CN111981880B - 一种火电厂组合式热管烟气余热回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火电厂组合式热管烟气余热回收装置，具体涉及余热回收领域，包括安装座、烟气排放仓和余热回收仓，安装座的顶面固定安装有换热水箱，烟气排放仓和余热回收仓的一侧相互贴合，烟气排放仓和余热回收仓的内部贯穿安装有组合式热管，组合式热管的表面转动套接有位于烟气排放仓内部的螺纹驱动套管，螺纹驱动套管的表面活动套接有换热管套组件。本发明设置新型组合式热管结构，利用机械控制组件主动改变换热管套组件内部导热液流容积，并改变热管端在余热回收仓内部的裸露长度，实现换热效能的控制，改变热回收气流的温度，实现精准温度控制，便于回收热能的使用，提高该余热回收装置的实用性。

Description

一种火电厂组合式热管烟气余热回收装置

技术领域

本发明涉及余热回收技术领域，特别是指一种火电厂组合式热管烟气余热回收装置。

背景技术

近年来，我国能源需求呈刚性增长，受国内资源保障能力和环境容量制约以及全球性能源安全和应对气候变化影响，资源环境约束日趋强化，节能减排面临的形势十分严峻，火电厂生产过程中，燃煤锅炉普遍存在热量利用率低、排放烟气余热温度过高及烟气内污染气体含量过高等问题，采用余热回收系统可有效解决上述问题。

余热资源属于二次资源，是有可能回收而尚未回收的能量，各种工业炉窑的能量支出中，废气余热约占15％～35％，锅炉烟气热损失是各项热损失在5％～8％之间，有效利用这些余热，可节约大量能源，减少大气污染，且降低企业生产成本，回收的余热资源可用于冬季供暖、预热锅炉凝水、夏季制冷、余热发电、加热脱硫后的烟气等，因此，烟气余热回收对我国实现节能减排战略具有重要的现实意义。

目前我国的中小型发电厂仍采用燃煤发电，煤炭燃烧的烟气一般经过脱硫处理后都会直接排出，烟气的温度较高，烟气中的热量被大量浪费，发电厂的锅炉房燃烧煤炭为持续作业，要求有稳定的工作温度，锅炉房燃烧的烟气要快速向往排出，有利于锅炉房连续作业，目前最常见的烟气热量回收的方式有两种，利用烟气热量进行供暖，烟气中往往含有有毒气体，烟气供暖不够安全；利用烟气热量对水加热，以获得热水供居民使用，该方式的使用价值相对较高，也便于实现。

但现有的火电厂烟气余热回收装置普遍采用热管回收的方式，结构过于简单实用性较低，能源转化率较低，无法对换热能量进行精确控制，即无法执行对热量吸收端气体的温度控制，实用性低，另外，传统热管式余热回收装置只能实现单一“气-气”或“气-液”式余热回收功能单一，存在一定缺陷。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种火电厂组合式热管烟气余热回收装置，设置新型组合式热管结构，利用机械控制组件主动改变换热管套组件内部导热液流容积，并改变热管端在余热回收仓内部的裸露长度，实现换热效能的控制，且利用换热管套组件内部水液管腔结构进行蓄水和水液的排出通过热管对水液加热实现热量的快速吸收，并通过水液对换热套管的热传导加热与换热套管接触的气流，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种火电厂组合式热管烟气余热回收装置，包括安装座、烟气排放仓和余热回收仓，所述烟气排放仓和余热回收仓固定安装于安装座的顶面，所述烟气排放仓和余热回收仓的侧面和顶面均分别开设有进气管口和出气管口，所述安装座的顶面固定安装有换热水箱，所述烟气排放仓和余热回收仓的一侧相互贴合，所述烟气排放仓和余热回收仓的内部贯穿安装有组合式热管，所述组合式热管包括热管和换热翅片，所述换热翅片均匀分布于热管的表面，所述组合式热管的表面转动套接有位于余热回收仓内部的螺纹驱动套管，所述螺纹驱动套管的表面活动套接有换热管套组件，所述换热管套组件的一端固定连接有集水管组，所述集水管组的另一端与换热水箱的内箱相连通，所述烟气排放仓和余热回收仓的顶面固定安装有机械控制组件；

所述螺纹驱动套管包括传动齿环和螺纹套管，所述传动齿环的一侧与螺纹套管的端部固定连接，所述机械控制组件包括控制盒体和驱动电机，所述驱动电机固定安装于控制盒体的内部，所述驱动电机的输出端固定连接有输出轴，所述控制盒体的内部固定安装有轴承座，所述输出轴套接于轴承座的内侧，所述输出轴的另一端固定套接有驱动齿，所述驱动齿和传动齿环的外侧套接有传动链条，所述余热回收仓的顶面开设有通槽，所述传动链条贯穿通槽的内部；

所述换热管套组件包括换热套管和导热翅片，所述导热翅片均匀分布于换热套管的外侧，所述换热套管的内部设有水液管腔，所述换热套管的一端开设有螺纹孔，所述螺纹套管的外侧设有与螺纹孔相适配的螺旋凸棱，所述换热套管转动套接于螺纹套管的外侧，所述换热套管的另一端设有进水单向阀口和出水单向阀口。

优选地，所述烟气排放仓的内壁卡接有若干降尘格栅，所述降尘格栅位于组合式热管的正下方，所述降尘格栅呈金属滤网结构。

优选地，所述组合式热管的数量为若干，若干所述组合式热管均分为多组，且每组组合式热管呈竖直直线排列，所述机械控制组件的数量与组合式热管的组数相等。

优选地，所述烟气排放仓的一侧开设有若干通孔并固定安装有法兰端盖，所述法兰端盖的一侧与热管的一端卡接，所述通孔的直径大于换热翅片的直径。

优选地，所述螺纹套管呈圆筒型结构，所述螺纹套管的内侧固定安装有动密封圈，所述动密封圈的内侧与热管的外侧相互抵接，所述动密封圈为聚四氟乙烯材质构件。

优选地，所述换热翅片和导热翅片为铝制或铜质材质构件，所述换热翅片和导热翅片呈圆盘形结构，所述热管和换热套管为金属材质构件。

优选地，所述控制盒体呈密封箱体结构，所述驱动电机的输出端电性连接有控制器，所述控制器为PLC控制器或单片机结构，所述余热回收仓的内部设有温度传感器。

优选地，所述进水单向阀口和出水单向阀口的一端设有单向阀，所述进水单向阀口和出水单向阀口的单向阀输出端方向相反，所述进水单向阀口和出水单向阀口的端部通过集水管组与换热水箱的内腔相连通，所述集水管组的外侧套接有保温棉层。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

1、本发明通过设置新型组合式热管结构，利用机械控制组件主动改变换热管套组件内部导热液流容积，并改变热管端在余热回收仓内部的裸露长度，实现换热效能的控制，改变热回收气流的温度，实现精准温度控制，便于回收热能的使用，提高该余热回收装置的实用性；

2、本发明通过设置换热管套组件，利用换热管套组件内部水液管腔结构进行蓄水和水液的排出通过热管对水液加热实现热量的快速吸收，并通过水液对换热套管的热传导加热与换热套管接触的气流，进行同步的“气-气”和“气-液”式余热回收，进一步提高余热回收效能；

3、本发明通过优化结构设计，利用组合式换管的可拆式安装和换热管套组件的可拆式套接结构，可实现组合式换管的快速拆装，便于单一组合式换管的维护与更换，降低维护成本，且清理更加简单，便于定期的积尘清理，防止热管表面积尘导致的热能转换效率的降低。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的烟气排放仓和余热回收仓内部结构示意图。

图3为本发明的组合式换管和换热管套组件连接结构示意图。

图4为本发明的组合式换管结构示意图。

图5为本发明的换热管套组件内部结构示意图。

图6为本发明的机械控制组件传动结构示意图。

图7为本发明的机械控制组件结构示意图。

附图标记为：1、安装座；2、烟气排放仓；3、余热回收仓；4、机械控制组件；5、换热水箱；6、集水管组；7、组合式热管；8、换热管套组件；9、螺纹驱动套管；21、进气管口；22、出气管口；23、法兰端盖；24、降尘格栅；41、控制盒体；42、驱动电机；43、输出轴；44、轴承座；45、驱动齿；71、热管；72、换热翅片；81、换热套管；82、导热翅片；83、水液管腔；84、进水单向阀口；85、出水单向阀口；91、传动齿环；92、螺纹套管；93、动密封圈；94、传动链条；921、螺旋凸棱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1-7所示的一种火电厂组合式热管烟气余热回收装置，包括安装座1、烟气排放仓2和余热回收仓3，烟气排放仓2和余热回收仓3固定安装于安装座1的顶面，烟气排放仓2和余热回收仓3的侧面和顶面均分别开设有进气管口21和出气管口22，安装座1的顶面固定安装有换热水箱5，烟气排放仓2和余热回收仓3的一侧相互贴合，烟气排放仓2和余热回收仓3的内部贯穿安装有组合式热管7，组合式热管7包括热管71和换热翅片72，换热翅片72均匀分布于热管71的表面，组合式热管7的表面转动套接有位于余热回收仓3内部的螺纹驱动套管9，螺纹驱动套管9的表面活动套接有换热管套组件8，换热管套组件8的一端固定连接有集水管组6，集水管组6的另一端与换热水箱5的内箱相连通，烟气排放仓2和余热回收仓3的顶面固定安装有机械控制组件4；

螺纹驱动套管9包括传动齿环91和螺纹套管92，传动齿环91的一侧与螺纹套管92的端部固定连接，机械控制组件4包括控制盒体41和驱动电机42，驱动电机42固定安装于控制盒体41的内部，驱动电机42的输出端固定连接有输出轴43，控制盒体41的内部固定安装有轴承座44，输出轴43套接于轴承座44的内侧，输出轴43的另一端固定套接有驱动齿45，驱动齿45和传动齿环91的外侧套接有传动链条94，余热回收仓3的顶面开设有通槽，传动链条94贯穿通槽的内部；

换热管套组件8包括换热套管81和导热翅片82，导热翅片82均匀分布于换热套管81的外侧，换热套管81的内部设有水液管腔83，换热套管81的一端开设有螺纹孔，螺纹套管92的外侧设有与螺纹孔相适配的螺旋凸棱921，换热套管81转动套接于螺纹套管92的外侧，换热套管81的另一端设有进水单向阀口84和出水单向阀口85。

实施方式具体为：设置新型组合式热管7结构，利用机械控制组件4主动改变换热管套组件8内部导热液流容积，并改变热管端在余热回收仓3内部的裸露长度，实现换热效能的控制，改变热回收气流的温度，实现精准温度控制，便于回收热能的使用，提高该余热回收装置的实用性；另外，本发明通过设置换热管套组件8，利用换热管套组件8内部水液管腔83结构进行蓄水和水液的排出通过热管对水液加热实现热量的快速吸收，并通过水液对换热套管的热传导加热与换热套管接触的气流，进行同步的“气-气”和“气-液”式余热回收，进一步提高余热回收效能。

参考说明书附图2所示，烟气排放仓2的内壁卡接有若干降尘格栅24，降尘格栅24位于组合式热管7的正下方，降尘格栅24呈金属滤网结构；

实施的具体方式为：热流烟气进入烟气排放仓2的内部首先通过降尘格栅24的初步截留，减少烟尘中灰尘，防止热管表面积尘导致的热能转换效率的降低。

参考说明书附图2所示，组合式热管7的数量为若干，若干组合式热管7均分为多组，且每组组合式热管7呈竖直直线排列，机械控制组件4的数量与组合式热管7的组数相等；

实施的具体方式为：利用多个机械控制组件4控制多组组合式热管7进行运动，增加组合式热管7的数量提高换热效能。

参考说明书附图2和3所示，烟气排放仓2的一侧开设有若干通孔并固定安装有法兰端盖23，法兰端盖23的一侧与热管71的一端卡接，通孔的直径大于换热翅片72的直径；

实施的具体方式为：通过拆装法兰端盖23可快速将组合式热管7抽出进行更换和维护，降低维护工作量，节省人工成本。

参考说明书附图5和6所示，螺纹套管92呈圆筒型结构，螺纹套管92的内侧固定安装有动密封圈93，动密封圈93的内侧与热管71的外侧相互抵接，动密封圈93为聚四氟乙烯材质构件；

实施的具体方式为：实现螺纹套管92和热管71外侧的转动密封，通过螺纹套管92的转动实现换热管套组件8的横向运动。

参考说明书附图3和4所示，换热翅片72和导热翅片82为铝制或铜质材质构件，换热翅片72和导热翅片82呈圆盘形结构，热管71和换热套管81为金属材质构件，利用金属的高导热性提高热传导效率。

其中，控制盒体41呈密封箱体结构，驱动电机42的输出端电性连接有控制器，控制器为PLC控制器或单片机结构，余热回收仓3的内部设有温度传感器，实现编程控制和温度监控。

其中，进水单向阀口84和出水单向阀口85的一端设有单向阀，进水单向阀口84和出水单向阀口85的单向阀输出端方向相反，进水单向阀口84和出水单向阀口85的端部通过集水管组6与换热水箱5的内腔相连通，集水管组6的外侧套接有保温棉层，实现水液的循环流动，加热整个换热水箱5内部水液。

其中，控制器的型号为西门子plcS7-200可编程控制器。

本发明工作原理：

施工与安装：将该设备通过安装座1和固定于指定位置，连接发电热炉出气端口与烟气排放仓2表面进气管口21的连接通路，将出气管口22的端口与烟气处理装置进行连通，将余热回收仓3表面的进气管口21和出气管口22分别与热能回收气流的管路进行连通即可。

工作阶段：单一“气-气”式余热回收：热流烟气进入烟气排放仓2的内部首先通过降尘格栅24的初步截留，减少烟尘中灰尘，防止热管表面积尘导致的热能转换效率的降低，通过烟气与组合式热管7表面的换热翅片72将大量热能传递至热管71，通过热管71内部工作流体的蒸发与冷凝将烟气排放仓2内部热管71端的热量传导至余热回收仓3内部热管71端，对水液管腔83内部溶液进行加热，并通过溶液将吸收的热量传导至换热套管81和导热翅片82表面对余热回收仓3内部流通的工作气体进行加热，实现余热回收传递；

当需要改变余热回收仓3端口工作气体的温度时，只需控制驱动电机42的旋转，带动螺纹套管92进行转动，通过螺纹套管92与换热套管81端部的螺纹啮合，并在进水单向阀口84和出水单向阀口85的限制下实现换热管套组件8的横向运动，从而改变换热管套组件8和热管71端部在余热回收仓3内部的裸露面积，从而调整组合式热管7和换热管套组件8与工作气体的接触面积，改变传导效率实现对工作气体的控温调节；

“气-气”和“气-液”同步式余热回收：在烟气排放仓2和余热回收仓3回收换能的同时，向换热水箱5的内部注入大量水液，并气动控制盒体41进行往复式旋转，带动螺纹驱动套管9进行旋转，从而实现换热管套组件8在组合式热管7表面横向往复运动，通过水液管腔83内部容积的不断改变将水液通过进水单向阀口84吸入和出水单向阀口85排出，不断更换换热管套组件8内部水液，对水液进行流动式加热，大量热量被水液吸收，且水液吸收的部分热能通过对换热套管81和导热翅片82的加热将热量传导至余热回收仓3内部工作气体，完成“气-气”和“气-液”同步式余热回收。

维护与清理：定期打开法兰端盖23，拆卸换热管套组件8和螺纹驱动套管9将组合式热管7抽出，对组合式热管7进行维护与更换，清理热管71和换热翅片72表面积尘，防止热管71表面积尘导致的热能转换效率的降低。

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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种火电厂组合式热管烟气余热回收装置，包括安装座、烟气排放仓和余热回收仓，所述烟气排放仓和余热回收仓固定安装于安装座的顶面，所述烟气排放仓和余热回收仓的侧面和顶面均分别开设有进气管口和出气管口，其特征在于，所述安装座的顶面固定安装有换热水箱，所述烟气排放仓和余热回收仓的一侧相互贴合，所述烟气排放仓和余热回收仓的内部贯穿安装有组合式热管，所述组合式热管包括热管和换热翅片，所述换热翅片均匀分布于热管的表面，所述组合式热管的表面转动套接有位于余热回收仓内部的螺纹驱动套管，所述螺纹驱动套管的表面活动套接有换热管套组件，所述换热管套组件的一端固定连接有集水管组，所述集水管组的另一端与换热水箱的内箱相连通，所述烟气排放仓和余热回收仓的顶面固定安装有机械控制组件；

所述螺纹驱动套管包括传动齿环和螺纹套管，所述传动齿环的一侧与螺纹套管的端部固定连接，所述机械控制组件包括控制盒体和驱动电机，所述驱动电机固定安装于控制盒体的内部，所述驱动电机的输出端固定连接有输出轴，所述控制盒体的内部固定安装有轴承座，所述输出轴套接于轴承座的内侧，所述输出轴的另一端固定套接有驱动齿，所述驱动齿和传动齿环的外侧套接有传动链条，所述余热回收仓的顶面开设有通槽，所述传动链条贯穿通槽的内部；所述螺纹套管呈圆筒型结构，所述螺纹套管的内侧固定安装有动密封圈，所述动密封圈的内侧与热管的外侧相互抵接，所述动密封圈为聚四氟乙烯材质构件；

所述换热管套组件包括换热套管和导热翅片，所述导热翅片均匀分布于换热套管的外侧，所述换热套管的内部设有水液管腔，所述换热套管的一端开设有螺纹孔，所述螺纹套管的外侧设有与螺纹孔相适配的螺旋凸棱，所述换热套管转动套接于螺纹套管的外侧，所述换热套管的另一端设有进水单向阀口和出水单向阀口。

2.根据权利要求1所述的火电厂组合式热管烟气余热回收装置，其特征在于，所述烟气排放仓的内壁卡接有若干降尘格栅，所述降尘格栅位于组合式热管的正下方，所述降尘格栅呈金属滤网结构。

3.根据权利要求1所述的火电厂组合式热管烟气余热回收装置，其特征在于，所述组合式热管的数量为若干，若干所述组合式热管均分为多组，且每组组合式热管呈竖直直线排列，所述机械控制组件的数量与组合式热管的组数相等。

4.根据权利要求1所述的火电厂组合式热管烟气余热回收装置，其特征在于，所述烟气排放仓的一侧开设有若干通孔并固定安装有法兰端盖，所述法兰端盖的一侧与热管的一端卡接，所述通孔的直径大于换热翅片的直径。

5.根据权利要求1所述的火电厂组合式热管烟气余热回收装置，其特征在于，所述换热翅片和导热翅片为铝制或铜质材质构件，所述换热翅片和导热翅片呈圆盘形结构，所述热管和换热套管为金属材质构件。

6.根据权利要求1所述的火电厂组合式热管烟气余热回收装置，其特征在于，所述控制盒体呈密封箱体结构，所述驱动电机的输出端电性连接有控制器，所述控制器为PLC控制器或单片机结构，所述余热回收仓的内部设有温度传感器。

7.根据权利要求1所述的火电厂组合式热管烟气余热回收装置，其特征在于，所述进水单向阀口和出水单向阀口的一端设有单向阀，所述进水单向阀口和出水单向阀口的单向阀输出端方向相反，所述进水单向阀口和出水单向阀口的端部通过集水管组与换热水箱的内腔相连通，所述集水管组的外侧套接有保温棉层。

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