CN201892454U - 整体均温分体式热管换热器 - Google Patents

整体均温分体式热管换热器 Download PDF

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Abstract

一种传热技术领域的整体均温分体式热管换热器,包括蒸发段、冷凝段、连通管道上升管和下降管、壁面温度测试仪、控制系统。蒸发段的布置低于冷凝段,蒸发段上端与上升管的下端连接,上升管的上端则与冷凝段的顶部相连接,冷凝段的底部连接到下降管的上端,下降管的下端则穿过蒸发段的上端最后回到蒸发段的下端而连接形成工质循环回路,壁面温度控制仪与控制系统的一端连接,控制系统的另一端连接到控制冷流体流量的管路控制阀上。本实用新型解决了现有分体式热管换热器技术整体均温性较差和壁面温度不能控制调整从而导致酸露腐蚀情况发生的问题,确保受热面不发生结露的前提下,排烟温度可降至仅高于烟气酸露点20~25℃,在现有分体式热管换热器技术改造提高锅炉效率能力的基础上使锅炉效率再增高约1~2%。

Description

整体均温分体式热管换热器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及的是一种传热技术领域的装置,具体的说是一种通过加热冷凝段 回流介质来防止蒸发段局部受热面过冷的整体均温分体式热管换热器。
背景技术
[0002] 现有技术中的电厂锅炉尾部烟道中通常设有省煤器和空气预热器用以吸收烟气 热量,但由于烟气中SO3的存在,排烟温度过低会导致金属受热面的壁面温度低于烟气酸露 点而发生严重的结露腐蚀和堵灰,所以空预器出口的排烟温度通常只能做到140°c以上而 无法进一步降低,这是继续降低排烟温度、利用烟气余热必须面对的难题。
[0003] 现有分体式热管换热器能在一定程度上达到降低排烟温度、回收这部分余热的目 的。但在实际工程应用中发现,由于锅炉运行工况并不稳定,烟气酸露点会随着锅炉负荷、 燃烧方式、燃料性质、环境温度的变化而发生波动;同时,由于在分体式热管换热器的介质 循环管路中存在沿程阻力等原因,会导致换热器下降管段中的液态水压力低于上升管段, 根据热力学原理可知其相对应的饱和温度也比上升管段低;此外,冷凝水在进入蒸发段之 前往往会经过较长的管路,也会存在不可忽略的散热损失;在个别工况下,下降管段的冷凝 水液位上升至冷凝段,会出现冷凝水和冷流体直接“液-液换热”的情况,会使冷凝水的温 度大幅度降低。上述原因都会导致冷凝水过冷,严重偏离设计值。
[0004] 综上所述,现有分体式热管换热器的金属受热面整体均温性较差且最低壁面温度 无法可控可调,在实际运行中经常会出现进入蒸发段底部的循环水过冷从而导致金属受热 面温度过低发生酸露腐蚀的情况。为了保证换热器在运行过程中不发生结露腐蚀,使其寿 命达到所要求的使用年限,工程技术人员在设计中必须要考虑以上因素对设备运行状况的 影响,即在设计换热器的最低壁面温度时留有非常大的安全余量,现状通常是排烟温度最 多也只能降低至高于烟气酸露点45°C左右。显然,这样的设计方法和实际运行结果从余热 利用上讲都不是一个理想的状况。
[0005] 随着当前全球能源紧张和对减排的要求,降低现有技术的锅炉排烟温度已经成为 传热技术领域工程技术人员追求的技术目标和急于解决的技术难题。
实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的在于针对现有技术中出现的问题,提供一种整体均温分体式热 管换热器。即通过加热冷凝器回流介质来防止蒸发段局部受热面过冷,在保证不发生酸露 腐蚀的情况下尽可能地降低锅炉排烟温度,解决了现有分体式热管换热器整体均温性较差 和壁面温度无法控制调整,从而导致排烟温度无法安全有效的进一步降低等问题。
[0007] 本实用新型是通过以下技术方案实现的:
[0008] 本实用新型包括蒸发段、冷凝段、连通管道上升管和下降管、温度测试仪、控制系 统。蒸发段的布置低于冷凝段,蒸发段上端与上升管的下端连接,上升管的上端则与冷凝段 的顶部相连接,冷凝段的底部连接到下降管的上端,下降管的下端穿过蒸发段上端后回到蒸发段的下端而连接形成工质循环回路,温度测试仪与控制系统的一端连接,控制系统的 另一端连接到控制冷流体流量的管路控制阀上。
[0009] 所述的蒸发段包括:位于上端的上集管、位于下端的下集管,上集管和下集管之间 由并联排列的热管组件连接。
[0010] 所述的热管组件包括:上联通管、热管和下联通管,热管上端与上联通管连接,热 管下端与下联通管连接。
[0011] 所述的热管组件是一列并排的结构。
[0012] 所述的温度测试仪放置于热管的内部循环工质中,起到实时监测循环工质温度的 作用。
[0013] 所述的下降管在连接到入蒸发段下端之前,先穿过蒸发段顶部的上联通管或上集管。
[0014] 本实用新型冷流体从冷凝段的一端流进与汽态的循环工质进行热量交换后从另 外一端流出,蒸发段在吸收高温烟气的热量后使液态的循环工质汽化,冷凝段中汽态的循 环工质释放汽化潜热将热量传递给冷流体使冷流体的温度升高,循环工质自身由汽态冷凝 回到液态。设置在热管内部的温度测试仪用于测量循环工质在热管中的温度,同时温度测 试仪连接到控制系统上,控制系统的另一端连接管路控制阀用以调节进入冷凝段的冷流体 流量。
[0015] 本实用新型蒸发段起到了将烟气的热量转化给循环介质的作用,在蒸发段中,液 态的循环工质吸收烟气余热形成等温等压的饱和蒸汽,该蒸汽在冷凝段中与温度相对较低 的冷流体进行换热,自身由于释放了汽化潜热而凝结成水,显然,冷凝段的作用就是把蒸汽 的热量传递给冷流体。由于本实用新型的特殊结构,冷凝水经下降管返回至蒸发段底部之 前,会被引至上集管或上联通管中,被其中的饱和蒸汽加热至与蒸汽相同的温度。这样就有 效避免了进入蒸发段底部的液态循环工质出现过冷,从而保证了整个循环管路的温度分布 均勻。之后,该液态循环工质在蒸发段再受热蒸发形成等温等压的饱和蒸汽,于是,在蒸发 段和冷凝段内腔中的循环工质就形成了这样一个不断蒸发和凝结的循环。温度测试仪将采 集得到的蒸发段热管内部循环工质的温度信号发送至控制系统,用来控制冷流体的截流阀 以调节进入冷凝段的冷流体流量。由于热管内侧是液态的循环工质,而外侧则是气态的锅 炉烟气,根据热力学原理可知内侧的换热系数远大于外侧,热管壁面的温度会非常接近内 侧的循环工质的温度。工程实践表明,壁面温度会比内侧的循环工质温度高1°C至2°C,而 且这个差值不会随着设备的运行出现大的波动,所以可以通过对热管内部循环工质温度的 实时监控来实现对热管壁面温度的控制,整个控制系统起的作用就是根据对系统运行的情 况的实时监控,合理的调节冷流体的流量值,使其与系统循环工质的传热能力相协调,这样 就可以调整内腔循环工质的饱和状态,从而起到调节壁面温度的作用,形成壁面温度调节 的闭环控制。
[0016] 本实用新型能够有效杜绝过冷的冷凝水进入蒸发段,导致蒸发段的热管壁面温度 分布不均勻,底部温度过低从而出现酸露腐蚀这种不良工况的发生。冷凝水在经由下降管 返回至蒸发段之前,会经过上集管或上联通管中,并被其中的蒸汽的加热升高至与蒸汽相 同的温度,非常有效的避免了冷凝水过冷情况的出现,实现本热管金属壁面温度分布的整 体均勻,杜绝了酸露腐蚀对热管壁面的破坏,为设备保持正常运行提供了强有力的保证。[0017] 与现有分体式热管换热器技术相比,本实用新型冷凝水流经置于烟气中的蒸发段 到受热蒸发的整个过程中,由于冷凝段内部结构和装备连接管道存在不可预见的散热等原 因导致冷凝水过冷,这样就会使烟气中的蒸发段底部的壁面温度过低,从而威胁到系统的 正常运行。在上述的条件限制下,确保受热面不发生结露腐蚀,一般的分体式热管换热器技 术设置控制壁面温度须高于烟气酸露点15°C (或更高)。而本实用新型采用较简易的结 构,达到让循环工质不再过冷的目的,也使得热管壁面温度分布实现了整体均勻分布,对锅 炉排烟温度进一步降低提供了可靠的技术保障。
[0018] 本实用新型解决了现有分体式热管换热器整体均温性较差且壁面温度不能控制 调整的问题,在确保受热面不发生结露的前提下,本实用新型可将排烟温度可降至仅高于 烟气酸露点20〜25°C,在现有分体式热管换热器技术改造提高锅炉效率能力的基础上使 锅炉效率再增高约1〜2%。
附图说明
[0019] 图1为本实用新型的实施例结构示意图;
[0020] 图2为图1剖视图;
[0021] 图中:1蒸发段、2冷凝段、3上升管、4下降管、5温度测试仪、6控制系统、7冷流体、 8热管组件、9上集管、10下集管、11上联通管、12热管、13下联通管。
[0022] 图3为普通分体式热管换热器工质循环图。
[0023] 图4为本例工质循环图。
具体实施方式
[0024] 下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明,以下实施例在以本实用新型技 术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的实施过程,但本实用新型的保 护范围不限于下述的实施例。
[0025] 实施例
[0026] 如图1和图2所示,本实施例包括蒸发段1、冷凝段2、联通管道上升管3、下降管 4、温度测试仪5、控制系统6、冷流体7、热管组件8、上集管9、下集管10、上联通管11、热管 12、下联通管13。蒸发段1布置低于冷凝段2,蒸发段1上端与上升管3的下端连接,上升 管3的上端则与冷凝段2的顶部相连接,冷凝段2的底部连接到下降管4的上端,下降管4 的下端则回到蒸发段1的下端而连接形成工质循环回路,位于蒸发段1上端的上集管9和 位于蒸发段1下端的下集管10之间由并联排列的热管组件8连接。热管12上端与上联通 管11连接,热管12下端与下联通管13连接,温度测试仪5放置于蒸发段1的内部循环工 质中,即时监控热管12的壁面温度,温度测试仪5与控制系统6的一端连接,控制系统6的 另一端连接到控制冷流体7流量的管路控制阀上。
[0027] 如图3、图4所示,下降管4并不是直接连接到蒸发段1上,而是在连接到入蒸发段 1下端之前,先穿过蒸发段1顶部的上联通管11或上集管9。
[0028] 本实施例烟气酸露点为85°C的锅炉尾部烟道烟气进入蒸发段1中,跟热管12的表 面直接接触,与热管里面的液态循环工质形成换热,最终,热管12中的循环工质吸收烟气 余热产生90°C的饱和蒸汽,蒸汽通过上联通管11后汇聚与上集管9,然后所有的蒸汽通过
5上升管3进入冷凝段2中的换热器与来自冷流体7中20°C的常温水换热凝结至75〜80°C, 在换热器的另一端,20°C的常温工质由于吸收了蒸汽的热量被加热至80°C左右后进入锅炉 系统以提高锅炉效率,冷凝水经下降管4中段,返回至蒸发段1受热蒸发前会穿过上集管9 和里面的蒸汽进行换热,上集管9和上联通管11内的饱和蒸汽将75〜80°C的冷凝水加热 至90°C,此后90°C的冷凝水经下降管4下段返回至蒸发段1中的下集管10,分散至各个下 联通管13,最后重新进入热管12再受热蒸发产生蒸汽开始新的循环过程,这样在蒸发段1 和冷凝段2的内腔介质侧形成了不断蒸发和凝结的循环。壁面温度测试仪5将测得的蒸发 段1中热管12内部循环工质的温度信号90°C (正常工况下为88〜92°C )发送至控制系 统6,由于本例中系统处于正常运行状态,无需调节冷流体7的管路阀门,如果所测得的温 度信号处于异常值,则控制系统可以根据信号与标准参数的对比情况来合理控制冷流体7 管路上调节阀的开度以改变进入冷凝段2的冷流体流量,从而使热管12的壁面温度回到正 常范围。
[0029] 由此,本实施例使壁面温度始终保持在91°C左右,此时相变换热器出口温度,即锅 炉排烟温度一般为106°C左右,排烟温度仅高于烟气酸露点21°C。

Claims (6)

1. 一种整体均温分体式热管换热器,其特征在于,包括蒸发段、冷凝段、连通管道上升 管和下降管、温度测试仪、控制系统,蒸发段的布置低于冷凝段,蒸发段上端与上升管的下 端连接,上升管的上端则与冷凝段的顶部相连接,冷凝段的底部连接到下降管的上端,下降 管的下端穿过蒸发段上端后回到蒸发段的下端而连接形成工质循环回路,温度测试仪与控 制系统的一端连接,控制系统的另一端连接到控制冷流体流量的管路控制阀上。
2.根据权利要求1所述的整体均温分体式热管换热器,其特征是,所述的蒸发段包括: 位于上端的上集管、位于下端的下集管,上集管和下集管之间由并联排列的热管组件相连 接。
3.根据权利要求1或者2所述的整体均温分体式热管换热器,其特征是,所述的热管组 件包括:上联通管、热管和下联通管,热管上端与上联通管连接,下端与下联通管连接。
4.根据权利要求1或者2所述的整体均温分体式热管换热器,其特征是,所述的热管组 件是一列并排的结构。
5.根据权利要求1所述的整体均温分体式热管换热器,其特征是,所述的壁面温度测 试仪的测点放置于循环工质中。
6.根据权利要求1所述的整体均温分体式热管换热器,其特征是,所述的下降管在连 接到蒸发段下端之前,先穿过蒸发段顶部的上联通管或上集管。
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