CN216049290U - 一种废气管道外壁的余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种废气管道外壁的余热回收系统，包括绕带式换热器、保温层和能源转化器，其中所述绕带式换热器设置在废气管道的外壁上，所述保温层设置在所述绕带式换热器的外部，所述绕带式换热器与所述能源转化器连接，换热介质在所述绕带式换热器和所述能源转化器中循环流动换热。本申请具有安装简单、余热回收效率高、余热回收价值易于体现等优点。

Description

一种废气管道外壁的余热回收系统

技术领域

本申请涉及一种废气管道外壁的余热回收系统，适用于能源回收的技术领域。

背景技术

在热电、化工及印染等行业，由于对产品进行加工制造过程中需要较高的温度，比如热电需要采用燃油、燃气、燃煤等能源物质进行燃烧产生大量热，来加热水产生高温蒸汽从而推动叶轮产生动能来发电，但燃油、燃气、燃煤在燃烧后形成温度低于400℃的低温尾气中富含有低品位的能源。又如，印染定型机排放的废气温度一般都有200℃左右，也富含有低品位能源，如果把这些能源直接排入大气，不但造成能源的浪费，还会带来环保等问题。

目前，对上述低品位能源的余热回收没有引起太多的重视，主要原因在于：余热回收的技术及装置经济投入巨大，所产出的经济效益与经济投入不成比例，使得用户通常是被动而不是主动进行余热回收；常用的废气管道余热回收装置一般设于管道内部，在实际使用时会产生额外的问题，比如热电厂、印染厂的废气中含有大量的固体颗粒物，在余热回收过程中颗粒物会堆积在置于废气管道内部的换热器表面，造成换热器换热效率下降，同时废气管道较为复杂，对换热器清理又会造成停工停产等问题；余热回收装置所回收的余热没法进行循环再利用，实现其应有的经济价值；对于建成已久的热电厂、化工及印染行业的厂区和设备来说，采用新的余热回收装置存在改造困难而无法进行余热回收。

现有技术中虽然也有在废气管道的外壁缠绕螺旋型盘管来回收余热的技术，但通常盘管都是一根粗管，其刚性较大，盘绕起来非常困难，而且与废气管道的外壁贴合也不紧密。例如，如果采用DN15的换热管，其直径为15mm，外径接近20mm。由于其强度和刚性很大，将其弯制成螺旋形状再套到废气管道上，则弯制、加工及施工都存在较大困难。同时，单根螺旋形状由于接触面积较小，需要较长的管路才能形成足够的换热面积，而管路增长势必会增加管路内沿程阻力损失，带来换热介质循环动力的泵负荷增加。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种废气管道外壁的余热回收系统，其具有安装简单、余热回收效率高、余热回收价值易于体现等优点。

本申请涉及一种废气管道外壁的余热回收系统，包括绕带式换热器、保温层和能源转化器，其中所述绕带式换热器设置在废气管道的外壁上，所述保温层设置在所述绕带式换热器的外部，所述绕带式换热器与所述能源转化器连接，换热介质在所述绕带式换热器和所述能源转化器中循环流动换热。

其中，所述绕带式换热器包括并行管路、分液管和集液管，所述分液管与进管相连，所述集液管与出管相连，所述并行管路间隔设置在所述分液管和所述集液管之间；所述并行管路的直径可以不大于4mm，壁厚不大于0.4mm；所述并行管路和所述废气管道的外壁之间可以设有金属板；所述并行管路可以为扁管，所述扁管最大的面与所述废气管道的外壁接触；所述分液管或所述集液管内可以设置挡流板；或者，所述分液管和所述集液管内都设置挡流板；所述余热回收系统还可以包括泵，所述进管与所述泵的出口相连接，所述出管与所述能源转化器的进口相连接；所述废气管道的一端可以与运行设备的废气排放出口连接，另一端与废气洁净处理设备连接，或者，所述废气管道的一端与废气洁净处理设备相连接，另一端直接放置在外界环境中；所述能源转化器可以为换热器或蒸汽压缩机，所述能源转化器与所述绕带式换热器的进口之间可以设有节流阀。

本申请的废气管道外壁的余热回收系统，具有以下技术优势：

(1)绕带式换热器采用多根并行的小管径管路作为换热管路，避免了单根粗管刚性强、铺设不方便、换热不均匀的缺陷，充分利用了小管径通道的柔性，易于弯制、加工和施工，同时多根并行方式使在废气管道外壁铺设更容易、更紧密，更能形成均匀的温度场，有助于提高换热效率；

(2)多根并行管路的两端分别与分液管和集液管连接，使得换热介质在并行管路中的流动路径大为减少，避免了沿程的阻力损失，减少了换热介质循环所需的负荷；

(3)经过换热的换热介质流入能源转化器，将回收的余热传输给运行设备可以利用的物质，在运行设备中直接利用或者转至设备外部使用，避免了能源的浪费，提高了能源的使用效率。

附图说明

图1是本申请的废气管道外壁的余热回收系统的示意图。

图2是将循环管路进行串联后形成的余热回收系统的示意图。

图3是本申请的绕带式换热器的示意图。

图4是本申请的绕带式换热器的一种实施例。

图5是本申请的绕带式换热器的另一种实施例。

图6是本申请的废气管道外壁的余热回收系统的另一种实施方式。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本申请的一种废气管道外壁的余热回收系统，如图1所示，包括绕带式换热器1、保温层4和能源转化器5，其中绕带式换热器1可以通过贴敷等方式设置在废气管道2的外壁上，并与废气管道2的外壁实现热传导，换热介质3在绕带式换热器1中循环流动换热，保温层4设置在绕带式换热器1的外部并与其紧密接触，实现对绕带式换热器1和废气管道2的保温隔热，能源转化器5与绕带式换热器1连接，以将换热介质3从废气管道2中吸取的余热转化成运行装置或外部设备所需的能源。另外，还可以在余热回收系统中设置泵6，以给换热介质3提供换热循环的动力。当废气管道2有多段相连或者废气管道2内的废气所含能源品位不同时，如图2所示，可以采用将多个换热组件进行串联的方式。

如图3所示，绕带式换热器1包括并行管路11、分液管12和集液管13，分液管12与进管14相连，集液管13与出管15相连，并行管路11间隔设置在分液管12和集液管13之间。并行管路11由管内径15mm以下的至少一根金属管路构成，多根金属管路并行排布，并行管路11相互之间存在间距，间距大小取决于相邻两个并行管路11吸取废气管道外壁热量的均匀性。优选地，并行管路11的直径不大于4mm，壁厚不大于0.4mm，该尺寸的管路在行业内一般被称为小通道换热器。小通道换热器具有换热效率高、易弯曲、易贴附等技术优势。为了进一步保证并行管路11在废气管道2上换热均匀，可以将并行管路11通过钎焊、粘结等方式固定设置在金属板上，金属板再与废气管道2的外壁直接接触，并行管路11通道金属板吸收废气管道外壁的热量再进行换热。

并行管路11在径向上的形状可以是圆形或椭圆形，也可以是三角形等多边形，为了加大与废气管道2的换热接触面积，可以将并行管路11做成扁管，使扁管最大的面与废气管道2的外壁进行接触换热。并行管路11在轴向上成螺旋状结构，因此并行管路11的轴向与废气管道2的轴向会形成一定的倾角，以便把废气管道2的外壁进行包裹式接触。当并行管路11的轴向与废气管道2的轴向形成90°倾角时，可以形成如图4所示的结构；当并行管路11的轴向与废气管道2的轴向形成0°倾角时，可以形成如图5所示的结构。

分液管12和集液管13可以是金属管，上面设有多个开孔，开孔的孔径与并行管路11相匹配，以便并行管路11插进分液管12、集液管13内，并通过钎焊等连接方式使分液管12、集液管13与并行管路11形成密闭的通道。为了进一步使并行管路11中流动的换热介质3更均匀，可以在分液管12、集液管13内设置挡流板，从而延长换热介质3在并行管路11内的流动路径。分液管12和集液管13可以是直线形或曲线形，截面可以是圆形或椭圆形，也可以是三角形等多边形。

进管14和出管15可以是金属管。进管14和出管15的一端分别与分液管12、集液管13的内径相匹配，通过钎焊等连接方式形成良好的密封结构。进管14的另一端与泵6的出口相连接，以便从泵6获得换热介质3；出管15的另一端与能源转化器5的进口相连接，以便将换热后换热介质3排入能源转化器5。

废气管道2的一端与运行设备废气排放出口连接，另一端与废气洁净处理设备连接；或者，废气管道2的一端与废气洁净处理设备相连接，另一端直接放置在外界环境中。换热介质3可以是在本装置中经过余热回收温度逐渐升高出现相变的流体，比如水、制冷剂；也可以是在本装置中经过余热回收温度逐渐升高不出现相变的流体，比如导热油。在换热介质是水时，绕带式换热器1中的水吸收废气管道传递的余热，温度升高可以产出高温热水，进一步加热可以产生高温蒸汽。在换热介质是导热油情况下，绕带式换热器1中的导热油吸收废气管道传递的余热，温度升高可以产出高温导热油。换热介质如被运行装置直接利用，则需要在换热介质循环管路上增加换热介质补给槽；换热介质如通过传热换热等间接方式利用余热，则换热介质不存在循环换热中质量损失，则不需要补给。本申请的保温层4用于对绕带式换热器1进行保温，隔断绕带式换热器1向外界周围环境传热。保温层可以根据绕带式换热器1表面的温度，选择不同的隔热材料。比如温度在150℃以上，可以采用岩棉等隔热材料；如温度低于80℃以下，可以采用聚氨酯等隔热材料。

能源转化器5可以是换热器或蒸汽压缩机，用于将绕带式换热器1与废气管道2进行热交换得到的余热转化成运行设备所需的能源物质。如果换热介质是导热油，而运行设备所需的能源物质是热空气，则能源转化器可以是一种换热器，换热器内循环流动的是导热油，换热器外流动的是空气，通过换热器将导热油的能量传递给空气。如果换热介质是水，而运行设备所需的能源物质是高温且具有一定压力的蒸汽，则能源转化器可以是一种蒸汽压缩机，将绕带式换热器所产生的水蒸气进行增压，变成运行设备可以利用的蒸汽。经过与废气管道外壁换热后，换热介质成为一种高温赋能的物质，这种物质通过能源转化器进行能源的转移和再利用，从而实现节能。

泵6还可以是压缩机，换热介质3为制冷剂，并在能源转化器5与绕带式换热器1之间增设节流阀7，如图6所示。此时，绕带式换热器1相当于制冷循环中的蒸发器，而能源转化器5相当于制冷循环中的冷凝器，构成一个制冷循环余热回收及余热利用的装置。此装置不但加大了换热介质3与废气管道2外壁的温差，加大了对余热的回收量，而且能够将泵6消耗的电能也转化吸收进，增大了余热的回收效率。

本申请采用绕带式换热器贴敷在运行设备废气排出管道外壁，绕带式换热器内有换热介质与废气管道外壁进行热交换。由于废气管道外壁没有固体小颗粒，因此不会影响换热器的换热效率，同时由于废气管道外壁增加了换热器，降低了外壁的温差，相比于外壁直径向外界如空气传递热量，换热量增大。例如，废气管道内部温度为400℃，没有换热器时废气管道外壁150℃，废气管道内部与外壁的温差为250℃；如果废气管道外壁设有换热器，废气管道外壁温度可以降至40℃，此时废气管道内部与外壁的温差为360℃。在换热面积及传热热阻一致情况，有换热器时废气管道的传热要比无换热器时增加44％。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属技术领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种废气管道外壁的余热回收系统，其特征在于，包括绕带式换热器、保温层和能源转化器，所述绕带式换热器设置在废气管道的外壁上，所述保温层设置在所述绕带式换热器的外部，所述绕带式换热器与所述能源转化器连接，换热介质在所述绕带式换热器和所述能源转化器中循环流动换热。

2.根据权利要求1所述的余热回收系统，其特征在于，所述绕带式换热器包括并行管路、分液管和集液管，所述分液管与进管相连，所述集液管与出管相连，所述并行管路间隔设置在所述分液管和所述集液管之间。

3.根据权利要求2所述的余热回收系统，其特征在于，所述并行管路的直径不大于4mm，壁厚不大于0.4mm。

4.根据权利要求2所述的余热回收系统，其特征在于，所述并行管路和所述废气管道的外壁之间设有金属板。

5.根据权利要求2所述的余热回收系统，其特征在于，所述并行管路为扁管，所述扁管最大的面与所述废气管道的外壁接触。

6.根据权利要求2所述的余热回收系统，其特征在于，所述分液管或所述集液管内设置挡流板；或者，所述分液管和所述集液管内都设置挡流板。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的余热回收系统，其特征在于，所述余热回收系统还包括泵，所述进管与所述泵的出口相连接，所述出管与所述能源转化器的进口相连接。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的余热回收系统，其特征在于，所述废气管道的一端与运行设备的废气排放出口连接，另一端与废气洁净处理设备连接；或者，所述废气管道的一端与废气洁净处理设备相连接，另一端直接放置在外界环境中。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的余热回收系统，其特征在于，所述能源转化器为换热器或蒸汽压缩机。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的余热回收系统，其特征在于，所述能源转化器与所述绕带式换热器的进口之间设有节流阀。

Images