CN208751324U - 水流动层换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型发明涉公开了余热回收技术领域的一种可降低烟气中污染物排放的水流动层换热器。包括烟气入口段、水层段和挡水板，其特征在于：所述烟气入口段、水层段和挡水板设置在换热器的壳体中，换热器的壳体上部为出烟口，烟气入口段设置在换热器壳体的下部，换热器壳体的上部设有挡水板，换热器壳体中部设有水层段，水层段由孔板和换热管组成，换热管安装在孔板上，孔板为不锈钢孔板，不锈钢孔板上均匀分布有若干通流孔，水层段的壳体两侧分别设有进水口和溢流口，换热器壳体底部设有循环水收集器，水层段和循环水收集器间的循环水通过循环泵和回流管循环。本实用新型具有潜热回收、热传导率非常、耐酸性腐蚀和换热器除尘好等优点。

Description

水流动层换热器

技术领域

本实用新型发明涉及余热回收技术领域的一种可降低烟气中污染物排放的水流动层换热器。

背景技术

在众多生产工艺中会产生大量的高温气体，这些气体中含有较多的水蒸气，由于水蒸气的分压力较低，使得气体的“露点”温度较低，例如：以天然气为燃料的锅炉，天然气的主要成分为甲烷，甲烷燃烧后产生二氧化碳和大量的水蒸气。当气体的温度降低到“露点”以下时，气体当中的水蒸气会冷凝成液态水，同时释放大量的潜热，其潜热量远远大于气体的显热。因此，要最大化实现高温气体的余热回收，就必须将气体温度降低到“露点”以下，回收其中的水蒸气潜热。

目前进行此类热回收时通常使用传统的间接式的换热器，如翅片管式换热器、板式换热器等，此类换热器将高温气体和低温冷却介质通过金属换热器隔离开来，两侧介质不直接接触，只进行热量的传递。其存在诸多的问题：由于热量必须通过金属管壁来进行传递，同时，金属管壁的两侧还有杂质等污垢，势必增加了传热阻力，导致了传热温差较大，降低传热效果；由于此类换热器的传热系数较低，如果要将气体的温度减低到“露点”以下，换热器的体积非常大，价格昂贵，现场安装空间受到限制；当气体温度降低到“露点”以下时，气体当中可能含有酸性物质，将导致换热器的腐蚀。

当高温气体中含有粉尘等固体颗粒杂质时，换热器容易发生堵塞；目前还有采用喷淋式热回收装置来回收高温气体的余热，但是此类换热器也存在一些问题：

1.喷淋方式会导致换热器的出口出现大量的“白雾”，这是因为喷淋式产生的大量小水滴被气体携带出去的缘故。

2.液体的喷淋角度和喷淋面积很难保证在整个气体流通截面上保持均匀。

3.一般液体自上而下喷淋下来，这导致了换热器的高度较高，收到现场的安装空间限制。

4.液体喷淋的流速较快，与气体的接触时间很短，很难进行彻底的热交换。

发明内容

本实用新型发明是解决以下技术问题：

1. 减小两侧传热介质的换热温差。

将气体温度降低到“露点”以下，回收高温排气中的水蒸气的潜热。

2. 解决换热器的耐腐蚀问题。

3. 防止换热器被气体中的固体颗粒杂质堵塞。

4.降低换热器的阻力。

本实用新型发明是通过以下技术方案实现的：

一种水流动层换热器，包括烟气入口段、水层段和挡水板，其特征在于：所述烟气入口段、水层段和挡水板设置在换热器的壳体中，换热器的壳体上部为出烟口，烟气入口段设置在换热器壳体的下部，换热器壳体的上部设有挡水板，换热器壳体中部设有水层段，水层段由孔板和换热管组成，换热管安装在孔板上，孔板为不锈钢孔板，不锈钢孔板上均匀分布有若干通流孔，水层段的壳体两侧分别设有进水口和溢流口，换热器壳体底部设有循环水收集器，水层段和循环水收集器间的循环水通过循环泵和回流管循环,烟气通过烟气入口进入烟气入口段，烟气占据不锈钢孔板的通流孔流动空间，使得水无法完全泄流下去，在不锈钢孔板上方形成一定高度液位的水层段，烟气与水是直接接触，烟气直接把热量传递给水层段，水层段内的热水与换热管内的介质进行热交换，同时，烟气里的粉尘、杂质等物质均可被水清洗在水层中，烟气流过水层之后，释放了热量和其余的杂质，变成了低温、干净的烟气直接排放；对上述技术方案作进一步的说明：所述不锈钢孔板上的通流孔直径为5mm至30mm间，根据运行工况，结合换热量、换热器的阻力、风量等等参数确定孔径的大小、孔与孔之间的间距，确保不锈钢板上的水层保持住；对上述技术方案作进一步的说明：所述挡水板上设有排烟孔；对上述技术方案作进一步的说明：所述循环水的PH为7。

本实用新型发明可以实现以下有益效果：

1．潜热回收

排气温度降低到“露点”以下，吸收潜热，真正做到了潜热回收。

2．热传导率非常高

水层的换热方式为气体和水直接接触，没有中间的传热介质，是一个传热和传质同时进行的换热过程，换热效率非常高。

3．解决了酸性腐蚀的难题

通过调节水层的PH值，就可以解决换热器的腐蚀问题。

4．换热器还具有除尘的作用

传热管自动清洁作用、节能效率最大化。换热器工作时，烟气穿过水层时形成大量的气泡，气泡不断冲刷换热管的外表面，即强化了传热，又可反复清洁传热管表面、保持干净的传热面。

附图说明

图1为水流动层换热器结构示意图。

图2为水层段结构示意图。

图3为水流动层换热器原理图。

图中：换热器壳体1、水层段2、循环水收集器3、循环泵4、不锈钢孔板5、换热管6、挡水板7、进水口8、溢流口9、烟气入口10、出烟口11和通流孔12。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型发明的内容作进一步的说明：

如图所示为水流动层换热器结构示意图，包括换热器壳体1、水层段2、循环水收集器3、循环泵4、不锈钢孔板5、换热管6、挡水板7、进水口8、溢流口9、烟气入口10、出烟口11和通流孔12。该换热器由烟气入口段、水层段和挡水板三段组成。烟气的入口段的功能是将烟气均匀的引入到换热器，保证气流的均匀；水层段是主要的换热元件，循环泵将循环水收集器的水输送到水层段，由于烟气的阻塞作用在水层段形成一层水，水层的厚度取决于气体流量、气体的阻力要求和通流孔直径等参数，水层内埋设了众多的换热管，低温的换热介质从管内流过进行热交换将热量带走；挡水板的作用是将经过水层的气体中夹杂的小水滴遮挡下来，防止出现大量的“白雾”而影响环境美观。高温气体从换热器的底部进入，直接穿过“水层”，经过“水洗”之后直接排放。当烟气流过“水层”之后，与水直接接触，烟气与水之间直接进行传热和传质的双重交换，两者之间最少只需要1℃温差，传热效率极高；同时，排气中的水蒸气被直接吸收到“水层”中，释放大量的相变潜热。经过加热之后的水再与“水层”中的换热管进行热交换，将热量传递到管内的温水中，从而实现了热交换。如果排气当中含有腐蚀性的物质，首先会被水层中的水所吸收，导致了水质变为酸性，此时只需要向水层中添加合适的碱性物质来中和腐蚀性物质即可，只要保证水层的水质维持在PH=7就可以避免发生腐蚀问题。

如果排气当中含有固体粉尘颗粒，经过水层时会被水吸收下来，起到“水洗”的效果，从而起到了除尘的功效。

同时，水层中的水被气体不断的吹气翻腾，类似于“沸腾”现象，翻腾的水不断的冲刷换热管的表面，起到了自动清洁的功能，确保换热器不会堵塞和结垢。

在每层孔板上设计了特殊的流通孔，以此来确保气体与水能够充分接触和传热，同时，还可以降低换热器的阻力。

在不锈钢孔板的上方铺设了很多直径在20mm的不锈钢换热管，换热管内流通的是低温水。工作时，先通过水泵把水输送到不锈钢孔板上方，在没有烟气流过的时候，水泵输送过来的水会通过孔板泄露到换热器底部的集水槽里。但是当烟气通过时，由于烟气占据了孔板的小孔流动空间，使得水无法完全泄露下去，这相当于烟气把水托住了，这就可以在不锈钢孔板上方维持一定高度的液位，液位的维持一方面通过变频水泵输送的水量来调节，另一方面通过烟气的流量来调节。水层的高度要超过换热管的高度，确保所有的换热管都浸没在水层里。当水层的液位超过了合理范围时，多余的水会通过换热器侧面的回流管自动溢流到换热器底部的收集槽内。

工作时，烟气先通过孔板的小孔，然后进入水层，烟气和水是直接接触的，烟气直接把热量传递给水层，烟气和水层的温差最低只要1℃即可，同时，烟气里的粉尘、杂质等物质都可以被水吸收掉。烟气流过水层之后，释放了热量和其余的杂质，变成了低温、干净的烟气直接排放。

水层里的水吸收了烟气的热量之后，温度升高。由于铺设了很多换热管，换热管内流动的是低温的水，水层里的高温水和换热管内流动的低温水就通过换热管来进行热交换，水与水换热的效率非常高，最低只要3℃温差即可。再加上烟气和水层1℃的换热温差，整体的换热温差只要4℃就可以了，而现有的任何气体和水换热的换热器的最低换热温差都要10~20℃以上。

同时，如果烟气中也含有水蒸气的话，遇到水层里的水会迅速的冷凝下来，释放潜热，最终排放的烟气里的水分含量也会降低，水层在进行热交换的同时，还可以进行水分的传质交换。

由于烟气在流过水层的时候，会把水层不停的搅动，看上去就像“沸腾”一样，这样可以使得水层里的杂质不会沉积在换热管上，确保了换热器能够长期维持较高的换热效果。

图3为一种水流动层换热器的实施例原理图。

Claims (4)

1.一种水流动层换热器，包括烟气入口段、水层段和挡水板，其特征在于：所述烟气入口段、水层段和挡水板设置在换热器的壳体中，换热器的壳体上部为出烟口，烟气入口段设置在换热器壳体的下部，换热器壳体的上部设有挡水板，换热器壳体中部设有水层段，水层段由孔板和换热管组成，换热管安装在孔板上，孔板为不锈钢孔板，不锈钢孔板上均匀分布有若干通流孔，水层段的壳体两侧分别设有进水口和溢流口，换热器壳体底部设有循环水收集器，水层段和循环水收集器间的循环水通过循环泵和回流管循环。

2.根据权利要求1所述的水流动层换热器，其特征在于：所述不锈钢孔板上的通流孔直径为5mm至30mm间。

3.根据权利要求1所述的水流动层换热器，其特征在于：所述挡水板上设有排烟孔。

4.根据权利要求1所述的水流动层换热器，其特征在于：所述循环水的PH为7。