CN220322132U - 一种低温烟气余热发电机组的直热式蒸发器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于低温余热发电技术领域，具体涉及一种低温烟气余热发电机组的直热式蒸发器，包括箱体和箱体中部的主管板和副管板，箱体内上下分为蒸发腔和烟气腔，蒸发腔包括预热室和蒸发室，蒸发室顶部设有半圆形的顶盖，主管板和副管板上穿设若干列热管，每一列热管包括若干支热管，热管垂直穿过主管板和副管板，预热室内设有若干折流板。本实用新型中的ORC发电机组的工质先在预热室内与较低温度的烟气换热，然后再进入蒸发室与较高温度的烟气换热，使工质在蒸发室内的起始温度偏高，所以工质升温更快且受热均匀，因此蒸发效果更好，低温烟气热量得到充分利用，提高烟气余热的利用率。
Description
技术领域
本实用新型属于低温余热发电技术领域，具体涉及一种低温烟气余热发电机组的直热式蒸发器。
背景技术
目前废热利用已备受各行业的重视，其中利用各类窑炉、锅炉等低于200℃大于80℃的低温烟气发电就是重要的低温废热利用途径。
低温余热发电，又叫有机朗肯循环发电(Organic Rankine Cycle简称ORC)，是将低品位热能转化为电能。ORC系统由于所使用的工质沸点较低，可以在低沸点下获得较高的蒸汽压力，推动汽轮机做功。
用于烟气废热的ORC发电的工艺流程为：烟气气水换热器-蒸发器-透平机-发电机-冷却塔，烟气经过气水换热器产生热水或低压蒸汽，然后进入蒸发器加热工质（制冷剂），工质汽化进入透平机加压，高压工质蒸汽带动发电机发电，发电后的低压工质蒸汽经过冷却塔循环水冷却液化。一般的ORC机组的蒸发器为列管式或板式换热器，属于间壁换热，若直接用烟气加热蒸发器，烟气会腐蚀管壁或板壁等换热元件，换热元件一旦有破裂的地方，就会造成工质泄漏，产生巨大的经济损失。所以，通常是先把烟气余热换成热水或低压蒸汽，再经过蒸发器加热工质。这样虽然避免了烟气对蒸发器的腐蚀，但二次换热造成了热量损失，同时也多增加了烟气换热的投资。
现有技术中，专利号为CN202310143717.0的发明中公开了一种用于烟气余热回收的脉动热管换热装置，包括箱体、第一隔板、第二隔板和多个闭式脉动热管，第一隔板和第二隔板间隔设置在箱体内并与箱体连接，第一隔板和第二隔板之间填充有绝热材料层，第一隔板与箱体围成冷源室，第二隔板与箱体围成热源室，多个闭式脉动热管均设于箱体内并穿设在第一隔板和所述第二隔板上，且闭式脉动热管的一端位于冷源室内，闭式脉动热管的另一端位于热源室内。
该申请中的脉动热管换热装置在使用过程中，靠近使烟气进口处的烟气温度高，由于热管的换热作用后，靠近烟气出口的烟气较低，因此冷源室内入口和出口两端的工质的温度差较大，导致冷源室内的工质受热不均匀，局部过热甚至暴沸，存在安全隐患，且烟气的热量利用率低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种加热均匀、热量利用率高的低温烟气余热发电机组的直热式蒸发器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为达到上述技术目的，本实用新型的技术方案：
一种低温烟气余热发电机组的直热式蒸发器，包括箱体，所述箱体中部设有水平且平行的主管板和副管板，所述主管板、副管板与所述箱体连接并且将所述箱体的内部上下分为蒸发腔和烟气腔，所述主管板位于所述蒸发室底部，所述副管板位于所述烟气腔的顶部，所述烟气腔的一端设有进气口，另一端设有出气口，所述蒸发腔侧壁上设有工质入口，所述工质入口与所述出气口位于所述箱体的同侧，所述工质入口位于所述蒸发腔的侧壁下部靠近所述主管板处，所述蒸发腔包括预热室和蒸发室，所述预热室与所述蒸发室连通，所述预热室连接所述工质入口，所述蒸发室顶部设有半圆形的顶盖，所述顶盖顶部连接定压缓冲罐；
所述主管板和所述副管板上垂直穿设若干列热管，每一列所述热管包括若干支所述热管，所述热管包括位于所述蒸发腔内的冷凝段和位于所述烟气腔内的蒸发段，所述蒸发段的外壁上设有螺旋翅片；
所述预热室内设有若干折流板，所述折流板与所述主管板垂直且与所述箱体的两端侧壁平行，每间隔两列所述热管设有一所述折流板。
作为一种改进，所述折流板包括多个第一折流板和多个第二折流板，多个所述第一折流板和多个所述第二折流板交替设置，所述第一折流板的两侧分别与所述箱体的两内侧壁固定连接，所述第一折流板的底部与所述主管板固定连接，所述第一折流板的顶部与所述箱体的顶壁之间留有缝隙，所述第二折流板的两侧分别与所述箱体的两内侧壁固定连接，所述第二折流板的顶部与所述箱体的顶壁固定连接，所述第二折流板的底部与所述主管板之间留有缝隙；
靠近所述工质入口的第一折流板位于第二列所述热管和第三列所述热管中间，靠近所述工质入口的所述第二折流板位于第四列所述热管和第五列所述热管中间，靠近所述蒸发室的所述第二折流板将所述预热室和所述蒸发室隔开。
作为进一步地改进，所述主管板与所述副管板之间设有耐温防水砂浆浇筑层，所述主管板的厚度大于所述副管板的厚度，所述主管板、所述副管板与所述热管固定连接。
作为进一步地改进，所述蒸发室的侧壁上设有液位计，所述液位计电连接报警器。
作为进一步地改进，所述烟气腔的底部设有锥型的落尘斗，所述落尘斗与所述烟气腔连通，所述落尘斗的口径由上到下逐渐缩小，所述落尘斗的底部设有排污口。
由于采用上述技术方案，本实用新型的有益效果：
本实用新型提供的低温烟气余热发电机组的直热式蒸发器，烟气与工质逆向流动，设置热管连接烟气腔和蒸发腔，烟气余热通过热管直接传递给工质，将工质加热转化为蒸汽。蒸发腔分为预热室和蒸发室，使工质进入蒸发腔后，先在预热室内与较低温度的烟气换热，然后再进入蒸发室与较高温度的烟气换热，使工质在蒸发室内的起始温度偏高，所以工质受热均匀且迅速升温，因此蒸发效果更好，低温烟气热量得到充分利用，提高烟气余热的利用率。
通过在预热室内设置多个折流板，增加工质在预热室内的运动路径，延长工质在预热室内的换热时间，使工质进入蒸发室时的初始温度更高，增强了换热效果。
附图说明
图1是本实用新型的正面剖视图；
图2是本实用新型蒸发腔的俯视剖视图；
图3是本实用新型的侧视图；
其中：1-箱体，11-主管板，12-副管板，13-烟气腔，131-进气口，132-出气口，14-蒸发腔，141-工质入口，142-预热室，143-蒸发室，144-顶盖，145-定压缓冲罐，15-折流板，151-第一折流板，152-第二折流板，16-液位计，2-热管，21-冷凝段，22-蒸发段，23-螺旋翅片，3-落尘斗，31-排污口，4-透平机，5-发电机，6-冷却塔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式及附图对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。
如图1-3所示，一种低温烟气余热发电机组的直热式蒸发器，包括箱体1，箱体1中部设有水平且平行的主管板11和副管板12，主管板11、副管板12与箱体1的内壁连接并且将箱体1的内部上下分为蒸发腔14和烟气腔13，主管板11位于蒸发室143的底部，副管板12位于烟气腔13的顶部，烟气腔13的一端设有进气口131，另一端设有出气口132，蒸发腔14的一端设有工质入口141，出气口132与工质入口141位于箱体1的同侧，工质入口141位于蒸发腔14的侧壁下部靠近主管板11处。蒸发腔14包括预热室142和蒸发室143，预热室142与蒸发室143连通，预热室142连接工质入口141，蒸发室143的顶部设有半圆形的顶盖144，顶盖144内形成汽包，顶盖144的顶部连接定压缓冲罐145。
本实施例中，烟气和液体工质逆向流动，烟气从烟气腔13的进气口131进入，从出气口132排出，同时，液体工质从蒸发腔14的工质入口141进入，经过预热室142再进入蒸发室143，液体工质在蒸发室143内蒸发，产生的蒸汽由顶盖144进入定压缓冲罐145。由于烟气排放不稳定，导致产生的蒸汽也不稳定，所以设置定压缓冲罐145，以保证工质蒸汽定压输送至下一工段。
主管板11和副管板12上垂直穿设若干列热管2，每一列包括若干支热管2，热管2包括位于蒸发腔14内的冷凝段21和位于烟气腔13内的蒸发段22，蒸发段22的外壁上设有螺旋翅片23，热管2的顶端靠近箱体1的顶壁，热管2的底端靠近箱体1的底壁。其中，热管2为现有公知技术，使用时，热管2的蒸发段22在烟气腔13内吸热后内部液体蒸发，内部蒸汽在微小的压力差下流向冷凝段21，并且释放出热量，热量给蒸发腔内的ORC发电机组的工质加热。热管2具有导热性能高的优势，使烟气与工质快速换热。通过设置螺旋翅片23可以增加热管2与烟气的接触面积，提高换热的效率。
预热室142内设有若干折流板15，折流板15与主管板11垂直且与箱体1的两端侧壁平行，每间隔两列热管2设有一折流板15，折流板15对工质起阻挡和导流的作用。
具体地，折流板15包括多个第一折流板151和多个第二折流板152，多个第一折流板151和多个第二折流板152交替设置，第一折流板151的两侧壁与箱体1的两内侧壁固定连接，第一折流板151的底部与主管板11固定连接，第一折流板151的顶部与箱体1的顶壁之间留有缝隙，便于工质通过；第二折流板152的两侧壁与箱体1的两内侧壁固定连接，第二折流板152的顶部与箱体1的顶壁固定连接，第二折流板152的底部与主管板11之间留有缝隙，便于工质通过。靠近工质入口141的第一折流板151位于第二列热管2和第三列热管2中间；靠近工质入口141的第二折流板152位于第四列热管2和第五列热管2中间；靠近蒸发室143的第二折流板152将预热室142和蒸发室143隔开，保持介质从第二折流板152底部流向蒸发室143。
由于工质入口141位于蒸发腔14的下部，为使热管2与工质接触更充分，换热时间较长，所以使工质从第一折流板151的顶部流过并继续向蒸发室143方向流动，工质与热管2换热更充分。靠近蒸发室143的折流板15为第二折流板152，即第二折流板152与主管板11之间留有缝隙，使工质进入蒸发室143时，先接触冷凝段21的下部，从而使热管2与工质接触更充分，蒸发室143内的工质温度更均匀，换热效果更好，有利于工质蒸发为蒸汽。经过折流板15的多次反复上下折流，增加工质在预热室142内的运动路径，延长工质在预热室142内的换热时间，使工质进入蒸发室143时的初始温度更高。
烟气从进气口131进入烟气腔13内与热管2换热，越靠近出气口132处的烟气温度越低，因此预热室142内热管2的整体温度低于蒸发室143内热管2的整体温度。工质从预热室142内经过初步加热后再进入蒸发室143，工质在蒸发室143内的起始温度偏高，并且蒸发室143内热管2的温度较高，所以工质升温更快且受热均匀。
具体地，主管板11与副管板12之间设有耐温防水砂浆浇筑层，主管板11、副管板12分别与热管2固定连接，主管板11与热管2之间采用密封焊，副管板12与热管2之间采用点焊，主管板11的厚度大于副管板12的厚度，使主管板11可以承载热管2的重量。通过在主管板11和副管板12之间设置耐温防水砂浆浇筑层，阻断了烟气对主管板11和热管2的焊缝腐蚀，并且，如果热管2与主管板11或副管板12的连接处发生损坏，工质或烟气也无法向烟气腔13或蒸发腔14内泄露，不影响设备的使用。
蒸发室143的侧壁上设有液位计16，液位计16电连接报警器。由于烟气腔13内的烟气流量和温度不稳定，因此蒸发室143内工质的蒸发速度也会有所不同，通过安装液位计16监测，当液位过高时可以自动报警，提醒工作人员及时操作，避免损害设备，防止发生危险。
烟气腔13的底部设有锥型的落尘斗3，落尘斗3与烟气腔13连通，落尘斗3的口径由上到下逐渐缩小，落尘斗3的底部设有排污口31。由于烟气腔13内长时间通过烟气，热管2及箱体1内壁会有灰尘附着，长时间不清理会导致热管2的换热效率下降，所以应当定期清理。清洗时，打开排污口31，使用高压水从进气口131或出气口132对内部进行冲洗，污物从底部的排污口31流出。
具体地，定压缓冲罐145连接透平机4，透平机4连接发电机5，发电机5连接冷却塔6。直热式蒸发器利用烟气的余热将工质加热，工质蒸发产生低压蒸汽，然后低压蒸汽经过定压缓冲罐145调节压力后进入透平机4加压，高压蒸汽带动发电机5发电，发电后的工质蒸汽经过冷却塔6循环水冷却液化，再流回到进入直热式蒸发器，如此循环发电。
本实施例不仅限于此，还可用于烟气或直燃驱动的吸收式热泵的发生器。
以上所述本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种低温烟气余热发电机组的直热式蒸发器，包括箱体，所述箱体中部设有水平且平行的主管板和副管板，所述主管板、副管板与所述箱体连接并且将所述箱体的内部上下分为蒸发腔和烟气腔，所述主管板位于所述蒸发腔底部，所述副管板位于所述烟气腔的顶部，其特征在于，所述烟气腔的一端设有进气口，另一端设有出气口，所述蒸发腔侧壁上设有工质入口，所述工质入口与所述出气口位于所述箱体的同侧，所述工质入口位于所述蒸发腔的侧壁下部靠近所述主管板处，所述蒸发腔包括预热室和蒸发室，所述预热室与所述蒸发室连通，所述预热室连接所述工质入口，所述蒸发室顶部设有半圆形的顶盖，所述顶盖顶部连接定压缓冲罐；
所述主管板和所述副管板上垂直穿设若干列热管，每一列所述热管包括若干支所述热管，所述热管包括位于所述蒸发腔内的冷凝段和位于所述烟气腔内的蒸发段，所述蒸发段的外壁上设有螺旋翅片；
所述预热室内设有若干折流板，所述折流板与所述主管板垂直且与所述箱体的两端侧壁平行，每间隔两列所述热管设有一所述折流板。
2.根据权利要求1所述的低温烟气余热发电机组的直热式蒸发器，其特征在于，所述折流板包括多个第一折流板和多个第二折流板，多个所述第一折流板和多个所述第二折流板交替设置，所述第一折流板的两侧分别与所述箱体的两内侧壁固定连接，所述第一折流板的底部与所述主管板固定连接，所述第一折流板的顶部与所述箱体的顶壁之间留有缝隙，所述第二折流板的两侧分别与所述箱体的两内侧壁固定连接，所述第二折流板的顶部与所述箱体的顶壁固定连接，所述第二折流板的底部与所述主管板之间留有缝隙；
靠近所述工质入口的第一折流板位于第二列所述热管和第三列所述热管中间，靠近所述工质入口的所述第二折流板位于第四列所述热管和第五列所述热管中间，靠近所述蒸发室的所述第二折流板将所述预热室和所述蒸发室隔开。
3.根据权利要求1所述的低温烟气余热发电机组的直热式蒸发器，其特征在于，所述主管板与所述副管板之间设有耐温防水砂浆浇筑层，所述主管板的厚度大于所述副管板的厚度，所述主管板、所述副管板与所述热管固定连接。
4.根据权利要求3所述的低温烟气余热发电机组的直热式蒸发器，其特征在于，所述蒸发室的侧壁上设有液位计，所述液位计电连接报警器。
5.根据权利要求3所述的低温烟气余热发电机组的直热式蒸发器，其特征在于，所述烟气腔的底部设有锥型的落尘斗，所述落尘斗与所述烟气腔连通，所述落尘斗的口径由上到下逐渐缩小，所述落尘斗的底部设有排污口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |