CN212253779U - 一种分离式相变远程传热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分离式相变远程传热系统，包括烟道清灰系统、换热通道、冷凝段、加热段、强制循环系统，所述烟道清灰系统固定设置在换热通道的上端，所述冷凝段设置在换热通道的下端，所述加热段设置在换热通道的下端。烟气自冷凝段侧面过来，高温烟气加热管内工质，工质蒸发后经冷凝段上升管运行至加热段上升管，在加热段换热管内冷却，加热外部低温气体。冷凝后工质经加热段下降管进入输送管道，流经排空三通、阀门、真空机阀门、工质储罐、储罐阀门、工质输送泵、输送阀门、电子阀门回到冷凝段下降管及冷凝段换热管。完成一个循环，在此后运行中进行往复循环。

Description

一种分离式相变远程传热系统

技术领域

本实用新型涉及复合相变热管技术领域，具体为一种分离式相变远程传热系统。

背景技术

1、热管技术简介

(1)热管简介热管技术是1963年美国LosAlamos国家实验室的G.M.Grover发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热管技术目前已广泛应用于宇航、军工、钢铁、机械等行业。

(2)工作原理

热管优点

①金属、非金属材料本身的导热速率取决于材料的导热系数、温度梯度，正交于温度梯度的截面面积。以金属银为例，其值为 415W/m2·K左右，经测定，热管的导热系数是银的几百倍到上千倍，故热管有热超导体之称。

②由于热管内的传热过程是相变过程，而且工质的纯度很高，因此热管内蒸汽温度基本上保持恒温，经测定：热管两端的温差不超过 5℃，与其它传热元件相比，热管具有良好的等温性能。

③热管能适应的温度范围与热管的具体结构、采用的工作流体及热管的环境工作温度有关。目前，热管能适应的温度范围一般为 -200℃～2000℃，这也是其它传热元件所难以达到的。

(4)热管式余热回收装置

原理热管式余热回收装置的核心部件是热管。

基本结构：热管蒸汽发生器是由若干根特殊的热管元件组合而成。热管的受热段置于热流体风道内，热风横掠热管受热段，热管元件的放热段插在水—汽系统内。由于热管的存在使得该水—汽系统的受热及循环完全和热源分离而独立存在于热流体的风道之外，水—汽系统不受热流体的直接冲刷。

工作原理：热流体的热量由热管传给水套内的饱和水(饱和水由下降管输入)，并使其汽化，所产蒸汽(汽、水混合物)经蒸汽上升管达到汽包，经集中分离以后再经蒸汽主控阀输出(汽包内的水由 104℃除氧水经水预热器加热至175℃后供给)。这样由于热管不断将热量输入水套，通过外部汽—水管道的上升及下降完成基本的汽—水循环，达到将热流体降温，并转化为蒸汽的目的。

优点

(1)热管换热设备较常规换热设备更安全、可靠，可长期连续运行。

(2)传热效率高，启功速度快，热管的冷、热侧均可根据需要采用缠绕翅片来增加传热面积。

(3)有效的防止积灰，换热器设计时能够采用变截面形式，保证流体通过热管换热器时等流速流动，达到自清灰的目的。

(4)结构紧凑，占地面积小。

(5)热流密度可变性。热管可以独立改变蒸发段和冷凝段的加热面积，这样可以控制管壁温度以避免出现露点结灰或酸腐蚀。

2、汽化冷却技术

(1)汽化冷却的原理及优点。汽化冷却就是冷却水吸收的热量用于自身的蒸发，通过水的汽化潜热带走受热部件的热量，使部件得到冷却。倘若采用水冷却，lkg水每升高1℃所吸收的热量仅为4.2kJ；而100℃等量的水变为100℃的蒸汽,汽化过程吸收的热量约为2253kJ/kg，为前者的500多倍。所以，汽化冷却的冷却效率高；大大减少冷却水的消耗量，可减少到冷却水用量的1/30～1/100；汽化冷却所产生的蒸汽可供用户使用。

(2)汽化化冷却烟道的冷却系统汽化冷却烟道是用无缝钢管围焊成的筒形结构，其断面呈方形或圆形均可。

3、热泵技术

热泵是通过做功使热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置。建筑的空调系统一般应满足冬季的供热和夏季制冷两种相反的要求，传统的空调系统通常需分别设置冷源(制冷机)和热源(锅炉)。

建筑空调系统由于必须由冷源，如果让它在冬季以热泵的模式运行，则可以省去锅炉和锅炉房，不但节省了初投资，而且全年仅采用电力这种清洁能源，大大减轻了供暖造成的大气污染问题。采用热泵为建筑物供热可以大大降低一次能源的消耗，通常我们通过直接燃烧矿物燃料产生热量，并通过若干传热环节最终为建筑供热。在锅炉和供热管线没有热损失的理想情况下，一次能源利用率最高不会超过 100％，在现有技术条件下，热泵供热的性能系数可达3.5或更高，火力发电站的效率可达35％～58％，因此采用燃料发电再用热泵供热的方式，在现有先进技术条件下一次能源利用率可以达到200％。

研究表明，采用热泵的供热方式与直接燃烧矿物燃料供热方式相比，可以节省燃料40％以上，相应减少CO2的排放量。而用电阻加热设备把电能转化为热能的性能系数为1，当然是非常不经济的。热泵是减少CO2排放量的最经济有效的技术。现在全世界约有1.3台热泵在运行，总供热量为4.7×1018J，每年减少CO2排放量约为1.3亿吨。随着热泵技术的进一步改进，采用热泵技术供热使全世界CO2排放量减少16％是有可能的，因此它是建筑节能和减少CO2排放的关键技术之一。热泵利用的低温热源通常是环境或各种废热，由热泵从这些热源吸收热量属于可再生的能源。

热泵分类：热泵可以分为空气源热泵(ASHP)和地源热泵(GSHP)，地源热泵又可进一步分为地表水热泵(SWHP)、地下水热泵(GWHP)、地耦合热泵(GGHP)。

1)空气源热泵：空气源热泵以室外空气为一个热源。在供热工况下将室外空气作为低温热源，从室外空气钟吸收热量，经热泵提高温度送人室内供暖；其性能系数一般在2～3。空气源热泵系统简单，初投资低。空调源热泵目前的产品主要是家用热泵空调器，商用单元式热泵空调机组和风冷热泵冷热水机组。空气源热泵的主要缺点在夏季高温和冬季寒冷天气时热泵的效率大大降低。

空气源热泵的制热量随室外空气温度降低而减少，这与建筑热负荷需求趋势正好相反。因此当空气温度低于热泵工作的平衡点温度时，需要用电和其他辅助热源对空气进行加热。而且在供热情况下空气源热泵的蒸发器上会结霜，需要定期除霜，这也消耗大量的能量。在寒冷地区和高湿度地区热泵蒸发器的结霜可成为较大的技术障碍。在夏季高温天气，由于其制冷量随室外空气温度升高而降低，同样可能导致系统不能正常工作。空气源热泵不适用于寒冷地区，在冬季气候较温和的地区，已得到相当广泛的应用。

2)地源热泵地源热泵是一种利用地下浅层的热资源(也称地能，包括地下水、土壤或地表水等)，通过输入少量的高位能源(如电能)，将低温位能向高温位能转移，以实现既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵利用地能一年四季温度稳定的特点，冬季把地能作为热泵供暖的热源，即把高于环境温度的地能中的热能取出来供给室内采暖，夏季把地能作为空调的冷源，即把室内的热能取出来释放到低于环境温度的地能中。通常地源热泵消耗1KW的热量，用户可以得到4KW左右的热量或冷量。

与锅炉(电、燃料)供热系统相比，锅炉供热只能将90％以上的电能或70～90％的燃料内能为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出 40％左右，其运行费用为普通中央空调的50～60％。

因此，近十几年来，尤其是近五年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及法国、瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。

另外热泵热源可以是工业循环冷却水(如高温烟气冷却水等)，通过热泵回收低品位热源中的热能，使热能利用效率最大化。

以上三种技术虽然都可进行预热再利用，但是热管技术存在场地限制大，汽化冷却技术对水资源等有极大浪费，热泵技术应用范围限制较大。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种分离式相变远程传热系统，解决了现有技术的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种分离式相变远程传热系统，包括烟道清灰系统、换热通道、冷凝段、加热段、强制循环系统，所述烟道清灰系统固定设置在换热通道的上端，所述冷凝段设置在换热通道的下端，所述加热段设置在换热通道的下端；换热通道为本产品使用时工作环境。

所述冷凝段包括冷凝段上升管、冷凝段法兰、冷凝段换热管、冷凝段下降管；所述冷凝段换热管上端焊接冷凝段上升管；所述冷凝段换热管下端焊接冷凝段下降管形成片状换热单片；片状换热单片之间用冷凝段法兰连接；其中每片冷凝段换热管根数根据实际需要调节；安装片数可自由组合；

加热段包括加热段上升管、加热段法兰、加热段换热管、加热段下降管；所述加热段换热管上端焊接加热段上升管；所述加热段换热管下端焊接加热段下降管形成片状换热单片A，片状换热单片A之间用加热段法兰连接，其中每片加热段换热管根数可根据实际需要调节, 安装片数也可自由组合；

强制循环系统包括输送管道、排空三通、阀门、排空阀门、真空机阀门、工质储罐、储罐阀门、工质输送泵、输送阀门、电子阀门，所述输送管道前段连接于加热段下降管，所述排空三通直通两端与输送管道用法兰连接，所述排空三通垂直端与排空阀门法兰连接；所述排空阀门另一端与真空机阀门法兰连接；所述工质储罐一端与输送管道法兰连接，所述工质储罐另一端与储罐阀门连接；所述工质输送泵放置于工质储罐和输送阀门之间，所述工质输送泵与输送管道法兰连接；输送阀门、电子阀门分别与输送管道通过法兰连接，所述输送管道尾端与冷凝段下降管焊接连接。

优选的，所述换热通道上焊接排水管道，所述排水管道为半圆中空柱体。

优选的，所述片状换热单片、片状换热单片A均为多个。

(三)有益效果

与现有技术相比，本实用新型提供了一种分离式相变远程传热系统，具备以下有益效果：

烟气自冷凝段侧面过来，高温烟气加热管内工质，工质蒸发后经冷凝段上升管运行至加热段上升管，在加热段换热管内冷却，加热外部低温气体。冷凝后工质经加热段下降管进入输送管道，流经排空三通、阀门、真空机阀门、工质储罐、储罐阀门、工质输送泵、输送阀门、电子阀门回到冷凝段下降管及冷凝段换热管。完成一个循环，在此后运行中进行往复循环。完成热量交换。其中冷凝水经排水管道排出换热通道。为减少热管技术存在场地限制大，汽化冷却技术对水资源等有极大浪费的影响，特设计此产品，依据分离式热管原理，加入强制循环系统，克服了背景技术的缺点。

附图说明

图1为本实用新型的结构图。

图中：烟道清灰系统1、换热通道2、强制循环系统6、冷凝段上升管301、冷凝段法兰302、冷凝段换热管303、冷凝段下降管304、加热段上升管401、加热段法兰402、加热段换热管403、加热段下降管404、输送管道501、排空三通502、阀门503、排空阀门504、真空机阀门505、工质储罐506、储罐阀门507、工质输送泵508、输送阀门509、电子阀门510、排水管道6。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，一种分离式相变远程传热系统，包括烟道清灰系统 1、换热通道2、冷凝段、加热段、强制循环系统6，所述烟道清灰系统1固定设置在换热通道2的上端，所述冷凝段设置在换热通道2的下端，所述加热段设置在换热通道2的下端；

所述冷凝段包括冷凝段上升管301、冷凝段法兰302、冷凝段换热管303、冷凝段下降管304；所述冷凝段换热管303上端焊接冷凝段上升管301；所述冷凝段换热管303下端焊接冷凝段下降管304，形成片状换热单片；片状换热单片之间用冷凝段法兰302连接；

加热段包括加热段上升管401、加热段法兰402、加热段换热管 403、加热段下降管404；所述加热段换热管403上端焊接加热段上升管401；所述加热段换热管403下端焊接加热段下降管404形成片状换热单片A，片状换热单片A之间用加热段法兰402连接；

强制循环系统包括输送管道501、排空三通502、阀门503、排空阀门504、真空机阀门505、工质储罐506、储罐阀门507、工质输送泵508、输送阀门509、电子阀门510，所述输送管道501前段连接于加热段下降管404，所述排空三通502直通两端与输送管道501用法兰连接，所述排空三通502垂直端与排空阀门504法兰连接；所述排空阀门504另一端与真空机阀门505法兰连接；所述工质储罐506 一端与输送管道501法兰连接，所述工质储罐506另一端与储罐阀门 507连接；所述工质输送泵508放置于工质储罐506和输送阀门509 之间，所述工质输送泵508与输送管道501法兰连接；输送阀门509、电子阀门510分别与输送管道501通过法兰连接，所述输送管道501 尾端与冷凝段下降管304焊接连接。

进一步地，所述换热通道2上焊接排水管道6，所述排水管道6 为半圆中空柱体。

进一步地，所述片状换热单片、片状换热单片A均为多个。

本系统以烟气脱白说明具体实施方式，将本系统所包含冷凝段换热管303，加热段换热管403放置于烟道内部。其他部分按照国家相关标准进行布置与保护。按上述连接系统。

系统运行前，需对整体系统进行密封性检查。检查完成后，打开除去工质储罐506相邻真空机阀门505、储罐阀门507全部阀门，运行真空机505，对系统进行抽真空操作。打开工质储罐506、真空机阀门505、储罐阀门507上的三个阀门，运行工质输送泵508，使得系统内部工质运行至冷凝段换热管303内部设计高度。烟气自冷凝段侧面过来，高温烟气加热管内工质，工质蒸发后经冷凝段上升管301 运行至加热段上升管401，在加热段换热管403内冷却，加热外部低温气体。冷凝后工质经加热段下降管404进入输送管道501，流经排空三通502、阀门503、真空机阀门505、工质储罐506、储罐阀门 507、工质输送泵508、输送阀门509、电子阀门510回到冷凝段下降管304及冷凝段换热管303。完成一个循环，在此后运行中进行往复循环。完成热量交换。其中冷凝水经排水管道6排出换热通道。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种分离式相变远程传热系统，包括烟道清灰系统(1)、换热通道(2)、冷凝段、加热段、强制循环系统，所述烟道清灰系统(1)固定设置在换热通道(2)的上端，所述冷凝段设置在换热通道(2)的下端，所述加热段设置在换热通道(2)的下端，其特征在于：

所述冷凝段包括冷凝段上升管(301)、冷凝段法兰(302)、冷凝段换热管(303)、冷凝段下降管(304)；所述冷凝段换热管(303)上端焊接冷凝段上升管(301)；所述冷凝段换热管(303)下端焊接冷凝段下降管(304)形成片状换热单片；片状换热单片之间用冷凝段法兰(302)连接；

加热段包括加热段上升管(401)、加热段法兰(402)、加热段换热管(403)、加热段下降管(404)；所述加热段换热管(403)上端焊接加热段上升管(401)；所述加热段换热管(403)下端焊接加热段下降管(404)形成片状换热单片A，片状换热单片A之间用加热段法兰(402)连接；

强制循环系统包括输送管道(501)、排空三通(502)、阀门(503)、排空阀门(504)、真空机阀门(505)、工质储罐(506)、储罐阀门(507)、工质输送泵(508)、输送阀门(509)、电子阀门(510)，所述输送管道(501)前段连接于加热段下降管(404)，所述排空三通(502)直通两端与输送管道(501)用法兰连接，所述排空三通(502)垂直端与排空阀门(504)法兰连接；所述排空阀门(504)另一端与真空机阀门(505)法兰连接；所述工质储罐(506)一端与输送管道(501)法兰连接，所述工质储罐(506)另一端与储罐阀门(507)连接；所述工质输送泵(508)放置于工质储罐(506)和输送阀门(509)之间，所述工质输送泵(508)与输送管道(501)法兰连接；输送阀门(509)、电子阀门(510)分别与输送管道(501)通过法兰连接，所述输送管道(501)尾端与冷凝段下降管(304)焊接连接。

2.根据权利要求1所述的一种分离式相变远程传热系统，其特征在于：所述换热通道(2)上焊接排水管道(6)，所述排水管道(6)为半圆中空柱体。

3.根据权利要求1所述的一种分离式相变远程传热系统，其特征在于：所述片状换热单片、片状换热单片A均为多个。

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