CN113530628A - 一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统 - Google Patents

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李桂军
韦玉峰
吕良露
沈安祥
殷求义
王焘
张一帆
卢平
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Abstract

本发明公开了热量回收技术领域的一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统，包括一级蒸发器、二级蒸发器、热流管路、引射器、膨胀机、发电机、冷凝器、循环泵以及工作介质，一级蒸发器、二级蒸发器之间通过热流管路连通，引射器与一级蒸发器、二级蒸发器连接，膨胀机由发电机进行驱动，且其与引射器连接，膨胀机与冷凝器连接，冷凝器与二级蒸发器连接，且两者之间设有膨胀阀。通过膨胀阀的作用，降低了二级蒸发器内工作介质的蒸发压力，使其可以在更低的温度下吸热汽化，能够回收到近酸露点或酸露点以下的热流余热，增加了废热的回收利用量。其次，一级回路与二级回路的耦合工作机制，采用梯级利用的方式，增加了余热资源的利用率。

Description

一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统
技术领域
本发明涉及热量回收技术领域，具体为一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统。
背景技术
在实际生产、生活中，存在着大量的低品位废热，如工艺生产过程中产生大量的工艺冷却水，150℃以上的排气废热等，这些热量大部分都会应为白白地排掉而造成资源的浪费。
目前，对废热的余热回收利用方法有多种，废热回收可分为被动式废热回收和主动式废热回收，通过热交换器，将工业废水、工业废气与低温流体进行热交换来回收废热，属于被动式废热回收。被动式废热回收一般不消耗动力，但回收温度受到废热温度的限制，节能效果与热交换效果相关联。因此，一般往往只能回收酸露点温度以上的废热资源，造成余热资源回收不充分的问题。
废热温度过低时，换热器受热面运行在酸露点之下，接近水露点，热流侧结露现象严重，大量粘结性积灰生成；不仅产生换热设备管束的严重堵塞，酸露介质与粉尘混合物还对换热设备产生强烈的腐蚀与磨蚀问题。
基于此，本发明设计了一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统，以解决上述背景技术中提出的废热温度过低时，换热器受热面运行在酸露点之下，接近水露点，热流侧结露现象严重，大量粘结性积灰生成；不仅产生换热设备管束的严重堵塞，酸露介质与粉尘混合物还对换热设备产生强烈的腐蚀与磨蚀的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统，包括一级蒸发器、二级蒸发器、热流管路、引射器、膨胀机、发电机、冷凝器、循环泵以及工作介质，所述一级蒸发器、二级蒸发器之间通过热流管路连通，所述引射器与一级蒸发器、二级蒸发器连接，所述膨胀机由发电机进行驱动，且其与所述引射器连接，所述膨胀机与冷凝器连接，所述冷凝器与二级蒸发器连接，且两者之间设有膨胀阀，所述冷凝器与循环泵连接，且所述循环泵与一级蒸发器连接，
所述一级蒸发器、二级蒸发器结构相同，且包括组合热管、工质给水孔、筒体、压力表口、主蒸汽阀、安全阀、排污孔、绝热隔层以及箱体，所述组合热管一部分安置在箱体内，另一部分安置在所述筒体内，且两部分之间设有绝热隔层，使所述筒体及箱体之间具有隔热状态，所述工质给水孔、压力表口、主蒸汽阀、安全阀、排污孔均设置在筒体上，所述工作介质储存在筒体内。
优选地，所述一级蒸发器、二级蒸发器由不锈钢材质制成。
优选地，所述组合热管包括椭圆形的热管基管及多个固接在热管基管上的矩形翅片。
优选地，所述矩形翅片与热管基管的轴向成垂直状态，且与热流的流向平行。
优选地，所述组合热管的管束成交错排列设置，且其横断面的椭圆长轴与热流流向平行。
优选地，所述热管基管表面涂覆有复合材料涂层。
优选地，所述热管基管由碳素钢材质制成，且所述复合材料涂层材质为添加环氧树脂的聚四氟乙烯。
优选地，所述工作介质包括R245fa、R601。
优选地，所述的膨胀机采用涡旋压缩机，所述的发电机采用永磁发电机，且与所述膨胀机通过带轮方式进行传动连接。
优选地，所述的冷凝器采用具有储液功能的管壳式换热器，并配置相应的冷却水塔及循环水泵。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过膨胀阀的作用，降低了二级蒸发器内工作介质的蒸发压力，使其可以在更低的温度下吸热汽化，能够回收到近酸露点或酸露点以下的热流余热，增加了废热的回收利用量。其次，一级回路与二级回路的耦合工作机制，采用梯级利用的方式，增加了余热资源的利用率。然后，利用一定厚度的绝热隔热层将热流体与有机工质分离，能够很好的避免有机工质泄漏与热流体混合而导致爆炸等危险。最后，新型的涂层具备优良的耐腐蚀性能，在热交换器工作温度位于酸露点温度下可以耐受多种酸、碱、电解质溶液的腐蚀；有机涂层的超疏水性，表面化学能很低，不易沾附灰尘，本发明非常适合于发电厂、钢铁厂、石化企业等低品位废热的余热回收利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统的结构示意图；
图2为本发明中一级蒸发器及\或二级蒸发器的结构示意图；
图3为本发明中组合热管冷凝段的俯视示意图；
图4为本发明中矩形翅片与热管基管的连接示意图；
图5为本发明中热管基管与复合材料涂层的连接示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-一级蒸发器，2-热流管路，3-二级蒸发器，4-引射器，5-膨胀机，6-发电机，7-膨胀阀，8-冷凝器，9-循环泵，10-组合热管，11-工质给水孔，12-筒体，13-压力表口，14-主蒸汽阀，15-安全阀，16-排污孔，17-绝热隔层，18-箱体，19-热管基管，20-矩形翅片，21-复合材料涂层。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统，包括一级蒸发器1、二级蒸发器3、热流管路2、引射器4、膨胀机5、发电机6、冷凝器8、循环泵9以及工作介质，所述一级蒸发器1、二级蒸发器3之间通过热流管路2连通，所述引射器4与一级蒸发器1、二级蒸发器3连接，所述膨胀机5由发电机6进行驱动，且其与所述引射器4连接，所述膨胀机5与冷凝器8连接，所述冷凝器8与二级蒸发器3连接，且两者之间设有膨胀阀7，所述冷凝器8与循环泵9连接，且所述循环泵9与一级蒸发器1连接，
所述一级蒸发器1、二级蒸发器3结构相同，且包括组合热管10、工质给水孔11、筒体12、压力表口13、主蒸汽阀14、安全阀15、排污孔16、绝热隔层17以及箱体18，所述组合热管10一部分安置在箱体18内，另一部分安置在所述筒体12内，筒体12和箱体18用一定厚度的绝热隔层17分隔开，避免了筒体12内的有机工质泄漏到箱体18而造成的泄露爆炸事故，使所述筒体12及箱体18之间具有隔热状态，所述工质给水孔11、压力表口13、主蒸汽阀14、安全阀15、排污孔16均设置在筒体12上，压力表可以安装在压力表口13，检测筒体12的压力安全，如发生筒体内压力过高情况，可通过安全阀15进行主动释放压力，保证容器的压力安全；可以通过工质给水孔11和排污孔18进行有机工质的充放，所述工作介质储存在筒体12内，多根组合热管10垂直放置在一级蒸发器1中，所述组合热管10包括椭圆形的热管基管19及多个固接在热管基管19上的矩形翅片20，增加换热面积，强化换热，矩形翅片20与热管基管19轴向垂直，并与热流流向平行；组合热管10的管束成交错排列设置，且其横断面的椭圆长轴与热流流向平行，组合热管10内充装一定量的工作介质，下端为蒸发段放置在箱体18内，组合热管10内蒸发段工质吸收箱体18内的热流热量，受热后沸腾、蒸发，由液体变为蒸汽，在管内一定压差的作用下，流到冷凝段，管内蒸汽在冷凝段端遇冷凝结放热，热量通过管壁传递给工作流体有机工质，由此有机工质由液体变为高温高压的过热蒸汽，过热蒸汽通过主蒸汽阀14向外排出，所述一级蒸发器1、二级蒸发器3由不锈钢材质制成，不锈钢材质具有较佳的防锈蚀性能，所述热管基管19表面涂覆有复合材料涂层21，所述热管基管19由碳素钢材质制成，且所述复合材料涂层21材质为添加环氧树脂的聚四氟乙烯，形成新型复合材料热管，在二级蒸发器3工作温度位于酸露点温度下时，可以耐受多种酸、碱、电解质溶液的腐蚀；具备优良的传热性能；有机涂层的超疏水性，表面化学能很低，不易沾附灰尘。为回收近酸露点温度或酸露点以下温度的低品位余热资源达成了条件，所述工作介质包括R245fa、R601，所述的膨胀机5采用涡旋压缩机，所述的发电机6采用永磁发电机，且与所述膨胀机5通过带轮方式进行传动连接，在膨胀机5做过功的蒸汽进入冷凝器8，通过水冷的方式将蒸汽冷凝为液态工质，冷凝器8出来的凝结工质一部分经过循环泵9升压送回一级蒸发器1，另一部分的凝结工质经过膨胀阀7节流减压送回二级蒸发器2。如此往复循环，完成整个装置系统的工作，所述的冷凝器8采用具有储液功能的管壳式换热器，并配置相应的冷却水塔及循环水泵。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合，本发明是一种利用中低温余热废气作为热源，抗腐蚀防积灰椭圆热管作为传热元件，结合增加翅片的强化换热技术和新型复合材料涂层技术，通过运用热管的高导热性和单向流动特性来加热有机工质，使有机工质增压汽化为饱和蒸汽提供动能推动膨胀机做功，实现中低温余热有机工质发电的低品位余热回收。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统，其特征在于，包括一级蒸发器(1)、二级蒸发器(3)、热流管路(2)、引射器(4)、膨胀机(5)、发电机(6)、冷凝器(8)、循环泵(9)以及工作介质，所述一级蒸发器(1)、二级蒸发器(3)之间通过热流管路(2)连通，所述引射器(4)与一级蒸发器(1)、二级蒸发器(3)连接，所述膨胀机(5)由发电机(6)进行驱动，且其与所述引射器(4)连接，所述膨胀机(5)与冷凝器(8)连接，所述冷凝器(8)与二级蒸发器(3)连接，且两者之间设有膨胀阀(7)，所述冷凝器(8)与循环泵(9)连接，且所述循环泵(9)与一级蒸发器(1)连接，
所述一级蒸发器(1)、二级蒸发器(3)结构相同，且包括组合热管(10)、工质给水孔(11)、筒体(12)、压力表口(13)、主蒸汽阀(14)、安全阀(15)、排污孔(16)、绝热隔层(17)以及箱体(18)，所述组合热管(10)一部分安置在箱体(18)内，另一部分安置在所述筒体(12)内，且两部分之间设有绝热隔层(17)，使所述筒体(12)及箱体(18)之间具有隔热状态，所述工质给水孔(11)、压力表口(13)、主蒸汽阀(14)、安全阀(15)、排污孔(16)均设置在筒体(12)上，所述工作介质储存在筒体(12)内。
2.根据权利要求1所述的一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统，其特征在于，所述一级蒸发器(1)、二级蒸发器(3)由不锈钢材质制成。
3.根据权利要求1所述的一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统，其特征在于，所述组合热管(10)包括椭圆形的热管基管(19)及多个固接在热管基管(19)上的矩形翅片(20)。
4.根据权利要求3所述的一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统，其特征在于，所述矩形翅片(20)与热管基管(19)的轴向成垂直状态，且与热流的流向平行。
5.根据权利要求3所述的一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统，其特征在于，所述组合热管(10)的管束成交错排列设置，且其横断面的椭圆长轴与热流流向平行。
6.根据权利要求3所述的一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统，其特征在于，所述热管基管(19)表面涂覆有复合材料涂层(21)。
7.根据权利要求6所述的一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统，其特征在于，所述热管基管(19)由碳素钢材质制成，且所述复合材料涂层(21)材质为添加环氧树脂的聚四氟乙烯。
8.根据权利要求1所述的一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统，其特征在于，所述工作介质包括R245fa、R601。
9.根据权利要求1所述的一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统，其特征在于，所述的膨胀机(5)采用涡旋压缩机，所述的发电机(6)采用永磁发电机，且与所述膨胀机(5)通过带轮方式进行传动连接。
10.根据权利要求1所述的一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统，其特征在于，所述的冷凝器(8)采用具有储液功能的管壳式换热器，并配置相应的冷却水塔及循环水泵。
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