CN204514141U - 分体式长寿高效相变换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种分体式长寿高效相变换热器，包括吸热管束、放热管束和再生阀，吸热管束包括吸热端对流换热管、以及两端封闭的吸热端上连通管和吸热端下连通管；放热管束包括放热端对流换热管、以及两端封闭的放热端上连通管和放热端下连通管；吸热端上连通管通过蒸汽输送管与放热端上连通管连通；放热端下连通管通过液体回流管与所述吸热端下连通管连通。本实用新型不改变原生产系统中的冷、热流体管道，将吸热管束、放热管束分别安装在热流体通道和冷流体通道内，能深度回收烟气的低温余热，提高3％～8％的炉效率；具有不积灰堵塞、冷流体与热流体之间进行远距离换热、冷流体与热流体之间不窜漏、实现在线再生，长周期安全生产等优点。

Description

分体式长寿高效相变换热器

技术领域

本实用新型涉及电力、冶金、化工、建材及节能环保等领域的余热回收装置，尤其涉及一种分体式长寿高效相变换热器。

背景技术

在全球能源安全和气候变暖形势日益严峻的情况下，迫切要求实施高效、低污染和低排放的技术经济模式。近年来，我国能源利用量大幅增加，尽管新能源技术开发使煤炭使用比例有所减低，但在未来相当长的一段时间内，以煤炭为主的能源结构不会发生根本性改变。以燃煤发电为例，我国2010年发电用煤量达到9.8亿吨以上，煤电比例达到59％。据预测，2020年的发电用煤量将达到20亿吨以上，煤电比例可达70％。SO2、NOx和粉尘(如烟气中的PM2.5细微颗粒物)等是大气的主要污染物，2009年全国SO2年排放总量达2214.4万吨，NOx排放量居全球首位。我国SO2排放量的90％、NOx的70％来自于燃煤，而其中50％又来自火电厂，在电力行业深化实施节能减排责任尤为重大。因此，在现有燃煤电站和发电工艺的基础上进一步提高能源利用效率、减少污染物排放是实现国家节能减排总体目标的重要途径之一。排烟热损失是工业锅炉各项热损失中最大的一项，降低排烟温度、回收烟气余热是提高锅炉效率的最直接和最有效的途径。我国燃煤产生的烟气酸露点一般在90℃～110℃，为防止尾部换热器受热面的低温露点腐蚀，燃煤锅炉设计的排烟温度在酸露点以上，一般维持在150℃甚至更高，造成了约8％～12％的锅炉效率损失。对于水分含量或氢元素含量较高的燃煤，燃烧后烟气的水蒸汽含量较高，若能将烟气温度大幅降低到酸露点以下，使其中一部水蒸汽凝结放热，不仅能够回收烟气的物理显热，还能回收可观的水蒸汽凝结热(即凝结潜热)。若将烟气排放温度降到100～60℃左右，锅炉效率可在原有的基础上提高3～8个百分点，折算得每度电节省标准煤2～3g，仅在电力行业内部若能获得推广，相当于节约燃煤约5000万吨/年，SO2排放量减少50万吨/年。若能在冶金、化工、水泥、陶瓷及节能环保等领域也都获得推广，总 体经济效益和环保效益是相当可观的。因此，大幅降低原有工业锅炉和加热炉的排烟温度，深度回收烟气余热成为节能减排、深入发展的一个必然选择。

但是，我国目前在发电、冶金、化工、水泥、陶瓷及节能环保等领域所使用的换热器，若要深度回收余热而将排烟温度大幅降到远低于露点温度，必然导致换热器受热面的低温露点腐蚀和积灰堵塞，同时还存在冷流体与热流体之间难以远距离进行换热、冷流体与热流体之间窜漏等诸多缺陷。

实用新型内容

为解决现有技术所存在的缺陷，本实用新型提供一种分体式长寿高效相变换热器，实现换热器的排烟温度远低于露点温度，深度回收烟气的低温余热，并能有效防止受热面的低温露点腐蚀，不积灰堵塞，冷流体与热流体之间进行远距离换热，冷流体与热流体之间不发生窜漏。

本实用新型所提供的分体式长寿高效相变换热器，其特征在于：包括吸热管束、放热管束和再生阀；所述吸热管束包括若干吸热端对流换热管、以及两端封闭的吸热端上连通管和吸热端下连通管；所述吸热端对流换热管的两端分别与吸热端上连通管、吸热端下连通管的侧壁连通连接；所述放热管束包括若干放热端对流换热管、以及两端封闭的放热端上连通管和放热端下连通管；所述放热端对流换热管的两端分别与放热端上连通管、放热端下连通管的侧壁连通连接；所述吸热端上连通管通过蒸汽输送管与所述放热端上连通管连通；所述放热端下连通管通过液体回流管与所述吸热端下连通管连通；所述放热端下连通管高于所述吸热端上连通管；所述再生阀设置在所述放热管束的上方，该再生阀与所述放热端上连通管或放热端下连通管连接。

吸热管束与放热管束组成一个相互连通的密闭区域，根据热流体和冷流体的温度、换热量等参数，选用一定量的传热介质充入其中并形成高真空，然后将其密封，确保不漏入空气。位于热流体通道内的吸热管束中的传热介质与烟气进行一次相变换热，传热介质由液相转变为气相，吸收大量的汽化潜热，并通过蒸汽输送管送至位于冷流体通道内的放热管束，与冷流体进行二次相变换热，传热介质由气相转变为液相，放出大量的凝结潜热，再经液体回流管回流到吸热管束内，完成两次高效相变换热，并无限重复如此循环。再生阀可实现换热器运行时在线再生，也可在换热器运行数年后因不凝性气体的产生而导致换热效率降低时，及 时在线排放不凝性气体，提升换热效率。由于吸热管束与放热管束分别设置在热流体流通通道和冷流体流通通道中，吸热管束与放热管束通过蒸汽输送管、液体回流管连接，实现冷流体与热流体之间进行远距离换热，冷流体与热流体之间不发生窜漏。

优选地，所述放热端下连通管位于所述吸热端上连通管的正上方或斜上方，具体可由生产现场原有冷、热流体的管道布置来确定。

为了深度回收烟气的低温余热，将换热器的排烟温度降低到远低于露点温度(约100～60℃左右)，为了能防止换热面的低温露点腐蚀，必须在吸热管束的外表面涂敷含有金属纳米粒子的柔性金属防腐涂层，该涂层是在具有稳定的耐酸、碱性能的防腐料中，运用流态化粉碎动力学原理，加入具有抗腐蚀性能的金属纳米粒子Ti、Cu、Co、Mg、Mo，显著提高该涂层的导热性、柔韧性、耐磨性、耐蚀性及抗结垢性等多种特殊功能，延长使用寿命。

为增大换热面积，增强换热效果，所述吸热端对流换热管、放热端对流换热管上焊接有翅片。所述吸热端对流换热管、放热端对流换热管也可直接采用高频焊螺旋翅片管。

为了防止换热器灰堵，在吸热管束和放热管束各自所处的箱体内，通过控制热流体、冷流体的最佳流速，达到自清灰的目的；由于涂敷在吸热管束外表面的柔性金属防腐涂层的表面光滑，本身就具有良好的抗结垢性能，再结合布置一定的清灰器，增强清灰效果。在吸热端上连通管、吸热端下连通管、放热端上连通管、放热端下连通管的下部设置灰斗，进行定期清灰排污，实现换热器不腐蚀、不灰堵，进行长周期安全运行。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：由于换热器的排烟温度远低于露点温度(100～60℃左右)，能深度回收烟气的低温余热，提高3％～8％的炉效率；由于在吸热管束的外表面涂敷柔性金属防腐涂层，能有效防止受热面的低温露点腐蚀；根据生产现场原有冷流体、热流体的管道布置来设置放热端下连通管和吸热端上连通管，放热端下连通管位于吸热端上连通管的正上方或斜上方，放热管束的放热端下连通管高于吸热管束的吸热端上连通管，实现换热器内的传热介质进行自然循环换热，无需泵维持；在放热管束的上方所设置的再生阀，可实现换热器运行时在线再生，也可在换热器运行数年后因不凝性气体的产生而导致换热 效率降低时，及时在线排放不凝性气体，提升换热效率；同时还具有不积灰堵塞、冷流体与热流体之间进行远距离换热、冷流体与热流体之间不窜漏、实现长寿高效安全运行等诸多优点，可广泛应用于发电、冶金、化工、水泥、陶瓷及节能环保等领域。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图。

图中：1、吸热管束，1-1、吸热端下连通管，1-2、吸热端对流换热管，1-3、吸热端上连通管，2、蒸汽输送管；3、传热介质；4、液体回流管；5、放热管束，5-1、放热端下连通管，5-2、放热端对流换热管，5-3、放热端上连通管，6、再生阀。 

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括吸热管束1、蒸汽输送管2、液体回流管4、放热管束5和再生阀6。吸热管束1包括吸热端下连通管1-1、吸热端对流换热管1-2和吸热端上连通管1-3，吸热端对流换热管1-2为多支并联，吸热端对流换热管1-2外部焊接有翅片，也可直接采用高频焊螺旋翅片管，以增加换热面积，每支吸热端对流换热管1-2的上端与吸热端上连通管1-3接通，下端与吸热端下连通管1-1接通，吸热端上连通管1-3和吸热端下连通管1-1的两端均焊有封头，吸热管束1安装在热流体(如烟气)通道内。放热管束5包括放热端下连通管5-1、放热端对流换热管5-2和放热端上连通管5-3，放热端对流换热管5-2采用多支并联，放热端对流换热管5-2的外部焊接有翅片，也可直接采用高频焊螺旋翅片管，以增加换热面积，每支放热端对流换热管5-2的上端与放热端上连通管5-3接通，下端与放热端下连通管5-1接通，放热端上连通管5-3和放热端下连通管5-1的两端均焊有封头，放热管束5安装在冷流体(如空气)通道内。放热管束5的放热端下连通管5-1高于吸热管束1的吸热端上连通管1-3，其目的是使换热器内的传热介质进行自然循环换热，无需泵维持，根据生产现场原有冷流体、热流体的管道布置来设置放热端下连通管和吸热端上连通管，放热端下连通管位于吸热端上连通管的正上方或斜上方。蒸汽输送管2的下端与吸热管束1的吸热端上连通管1-3接通，上端与放热管束5的放热端上连通管5-3接通。液体回流管4的下端与吸热管束1的吸热端下连通管1-1接通，上端与放热管束5 的放热端下连通管5-1接通。放热管束与吸热管束组成一个相互连通的密闭装置，并形成高度真空，再充入适当数量的传热介质，不得漏入空气，然后再进行密封，使传热介质3在吸热管束1内进行高效蒸发吸热、在放热管束5内进行高效凝结放热。再生阀6设置在放热管束5的上方，再生阀6可实现换热器运行时在线再生，也可在换热器运行数年后因不凝性气体的产生而导致换热效率降低时，及时在线排放不凝性气体，提升换热效率。

为了防止低温露点腐蚀，在吸热管束1(包括吸热端下连通管1-1、吸热端对流换热管1-2和吸热端上连通管1-3)的外表面涂敷柔性金属防腐涂层，使得本实用新型的排烟温度降低到远低于露点温度(100～60℃左右)，有效防止换热面产生低温露点腐蚀，进行长周期安全运行。

为了防止换热器灰堵，在吸热管束1和放热管束5各自所处的箱体内，通过控制热流体、冷流体的最佳流速，达到自清灰的目的；由于涂敷在吸热管束1外表面的柔性金属防腐涂层的表面光滑，本身就具有良好的抗结垢性能，再结合布置一定的清灰器，增强清灰效果。在吸热端上连通管1-3、吸热端下连通管1-1、放热端上连通管5-3、放热端下连通管5-1的下部设置灰斗，进行定期清灰排污，实现换热器不腐蚀、不灰堵，进行长周期安全运行。

本实用新型具体工作方式如下：位于热流体通道内的吸热管束1中的传热介质3与烟气进行一次相变换热，传热介质3由液相转变为气相，吸收大量的汽化潜热，并通过蒸汽输送管2送至位于冷流体通道内的放热管束5，与冷流体进行二次相变换热，传热介质3由气相转变为液相，放出大量的凝结潜热，再经液体回流管4回流到吸热管束1内，完成两次高效相变换热，并无限重复如此循环。

Claims (6)

1.一种分体式长寿高效相变换热器，其特征在于：包括吸热管束、放热管束和再生阀；所述吸热管束包括若干吸热端对流换热管、以及两端封闭的吸热端上连通管和吸热端下连通管；所述吸热端对流换热管的两端分别与吸热端上连通管、吸热端下连通管的侧壁连通连接；所述放热管束包括若干放热端对流换热管、以及两端封闭的放热端上连通管和放热端下连通管；所述放热端对流换热管的两端分别与放热端上连通管、放热端下连通管的侧壁连通连接；所述吸热端上连通管通过蒸汽输送管与所述放热端上连通管连通；所述放热端下连通管通过液体回流管与所述吸热端下连通管连通；所述放热端下连通管高于所述吸热端上连通管；所述再生阀设置在所述放热管束的上方，该再生阀与所述放热端上连通管或放热端下连通管连接。

2.如权利要求1所述的分体式长寿高效相变换热器，其特征在于：所述放热端下连通管位于所述吸热端上连通管的正上方或斜上方。

3.如权利要求1所述的分体式长寿高效相变换热器，其特征在于：所述吸热管束的外部具有柔性金属防腐涂层。

4.如权利要求1、2或3所述的分体式长寿高效相变换热器，其特征在于：所述吸热端对流热管、放热端对流热管上焊接有翅片。

5.如权利要求1、2或3所述的分体式长寿高效相变换热器，其特征在于：所述吸热端对流换热管、放热端对流换热管均采用高频焊螺旋翅片管。

6.如权利要求1、2或3所述的分体式长寿高效相变换热器，其特征在于：还包括清灰器，该清灰器与所述吸热管束相对应。