CN116952005A - 一种串-并联合循环高效换热系统 - Google Patents

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CN116952005A CN202310885609.0A CN202310885609A CN116952005A CN 116952005 A CN116952005 A CN 116952005A CN 202310885609 A CN202310885609 A CN 202310885609A CN 116952005 A CN116952005 A CN 116952005A
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雷思罗
姜婷婷
周俊池
陈家文
柯真敏
李强
李力民
管贞平
陈小丽
陈彪
许捷
易美顺
周明兵
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明公开了一种串‑并联合循环高效换热系统,属于储气库换热系统中的串‑并联合循环高效换热系统,其目的在于解决现有技术中存在的流量变化较大、过热度有波动的技术问题。包括换热器C、换热器B、换热器A、进气管、排气管、冷凝水管、热回收进水管和热回收出水管,换热器C、换热器B、换热器A均设置有进气口、排气口、冷凝水排水口、进水口和出水口,各进气口汇总后与进气管连通;各排气口汇总后与排气管连通;各冷凝水排水口汇总后与冷凝水管连通,各进水口汇总后与热回收进水管连通,各出水口汇总后与热回收出水管连通。通过控制相应二通阀和调节阀,可以实现各换热器之间的不同组合模式,并根据尾气流量、过热度的情况选择不同的模式。

Description

一种串-并联合循环高效换热系统
技术领域
本发明人属于天然气储气技术领域,涉及一种储气库换热系统,尤其涉及一种串-并联合循环高效换热系统。
背景技术
天然气储气库需要周期性地进行注气和采气,而在采气过程中存在天然气压力降低的过程,若此时天然气中含水量较大则容易出现冰堵问题,且冷凝水存在会加速后续管道、设备的腐蚀;因此需要对天然气进行脱水处理。
在低温分离法脱水与溶剂吸收法脱水工艺中,需要消耗热能用于在EG再生塔中加热低温EG富液使其浓缩,同时产生的大量高温尾气,该尾气含有大量过热水蒸气,且含有少量乙二醇及不溶性烃类气体,整体附带大量热能,直接排放形成热能浪费,且排放过程需要使用灼烧炉灼烧,产生额外能源消耗。
为了节能、降低热排放和减少需要灼烧的尾气流量,现目前有采用余热回收的方式对尾气中蕴含的热量进行回收,且使得水蒸气冷凝减少尾气余量,从而降低灼烧炉能源消耗。
申请号为202010277296.7的发明专利申请就公开了一种燃煤锅炉烟气消白及余热回收系统,同时也公开了一种燃煤锅炉烟气消白及余热回收方法,其包括烟气引风机,溶液再生塔,石灰石粉混搅槽,消石灰混搅槽,再生喷淋泵,溶液净化供液泵,脱硫塔,吸收喷淋泵,净化溶液回流泵,溶液吸收塔,增压风机,烟囱,沉淀槽洗涤水喷淋泵,沉淀洗涤槽,溶液净化浓缩槽,吸收质结晶体溶解槽,碳酸钠混搅槽,碳酸钙洗涤槽,母液浓缩槽,氯化钠晶体洗涤槽,母液冷却槽,硝酸钾晶体洗涤槽。通过喷淋,吸收脱硫后排烟中的水蒸气,由于溶液的饱和温度高于相同水蒸气分压力下纯水的饱和温度,所以在吸收烟气携带的水蒸气过程中,溶液还会释放吸收热,提高烟气温度,经过喷淋吸收,烟气不仅携带的水蒸气减少,而且温度也得到提升,使得烟气的相对湿度大幅降低,从而在与环境冷空气混合时,减少甚至完全消除水汽凝结,实现消白排放,同时,因为溶液的饱和温度高于相同水蒸气分压力下纯水的饱和温度,溶液吸收水蒸气时可以获得比烟气温度更高的吸收温度,从而提升烟气余热的品位。
但是,如上述发明专利一样,现有技术中,由于尾气的流量非常不稳定,且尾气过热度有变化等,其热回收及水蒸气冷凝过程控制非常困难,换热效率低,水蒸气冷凝不充分,使用单一设备难以满足对流量变化较大、过热度有波动的工况,难以彻底解决相应问题。
发明内容
本发明的目的在于:为了解决现有技术中存在的流量变化较大、过热度有波动的技术问题,本发明提供一种串-并联合循环高效换热系统。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案:
一种串-并联合循环高效换热系统,包括换热器C、换热器B、换热器A、进气管、排气管、冷凝水管、热回收进水管和热回收出水管,换热器C、换热器B、换热器A均设置有进气口、排气口、冷凝水排水口、进水口和出水口,各进气口汇总后与进气管连通;各排气口汇总后与排气管连通;各冷凝水排水口汇总后与冷凝水管连通,各进水口汇总后与热回收进水管连通,各出水口汇总后与热回收出水管连通。
进一步第,在换热器A、换热器B之间的进气管上设置有电动二通阀Aa,在换热器B、换热器C之间的进气管上设置有电动二通阀Ba。
进一步地,在换热器A、换热器B之间的排气管上设置有电动二通阀Ac,在换热器B、换热器C之间的排气管上设置有电动二通阀Bc。
进一步地,在换热器A的排气口与进气管之间设置有电动二通阀Ab,在换热器B的排气口与进气管之间设置有电动二通阀Bb。
进一步地,在换热器A的进水口与热回收进水管之间设置有电动调节阀A,在换热器B的进水口与热回收进水管之间设置有电动调节阀B,在换热器C的进水口与热回收进水管之间设置有电动调节阀C。
本发明的有益效果如下:
1、本发明中,通过控制相应二通阀和调节阀,可以实现各换热器之间的不同组合模式,并根据尾气流量、过热度的情况选择不同的模式。以此,整体提高换热效率,从而使得尾气中的水蒸气尽可能完成冷凝,进而降低需要灼烧的尾气量,节省能源消耗以实现节能;同时,将尾气中的热量进行回收,按需要调整水流量以控制热回收的出水温度,通过热回收利用实现节能。
2、本发明中,通过设置多个电动二通阀以及对电动二通阀的控制,实现换热器之间串联、并联以及串-并联模式之间的切换。
3、本发明中,基于换热器之间不同的串、并联模式,可以针对不同尾气过热度、不同尾气流量之间的组合,有选择性地控制换热器之间的组合模式,从而使得尾气在各换热器之间联合循环,提高其换热效率。
4、本发明中,进水管与换热器之间设置电动调节阀,一方面可以根据前端尾气流量的变化调整通入热回收进水的流量,使之与尾气流量相互匹配,另一方面可以间接调整热回收的出水温度。
5、本发明中,通过控制电动二通阀,可以实现对部分换热器的截断,使其不参与换热过程,同时调整热回收水进水管的电动调节阀,关断对应的热回收水,以此可以在尾气流量极小的工况下关闭部分热回收功能,使得热回收水流量尽可能小,相应的泵功率将至最低,同时可以保证热回收水的出水温度。
附图说明
图1是本发明的示意图;
其中,附图标记为:1-进气管,2-电动二通阀Aa,3-电动二通阀Ab,4-电动二通阀Ac,5-电动二通阀Ba,6-电动二通阀Bb,7-电动二通阀Bc,8-排气管,9-冷凝水管,10-电动调节阀C,11-换热器C,12-电动调节阀B,13-换热器B,14-电动调节阀A,15-换热器A,16-进水管,17-出水管,18-出水口,19-进水口,20-冷凝水排水口,21-排气口,22-进气口。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种串-并联合循环高效换热系统,用于储气库的换热。该换热系统包括有进气管1,进气管1分别与换热器C11、换热器B13、换热器A15的进气口22相连;在换热器A15、换热器B13之间的进气管1上设置有电动二通阀Aa2,在换热器B13、换热器C11之间的进气管1上设置有电动二通阀Ba5。还设置有排气管8,排气管8分别与换热器C11、换热器B13、换热器A15的排气口21相连;在换热器A15、换热器B13之间的排气管8上设置有电动二通阀Ab3,在换热器B13、换热器C11之间的2排气管上设置有电动二通阀Bc7。对于进气管1与排气管8,在换热器A15的排气口21与进气管1之间设置有电动二通阀Ab3,在换热器B13的排气口21与进气管1之间设置有电动二通阀Bb6。此外,各换热器设置有冷凝水排水口20,且各冷凝水排水口20一并汇总与冷凝水管9相连。
如图1所示,还设置有热回收进水管16,且分别与换热器C11、换热器B13、换热器A15的进水口19相连,对于各换热器,在进水口19与热回收进水管16之间分别设置有电动调节阀A14、电动阀B12、电动调节阀C10。系统设置有17热回收出水管,且分别与换热器C11、换热器B13、换热器A15的出水口18相连。对于各换热器,热回收水可以自进水口19流入,经过热交换后自出水口18流出;尾气可以自进气口22流入,经过热交换后自排气口21流出;在热交换过程中由尾气产生的冷凝水,可以自冷凝水排水口20流出。
当尾气流量较小、尾气过热度较小时,此时无充分冷却和尾气预冷需求,所有换热器可以同时工作。此时开启电动二通阀Aa2、电动二通阀Ac4、电动二通阀Ba5、电动二通阀Bc7,关闭电动二通阀Ab3、电动二通阀Bb6;此时换热器C11、换热器B13、换热器A15成完全并联状态。自进气管1通入尾气后,尾气可以同时进入换热器C11、换热器B13、换热器A15,与自热回收进水管16通入的冷却水进水热交换,产生冷凝水自冷凝水管9排出,若有尾气剩余则自排气管8排出。
当尾气流量较大、尾气过热度较大时,此时具有充分冷却和尾气预冷需求,宜采用先串联再并联的模式。此时开启电动二通阀Ab3、电动二通阀Ba5、电动二通阀Bc7,关闭电动二通阀Aa2、电动二通阀Ac4、电动二通阀Bb6。以此,尾气先经过进气管1进入换热器A15与经过热回收进水管16通入的冷却水进行换热,从而达到对尾气进行预冷、降低其过热度的目的;此后尾气经过电动二通阀Ab3、电动二通阀Ba5分别通入换热器B13、换热器C11进行充分冷却。先串联再并联的模式一方面加长了尾气进行热交换的流程长度,使其能够尽可能降温冷凝,同时兼顾了并联模式下可以对尾气进行充分冷凝的优势。
当尾气流量较小、尾气过热度较大时,此时无充分冷却需求但有预冷需求,换热器宜采用完全串联的模式。此时,开启电动二通阀Ab3、电动二通阀Bb6,关闭电动二通阀Aa2、电动二通阀Ac4、电动二通阀Ba5、电动二通阀Bc7。此时,经过进气管1通入的尾气可以依次通过换热器A15、换热器B13、换热器C11。经过较长的流程可以对过热度较高的尾气进行充分预冷,达到尾气冷凝的目的,避免尾气过热度高,热交换流程长度不足而无法充分冷凝的情况。
当尾气流量较大、尾气过热度较小时,此时有充分冷却但无预冷需求,换热器宜采用先并联再串联的模式。此时开启电动二通阀Aa2、电动二通阀Ac4、电动二通阀Bb6,开启电动二通阀Ab3、电动二通阀Ba5、电动二通阀Bc7。以此,尾气先经过进气管1通入换热器A15、换热器B13进行冷却,然后剩余尾气汇合后经电动二通阀Bb6通入换热器C11,并在换热器C11中进行充分冷却,尽可能使得尾气成分冷凝。采用先并联再串联的模式,可以使得尾气最终排出温度尽可能低,从而在充分冷凝的基础上使得尾气成分尽可能实现冷凝的目的。
进一步的,在尾气流量较小的情况下,可以选择仅使用换热器A15进行热交换处理,此时开启电动二通阀Ac4、电动二通阀Bc7,其余电动二通阀全部关闭。以此,经过进气管1通入的尾气仅进入换热器A15与冷却水进行热交换,剩余尾气直接经排气管8排出,产生冷凝水自冷凝水管9排出。此时,对应调节电动调节阀A14,关闭电动调节阀B12、电动调节阀C10,从而可以降低通入冷却水的流量,一定程度上降低前端冷却水泵的泵功率,降低能耗。
进一步的,可以关闭电动二通阀Ba5、电动二通阀Bb6、电动二通阀Bc7,使得仅换热器A15、换热器B13参与热交换,而换热器C11不参与热交换;此时调整电动调节阀A14、电动调节阀B12,关闭电动调节阀C10,则可以实现控制通入冷却水的流量及通入比例。更进一步的,通过控制电动二通阀Aa2、电动二通阀Ab3、电动二通阀Ac4的开闭,可以实现换热器A15、换热器B13的串联(开3,关2、4)或并联(开2、4,管3)。
基于上述系统关系,以及对相关阀体的开关或调节控制,可以根据尾气的流量、过热度等,控制实际投入换热过程的换热器数量及其串、并联方式,与此相对应的铜管调节电动调节阀从而控制经过热回收进水管16通入的冷却水的总体流量以及分别流入不同换热器的流量,从而实现对过热蒸汽进行充分预冷、对大流量的尾气进行充分换热、尽可能降低冷却水泵的运行功率的目的,进一步完成尾气充分冷却冷凝,达到余热回收以及降低通过排气管8排出(需进入灼烧炉灼烧)的尾气量,进而降低灼烧过程的燃料消耗;整体通过降低泵功率、减少尾气灼烧燃料消耗量、余热回收等过程实现节能减排和避免灼烧炉设备频繁故障的目标。

Claims (5)

1.一种串-并联合循环高效换热系统,其特征在于:包括换热器C(11)、换热器B(13)、换热器A(15)、进气管(1)、排气管(8)、冷凝水管(9)、热回收进水管(16)和热回收出水管(17),换热器C(11)、换热器B(13)、换热器A(15)均设置有进气口(22)、排气口(21)、冷凝水排水口(20)、进水口(19)和出水口(18),各进气口(22)汇总后与进气管(1)连通;各排气口(21)汇总后与排气管(8)连通;各冷凝水排水口(20)汇总后与冷凝水管(9)连通,各进水口(19)汇总后与热回收进水管(16)连通,各出水口(18)汇总后与热回收出水管(17)连通。
2.如权利要求1所述的一种串-并联合循环高效换热系统,其特征在于:在换热器A(15)、换热器B(13)之间的进气管(1)上设置有电动二通阀Aa(2),在换热器B(13)、换热器C(11)之间的进气管(1)上设置有电动二通阀Ba(5)。
3.如权利要求1所述的一种串-并联合循环高效换热系统,其特征在于:在换热器A(15)、换热器B(13)之间的排气管(8)上设置有电动二通阀Ac(4),在换热器B(13)、换热器C(11)之间的排气管(8)上设置有电动二通阀Bc(7)。
4.如权利要求1所述的一种串-并联合循环高效换热系统,其特征在于:在换热器A(15)的排气口(21)与进气管(1)之间设置有电动二通阀Ab(3),在换热器B(13)的排气口(21)与进气管(1)之间设置有电动二通阀Bb(6)。
5.如权利要求1所述的一种串-并联合循环高效换热系统,其特征在于:在换热器A(15)的进水口(19)与热回收进水管(16)之间设置有电动调节阀A(14),在换热器B(13)的进水口(19)与热回收进水管(16)之间设置有电动调节阀B(12),在换热器C(11)的进水口(19)与热回收进水管(16)之间设置有电动调节阀C(10)。
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