CN204478120U - 传热界面温度可控可调烟气余热回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种传热界面温度可控可调烟气余热回收装置，设置了换热器、汽液混合加热器、汽液分离罐和用于调控锅炉烟气余热的控制器等，采用直接将蒸汽和冷水混合的加热方式，减少热量损失，并引入了控制器，取温度参考值作为控制参考值，与酸露点相比较，调节混合的蒸汽和外来的水的比例，从而调节回流至换热器的水的温度，不管锅炉的负荷怎么变化，都能稳定控制烟气余热回收装置的最低壁温高于酸露点，同时最大限度的回收利用锅炉产生的烟气的热量。

Description

传热界面温度可控可调烟气余热回收装置

技术领域

本实用新型涉及锅炉、化工及工业窑炉的烟气余热回收技术领域，特别是涉及传热界面温度可控可调烟气余热回收装置。

背景技术

随着现代化的不断发展，对能源的依赖越来越严重，然而现在大多数工业消耗的能源来源，如石油、煤等都是不可再生能源，并且这些能源对环境的污染严重，国家为了减少这种能源需求与环境污染的压力，提高能源利用率，大力推广生物质锅炉。生物质锅炉的燃料来源是秸秆、水稻秆、薪材、木屑、花生壳、瓜子壳、甜菜粕、树皮等废弃的农作物，经粉碎、混合、挤压、烘干等工艺，最后制成颗粒状燃料，然而这些生物质燃料含有大量的水分以及少量的硫组分，虽然燃料经过风干、烘干工艺，但是还是含有不小的水分，燃烧后烟气中含有大量的水蒸汽，容易与烟气中的SO3结合形成硫酸蒸汽，如果排烟温度过低使得换热设备金属壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点(酸露点)，就会在其表面形成液态硫酸(称为酸露)，导致锅炉上的换热设备产生腐蚀而失效。在锅炉行业，为了避免酸露腐蚀，通常设计排烟温度高于200℃，这又导致大量的烟气热量白白浪费掉，降低了能源利用率。

为了解决该问题，市场上出现了“相变换热器”，该换热器在一定程度上解决了酸露腐蚀问题，可以把排烟温度降低到130℃，但是相变换热器的换热器通常采用高频翅片管，加上换热管布置不合理，导致容易产生磨损和堵灰，并且其换热效率低，从而使得换热器的体积庞大，耗材量急剧上升。再者，相变换热器的放热端使用管壳式换热器或者与换热器相同的结构方式，使得相变换热器不得不进行间接式换热，导致其换热效率再一次降低。在同等条件下，从热换原理的比较上看，相变换热器间接换热的换热效率永远比不上普通换热器的一次换热的效率，造成相变换热器在市场竞争力大大下降。因此，即便是使用相变换热器，也难以保证锅炉的能源利用率并有效防止换热设备被酸露腐蚀。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种传热界面温度可控可调烟气余热回收装置，以使锅炉尾部换热面不产生酸露腐蚀，又能降低排烟温度，尽量回收烟气热量，同时避免了将相变换热器因堵灰、磨损、换热效率低而导致的体积和耗材量大等问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

传热界面温度可控可调烟气余热回收装置，包括换热器、汽液混合加热器、汽液分离罐和用于调控锅炉烟气余热的控制器，锅炉燃烧产生的烟气经由所述换热器排至外界，所述换热器一侧的底部设有换热介质入口，另一侧的顶部设有换热介质出口，所述换热介质出口设有连接至汽液混合加热器的上升管，所述汽液混合加热器的一端设有供外部水量输入的进水管，进水管上设有控制阀，所述汽液混合加热器的另一端设有连接至汽液分离罐顶部的总管，所述汽液分离罐的底部设有连接回所述换热介质入口的下降管和连接至外界的余热输出管，下降管上设有测温仪，所述控制器的输入端与测温仪相连，控制器的输出端与所述控制阀相连。

锅炉燃烧产生的烟气经由换热器时，换热介质吸收高温烟气的热量，产生蒸汽后沿着上升管到达汽液混合加热器，外部通入的适量的水与蒸汽混合，使得水吸收蒸汽的热量后温度上升，而蒸汽发热后变成冷凝水，被加热的水和冷凝水一起汇合到汽液分离罐，经过分离后一部分水经余热输出管输出，供用户使用，另一部分水通过下降管回到换热器中，形成换热介质的流动循环，而控制器根据测温仪检测的回流的水的温度，改变控制阀的开度，调节与蒸汽混合的水量，从而控制回流至换热器的水的温度，使换热器的最低壁面温度高于酸露点，同时尽可能吸收烟气余热。该装置结构合理，能够在锅炉烟气余热利用改造中，大幅降低烟气的排烟温度，使大量的中低温热能被有效回收，产生可观的经济利益。

所述汽液分离罐上还设有液位监视仪，所述控制器还设有另一输入端并与液位监视仪相连。能采集汽液分离器罐的液位，及时调整输入的水量，保证汽液分离罐的安全。

所述换热器内设置有多条并排的、供锅炉烟气通过的SP换热管，换热介质从相邻SP换热管之间流过。能使流过SP换热管表面的流体产生剧烈紊流，破坏边界层，提高对流换热系数，并且该管束利用了管子自支撑形成整体的原理，避免了采用折流板造成流体流场不均匀、阻力大、组装困难等情况出现。

所述汽液分离罐的顶部还设有过压泄压器。能在汽液分离罐内的压力上升到临界值时，打开过压泄压器，确保设备安全。

所述上升管上还设有止逆阀。能防止被加热的水倒流至换热器内。

所述汽液分离罐的底部还设有排污管。能在设备检修时，打开排污管排污。

所述下降管上设有进液阀。能控制流回换热器的水的流量。

本实用新型的优点是：

第一，能够在锅炉余热利用改造中，大幅降低烟气的排烟温度，使大量的中低温热能被有效回收，产生十分可观的经济效益；

第二，在降低排烟温度的同时，保证换热设备上金属受热面璧面温度处于较高的温度水平，远离酸露点的附属区域，从根本上避免了结露腐蚀和由此发生的堵灰，大幅降低设备的维修成本；

第三，实现了换热器金属传热界面最低壁面温度处于可控可调状态，余热回收装置具有相当幅度的调节能力，使排烟温度和璧面温度保持相对稳定，并能适应锅炉的燃料品种以及负荷的变化；

第四，保留了热管换热器所具有的一次换热的高效传热特性的同时，可通过排气操作有效的解决相变换热器的老化问题，大大延长了设备的使用寿命；

第五，能够在进行余热回收的同时进行除尘减霾，提高了保护环境效益。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

附图标记说明：1、总管；2、过压泄压器；3、液位监视仪；4、汽液分离罐；5、余热输出管；6、排污管；7、下降管；8、汽液混合加热器；9、控制阀；10、止逆阀；11、控制器；12、换热器；13、进液阀；14、测温仪；15、上升管；16、进水管。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例

如图1所示，传热界面温度可控可调烟气余热回收装置，包括换热器12、汽液混合加热器8、汽液分离罐4和用于调控锅炉烟气余热的控制器11，锅炉燃烧产生的烟气经由所述换热器12排至外界，所述换热器12一侧的底部设有换热介质入口，另一侧的顶部设有换热介质出口，所述换热介质出口设有连接至汽液混合加热器8的上升管15，所述汽液混合加热器8的一端设有供外部水量输入的进水管16，进水管16上设有控制阀9，所述汽液混合加热器8的另一端设有连接至汽液分离罐4顶部的总管1，所述汽液分离罐4的底部设有连接回所述换热介质入口的下降管7和连接至外界的余热输出管5，下降管7上设有测温仪14，所述控制器11的输入端与测温仪14相连，控制器11的输出端与所述控制阀9相连。

锅炉燃烧产生的烟气经由换热器12时，换热介质吸收高温烟气的热量，产生蒸汽后沿着上升管15到达汽液混合加热器8，外部通入的适量的水与蒸汽混合，使得水吸收蒸汽的热量后温度上升，而蒸汽发热后变成冷凝水，被加热的水和冷凝水一起汇合到汽液分离罐4，经过分离后一部分水经余热输出管5输出，供用户使用，另一部分水通过下降管7回到换热器12中，形成换热介质的流动循环，而控制器11根据测温仪14检测的回流的水的温度，改变控制阀9的开度，调节与蒸汽混合的水量，从而控制回流至换热器12的水的温度，使换热器12的最低壁面温度高于酸露点，同时尽可能吸收烟气余热。

优选地，所述汽液分离罐4上还设有液位监视仪3，所述控制器11还设有另一输入端并与液位监视仪3相连；所述换热器12内设置有多条并排的、供锅炉烟气通过的SP换热管，换热介质从相邻SP换热管之间流过；所述汽液分离罐4的顶部还设有过压泄压器2；所述上升管15上还设有止逆阀10；所述汽液分离罐4的底部还设有排污管6；所述下降管7上设有进液阀13。

SP换热管，指的是形状特别的和具有螺旋状的换热管，英文全称为：specialspiral。该换热管是根据不同工艺场所需要，通过特制专用机器平台把普通光管加工而成截面为各种形状的变形管，并且加工成的截面形状沿着轴线方向始终保持不变。也称之为异形管。

如图所示，本实用新型包括汽液分离罐4、汽液混合加热器8、换热器12、控制器11等，其布置方式为：换热器12上的换热介质出口与上升管15连接，上升管15连接汽液混合加热器8，汽液混合加热器8通过总管1连接至汽液分离罐4，然后汽液分离罐4通过下降管7与换热器12上的换热介质进口连接，形成了一个完整的换热介质流动循环系统；同时，冷水通过进水管16和控制阀9进入汽液混合加热器8，进来的冷水与被加热的换热介质蒸汽混合后变成热流体，热流体通过总管1进入汽液分离罐4，再经过余热输出管5将回收的烟气余热输送至外界应用处。在下降管7上装有进液阀13，上升管15上装有止逆阀10，汽液分离罐4上装有过压泄压器2、液位监视仪3和排污管6。实际使用中，还会在排污管6、余热输出管5上安装阀门。工作时，以下降管7内回流液的温度值和汽液分离罐4内的液位值同时作为控制器11的控制信号，因此控制器11的两个输入端分别连接测温仪14和液位监视仪3，而输出端连接控制阀9。

在烟气余热回收过程中，换热器12采用了高效强化的SP换热管，该管件通过加工成型特性管形，使得流过其表面的流体产生剧烈紊流，破坏其边界层，提高其对流换热系数，并且管束利用了管子自支撑形成整体的原理，避免了采用折流板造成流体流场不均匀、阻力大、组装困难等情况出现；由此，换热器12实现了纯逆流、高流速、低阻力等目的，可提高传热效率20-40％，降低运行阻力而节能30-70％。此外，SP换热管/PS换热管纯逆流换热器12节材15-30％，体积小20-40％、重量减少30％，还可实现壁面温度整体均匀，而不会出现前几排壁温比较高，后几排壁温比较低的情况，再结合旋风分离除尘原理，能够对烟气中的灰尘进行有效去除。另外，采用了汽液混合加热器8，蒸汽与水是直接换热，减少了一个间接换热设备，不仅减少了热量损失，也提高换热效率。

对于汽液分离罐4，从图1可以看出，该装置起到汽液分离、储液作用。它首先收集从汽液混合加热器8输送过来的含有少量汽体的高温水，经过它的处理分离后，一部分供用户使用，另一部分重新流回换热器12中，继续吸收烟气热量。汽液分离罐4上装有过压泄压器2，当压力上升到汽液分离罐4的上限时自动打开泄压，确保了该装置的安全。另外，在汽液分离罐4底部设置了排污管6，当设备维修时，可打开排污管6进行排污。

对于汽液混合加热器8，其利用被锅炉烟气加热的换热介质蒸汽与外部送来的较冷的液体直接混合，起到对冷液体直接加热的作用，减少了间接加热造成热量损失。

控制器11则根据排烟温度的变化自动调节换热器12的最低壁面温度，使得换热器12的最低壁面温度始终高于酸露点温度，同时控制汽液分离罐4的最大液位不超过界定值。

本实用新型工作流程如下：

首先换热器12从锅炉烟气中吸取热量，把流经换热器12的循环水加热成蒸汽，蒸汽顺着上升管15穿过止逆阀10进入汽液混合加热器8，与通过进水管16和控制阀9的外部进来的除盐水进行混合，在汽液混合加热器8内，该蒸汽将除盐水加热，同时蒸汽变成凝结水，然后一起经过总管1进入汽液分离罐4，汽液分离罐4把少量的没有凝结成水的蒸汽分离掉，并将一部分被加热的除盐水和凝结水混合后输送至用户，另一部分通过下降管7送回到换热器12。

由于烟气中含有大量的水蒸汽，并与烟气中的SO3结合形成硫酸蒸汽，如果排烟温度过低使得其碰到的壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点(酸露点)，就会在壁面表面形成液态硫酸(称为酸露)，造成换热设备产生腐蚀而失效。为了尽可能回收烟气中的热量，又避免产生酸露，本实用新型采用了控制器11，随时监控换热器12的最低壁面温度，可使换热器12的最低壁面温度不仅只低于排烟温度10～15℃，而且高于酸露点温度T0。控制器11的控制过程为：当排烟温度过高或过低时，通过测温仪14取得换热器12的回流水温度，作为换热器12的最低壁面温度参考值T，并以该值作为控制阀9的第一控制参数，如果T＞T0时，就使控制阀9加大开度，增加进水管16的流量，让更多的较冷的除盐水与蒸汽混合，降低混合后的水温，从而降低换热器12的最低壁面温度，并控制在排烟温度以下10～15℃；如果T＜T0时，则使控制阀9减小开度，减小进水管16的流量，减小进来的除盐水与蒸汽的混合力度，从而升高换热器12的最低壁面温度，使其只低于排烟温度10～15℃；当排烟温度适合时，保持控制阀9的状态稳定不变。

为了保证汽液分罐的安全，把汽液分离罐4的液面高度作为控制器11的第二输入量，即控制阀9的第二控制参数。在满足上述的第一控制参数的前提下，当汽液分罐的液面高于设定的高位时，则减小控制阀9的开度；当汽液分离罐4的液面低于设定的低位时，则加大控制阀9的开度；当汽液分离罐4的液面处于设定的合适范围内时，则保持控制阀9的开度不变。

本实用新型采用直接将蒸汽和冷水混合的加热方式，可减少热量损失，为了控制换热器的最低壁面温度，引入了控制器，取温度参考值T(一般取高于酸露点10～15℃)作为控制参考值，与酸露点相比较，进而调节混合的蒸汽和外来的水的比例，从而调节回流至换热器的水的温度。这样不管锅炉的负荷怎么变化，都能稳定控制烟气余热回收装置的最低壁温高于酸露点，并尽量回收利用锅炉产生的烟气的热量。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (7)

1.传热界面温度可控可调烟气余热回收装置，其特征在于，包括换热器、汽液混合加热器、汽液分离罐和用于调控锅炉烟气余热的控制器，锅炉燃烧产生的烟气经由所述换热器排至外界，所述换热器一侧的底部设有换热介质入口，另一侧的顶部设有换热介质出口，所述换热介质出口设有连接至汽液混合加热器的上升管，所述汽液混合加热器的一端设有供外部水量输入的进水管，进水管上设有控制阀，所述汽液混合加热器的另一端设有连接至汽液分离罐顶部的总管，所述汽液分离罐的底部设有连接回所述换热介质入口的下降管和连接至外界的余热输出管，下降管上设有测温仪，所述控制器的输入端与测温仪相连，控制器的输出端与所述控制阀相连。

2.根据权利要求1所述的传热界面温度可控可调烟气余热回收装置，其特征在于，所述汽液分离罐上还设有液位监视仪，所述控制器还设有另一输入端并与液位监视仪相连。

3.根据权利要求2所述的传热界面温度可控可调烟气余热回收装置，其特征在于，所述换热器内设置有多条并排的、供锅炉烟气通过的SP换热管，换热介质从相邻SP换热管之间流过。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的传热界面温度可控可调烟气余热回收装置，其特征在于，所述汽液分离罐的顶部还设有过压泄压器。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的传热界面温度可控可调烟气余热回收装置，其特征在于，所述上升管上还设有止逆阀。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的传热界面温度可控可调烟气余热回收装置，其特征在于，所述汽液分离罐的底部还设有排污管。

7.根据权利要求1-3任意一项所述的传热界面温度可控可调烟气余热回收装置，其特征在于，所述下降管上设有进液阀。