CN211926609U - 换热装置及具有其的垃圾处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了换热装置及具有其的垃圾处理系统，换热装置包括：第一介质层，具有第一介质入口和换热后第一介质出口；第一换热壁，位于第一介质层的内围，第一换热壁的外壁与第一介质层相连；液态金属层，位于第一换热壁的内围，与第一换热壁的内壁相连，具有液态金属入口和换热后液态金属出口；第二换热壁，位于液态金属层的内围，第二换热壁的外壁与液态金属层相连；第二介质层，位于第二换热壁的内围，与第二换热壁的内壁相连，具有第二介质入口和换热后第二介质出口。该换热装置可在提高低温介质温度的同时避免与高温介质接触的换热壁壁面温度明显升高，解决了现有提高低温介质参数引起的与高温介质接触的换热壁壁面腐蚀的问题。

Description

换热装置及具有其的垃圾处理系统

技术领域

本实用新型属于防热损伤技术领域，具体而言，本实用新型涉及换热装置及具有其的垃圾处理系统。

背景技术

随着我国城镇化进程加快，生活垃圾处理需求缺口大。到2020年，内地常住人口城镇化率要达到60％，户籍人口城镇化率要达到45％左右，垃圾焚烧规模大约将达到62万吨/日，需要至少新增垃圾焚烧发电规模30万吨/日以上，相当于要新建300个1000吨/日的垃圾焚烧电厂。

目前生活垃圾焚烧发电系统普遍采用的是中温中压蒸汽参数(400℃、4MPa)，随着技术进步及行业扶持政策的变化，生活垃圾焚烧发电经营单位逐渐尝试通过提高蒸汽参数的方式，提高发电量及全厂经济效益。

生活垃圾成分复杂，其中含有的氯元素、碱金属元素燃烧后进入烟气或形成飞灰，引起锅炉受热面金属腐蚀，腐蚀速度与管壁温度密切相关，当蒸汽参数为400℃、4MPa时，使用高合金钢的受热面腐蚀不明显；当蒸汽温度由400℃提高至500℃时，对应的管壁温度范围为450℃至550℃，已经进入腐蚀速率快速升高的区域。国内采用中温次高压蒸汽参数(450℃、6.5MPa)的运行实践表明，在该蒸汽参数条件下，仅运行100天就发生受热面爆管，被迫停炉检修，影响正常生产。因此，要提高蒸汽温度，必须解决受热面换热管的腐蚀问题。

现有技术中，有在垃圾焚烧炉受热面设防氯腐蚀双层结构合金涂层的工艺，其双层结构包括耐氯腐蚀底层和耐固体颗粒冲蚀面层，用活性燃烧高速燃气喷涂工艺制备双层结构涂层中的耐氯腐蚀底层，用超音速火焰喷涂工艺制备双层结构涂层中的耐固体颗粒冲蚀面层，解决垃圾焚烧炉受热面易被高温氯腐蚀和固体颗粒冲蚀造成的管壁减薄、爆管问题。该技术通过堆焊、激光熔覆、热喷涂等表面修饰方式，在垃圾焚烧余热锅炉水冷壁、过热器表面制造高合金涂层，以增强管壁的抗腐蚀性，在欧美国家使用效果良好，但在国内以高参数或次高参数运行的项目还较少，且运行时间短，使用金属表面修饰方式的防腐蚀效果还有待观察，同时由于垃圾燃料成分与欧美不同，导致烟气中腐蚀成分不同，加上涂层制作工艺水平、防腐蚀金属含量参差不齐等因素，有些项目实际使用效果不理想。

也有在高温段布置密集销钉、敷设耐火浇注料的工艺，通过控制传热，把垃圾焚烧余热锅炉的蒸汽出口参数提高至高温高压，进而减少水冷壁及高温过热器的腐蚀、爆管。通过增加销钉、敷设耐火浇注料的方式，可以有效保护换热管免受腐蚀，但是浇注料传热系数不如金属，导致烟气与工质换热效率较低，烟道烟气出口温度较高，发电系统热效率较低。

因此，现有生活垃圾焚烧发电系统中的防热损伤技术有待进一步改进。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种换热装置及具有其的垃圾处理系统。采用本申请的换热装置可在提高低温介质温度的同时避免与高温介质接触的换热壁壁面温度明显升高，解决了现有提高低温介质参数引起的与高温介质接触的换热壁壁面腐蚀的问题，同时可使得与高温介质接触的换热壁不必使用昂贵的高合金抗腐蚀钢，有助于节省装置成本。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种换热装置，根据本实用新型的实施例，该换热装置包括：

第一介质层，所述第一介质层具有第一介质入口和换热后第一介质出口；

第一换热壁，所述第一换热壁位于所述第一介质层的内围，且所述第一换热壁的外壁与所述第一介质层相连；

液态金属层，所述液态金属层位于所述第一换热壁的内围，且与所述第一换热壁的内壁相连，所述液态金属层具有液态金属入口和换热后液态金属出口；

第二换热壁，所述第二换热壁位于所述液态金属层的内围，且所述第二换热壁的外壁与所述液态金属层相连；

第二介质层，所述第二介质层位于所述第二换热壁的内围，且所述第二介质层与所述第二换热壁的内壁相连，所述第二介质层具有第二介质入口和换热后第二介质出口。

根据本实用新型实施例的换热装置，通过在第一介质层和第二介质层之间增设液态金属层，并联合第一换热壁和第二换热壁，因液态金属层具有相对较高的换热能力，可显著降低高温介质与低温介质之间的传热热阻，即可将第一介质层和第二介质层中温度较高的介质的热量迅速传递至温度较低的介质。与现有的第一介质层与第二介质层之间只有一换热壁的换热方式相比，现有换热装置中高温介质和低温介质热阻大，且高温介质与换热壁之间的传热系数小，高温介质的热量传递给换热壁后低温介质不能及时将换热壁的热量带走，导致换热壁温度处于腐蚀速率较大的区域，容易造成减薄、爆管等问题；而本申请中的换热装置可以显著降低低温介质与换热壁、换热壁与高温介质的换热温差，且在与高温介质接触的换热壁的壁面温度相同的情况下，采用本申请中的换热装置能使低温介质的温度更高；而在低温介质温度相同的情况下，采用本申请中的换热装置能使与高温介质接触的换热壁的壁面温度更低，腐蚀速率更小。即采用本申请的换热装置可在提高低温介质温度的同时避免与高温介质接触的换热壁壁面温度明显升高，解决了现有提高低温介质参数引起的与高温介质接触的换热壁壁面腐蚀的问题，同时可使得与高温介质接触的换热壁不必使用昂贵的高合金抗腐蚀钢，有助于节省装置成本。

另外，根据本实用新型上述实施例的换热装置还可以具有如下附加的技术特征：

任选的，所述液态金属层中的液态金属的沸点不小于1000℃。

任选的，所述液态金属为选自镓、铟、锡、铋、锌及其合金中的之一。

任选的，所述第一介质层的内围包括多个所述第一换热壁，每个所述第一换热壁的内围从外向内均包括有所述液态金属层、所述第二换热壁、所述第二介质层。

任选的，所述液态金属层的内围包括多个所述第二换热壁，每个所述第二换热壁的内围均设有所述第二介质层。

任选的，所述第一换热壁和所述第二换热壁的厚度分别独立的为3-7mm。

任选的，所述第一换热壁和所述第二换热壁的导热系数分别独立的为30-54W/(m·K)。

任选的，所述第一介质层的温度为600-750℃，所述第二介质层的温度为20-500℃；或所述第一介质层的温度为20-500℃，所述第二介质层的温度为600-750℃。

任选的，所述第二介质层的形状为圆柱形或四方体形。

任选的，所述第一换热壁和所述第二换热壁的材质分别独立地选自锅炉用钢材20G、 12Cr1MoVG、15CrMoG中的之一。

在本实用新型的再一个方面，本实用新型提出了一种垃圾处理系统，根据本实用新型的实施例，该系统包括依次相连的焚烧炉、换热装置和发电单元，所述换热装置为上述换热装置。根据本实用新型实施例的垃圾处理系统，垃圾在焚烧炉焚烧可产生大量烟气，该烟气作为高温介质通入换热装置与低温介质水进行换热，水吸收烟气热量后变为高温蒸汽，该高温蒸汽可送至发电单元进行发电，进而提高系统的经济效益。因该换热装置可在提高低温介质蒸汽温度的同时避免与高温介质烟气接触的换热壁壁面温度明显升高，解决了现有提高低温介质蒸汽参数引起的与高温介质烟气接触的换热壁壁面腐蚀的问题，而提高低温介质蒸汽的温度有助于增加发电单元的发电量，进而提高发电单元和整个系统的经济效益。进一步的，该换热装置可使得与高温介质接触的换热壁不必使用昂贵的高合金抗腐蚀钢，有助于节省成本，进而降低系统成本。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的换热装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中换热装置的局部结构示意图；

图3是本实用新型对比例中换热装置的局部结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种换热装置，根据本实用新型的实施例，参考图1，该换热装置包括：第一介质层100、第一换热壁200、液态金属层300、第二换热壁400和第二介质层500。

根据本实用新型的实施例，第一介质层100具有第一介质入口101和换热后第一介质出口102，且适于给液态金属层提供热量或者吸收来自液态金属层的热量。发明人发现，通过第一介质层中的第一介质，第一介质可以与液态金属层中的液态金属进行换热，进而得到换热后第一介质。需要说明的是，第一介质层中的第一介质的具体类型、温度和流量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如当第一介质为高温介质时，第一介质可以为烟气，如可以选自生活垃圾焚烧产生的烟气或生物质燃烧产生的烟气、高碱煤燃烧产生的烟气、冶金、玻璃、水泥等行业产生的高温烟气中的至少之一；温度可以为600-750℃。又如当第一介质为低温介质时，第一介质可以选自过热水蒸汽和饱和水蒸汽、液态水、过热水蒸汽、汽水混合物、低沸点制冷剂(如R245fa、R123)的溶液或蒸汽、低沸点可燃烃(如异戊烷、正戊烷)等的溶液或蒸汽中的至少之一，温度可以为20-500℃。而第一介质的流量与其是高温介质还是低温介质有关，当其是高温介质时，本领域技术人员可以根据第一介质层的截面积、第一介质的流速等确定，如与垃圾焚烧炉相连的换热装置烟气通道内烟气流量常见值为80000Nm³/h，烟气流速为3m/s；当其是低温介质时，本领域技术人员可以根据第一介质层的截面积、第一介质的流速和种类等确定，如当第一介质层由89*10锅炉管内壁和57*5的锅炉管外壁形成，且第一介质为压力为6.5MPa、温度为 450℃、密度为21kg/m³的过热蒸汽时，其流速为30m/s、流量为1.5kg/s；第一介质为压力为6.5MPa、温度为80℃、密度970kg/m³的液态水时，其流速为2m/s、流量为4.6kg/s。发明人发现，若第一介质层中的第一介质为高温介质，如果高温介质的流量过低，那么其中腐蚀成分含量较少，因此对金属的腐蚀性有限，不在本实用新型讨论的范围内；如果高温介质的流量较高，那么其中腐蚀成分含量也较多，对第一换热壁有较强的腐蚀性，进一步的，在目前常见的行业背景中(如垃圾焚烧烟气、有色冶炼烟气等)，高温介质的温度越高，其中腐蚀介质的腐蚀性越强，通过使用本实用新型的换热装置，通过增设液态金属层，可增强液态金属层中的液态金属与第一介质间的对流换热系数，进而增强换热，使第一介质的热量尽快传递至液态金属及第二介质，进而使高温介质的温度迅速降低至对第一换热壁腐蚀速率较低的温度区域，从而减小腐蚀介质对第一换热壁的腐蚀。若第一介质层中的第一介质为低温介质，低温介质的温度应低于液态金属及高温介质的温度，低温介质的流量过低会降低其与液态金属层间的换热系数。

根据本实用新型的实施例，第一换热壁200位于第一介质层100的内围，且第一换热壁200的外壁与第一介质层100相连，且适于将第一介质层的热量传递给液态金属层，或者将液态金属层的热量传递给第一介质层。发明人发现，第一换热壁作为第一介质层与液态金属层的传热介质，因液态金属层中的液态金属具有良好的传热性能，使得第一介质层的热量传递给液态金属层或者液态金属层的热量传递给第一介质层的速率较快，避免了因热量传递不及时导致第一换热壁的腐蚀速率增大的问题出现，由此，可使得第一换热壁不必使用昂贵的高合金抗腐蚀等材料，有助于降低成本。需要说明的是，第一换热壁的具体材质、厚度和导热系数并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如第一换热壁的材质可以选自锅炉用钢材20G、12Cr1MoVG、15CrMoG中的之一，厚度可以为3-7mm，导热系数可以为30-54W/(m·K)。发明人发现，第一换热壁在整个换热过程中热量传递方式为导热，其壁厚越大、材料的导热系数越小，对应的传热热阻越大，即传热效果越差，其壁厚越小、材料的导热系数越大，对应的传热热阻越小，即传热效果越好。在常用壁厚和材料导热系数情况下，第一换热壁本身的传热热阻远远低于高温烟气与金属壁面(第一换热壁或第二换热壁)间的的传热热阻，因此无论第一换热壁外部是高温介质或是低温介质，无论选择什么材质，其从传热角度对本装置换热效果的影响有限，在满足安全的前提下，应使用较小壁厚的管，选择价格相对较低的材质。进一步的，当第一介质为低温介质，第一换热壁外壁面的温度超过400℃时，液相腐蚀、气相腐蚀速度增大，超过 500℃时，腐蚀速度明显增大，若要提高第一介质的温度，与第一介质接触的第一换热壁壁面的温度会相应提高，进入腐蚀速度较大的区域。

进一步的，需要说明的是，第一介质层的内围中第一换热壁的数量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如第一介质层100的内围包括多个第一换热壁200，每个第一换热壁200的内围从外向内均包括有液态金属层300、第二换热壁400、第二介质层500。且第一介质层中第一介质的流动方向也不受特别限制，如可以与液态金属层中的液态金属一致，或相反，或垂直。

根据本实用新型的实施例，液态金属层300位于第一换热壁200的内围，且与第一换热壁200的内壁相连，液态金属层300具有液态金属入口301和换热后液态金属出口302，且适于提高高温介质与低温介质之间的热传递速率，进而避免与高温介质接触的换热壁因热量来不及传导造成的腐蚀问题出现。发明人发现，液体金属层具有良好的传热性能，其同时与第一换热壁和第二换热壁接触，可提高其将高温介质的温度传递至液态金属，然后将液态金属的热量传递至低温介质的速率，进而可避免与高温介质接触的换热壁因热量来不及传导导致腐蚀加快的现象出现，进而可在提高低温介质的温度的条件下，依然可使得与高温介质接触的换热壁具有较长的使用寿命。需要说明的是，液态金属层中液态金属的具体类型和沸点并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如液态金属可以选自镓、铟、锡、铋、锌及其合金中的至少之一，其中这里的合金是指选自镓和铟、锡、铋、锌中的至少之二组成的合金，进一步的，液态金属的沸点可以不小于1000℃。发明人发现，液态金属沸点过低时，存在被加热成为气态的风险，此时不仅改变了液态金属层与第一换热壁、第二换热壁之间传热的机理(由对流换热变为沸腾换热)，使得该环节换热系数不可控，同时高压的液态金属蒸汽可能影响部件运行安全，因此必须保证本装置运行时，液态金属始终处于液态。进一步的，需要说明的是，液态金属层内围第二换热壁的数量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如液态金属层300的内围可以包括多个第二换热壁400，每个第二换热壁400的内围均设有第二介质层500。且液态金属层中液态金属的流动方向与第二介质层中第二介质的流动方向也不受特别限制，如可以一致，也可以相反。

根据本实用新型的实施例，第二换热壁400位于液态金属层300的内围，且第二换热壁400的外壁与液态金属层300相连，且适于将液态金属层的热量传递给第二介质层，或者将第二介质层的热量传递给液态金属层。发明人发现，第二换热壁作为第二介质层与液态金属层的传热介质，因液态金属层中的液态金属具有良好的传热性能，使得第二介质层的热量传递给液态金属层或者液态金属层的热量传递给第二介质层的速率较快，避免了因热量传递不及时导致第二换热壁的腐蚀速率增大的问题出现，由此，可使得第二换热壁不必使用昂贵的高合金抗腐蚀等材料，有助于降低成本。需要说明的是，第二换热壁的具体材质、厚度和导热系数并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如第二换热壁的材质可以选自锅炉用钢材20G、12Cr1MoVG、15CrMoG中的至少之一，厚度可以为3-7mm，导热系数可以为30-54W/(m·K)。发明人发现，第二换热壁在整个换热过程中热量传递方式为导热，其壁厚越大、材料的导热系数越小，对应的传热热阻越大，即传热效果越差，其壁厚越小、材料的导热系数越大，对应的传热热阻越小，即传热效果越好；在常用壁厚和材料导热系数情况下，第二换热壁本身的传热热阻远远低于高温烟气与金属壁面(第一换热壁或第二换热壁)间的的传热热阻，因此无论第二换热壁内部是高温介质或是低温介质，无论选择什么材质，其从传热角度对本装置换热效果的影响有限，进而在满足安全的前提下，应使用较小壁厚、价格相对较低的材质。进一步的，当第二介质为低温介质，第二换热壁内壁面的温度超过400℃时，液相腐蚀、气相腐蚀速度增大，超过500℃时，腐蚀速度明显增大，若要提高第二介质温度，与第二介质接触的第二换热壁壁面的温度会相应提高，进入腐蚀速度较大的区域。

根据本实用新型的实施例，第二介质层500位于第二换热壁400的内围，且第二介质层500与第二换热壁400的内壁相连，第二介质层500具有第二介质入口501和换热后第二介质出口502，且适于给液态金属层提供热量或者吸收液态金属层的热量。发明人发现，通过往第二介质层输送第二介质，可实现第二介质与液态金属层中的液态金属的换热，进而得到换热后第二介质。需要说明的是，第二介质层的形状并不受特别限制，如可以为圆柱形、四方体型等。第二介质层中的第二介质的具体类型、温度和流量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如当第一介质为低温介质时，第二介质为高温介质，第二介质可以为烟气，如可以选自生活垃圾焚烧产生的烟气或生物质燃烧产生的烟气、高碱煤燃烧产生的烟气、冶金、玻璃、水泥等行业产生的高温烟气中的至少之一；温度可以为600-750℃。又如当第一介质为高温介质时，第二介质为低温介质，第二介质可以选自过热水蒸汽和饱和水蒸汽、液态水、过热水蒸汽、汽水混合物、低沸点制冷剂(如 R245fa、R123)的溶液或蒸汽、低沸点可燃烃(如异戊烷、正戊烷)等的溶液或蒸汽中的至少之一，温度可以为20-500℃。而第二介质的流量与其是高温介质还是低温介质有关，当其是高温介质时，本领域技术人员可以根据第二介质层的截面积、第二介质的流速等确定，如当第二介质层为管径为42*3的圆柱形时，高温介质的流速可以为3m/s、流量可以为 0.005kg/s；当其是低温介质时，本领域技术人员可以根据第一介质层的截面积、第一介质的流速和种类等确定，如当第二介质层由42*6的锅炉管形成，且第二介质为压力为6.5MPa、温度为450℃、密度为21kg/m³的过热蒸汽时，其流速可以为30m/s、流量可以为0.6kg/s；当第一介质为压力为6.5MPa、温度为80℃、密度为970kg/m³的液态水时，其流速可以为 2m/s、流量可以为2kg/s。发明人发现，若第二介质层中的第二介质为高温介质，如果高温介质的流量过低，那么其中腐蚀成分含量较少，因此对金属的腐蚀性有限，不在本实用新型讨论的范围内；如果高温介质的流量较高，那么其中腐蚀成分含量也较多，对第二换热壁有较强的腐蚀性，进一步的，在目前常见的行业背景中(如垃圾焚烧烟气、有色冶炼烟气等)，高温介质的温度越高，其中腐蚀介质的腐蚀性越强，通过使用本实用新型的换热装置，通过增设液态金属层，可增强液态金属层中的液态金属与第二介质间的对流换热系数，进而增强换热，使第二介质的热量尽快传递至液态金属及第一介质，进而使高温介质的温度迅速降低至对第二换热壁腐蚀速率较低的温度区域，从而减小腐蚀介质对第二换热壁的腐蚀。若第二介质层中的第二介质为低温介质，低温介质的温度应低于液态金属及高温介质的温度，低温介质的流量过低会降低其与液态金属层间的换热系数。

根据本实用新型实施例的换热装置，通过在第一介质层和第二介质层之间增设液态金属层，并联合第一换热壁和第二换热壁，因液态金属层具有相对较高的换热能力，可显著降低高温介质与低温介质之间的传热热阻，即可将第一介质层和第二介质层中温度较高的介质的热量迅速传递至温度较低的介质。与现有的第一介质层与第二介质层之间只有一换热壁的换热方式相比，现有换热装置中高温介质和低温介质热阻大，且高温介质与换热壁之间的传热系数小，高温介质的热量传递给换热壁后低温介质不能及时将换热壁的热量带走，导致换热壁温度处于腐蚀速率较大的区域，容易造成减薄、爆管等问题；而本申请中的换热装置可以显著降低低温介质与换热壁、换热壁与高温介质的换热温差，且在与高温介质接触的换热壁的壁面温度相同的情况下，采用本申请中的换热装置能使低温介质的温度更高；而在低温介质温度相同的情况下，采用本申请中的换热装置能使与高温介质接触的换热壁的壁面温度更低，腐蚀速率更小。即采用本申请的换热装置可在提高低温介质温度的同时避免与高温介质接触的换热壁壁面温度明显升高，解决了现有提高低温介质参数引起的与高温介质接触的换热壁壁面腐蚀的问题，同时可使得与高温介质接触的换热壁不必使用昂贵的高合金抗腐蚀钢，有助于节省装置成本。

在本实用新型的再一个方面，本实用新型提出了一种垃圾处理系统，根据本实用新型的实施例，该系统包括依次相连的焚烧炉、换热装置和发电单元，所述换热装置为上述换热装置。根据本实用新型实施例的垃圾处理系统，垃圾在焚烧炉焚烧可产生大量烟气，该烟气作为高温介质通入换热装置与低温介质水进行换热，水吸收烟气热量后变为高温蒸汽，该高温蒸汽可送至发电单元进行发电，进而提高系统的经济效益。因该换热装置可在提高低温介质蒸汽温度的同时避免与高温介质烟气接触的换热壁壁面温度明显升高，解决了现有提高低温介质蒸汽参数引起的与高温介质烟气接触的换热壁壁面腐蚀的问题，而提高低温介质蒸汽的温度有助于增加发电单元的发电量，进而提高发电单元和整个系统的经济效益。进一步的，该换热装置可使得与高温介质接触的换热壁不必使用昂贵的高合金抗腐蚀钢，有助于节省成本，进而降低系统成本。

下面参考具体实施例，对本实用新型进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本实用新型。

实施例

一种套管式换热装置，其局部结构示意图如图2所示，包括：

第一介质层100，第一介质层100具有第一介质入口101和换热后第一介质出口102，第一介质层100中的第一介质为来自焚烧炉的烟气，其流量为80000Nm³/h；

20个第一换热壁200，20根第一换热壁200均位于第一介质层100的内围，且第一换热壁200的外壁与第一介质层100相连，第一换热壁200的材质为锅炉用钢材20G，外径 d_o2＝57mm，内径d_i2＝49mm，导热系数λ₂＝40W/(m·K)，第一介质层烟气与第一换热壁的对流换热系数h_o＝200W/(m²·K)，长度l＝1m；

20个液态金属层300，每个液态金属层300位于一个第一换热壁200的内围，且与一个第一换热壁200的内壁相连，液态金属层300具有液态金属入口301和换热后液态金属出口302，液态金属层300中的液态金属为镓铟锡合金Galinsta，沸点为2300℃，液态金属层中液态金属的流动方向与第一介质层中烟气的流动方向垂直；

20个第二换热壁400，每个第二换热壁400位于一个液态金属层300的内围，且每个第二换热壁400的外壁与一个液态金属层300相连，第二换热壁400的材质为锅炉用钢材20G，外径d_o1＝42mm，内径d_i1＝37mm，导热系数λ₁＝40W/(m·K)，液态金属与第二换热壁的对流换热系数h_fi2＝20000W/(m²·K)，长度l＝1m；

20个第二介质层500，第二介质层的形状均为圆柱形，每个第二介质层500位于一个第二换热壁400的内围，且每个第二介质层500与一个第二换热壁400的内壁相连，第二介质层500具有第二介质入口501和换热后第二介质出口502，第二介质层500中的第二介质为蒸汽，其流量为0.67kg/s，第二介质层与第二换热壁的对流换热系数 h_fi1＝1500W/(m²·K)，第二介质的流动方向与第一介质的流动方向垂直，且与液态金属的流动方向相反。

设烟气的温度为t_fo，与烟气接触的第一换热壁壁面的温度为t_wo2，与液态金属接触的第一换热壁壁面的温度为t_wi2，液态金属的温度为t_fi2，与液态金属接触的第二换热壁壁面的温度为t_wo1，与蒸汽接触的第二换热壁壁面的温度为t_wi1，蒸汽的温度为t_fi1。烟气与蒸汽的换热过程为：

由式(1)-(6)可得烟气温度与蒸汽温度的温度差值为：

改变烟气和蒸汽的温度，与烟气接触的第一换热壁的温度t_wo2如表1所示。

表1在不同烟气温度和蒸汽温度下与烟气接触的第一换热壁壁面的温度

对比例

一种换热装置，其局部结构示意图如图3所示，包括：

第一介质层100，第一介质层100具有第一介质入口101和换热后第一介质出口102，第一介质层100中的第一介质为来自焚烧炉的烟气，其流量为80000Nm³/h；

20个第二换热壁400，每个第二换热壁400位于一个第一介质层100的内围，且每个第二换热壁400的外壁与一个第一介质层100相连，第二换热壁400的材质为锅炉用钢材20G，外径d_o1＝42mm，内径d_i1＝37mm，导热系数λ₁＝40W/(m·K)，第一介质层烟气与第一换热壁的对流换热系数h_o＝200W/(m²·K)，长度l＝1m；

20个第二介质层500，第二介质层的形状均为圆柱形，每个第二介质层500位于一个第二换热壁400的内围，且每个第二介质层500与一个第二换热壁400的内壁相连，第二介质层500具有第二介质入口501和换热后第二介质出口502，第二介质层500中的第二介质为蒸汽，其流量为0.67kg/s，第二介质层与第二换热壁的对流换热系数 h_fi1＝1500W/(m²·K)，第二介质的流动方向与第一介质的流动方向垂直。

设烟气的温度为t_fo，与烟气接触的第二换热壁壁面的温度为t_wo1，与蒸汽接触的第二换热壁壁面的温度为t_wi1，蒸汽的温度为t_fi1。烟气与蒸汽的换热过程为：

由式(8)-(10)可得烟气温度与蒸汽温度的温度差值为：

改变烟气和蒸汽的温度，与烟气接触的第二换热壁的温度t_wo1如表2所示。

表2在不同烟气温度和蒸汽温度下与烟气接触的第二换热壁壁面的温度

对比表1与表2可以发现，如果控制与烟气接触的换热壁壁面的温度不超过500℃，采用对比例中的换热装置时，烟气温度不能超过650℃，同时蒸汽温度不能超过410℃。而采用实施例中的换热装置时，烟气温度为650-675℃时蒸汽温度可达到450℃，即使烟气温度达到750℃，蒸汽温度也可以达到430℃，即采用实施例中的换热装置可在不增加金属腐蚀速率的同时提高蒸汽参数。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种换热装置，其特征在于，包括：

第一介质层，所述第一介质层具有第一介质入口和换热后第一介质出口；

第一换热壁，所述第一换热壁位于所述第一介质层的内围，且所述第一换热壁的外壁与所述第一介质层相连；

液态金属层，所述液态金属层位于所述第一换热壁的内围，且与所述第一换热壁的内壁相连，所述液态金属层具有液态金属入口和换热后液态金属出口；

第二换热壁，所述第二换热壁位于所述液态金属层的内围，且所述第二换热壁的外壁与所述液态金属层相连；

第二介质层，所述第二介质层位于所述第二换热壁的内围，且所述第二介质层与所述第二换热壁的内壁相连，所述第二介质层具有第二介质入口和换热后第二介质出口。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述液态金属层中的液态金属的沸点不小于1000℃；所述液态金属为选自镓、铟、锡、铋、锌及其合金中的之一。

3.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述第一介质层的内围包括多个所述第一换热壁，每个所述第一换热壁的内围从外向内均包括有所述液态金属层、所述第二换热壁、所述第二介质层。

4.根据权利要求1或3所述的换热装置，其特征在于，所述液态金属层的内围包括多个所述第二换热壁，每个所述第二换热壁的内围均设有所述第二介质层。

5.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述第一换热壁和所述第二换热壁的厚度分别独立的为3-7mm。

6.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述第一换热壁和所述第二换热壁的导热系数分别独立的为30-54W/(m·K)。

7.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述第一介质层的温度为600-750℃，所述第二介质层的温度为20-500℃；或所述第一介质层的温度为20-500℃，所述第二介质层的温度为600-750℃。

8.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述第二介质层的形状为圆柱形或四方体形。

9.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述第一换热壁和所述第二换热壁的材质分别独立地选自锅炉用钢材20G、12Cr1MoVG、15CrMoG中的之一。

10.一种垃圾处理系统，其特征在于，包括依次相连的焚烧炉、换热装置和发电单元，所述换热装置包括权利要求1-9中任一项所述的换热装置。

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