CN105277027A - 一种相变换热器及其换热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相变换热器及其换热方法，所述换热器由上方的冷凝室和下方的蒸发室组成；所述冷凝室内设有汽包，冷凝室顶部设置阀门组与汽包连接，实现对***中金属受热壁面的最低温度进行闭环控制；所述蒸发室内布置有若干直管，其顶端通过冷凝水管与所述汽包一端联通，其底端通过蒸汽上升管与所述汽包另一端联通，冷凝室与蒸发室之间形成回路。该换热器通过与电站锅炉中的省煤器相配合回收烟气余热，进行循环相变换热。本发明可以大幅度降低烟气排放温度，同时烟气余热得到充分利用，此外，还保持金属受热壁面温度处于较高温度水平，使其远离酸的露点腐蚀区域，从而避免腐蚀现象的发生，改善设备使用可靠性。

Description

一种相变换热器及其换热方法

技术领域

本发明属于热能领域，涉及利用烟气余热回收的一种相变换热器及其换热方法，主要应用在电站锅炉中的省煤器。

背景技术

目前，针对电站锅炉的烟气余热回收已经得到了广泛的研究和利用，中、低温余热能级较低、传热效率较低，目前大部分的低温余热直接排放掉，造成能源浪费，因此加强针对中、低温的烟气余热方面的开发利用。

对于中、低温烟气余热一般是利用空气预热器、省煤器加热空气和给水，也可以用于加热物料等。首先省煤器主要用吸收低温烟气的热量以降低排气温度，其次给水首先在省煤器中加热，从而减少水在蒸发受热面内的吸收量，再次提高进入气泡的给水温度，减少给水与气泡之间的温差，降低气泡热应力。省煤器是锅炉中必不可少的换热元件。

提高锅炉热效率的主要出发点是从降低排烟损失及降低排烟温度，但是降低排烟温度可能造成低温腐蚀问题，当排气温度降低后，换热器表面出现凝结出的硫酸，产生腐蚀效果，将严重影响到换热器的换热效率。

目前电站锅炉中主要采用的是光管省煤器，也有采用鳍片管、肋片管及膜式结构省煤器，虽然传热效果有了一定的提高，防腐蚀效果有所改善，但是加工并不方便。

热管技术在强化传热方面在各领域已经取得了显著的效果，20世纪90年代初，采用热管换热器的空气预热器曾一度广泛推广，单根的热管利用自动控制技术，改变流经冷凝段热工质流量，调节热管壁温。然而在实际工作过程中的热管换热器主要是由多根热管拼装而成，彼此之间存在制造差异，位置也各不相同，因此热管的壁温并不是完全一致的，温度调节存在困难，降低热管的换热性能，到一定程度时传热效率急剧下降将造成换热器报废，而热管的制造维修成本巨大。

发明内容

针对上述现有技术问题，本发明提供了一种相变换热器及其换热方法，结合说明书附图，技术方案如下：

一种相变换热器，与电站锅炉中的省煤器相配合回收烟气余热，所述换热器由上方的冷凝室和下方的蒸发室组成；

所述冷凝室内设有汽包2，冷凝室顶部设置阀门组与汽包2连接，实现对***中金属受热壁面的最低温度进行闭环控制；

所述蒸发室内布置有若干直管9，其顶端通过冷凝水管12与所述汽包2一端联通，其底端通过蒸汽上升管8与所述汽包2另一端联通，直管9内装有冷却介质，冷凝室与蒸发室之间形成回路，且蒸发室底端设有排污阀11。

所述阀门组由针型阀3、放气球阀4、热水表5和注水球阀6沿管路依次连接组成，所述针型阀3与汽包2连接，所述注水球阀6并联在汽包2出水管路上。

所述直管9采取错位排列的方式分布在蒸发室内。

所述直管9的外侧均匀分布有环形肋片。

所述环形肋片与直管9竖直向下方向之间的夹角为30度至45度。

装在直管9内的所述冷却介质为空气、冷凝水或导热油。

一种相变换热器的换热方法，通过对电站锅炉内的烟气余热进行回收，进行循环相变换热，具体步骤如下：

(1)准备注水：打开排污阀11，将换热器内部水放干；

(2)注水：调节冷凝室顶部阀门组，对汽包进行注水；

(3)排气：注水完毕后关闭汽包2，直管9内受热产生蒸汽，调节冷凝室顶部阀门组，开始排气；

(4)调节壁温：排气结束后，调节冷凝室顶部阀门组，控制汽包2的进水量，使***中金属受热壁面的温度保持在105℃上下波动。

在步骤(2)至(4)中所述阀门组由针型阀3、放气球阀4、热水表5和注水球阀6沿管路依次连接组成，所述针型阀3与汽包2连接，所述注水球阀6并联在汽包2出水管路上；

所述步骤(2)中注水过程为：关闭放气球阀4和排污阀11，打开针形阀3和注水球阀6开始注水；

所述步骤(3)中排气过程为：注水完毕后，闭汽包2和注水球阀6，打开针形阀3和放气球阀4，直管9内受热产生蒸汽，放气球阀4开始排气；

所述步骤(4)中调节壁温的过程为：排气结束后，先关闭针形阀3，然后关闭放气球阀4，排气结束，调节注水球阀6，控制汽包2的进水量，使***中金属受热壁面的温度保持在105℃上下波动。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明可以大幅度降低烟气排放温度，同时烟气余热得到充分利用，使排烟温度在100-120℃之间浮动；

2、本发明在降低排烟温度的同时，保持金属受热壁面温度处于较高温度水平，使其远离酸的露点腐蚀区域，从而避免腐蚀现象的发生，改善设备使用可靠性；

3、本发明可使金属受热面的最低壁面温度处于可调可控状态，使相变换热器的流量具有一定的可控能力，从而使排烟温度和壁面温度保证相对稳定；

4、本发明可以适用不同负荷不同燃料的锅炉设备中，易推广应用。

附图说明

图1为本发明的相变换热器的结构示意图；

图2为本发明的相变换热器中直管的分布示意图；

图3为本发明的相变换热器中直管的结构示意图；

图4a为本发明的相变换热器中直管上肋片的结构放大图；

图4b为图4a的俯视图。

图中：

1-进水阀，2-汽包，3-针形阀，4-放气球阀，5-热水表，6-注水球阀，7-出水阀，8-蒸汽上升管，9-直管，10-环形肋片，11-排污阀，12-冷凝下降管。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明的技术方案，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：

本发明提供的相变换热器的传热原理与热管相似，可以看成是大型的热管。主要由蒸发室和冷凝室两部分组成，蒸发室内布置若干数量的直管，直管内装有中间冷却介质，中、低温烟气流经蒸发室和直管中间的区域，冷凝室内装有冷凝水管12，在冷凝室顶部设置多个阀门，本发明的相变换热器具体结构如下：

如图1所示，冷凝室位于上方，内设有汽包2，蒸发室位于下方，内部分布有多根直管9，直管9内装有中间冷却介质，冷却介质可以为空气、冷凝水、导热油等适合工艺的介质。直管9顶端通过冷凝水管12与汽包2一端联通，直管9底端蒸汽上升管8与所述汽包2另一端联通，当烟气掠过蒸发室的直管9管束外侧时，直管9内的冷却介质沸腾汽化为饱和水蒸气，流经冷凝管内的冷却介质被加热，同时释放出气化潜热加热工质。饱和水下降至蒸发室内再次受热，如此循环进行，进行相变换热。

如图2所示，直管9在蒸发室内采取错位排列形式，蒸发室的长度为L，宽度为W，相邻直管9之间的水平距离为0.125L，竖直距离为0.09W，其具体分布方案还可以结合换热器的结构进行适当调整。

如图3所示，直管9的外侧均匀的分布着环形肋片10，起到强化传热的作用。如图4a和图4b所示，肋片10与直管9之间的有一定的夹角，环形肋片与直管9竖直向下方向之间的夹角为30度至45度这样的目的是防止烟气中的粉尘积累在肋片10上。

本发明的冷凝室顶部设有阀门组，通过流量调节进行相变，实现整个***中最低壁面温度进行闭环控制，针对不同煤质可能引发的露点温度变化后，对壁温可控可调。在保证设备安全运行的前提下，实现最大幅度回收烟气余热。

如图1所示，该阀门组由针型阀3、放气球阀4、热水表5和注水球阀6沿管路依次连接组成，所述针型阀3与汽包2连接，所述注水球阀6并联在汽包2出水管路上。通过进水阀1和出水阀7的控制冷却介质的流量，从而实现控制金属壁面温度的作用。

汽包2用于储存冷却介质，保证锅炉在运行过程中有充足的冷却介质进行相变换热，同时在相变换热过程中，受热蒸汽沿上升管进入汽包，经过冷凝室冷却成液体，并沿下降管回到蒸发室。

冷却介质在流动过程中应实时监测冷却介质的流量，保证烟气一直在合理的工作范围内工作。

放气球阀4、注水球阀6以及针形阀3起到辅助调节冷却介质流量的作用。

下面结合附图对本发明的变相换热器的换热方法进行具体说明，具体过程如下：

(1)准备注水：打开蒸发室内的排污阀11，将内部的水放干，在汽包2进水前记录热水表5数值

(2)注水：注水可以在锅炉运行过程中也可以在停炉状态下进行。关闭放气球阀4和排污阀11，打开针形阀3和注水球阀6，开始注水。达到注水要求后关闭注水球阀6，同时立即打开放气球阀4。

(3)排气：停止注水后，关闭汽包2和注水球阀6后进行排气。打开针形阀3和放气球阀4，在相变直管内受热后产生蒸汽的影响下，放气球阀4有气体排出，即开始排气。

(4)调节壁温：持续放气一段时间后，先关闭针形阀3，然后关闭放气球阀4，排气结束。排气结束后，自控装置自动调节温度，其中自动调节阀控制进入汽包2的进水量，使壁温保持在105℃上下波动。保证设备在正常状况下运行。

注意在排气过程中应适当开大进水阀1，保证排气口不产生负压、壁温在105℃-115℃为宜，壁温不能超过120℃。

Claims (8)

1.一种相变换热器，与电站锅炉中的省煤器相配合回收烟气余热，其特征在于：所述换热器由上方的冷凝室和下方的蒸发室组成；

所述冷凝室内设有汽包(2)，冷凝室顶部设置阀门组与汽包(2)连接，实现对***中金属受热壁面的最低温度进行闭环控制；

所述蒸发室内布置有若干直管(9)，其顶端通过冷凝水管(12)与所述汽包(2)一端联通，其底端通过蒸汽上升管(8)与所述汽包(2)另一端联通，直管(9)内装有冷却介质，冷凝室与蒸发室之间形成回路，且蒸发室底端设有排污阀(11)。

2.如权利要求1所述一种相变换热器，其特征在于：所述阀门组由针型阀(3)、放气球阀(4)、热水表(5)和注水球阀(6)沿管路依次连接组成，所述针型阀(3)与汽包(2)连接，所述注水球阀(6)并联在汽包(2)出水管路上。

3.如权利要求1所述一种相变换热器，其特征在于：所述直管(9)采取错位排列的方式分布在蒸发室内。

4.如权利要求1或3所述一种相变换热器，其特征在于：所述直管(9)的外侧均匀分布有环形肋片。

5.如权利要求4所述一种相变换热器，其特征在于：所述环形肋片与直管(9)竖直向下方向之间的夹角为30度至45度。

6.如权利要求1所述一种相变换热器，其特征在于：装在直管(9)内的所述冷却介质为空气、冷凝水或导热油。

7.一种如权利要求1所述相变换热器的换热方法，通过对电站锅炉内的烟气余热进行回收，进行循环相变换热，具体步骤如下：

(一)准备注水：打开排污阀(11)，将换热器内部水放干；

(二)注水：调节冷凝室顶部阀门组，对汽包进行注水；

(三)排气：注水完毕后关闭汽包(2)，直管(9)内受热产生蒸汽，调节冷凝室顶部阀门组，开始排气；

(四)调节壁温：排气结束后，调节冷凝室顶部阀门组，控制汽包(2)的进水量，使***中金属受热壁面的温度保持在105℃上下波动。

8.如权利要求7所述一种相变换热器的换热方法，其特征在于：在步骤(二)至(四)中所述阀门组由针型阀(3)、放气球阀(4)、热水表(5)和注水球阀(6)沿管路依次连接组成，所述针型阀(3)与汽包(2)连接，所述注水球阀(6)并联在汽包(2)出水管路上；

所述步骤(二)中注水过程为：关闭放气球阀(4)和排污阀(11)，打开针形阀(3)和注水球阀(6)开始注水；

所述步骤(三)中排气过程为：注水完毕后，闭汽包(2)和注水球阀(6)，打开针形阀(3)和放气球阀(4)，直管(9)内受热产生蒸汽，放气球阀(4)开始排气；

所述步骤(四)中调节壁温的过程为：排气结束后，先关闭针形阀(3)，然后关闭放气球阀(4)，排气结束，调节注水球阀(6)，控制汽包(2)的进水量，使***中金属受热壁面的温度保持在105℃上下波动。