CN1448662A - 烟道热管蒸发器及其分离式热管体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了烟道热管蒸发器与热管多效蒸发器及其分离式热管体系，用烟气加热管组与锅筒或联集管组合，通过供汽管、回液管与用热设备间壁式换热器构成分离式重力循环或分离式强制循环热管系统，用复合介质做传热工质，相变循环，适于各种锅炉、加热炉、燃烧炉、冶炼炉、煤气炉、热力装置之烟气余热的高效低成本回收利用，尤其是可远距离与间壁式用热设备连接利用，包括加热、蒸煮、烘干、供暖、制冷、空调、大棚加温等。同时有效降低烟尘排放。

Description

烟道热管蒸发器及其分离式热管体系

本发明涉及锅炉供热、热管传热与废热利用，是一种以烟气加热的换热器为热管蒸发器和以用热设备间壁式换热器放热为热管冷凝器构成的分离式热管系统，是本人关于“锅炉热管体系”专利申请(申请号：98124252.9)的进一步表述。

我国80年代开始研制热管换热器，如气-气式热管空气预热器，用于回收烟气余热加热锅炉鼓风空气。对烟气余热或其它热气流废热的回收利用，目前还用热管省煤器、热管热水器、热管余热锅炉等等。这些都是由若干单根式重力热管组成，结构紧凑，体积小，重量轻，冷热介质分开，互不污染，运行可靠，但是，由于单根式重力热管传热面积小，因此需要数量较多的热管组合，这样其造价较高。另由于单根式热管冷凝段无法拐弯使用，还要求有一定落差的安装高度，因此其应用受到很大限制。此外，单根重力热管使用后可能产生隋性气体而降低传热效率和使用寿命。

经检索查到已有相近专利申请逐列如下：

(1)于兆范于89年11月25日申请了“大面积热管采暖系统”申请号：89220009.X，又于91年2月22日申请了“串联分离式热管采暖系统”，申请号：91202738.X，其特征是烟道中设置余热回收夹套，即由炉膛、灶膛产生的高温蒸汽流入烟囱夹套继续加热，这样，温差较小，大部份烟气余热无法回收。这两项专利权有效期已届满终止。(2)于兆范又于95年9月29日申请了“全热管热风炉及其热风系统”，申请号：95116519.4，其特征是在炉膛和炉内烟道中设置热管换热器，是一种利用炉膛与炉内烟道热量共同加热的分离式连体结构的热风机。(3)朱武于97年11月28日申请了“热管烟道双回程式热水锅炉”，申请号：97241533，其特征是烟道的一端与排烟筒相通，烟道内装有数根热管，且热管的一端位于水箱内。(4)凤城市大方能源技术有限公司于98年5月6日申请了“一种立式热管热水锅炉”，申请号：98204413，其特征是在冲天管内装有热管换热器，冲天管热管换热器由热管、水套，入水口和出水口组成。(5)王仕国于98年4月15日申请“增能燃煤锅炉”，申请号：98209564，其特征是在燃烧室与工质之间和烟室与工质之间设置有增能超导热管，该增能超导热管一端在燃烧室或烟室内与火焰和烟气接触，另一端在锅筒内与工质接触。(6)李玉善于98年6月30日，申请了“常压热水锅炉”，申请号：98221705，其特征是在炉膛上部腔室中悬空设置膛中锅壳胆，该胆与炉膛腔壁之间形成环形通烟道，在该烟道中至少设有两支径向连通管将该胆与炉体夹套连通成一体，该胆顶部也至少设有两支轴向连通管将该胆与烟筒水套连通成一体。(7)平度市热电厂98年10月12日，申请了“热管式锅炉烟气暖风器”，申请号：98222605，其特征是放热箱体设置在受热箱体的两侧，重力热管固定在受热箱体和放热箱体之间。

本发明的目的是提供用于烟气余热回收利用的烟道热管蒸发器与热管多效蒸发器及其分离式热管体系，可适于大中小锅炉、加热炉、燃烧炉、冶炼炉、煤气发生炉、热力装置之各种烟管及其高温、中温与低温烟气或其它热流体余热的高效低成本回收利用，尤其是可远距离与现有间壁式用热设备连接利用，包括加热、蒸煮、烘干、供暖、制冷、空调、大棚加温等。同时，有效降低烟尘排放。

为实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种烟道热管蒸发器及其分离式热管体系，由烟道、烟气加热器、供气管、回液管和间壁式用热设备组合，烟气加热器内装有传热工质，用热设备间壁式换热器(C)、(D)处于烟气加热器(A)的上方，回流管(F)、(J)、(P)分别安装带有排汽阀(11)、(15)、(20)、压力真空表(12)、(14)、(21)的汽液分离器(E)、(H)、(N)及止回阀(13)、(19)、(25)，或者还安装带有液位控制装置(16)、(22)的输液设备(I)、(O)以及调节阀(18)、(24)，其特征在于：由烟气加热器充当热管蒸发器，若干用热设备的间壁式换热器(C)、(D)、(G)、(K)、(L)、(M)充当为热管冷凝器。二者通过供汽管(B)与回液管(F)、(J)、(P)构成若干分离式重力循环热管体系(ABCEFA)、(ABDEFA)和/或分离式强制循环热管体系(ABGHIJA)、(ABKNOPA)、(ABLMNOPA)。

一种烟道热管多效蒸发器及其分离式热管体系，由烟道、烟气加热器、间壁式用热设备、供汽管、回液管组合，烟气加热器(A)内装有传热工质，用热设备间壁式换热器(C)处于烟气加热器(A)上方，回液管(F)、(J)分别安装带有排汽阀(11)、压力真空表(12)、(14)的汽液分离器(E)、(H)及止回阀(13)、(19)，或者还安装带有液位控制装置(16)的输液设备(I)以及调节阀(18)，其特征在于：由若干烟气加热器(A)、(Q)互相连通充当为热管多效蒸发器，由若干用热设备间壁式换热器(C)、(G)充当为热管冷凝器，二者通过供汽管(B)、回液管(F)、(J)构成若干分离式重力循环热管体系(AQBCEFA)和/或分离式强制循环热管体系(AQBGHIJA)。

所说烟道热管蒸发器，采用加热管组排列在横卧烟管内，用锅筒装配在横卧烟管之外，加热管组两端与锅筒连通；或者在烟管内排列加热管组，其上端连通上联集管，其下端连通下联集管；或者用加热管组排列在竖立烟道内，烟道外围装配夹套与加热管组连通；或者用弯头烟管装配锅筒或夹套或联集管与烟管内的加热管组连通；或者采用钉头管安装在烟管内；或者在烟管上设置钉头、筋板和锅筒组合而构成烟道热管蒸发器。所说烟道热管多效蒸发器是在烟管内设置加热管、烟管外装配锅筒，与加热管组连通，另在锅筒上焊接加热管组连通于联集管，且安装在上行烟道内。还可以采用若干上述结构或其它结构的蒸发器互相连通。所说热管冷凝器，采用常规各种间壁式换热器。所说回液管道还安装有输液设备旁路调节装置。所说烟管还安装有温度补偿器、调温装置与清灰装置。

由于采用上述结构及工艺，所以具有以下优点与效果：

1、由于烟气加热器与用热设备构成热管传热体系，因此，它启动升温快、传热速度快、传热效率高，结果对于烟气余热就可充分回收利用。

2、由于烟气加热器与用热设备构成分离式热管体系，那么做为吸热部份的换热器可用烟管组合，用热设备可以利用现有使用中的间壁式换热器，这样余热回收利用的整体投资省，见效快。

3、由于烟气加热器与处于高位的用热设备可以构成分离式重力循环热管体系，无需使用传输设备，可首先加予应用，使该热管体系简单、可靠。

4、由于烟气加热器与用热设备构成分离式强制循环热管体系，因此，不管用热设备相距多远和处于何种高度，都能实现闭合循环。

5、用锅筒与烟管套接，可在烟管上焊筋板、钉头，在烟管内焊列管组，或采用钉头管做烟管，既增大换热面积，强化传热，又方便制造安装，尤其采用多个加热器联通。

6、由于采用汽液分离器，并在上部安装排汽阀，所以当系统内存在不冷凝气体时就可以施行排放，避免系统气阻，保持高效传热。同时利用汽液分离器设置液位控制装置，加上输液设备旁路调节装置及调节阀调节，就可以方便、迅速、均匀地调节流量，使烟气加热器的液位控制在安全的范围之内。

7、因不以普通水为工质，所以系统内壁不会结垢、不会腐蚀。可适用于对大、中、小型锅炉、加热炉、燃烧炉、冶炼炉、煤气发生炉、动力机、热力装置所排放的高温、中温、低温烟气余热的回收利用。设置烟温调节装置，使余热回收与用热工艺相适应。

8、由于烟气加热器吸热性能好，结果烟气降温快而减少排烟动力，因此可以有效减少烟尘排放，有利环境保护。

9、采用钉头管或在烟管上焊钉头，对烟气流动阻力小，不易积灰，且积灰易清理。

10、利用回流烟气冲刷加热管组上的积灰，操作简单，有利于保持高效传热。

本发明的具体结构由以下实施例及其附图给出。

图1为本发明一种用横卧烟管、锅筒、加热管组构成烟道热管蒸发器及其分离式热管体系示意图。

图2为本发明一种烟道热管多效蒸发器及其分离式热管体系示意图。

图3为本发明一种用横卧烟管、联集管、加热管组构成烟道热管蒸发器结构示意图。

图4为本发明一种用竖立烟管、夹管、加热管组构成烟道热管蒸发器结构示意图。

图5为本发明一种用弯头烟管、联集管、加热管组构成烟道热管蒸发器示意图。

图6为本发明一种在烟管内安装钉头管加热器构成烟道热管蒸发器示意图。

图7为本发明一种在烟管上设置钉头、筋板和偏心锅筒构成烟管蒸发器结构示意图。

下面结合附图详细说明依据本发明提出具体装置的细节及工作情况。

图1所示烟道热管蒸发器及其分离式热管体系，包括烟气加热器A，供汽管B，回液管F、J、P和用热设备间壁式换热器C、D、G、K、L、M，烟气加热器A内充装有传热工质26 (可选用复合介质)，用热设备间壁式换热器C、D处于烟气加热器A的上位，间壁式换热器C、D、G、K、L、M各自设有供汽支管8、进气阀7和回液支管9、排液阀10。回液管F安装带有排汽阀11、压力真空表12的汽液分离器E以及止回阀13，用热设备换热器C、D并联于供汽管B与回液管F。回流管J、P分别安装汽液分离器H、N、输液设备I、O、调节阀18、24以及止回阀19、25，其中汽液分离器H、N上部各设有排汽阀15、20和压力真空表14、21，还各设有液位控制仪16、22，用于输出液位信号控制输液设备I、O的运转及停转。输液设备I、O各安装有旁路调节装置17、23，用于调节流量及压头。用热设备换热器G并联于供汽管B与回液管J。用热设备换热器L、M互相串联，而与用热设备换热器K并联于供汽管B与回液管P。

传热工质26在烟气加热器A内受烟气27加热而相变汽化，产生蒸汽汇集于锅筒4上部或夹套39上部或上集箱26，从出口接头5通过供汽管B、供汽支管8、进汽阀7流入用热设备换热器C、D、G、K、L、M放热冷凝，冷凝液依重力作用，由回液支管9、排液阀10流入汽液分离器E、H、N，随之流入的部份汽体在汽液分离器E、H、N中分离上升，冷液26下降贮存在下部。汽液分离器E内的冷液26依重力经回液管F自然流入烟气加热器A，重新吸热蒸发、循环。而在汽液分离器H、N内的冷凝液26则由输液设备I、O经回液管J、P强制输入烟气加热器A，重新吸热蒸发、循环。就这样，烟气加热器A充当为热管蒸发器，用热设备换热器C、D、G、K、L、M充当为热管冷凝器，分别构成分离式重力循环热管系统ABCEFA、ABDEFA与分离式强制循环热管系统ABGHIJA、ABKNOPA、ABLMNOPA。

图2所示烟道热管多效蒸发器及其分离式热管体系，由若干烟气加热器互相连通。如图示，烟管3外偏心装配锅筒4，烟管3内安装加热管组1与锅筒4连通，构成烟气加热器A。锅筒4上部焊接加热管组1-1，与联集管36连通，加热管组1-1置于上行烟道内构成烟气加热器Q。锅筒4底部焊接进口管接头6与回液管F、J连接。联集管36焊接出口管接头5与供汽管B连接，这样，烟气加热器A、Q就形成烟道多效蒸发器而与用热设备热管冷凝器C、G构成若干分离式重力循环热管体系AQBCEFA和/或分离式强制循环热管体系AQBGHIJA。烟气热管加热器A内装有工质26，燃烧炉29产生的高温烟气27首先是进入烟管3加热工质26，工质26汽化后产生蒸汽流入上部烟气加热器Q，烟气27也上行给它继续加热，工质蒸汽继续升温升压，经联集管36、出口接头5而流入供气管B。打开支管供汽阀7-1，蒸汽进入用热设备间壁式换热器C放热冷凝，冷液依重力自然由汽液分离器E经回液管F进入烟道热管蒸发器A，再吸热循环。当打开支路供汽阀7-2时，蒸汽便进入间壁式换热器G放热冷凝，冷液于汽液分离器H积贮，由输液设备I强制输入烟道热管蒸发器A，再吸热循环。

图1所示烟气热管加热器A采用横卧烟管，设置加热管组与锅筒组成，加热管组由若干根加热管交叉排列于烟管3内，每根加热管两端均连通于烟管3之外，烟管3上部焊有强化传热筋板2，烟管3外围偏心套接锅筒4，锅筒4上部安装出口接头5，与供汽管B连接。锅筒4下部安装回流管接头6，与回流管F、J、P连接。

上述烟气热管加热器A与Q也可以采用如图3至图7所示的其它几种结构。图3所示为一种用横卧烟管设置加热管组与联集管组成的结构，加热管组1由若干根加热管交叉排列于烟管3内，每根加热管上端连通于上联集管26，下端连通于下联集管27，上联管26设有出口接头5，与供汽管B连接，下联集管27设有进口接头6，与回液管连接。烟管3设置温度补偿器38。图4所示为一种用竖立烟管设置加热管组1与夹套39组成的结构。竖立烟管40设有夹套39，加热管组1由若干加热管交叉排列于烟管40内，每根加热管两端均连通于夹套39，夹套39上部设出口接头5，下部设进口接头6。图5所示为一种用弯头烟管设置加热管组与联集管组合的结构。加热管组1由若干加热管交叉排列于弯头烟管41内，每根加热管上端连通于上集联管36，每根加热管下端连通于下集联管37，上集管36设出口接头5，下集管37设进口接头6。也可采用锅筒或夹套与加热管组1连通。图6所示为一种用烟管与钉头管组合的结构，钉头管43两端封堵，焊接进口管接头6和出口管接头5。图7所示为一种在烟管上设置钉头、筋板和偏心锅筒组合的结构。钉头44焊接于烟管3管外，筋板2焊于烟管3管内上半部，锅筒4向上偏心套接。锅筒4下部设进口接头6，上部设出口接头5。

图2所示的烟道热管多效蒸发器还可以采用若干上述结构或其它结构的热管蒸发器互相连通组合而成。

上述加热管采用圆管、钉头管或翅片管制成直、弯、弧形、U形、门形、S形、曲线形、螺旋形等等。锅筒可根据使用情况而设置温度补偿器。

上述用热设备换热器C、D、G、K、L、M可以是常规列管式换热器、套管式换热器、夹套式换热器、翘片式换热器、钉头管式换热器、沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热器、风冷式换热器、板式换热器等等。它可以由单台或多台经串、并或混联排列组合。

上述液位控制装置，可采用由调节阀、液位控制器、流量控制器和主调节器、副调节器组成的液位控制装置，也可以采用单参数定值调控装置，还可以采用扰动补偿调节装置等等。

工作时，可以通过调节各支路进汽阀7与排液阀10的开度来达到调节控制本支路上用热设备的供用热量，使各支路工况正常。又通过调控汽液分离器液位来调节烟气热管加热器A的液位使之保持适度。

当烟温超过设定温度时，即打开烟道旁通管的调节阀30，调节烟道调节阀35的开度，控制烟气流经蒸发器的流量和流速，从而使蒸发器蒸汽温度控制在安全范围内工作，也可将烟道调节阀35和旁通管调节阀30改用电动或电磁控制阀，由烟气加热器感温元件检测信号输入控制它们的开度以及发出报警信号。

当系统产生隋气28时，打开排汽阀15或20，即可立即排除，使系统保持在高效、安全、稳定的工况下运行。

图3所示的清灰装置是在排烟机出口管32引出回流管33，并设置支管分布于烟气加热器A；只要打开支管调节阀34，回流烟气即可冲刷加热管1上的积灰。采用钉头管，不易积灰，且积灰易清理。图5所示的清灰装置，是在横烟管上设置积灰箱42，用于定时开箱清灰。

由于加热器大量吸收烟气热，使烟温降低，减少排烟温差，加上除尘，因而可有效减少烟尘排放。

Claims (15)

1、一种烟道热管蒸发器及其分离式热管体系，由烟道、烟气加热器、间壁式用热设备、供汽管、回液管组合，烟气加热器内装有传热工质，用热设备间壁式换热器(C)、(D)处于烟气加热器(A)的上方，回流管(F)、(J)、(P)分别安装带有排汽阀(11)、(15)、(20)、压力真空表(12)、(14)、(21)的汽液分离器(E)、(H)、(N)及止回阀(13)、(19)、(25)，或者还安装带有液位控制装置(16)、(22)的输液设备(I)、(O)以及调节阀(18)、(24)，其特征在于：由烟气加热器充当热管蒸发器，若干用热设备的间壁式换热器(C)、(D)、(G)、(K)、(L)、(M)充当为热管冷凝器，二者通过供汽管(B)与回液管(F)、(J)、(P)构成若干分离式重力循环热管体系(ABCEFA)、(ABDEFA)和/或分离式强制循环热管体系(ABGHIJA)、(ABKNOPA)、(ABLMNOPA)。

2、一种烟道热管多效蒸发器及其分离式热管体系，由烟道、烟气加热器、间壁式用热设备、供汽管、回液管组合，烟气加热器(A)内装有传热工质，用热设备间壁式换热器(C)处于烟气加热器(A)上方，回液管(F)、(J)分别安装带有排汽阀(11)、压力真空表(12)、(14)的汽液分离器(E)、(H)及止回阀(13)、(19)，或者还安装带有液位控制装置(16)的输液设备(I)以及调节阀(18)，其特征在于：由若干烟气加热器(A)、(Q)互相连通充当为热管多效蒸发器，由若干用热设备间壁式换热器(C)、(G)充当为热管冷凝器，二者通过供汽管(B)、回液管(F)、(J)构成若干分离式重力循环热管体系(AQBCEFA)和/或分离式强制循环热管体系(AQBGHIJA)。

3、根据权利要求1所述烟道热管蒸发器及其分离式热管体系，其特征在于：所说烟气加热器(A)是用加热管组(1)排列在横卧烟管(3)内，用锅筒(4)设置在烟管(3)外围，加热管组(1)两端与锅筒(4)连通，构成烟道热管蒸发器。

4、根据权利要求1所述烟道热管蒸发器及其分离式热管体系，其特征在于：所说烟气加热器(A)是在烟管(3)内排列加热管组(1)，其上端连通上联集管(36)，其下端连通下联集(37)而构成烟道热管蒸发器。

5、根据权利要求1所述烟道蒸发器及其分离式热管体系，其特征在于：所说烟气加热器(A)是用竖立烟管(40)内排列加热管组(1)，竖立烟管外围设置夹套(39)，加热管组(1)两端与夹套(39)连通，构成烟道热管蒸发器。

6、根据权利要求1所述烟道蒸发器及其分离式热管体系，其特征在于：所说烟气加热器(A)是在烟管(3)内安装钉头管(43)及其进出口管接头(6)、(5)，构成烟道热管蒸发器。

7、根据权利要求1所述烟道蒸发器及其分离式热管体系，其特征在于：所说烟气加热器(A)是在烟管(3)上设置钉头(44)、筋板(2)和锅筒(4)构成烟道热管蒸发器。

8、根据权利要求1所述烟道蒸发器及其分离式热管体系，其特征在于：所说烟气加热器(A)是用弯头烟管(41)内安装加热管组(1)与联集管(36)、(37)或锅筒(4)或夹套(39)连通而构成烟道热管蒸发器。

9、根据权利要求2所述烟道热管多效蒸发器及其分离式热管体系，其特征在于：所说烟道热管多效蒸发器，由锅筒(4)偏心套接横烟管(3)，烟管(3)内设置加热管组(1)与锅筒(4)联通组成烟道热管蒸发器(A)，加热管组(1-1)由锅筒(4)上部引出，另一端接入联集管(36)，而置于烟道(3-1)中组成烟道热管蒸发器(Q)二者构成烟道热管多效蒸发器，其特征还在于，还可以采用若干由权利要求3或4，或5，或6，或7，或8所说的烟气加热器互相连通构成烟道热管多效蒸发器。

10、根据权利要求1或2所述烟道热管蒸发器与热管多效蒸发器及其分离式热管体系，其特征在于：所说用热设备间壁式换热器热管冷凝器，包括列管式冷凝器、套管式冷凝器、夹套式冷凝器、翘片式冷凝器、钉头管式冷凝器、沉浸式蛇管冷凝器，喷淋式蛇管冷凝器，石墨冷凝器、板式冷凝器等，它由单台或多台，按并联、串联或混联组成，各冷凝器分设进气支管(8)及供气阀(7)、冷凝液回流支管(9)及排液阀(10)。

11、根据权利要求1或2所述烟道热管蒸发器与热管多效蒸发器及其分离式热管体系，其特征在于：所说回液管道还安装有输液设备旁路调节装置(17)、(23)。

12、根据权利要求1或2所述烟道热管蒸发器与热管多效蒸发器，其特征在于：所说烟管制作为圆形、矩形、方形或椭圆形等等，其特征还在于，所说烟管安装有调温装置(31)与清灰装置(33)、(42)。

13、根据权利要求1或2所述烟道热管蒸发器与热管多效蒸发器，其特征在于：所说加热管组(1)是用光管、翘片管或钉头管加工为直、弯、弧形、门形、L形、U形、S形、曲线型或螺旋形而交叉排列。

14、根据权利要求12所述烟道热管蒸发器与热管多效蒸发器，其特征在于：所说排烟管(3)设置有温度补偿器(28)。

15、根据权利要求12所述烟道热管蒸发器与热管多效蒸发器，其特征在于：所说调温装置是在烟管(3)设置带有调节阀(30)的旁路管(31)，所说清灰装置是在排烟机出口管(32)上连接带有支路调节阀(34)的回流清灰装置(33)，或者在横置烟管上设置积灰箱(42)。

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