CN203249525U - 一种利用低温余热的热管式有机工质降膜蒸发器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用低温余热的热管式有机工质降膜蒸发器，包括蒸发室、热管管组、布液器、滤液器和集液槽，热管管组受热端伸入烟道内，热管管组受冷端伸入蒸发室；所述布液器和滤液器设在蒸发室内，主蒸汽管道连接滤液器，有机工质经有机工质输液管道连接布液器，布液器设在热管管组上方；所述集液槽设在蒸发室的底部，连接回流管道。本实用新型具有较高的蒸发效率，较短的蒸发时间，较少的一次性投入和较好的运行稳定性。

Description

一种利用低温余热的热管式有机工质降膜蒸发器

技术领域

本实用新型涉及一种余热回收利用系统，具体涉及一种利用低温余热的热管式有机工质降膜蒸发器。

背景技术

我国每年排放的约十亿吨标准煤当量的工业余热大部分为低温烟气余热，节能减排是我国经济和社会发展的一项长远战略方针, 也是一项极为紧迫的任务，因此研究企业生产中产生的低温余热利用和开发，是企业提高能源利用率和经济效益的一项重要工作，对我国实现节能减排、环保发展战略具有重要的现实意义。同时, 余热利用在对改善劳动条件、节约能源、增加生产、提高产品质量、降低生产成本等方面起着越来越大的作用, 有的已成为工业生产中不可分割的组成部分。

而采用不同形式蒸发器，其利用效率大不相同，效率较低时余热甚至无法回收。余热回收系统一般采用管壳式换热器回收烟气余热，但低温烟气在管壳式换热器中换热系数较低。管壳式换热器体积庞大，金属耗材多。现有的有机朗肯循环热力系统一般为亚临界参数、汽包式池沸腾生产蒸汽，所选工质一般为烷烃及其卤化物、多甲基硅氧烷等有机物，300℃以下一般采用苯、戊烷、丁烷及其卤化物等沸点较低的有机物。中国实用新型专利CN201110371040.3、CN201110371010.2虽然采用热管作为导热元件，但是汽包式池沸腾和管内流动沸腾所需工质量很大，有机工质价格昂贵其吨成本在万元左右，造成了系统投资和运行成本较高；池沸腾所需过热度一般在10℃以上才能保证蒸汽产量，而降膜蒸发的过热度在2-3℃即可保证较高的蒸汽产量，同时，热管的使用又使可利用的最低余温降低至60℃左右，而且系统工质的用量大大地减少，运行成本低，设备简单，效率高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种利用低温余热的热管式有机工质降膜蒸发器，该蒸发器不仅造价低廉，还可将低至60℃的余温热能用于生产高品位的蒸汽，用于动力、发电、制冷、供暖等方面。

本实用新型采用以下技术方案：

一种利用低温余热的热管式有机工质降膜蒸发器，包括蒸发室、热管管组、布液器、滤液器和集液槽，热管管组受热端伸入烟道内，热管管组受冷端伸入蒸发室；所述布液器和滤液器设在蒸发室内，主蒸汽管道连接滤液器，有机工质经有机工质输液管道连接布液器，布液器设在热管管组上方；所述集液槽设在蒸发室的底部，连接回流管道。

作为优选，所述集液槽为漏斗形。

作为优选，所述热管管组为直线形或Z形。

作为优选，所述布液器为管式或者板式布液器。

作为优选，所述布液器为均匀钻孔的钢管。

作为优选，所述布液器为均匀开缝隙槽道的钢板槽。

作为优选，所述热管管组受热端上设有肋片。

作为优选，所述热管管组受热端上设有带扩展肋片的防腐蚀套管。

作为优选，所述热管管组受热端上设有防磨防腐蚀层。

作为优选，所述热管管组受冷端与蒸发室连接部位设有密封结构。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型与其他蒸发器相比，具有较高的蒸发效率，较短的蒸发时间，较少的一次性投入和较好的运行稳定性。

2、与其他蒸发器相比，底部安装有集液槽，有利于有机工质的回收利用。

3、与采用其他不同形式管组作为传热元件的降膜蒸发器相比，由于采用了技术成熟的热管作为导热元件，不仅可以利用低至60℃的低温余热，而且增强了低温烟气与受热面之间的换热系数，减少热阻，大大减少热损，提高热能利用，同时减少受热面积，减小了工程造价。  

4、可以通过调整热管的蒸发段和冷凝段的外表面积，实现调整热流密度的可控性。

5、与竖管式降膜蒸发器相比，由于成膜机理不同，故横管式降膜式蒸发器可以蒸发浓度较高、粘度较大（例如在0.05～0.45Ns/m2范围内）、热敏性的物料。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型设有两种不同肋片的热管管组示意图；

图3是本实用新型实施例2的结构示意图；

图4是本实用新型布液器的截面示意图；

图5为本实用新型热管管组排列结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步描述：

 实施例1：

如图1所示，本装置主要包括热管管组、蒸发室104、、集液槽106、回流管道107、有机工质输液管道108、布液器109、滤液器110和主蒸汽管道111。热管管组受热端103伸入烟道内，热管管组受冷端105伸入蒸发室104中，低温烟气经烟气入口101流经烟道，烟气热量由热管管组受热端103吸收，经热管管组受冷端105传载至蒸发室104内。热管管组受热端104经过防磨防腐蚀处理，防止粉尘和腐蚀性气体对热管的损害。

布液器109设置在蒸发室104内热管管组上方，有机工质经有机工质输液管道108由布液器109均匀布流至热管管组最上一排热管表面。有机工质沿热管表面向下流动，吸收热管传递的热量并部分蒸发称为蒸汽，未蒸发的液体继续向下流动并滴落至下一排热管表面吸热部分蒸发，直至最后一排热管，最终未蒸发的工质流到蒸发室104底部的集液槽106中后经回流管107回流。

如图4所示，布液器109采用管式或者板式将有机工质均匀布流于热管管组受冷端105。布液器109采用钢管或钢板槽均匀钻孔或者开缝隙槽道制造而成。

滤液器110设在主蒸汽管道111与蒸发室104连接处，蒸发室104中的蒸汽经滤液器进入主蒸汽管道111，输送至蒸汽利用装置，利用后经处理可循环使用。集液槽106设在蒸发室104底部，可以将未蒸发的液体收集起来，更好地流入回流管道来循环使用。

蒸发室104与热管管组受冷端(105)有质泄漏风险。热管管组受冷端103与蒸发室104的连接部位需要使用钎焊进行封闭焊接或者使用紧密螺栓进行连接，然后加装强度较大的密封板进行强化处理。蒸发室104为压力容器，内部装设蒸发管组冷端105、布液器(109)、滤液器110，以及集液结构需要较大的内部空间，设计制造要满足国家标准以及机械部颁布的相应标准。

布液器109的设计和安装应满足将输入的有机工质均匀布流至热管管组受冷端(105)最上一排管子的能力，一般为板式、管槽式、管孔式布液器。为了保证布液器能均匀布流，可在出口加锯齿形圆环，利用液体表面张力促进其均匀分配。

滤液器110的作用是滤掉蒸汽中悬浮的未蒸发小液滴，保证主蒸汽纯净，保证蒸汽用户中动力设备的安全。一般可采用两级百叶窗或钢丝网滤液器即可保证绝大部分的未蒸发液滴被过滤。

本实用新型的工作流程为：热管管组受热端103放置于低温烟气管道内，低温烟气横向冲刷热管，热管管组受冷端105位于蒸发室104内，将受热端吸收的热量传载入蒸发室104，由有机工质输液管道108导入的液体传至布液器109，再经布液器109均匀分布至热管管组受冷端105最上一层管排，经溢流在每根热管外表面形成液膜，液膜在重力作用下自热管由上而下边流动边蒸发。蒸发生成的蒸汽经滤液器110过滤掉未蒸发的小液滴后进入主蒸汽管道111，输送给蒸汽利用装置以供使用。

工业烟气含有大量烟尘和腐蚀性气体，尤其是在尾部烟道烟气温度较低的情况下，换热器的外表面要经受高硬度烟尘的磨蚀和凝结的腐蚀性流体的腐蚀，所以需要对热管管组受热端103的外表面采取防磨防腐蚀措施。为了保证换热，可在热管受热端外边面焊接肋片，用于扩大换热表面，如图2所示。也可加装带有扩展肋片的防腐蚀套管并在套管外表面采用超音速电弧焊喷涂防磨料。

由于工业烟气的温度随着生产工艺的不同有着很大的变化范围，例如烧结废气仅150~450℃，水泥窑烟气为500~1000℃，金属冶炼炉烟气在500~1200℃，高炉烟气大于1000℃。并且热管依照不同的设计方案和规格，以及内部工质的不同使其有一定的环境限制。本实用新型可以对温度低至60℃的烟气余热进行回收，在实际工程中必须按照烟气特征和安装环境进行热管的设计、制造和安装。热管中的工质一般可选择水、酒精、丙酮等介质即可满足需求。

实施例2：

在本实施例中，热管管组的形状为Z形，其它结构与实施例1相同。热管的安装方法对其发挥良好的导热性能有很大影响，图1所示为典型的直管型热管水平安装，结构最为简单，安装施工也最方便。图3中介绍了另外一种类型的Z形热管和其安装结构示意，热管的结构对其导热性能有很大影响，在定制前需要按照客观条件进行设计。

图5为热管管组之间的结构关系，分为叉排和顺排两种。管组叉排在烟气侧有较好的换热系数，但是由于管子上下距离较大，在蒸发侧可能会导致有机工质液滴飞溅以及相邻管组相互影响；管组顺排则烟气侧有利于清灰除渣，但是排列相对稀疏，换热系数相对较低，在蒸发侧则比叉排会形成更优质的降膜液膜。

集液槽106的设计形式可以多样，应使用能承受一定压力的材质，可以为如图1所示结构，也可以为弧形结构。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种利用低温余热的热管式有机工质降膜蒸发器，其特征在于：包括蒸发室、热管管组、布液器、滤液器和集液槽，热管管组受热端伸入烟道内，热管管组受冷端伸入蒸发室；所述布液器和滤液器设在蒸发室内，主蒸汽管道连接滤液器，有机工质经有机工质输液管道连接布液器，布液器设在热管管组上方；所述集液槽设在蒸发室的底部，连接回流管道。

2.根据权利要求1所述的一种利用低温余热的热管式有机工质降膜蒸发器，其特征在于：所述集液槽为漏斗形。

3.根据权利要求1所述的一种利用低温余热的热管式有机工质降膜蒸发器，其特征在于：所述热管管组为直线形或Z形。

4.根据权利要求1所述的一种利用低温余热的热管式有机工质降膜蒸发器，其特征在于：所述布液器为管式或者板式布液器。

5.根据权利要求1所述的一种利用低温余热的热管式有机工质降膜蒸发器，其特征在于：所述布液器为均匀钻孔的钢管。

6.根据权利要求1所述的一种利用低温余热的热管式有机工质降膜蒸发器，其特征在于：所述布液器为均匀开缝隙槽道的钢板槽。

7.根据权利要求1所述的一种利用低温余热的热管式有机工质降膜蒸发器，其特征在于：所述热管管组受热端上设有肋片。

8.根据权利要求1所述的一种利用低温余热的热管式有机工质降膜蒸发器，其特征在于：所述热管管组受热端上设有带扩展肋片的防腐蚀套管。

9.根据权利要求1所述的一种利用低温余热的热管式有机工质降膜蒸发器，其特征在于：所述热管管组受热端上设有防磨防腐蚀层。

10.根据权利要求1所述的一种利用低温余热的热管式有机工质降膜蒸发器，其特征在于：所述热管管组受冷端与蒸发室连接部位设有密封结构。

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