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