隔板2中相邻的隔板之间相互垂直设置将壳体1的内腔分为第一至第五区域3-7，壳体1的侧壁上设有与第一区域3的内腔相通的烟气入口8，壳体1的侧壁上还设有与第四区域6的内腔相通的烟气出口9，四组隔板2中除第一区域3和第四区域6之间隔板外的三组隔板上均设有烟气通孔10，三组烟气通孔10依次串联第一至第四区域3-6并形成S形的烟气通路；烟气从烟气入口8进入，经过S形的烟气通路进行换热后形成的低温烟气从烟气出口9排出，有效延长烟气换热时间，提高了换热效率；大型船用柴油机排出的烟气温度大约在350℃左右，在经过第一至第四区域3-6中流动时通过放热温度逐步递减；
如图3和图4所示，第一至第四区域3-6内均填充有换热管束11，第五区域7内设有工质分配箱12，第三区域5和第四区域6内的换热管束11相通，壳体1的顶壁上设有与第四区域6内的换热管束11相通的工质入口13，壳体1的顶壁上还设有与第三区域5内的换热管束11相通的工质出口14，工质出口14与暖气设备15的进口相通；20℃～30℃的用于传热的工质通过工质入口13先进入第四区域6吸热后，再进入第三区域5吸热，温度达到80℃～100℃后通过工质出口14导向暖气设备15，为暖气设备15提供热量；
壳体1的顶壁上设有与第二区域4内的换热管束11相通的工质回流口16，工质回流口16与暖气设备15的出口相通，第二区域4内的换热管束11与第五区域7内的工质分配箱12的入口相通，工质分配箱12的气体出口121和液体出口122均通过文丘里混合器17与第一区域3内的换热管束11相通，壳体1的底壁上设有与第一区域3内的换热管束11相通的蒸汽出口18，蒸汽出口18与汽轮机19相通；暖气设备15中的工质放热后通过工质回流口16回到第二区域4内的换热管束11中，第二区域4内的换热管束11中的工质经过吸热后进入工质分配箱12，工质分配箱12被第一至第四区域3-6内的换热管束11及烟气包围在中间部位，消除了传统换热器对汽态工质与液态工质进行分配时的热损失；
如图5和图6所示，此时在工质分配箱12的上部形成汽态工质聚集区，工质分配箱12的下部形成液态工质聚集区，汽态工质与液态工质分别从气体出口121和液体出口122流出并通过文丘里混合器17混合后进入第一区域3内的换热管束11中，文丘里混合器17把汽态工质与液态工质混合形成两相流，两相流进入第一区域3内的换热管束11后进一步吸热后快速汽化，形成高温高压蒸汽，形成的蒸汽通过蒸汽出口18导向汽轮机19，并为汽轮机19提供动力；文丘里混合器17加快工质流动并使液态工质雾化，使工质更容易汽化膨胀，提高了换热效率；
如图7和图8所示，其中，第一至第四区域3-6内的换热管束11均由不锈钢U形管111与不锈钢板112组成，不锈钢板112位于不锈钢U形管111的两侧，不锈钢U形管111的内部用于通入工质，而不锈钢板112的作用是增加换热面积强化换热。
本发明还提供一种余热回收方法，包括以下步骤：
(1)烟气通过烟气入口8率先进入回收装置的第一区域3内，通过烟气通孔10依次经过第一至第四区域3-6，最终从烟气出口9排出；
(2)用于传热的工质通过工质入口13进入第四区域6内的换热管束11进行吸热，然后再进入第三区域5内的换热管束11进行吸热；
(3)在第三区域5内吸热后的工质进入暖气设备15，为暖气设备15供热；
(4)供热后的工质通过工质回流口16进入第二区域4内的换热管束11中；
(5)工质在第二区域4内吸热后进入工质分配箱12，在工质分配箱12的上部形成汽态工质，下部形成液态工质；
(6)工质分配箱12的上部汽态工质与其下部液态工质通过文丘里混合器17混合后形成两相流，进入第一区域3内的换热管束11；
(7)第一区域3内的两相流在换热管束11中吸热后快速汽化，形成高温高压蒸汽，形成的蒸汽通过蒸汽出口18进入汽轮机19，为汽轮机19提供动力。
本发明对烟气中携带的热量进行回收并有效地加以利用，起到了节能减排的作用，可用于如：船舶尾气、火力发电厂烟气的余热回收，具有简化工艺、节约能源、缩小空间等明显的优势，提高了处理效率并降低了消耗的能源。

Claims (6)

1.一种余热回收装置，其特征在于：包括截面为长方形的壳体，所述壳体内垂直设有四组隔板，四组所述隔板中相邻的隔板之间相互垂直设置将壳体的内腔分为第一至第五区域，四组隔板中除第一区域和第四区域之间隔板外的三组隔板上均设有烟气通孔，三组所述烟气通孔依次串联第一至第四区域并形成S形的烟气通路，第一至第四区域内均填充有换热管束，所述第五区域内设有工质分配箱，所述第三区域和第四区域内的换热管束相通，所述第二区域内的换热管束与第五区域内的工质分配箱的入口相通，所述工质分配箱的气体出口和液体出口均通过同一个文丘里混合器与第一区域内的换热管束相通；
所述第四区域换热管束内的工质流入第三区域的换热管束内，第三区域换热管束内的工质再经过暖气设备流入到第二区域的换热管束内，第二区域换热管束内的工质流入第五区域的工质分配箱内，第五区域工质分配箱内的工质经过文丘里混合器流入到第一区域的换热管束内。
2.根据权利要求1所述的一种余热回收装置，其特征在于：所述壳体的侧壁上设有与第一区域的内腔相通的烟气入口，壳体的侧壁上还设有与第四区域的内腔相通的烟气出口。
3.根据权利要求1所述的一种余热回收装置，其特征在于：所述壳体的顶壁上设有与第四区域内的换热管束相通的工质入口，壳体的顶壁上还设有与第三区域内的换热管束相通的工质出口，所述工质出口与暖气设备的进口相通。
4.根据权利要求3所述的一种余热回收装置，其特征在于：所述壳体的顶壁上设有与第二区域内的换热管束相通的工质回流口，所述工质回流口与暖气设备的出口相通，所述壳体的底壁上设有与第一区域内的换热管束相通的蒸汽出口，所述蒸汽出口与汽轮机相通。
5.根据权利要求1所述的一种余热回收装置，其特征在于：所述第一至第四区域内的换热管束均由不锈钢U形管与不锈钢板组成，所述不锈钢板位于不锈钢U形管的两侧。
6.一种余热回收方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）烟气通过烟气入口率先进入回收装置的第一区域内，通过烟气通孔依次经过第一至第四区域，最终从烟气出口排出；
（2）工质通过工质入口进入第四区域内的换热管束进行吸热，然后再进入第三区域内的换热管束进行吸热；
（3）在第三区域内吸热后的工质进入暖气设备，为暖气设备供热；
（4）供热后的工质通过工质回流口进入第二区域内的换热管束中；
（5）工质在第二区域内吸热后进入工质分配箱，在工质分配箱的上部形成汽态工质，下部形成液态工质；
（6）工质分配箱的上部汽态工质与其下部液态工质通过文丘里混合器混合后形成两相流，进入第一区域内的换热管束中；
（7）第一区域内的两相流在换热管束中吸热后快速汽化，形成高温高压蒸汽，蒸汽通过蒸汽出口进入汽轮机，为汽轮机提供动力。
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