专利名称：带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用平行流蒸发器回收锅炉余热的装置，属锅炉烟气余热回收领域。
背景技术：
锅炉尾部烟道中通常设有省煤器或空气预热器，吸收部分烟气余热， 但排烟温度通常在140°C 160°C或更高。由于烟气中硫化物的存在，空气预热器尾部受热面的烟气出口温度受到限制，排烟温度过低会导致受热面的壁面温度低于烟气酸露点而发生严重的结露腐蚀和堵灰甚至穿孔，这是继续利用烟气余热、降低排烟温度必须面对的难题。专利ZL91213113. 6、ZL92102776. 1、ZL99226380. 8、ZL99240424. X、ZL01238824. 6 提供了几种复合相变换热器技术，该系列技术的核心是相变换热器的蒸发器，采用翅片圆管换热器作为蒸发器的换热管。相变换热器可以在维持较低壁面温度的前提下回收利用余热、大幅度降低排烟温度，并将排烟温度控制在仅比最低壁面温度高15°C左右，通常可以控制壁温100°C时，排烟温度115°C左右。但在实际应用中也必须处理好热平衡的限制，才有可能达到既避免结露又降低排烟温度的效果。实际操作中在不结露的前提下排烟温度控制在130°C左右为宜。该系列技术较为成熟，已经过实践的检验，但也有一定的缺点，即不能应用于竖直烟道，只能在水平烟道布置，对于竖直烟道、倾斜烟道与引风机或烟 之间距离太短、无布置空间的装置，则该技术实施极为困难。而且翅片圆管以及翅片圆管蒸发器制作较为困难， 翅片管与集气管和积液管的连接均要开孔，加工不易，翅片管保持直线度不容易，制作成本较高。汽车空调系统，采用多元平行流蒸发器以取代传统的翅片圆管换热器已得到广泛应用，主要原因是其使空气侧和制冷剂侧的换热能力均得到强化，具有结构紧凑、传热效率高、噪声低、质量轻、体积小等优点。通常采用百叶窗翅片作为强化散热的手段。 ZL200810032825. 6、ZL200910028354. 6、ZL200910070900. 2 公开了几种用于汽车空调系统的平行流蒸发器及其结构的专利技术，但如将其应用到工业炉窑烟气余热回收中，由于工业炉窑烟气中的烟尘含量比汽车空调系统蒸发器空气侧的高得多，易导致翅片堵灰、积灰等结果，导致传热恶化，影响余热回收利用系统的正常工作。并且未见相关报道。因此，如何克服上述技术的缺点，解决竖直烟道或倾斜烟道布置蒸发器的难题，成为进一步合理利用工业炉窑余热、降低排烟温度、达到节能降耗目的的研究热点。
发明内容本发明的目的就是解决上述现有技术存在的问题，解决竖直烟道或倾斜烟道蒸发器布置困难的问题，实现烟气余热的高效回收。本发明利用蒸发器壁面温度控制排烟温度， 控制烟气温度在酸露点以上，从而可以有效避免烟气的低温腐蚀。一种带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置，它包含锅炉烟道1、烟道内、外设备及其连接管道，其特征在于所述锅炉烟道1内依次设有至少一个流体加热器3、至少一个平行流蒸发器6，所述平行流蒸发器6的工作介质产生的蒸汽利用经过换热器9和空气加热器10的冷流体进行冷凝；蒸汽冷凝后由液相相变工质管道11利用位差进入平行流蒸发器 6吸收烟气余热，形成一个循环回路。
上述的带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置，其特征在于所述平行流蒸发器6， 由至少一个薄壁中空扁管、至少两个肋片组成，在最上部及最下部的扁管上设置有堵盖，堵盖采用平板、或圆管、或半圆管、或曲面板，扁管侧面的上、下部分别设有引出管、引入管。上述的带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置，其特征在于所述扁管采用平行薄壁中空结构，制造扁管的材料为热的良导体材料；扁管采用竖直方向设置，扁管烟气接触面上焊接有肋片，肋片与扁管烟气接触面是垂直的，并且肋片的方向与烟气流动方向一致；所述肋片采用波浪形肋片。上述的带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置，其特征在于它还设有气相相变工质汇流排7及液相相变工质汇流排5，所述平行流蒸发器6分别通过引出管、引入管连接气相相变工质汇流排7及液相相变工质汇流排5。上述的带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置，其特征在于所述平行流蒸发器6 的工作介质产生的蒸汽经烟道外的气相相变工质汇流排7汇集后，经气相相变工质管道8 进入所述换热器9和空气加热器10加热回收余热的工质，蒸汽冷凝后由所述液相相变工质管道11利用位差进入液相相变工质汇流排5，再进入所述平行流蒸发器6吸收烟气余热，形成一个循环回路。上述的带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置，其特征在于所述液相相变工质管道11设有过冷相变工质加热器，用来调节换热器9及空气加热器10负荷波动引起的冷凝工质的过冷却；所述平行流蒸发器6出口端设有壁温测试仪13，用来控制排烟温度在烟气酸露点以上。上述的带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置，其特征在于它还设有烟气排出温度调控装置14，所述温度调控装置14根据平行流蒸发器6的壁温的高低，控制换热器9或空气加热器10的旁路调节阀的开度。上述的带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置，其特征在于所述流体加热器3与锅炉原有的省煤器2、空气预热器4串联或交错连接设置；所述流体加热器3采用间接换热方式，所述流体加热器3进口端与出口端分别与换热器9的流体出口及热流体后继利用工序的进口管连接；所述换热器9包含壳体和从壳体内通过的至少一根换热管，壳体的进口端和出口端分别与冷流体的进口及流体加热器3的进口端连接；所述换热器9及空气加热器10的换热管可采用列管、翅片管、蛇形管或螺旋槽管，或采用烟气走管程、待加热流体走壳程的方式。本发明的核心设备是平行流蒸发器6，由至少一个薄壁中空扁管6-2、至少两个肋片6-1组成，在最上部及最下部的扁管上设置有堵盖，堵盖可以采用平板，也可采用圆管、 半圆管、或曲面板，扁管侧面的上、下部分别通过引出管、引入管连接气相相变工质汇流排7 及液相相变工质汇流排5。
平行流蒸发器6的工作介质为水或其他合适的工质，产生的蒸汽经引出管进入气相相变工质汇流排7汇集后，经气相相变工质管道8进入换热器9和空气加热器10加热回收余热的工质，蒸汽冷凝后由液相相变工质管道11利用位差进入液相相变工质汇流排5，经引入管再进入平行流蒸发器6吸收烟气余热，完成一个换热过程。其中液相相变工质管道11设有过冷相变工质加热器，用来调节换热器9及空气加热器10负荷波动引起的冷凝工质的过冷却，保证进入平行流蒸发器6的液相工质接近饱和状态。扁管采用平行薄壁中空结构。制造扁管的材料可选择金属或非金属材料或复合材料。材料应为热的良导体。可按常规选择碳钢或不锈钢材料。可采用多孔结构强化换热， 可参照空调用平行流蒸发器采用多孔扁管。扁管采用竖直方向设置，扁管烟气接触面上焊接有肋片，肋片与扁管烟气接触面是垂直的，并且肋片的方向与烟气流动方向一致。为了增强扁管与烟气的换热接触面积。肋片可选用曲面肋片，作为优选采用波浪形肋片，波浪的传播方向与烟气的流动方向一致。烟气沿肋片之间的通道流动。由于采用波浪形肋片，烟气沿波浪形肋片之间的通道流动，增强了烟气的扰动，强化了传热。可按最优化参数设置扁管间距和肋片波距。在采用竖直方向设置扁管的情况下，沿扁管平行流动的烟气，只要流过与烟气的流动方向一致的肋片之间的通道时，该平行流蒸发器既可以设置在竖直烟道，也可以设置在水平烟道，还可以设置在倾斜烟道上，甚至还可以设置在烟 上。因此对锅炉系统实施节能改造的可操作性大大增强，可供选择的因地制宜的可行方案多。与翅片圆管以及翅片圆管蒸发器的生产工艺相比，本发明中的肋片及平行流蒸发器的生产工艺简单、可靠，不需要购置昂贵的生产模具和生产线，适用范围广，可以采用模块化大规模生产、组装。设有烟气排出温度调控装置14，调控装置14根据平行流蒸发器6的壁温(如通过壁温测试仪13测定)(或烟道出口处烟温)的高低，通过控制换热器9或空气加热器10的旁路调节阀的开度等手段，可使烟道出口的排烟温度降低至仅高于平行流蒸发器6壁面的烟气酸露点温度，在避免结露的前提下，达到最大限度利用烟气废热的目的，使锅炉能经济、 高热效率运行，达到节能降耗的目的。本发明的另一种实施情况是扁管采用上述肋片的波浪形结构，而肋片则沿扁管的波形纵向等高设置，肋片与扁管垂直，烟气的流动方向与扁管的波动方向一致。实质上是一种变形的平行流蒸发器结构。本发明解决竖直烟道蒸发器布置问题的另一种实施情况是扁管与烟气流动方向平行，即平行流蒸发器结构，蒸发器竖直方向布置，蒸发器扁管采用螺旋卷管结构，烟气在螺旋扁管之间的烟气通道中竖直向下或向上流动。其中的相变工质蒸发产生蒸汽从蒸发器上部侧面引出。本发明的平行流蒸发器在竖直烟道布置时，能有效减 少受热面上的积灰，增强传热，减少设备平面布置难度。本发明的平行流蒸发器及流体加热器应考虑采用成熟的防止烟气中灰尘磨损的措施。
图1是本发明竖直烟道平行流蒸发器布置结构示意图(烟气竖直方向流动，扁管竖直方向布置)。图2是 本发明水平烟道平行流蒸发器布置结构示意图(烟气水平方向流动，扁管竖直方向布置)。图3是本发明竖直烟道带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置流程示意图。图4是本发明水平烟道带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置流程示意图。图中，1一锅炉烟道，2—省煤器，3-流体加热器，4一空气预热器，5—液相相变工质汇流排，6—平行流蒸发器，6-1-肋片，6-2-扁管，7—气相相变工质汇流排，8—气相相变工质管道，9 一换热器，10—空气加热器，11一液相相变工质管道，12—过冷相变工质加热器，13—壁温测试仪，14一调控装置，15—空气，16-热空气，17-冷流体，18-热流体。
具体实施方式
以下结合附图对本发明创造作进一步详细描述。带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置(见附图1-4及附图标识说明)，利用水、导热油、燃料油或高炉煤气等待加热的流体作为回收利用余热的工质，包含锅炉烟道1及烟道内、外设备及其连接管道、控制仪表阀门。烟道1内设有至少一个流体加热器3、至少一个平行流蒸发器6以及锅炉原有的省煤器2、空气预热器，平行流蒸发器6的工作介质为水或其他合适的工质，产生的蒸汽经烟道外的气相相变工质汇流排7汇集后，经气相相变工质管道8进入换热器9和空气加热器10加热回收余热的工质，蒸汽冷凝后由液相相变工质管道 11利用位差进入液相相变工质汇流排5，再进入平行流蒸发器6吸收烟气余热，形成一个循环回路。其中液相相变工质管道11设有过冷相变工质加热器，用来调节换热器9及空气加热器10负荷波动引起的冷凝工质的过冷却，保证进入平行流蒸发器6的液相工质接近饱和状态，从而能通过设置在平行流蒸发器6出口端的壁温测试仪13控制排烟温度在烟气酸露点以上，蒸汽冷凝后的液相工质进入相变工质循环回路。至少一个流体加热器3与锅炉原有的省煤器2、空气预热器4串联或交错连接设置。其中换热器9及空气加热器10位于烟道外，换热器9及空气加热器10采用间接换热方式利用冷流体17和空气15冷却蒸汽，回收烟气余热。冷流体17加热后送入流体加热器 3继续回收烟气余热，经流体加热器3加热后的热流体18供后续利用工段使用。比如冷流体17为水，加热后的热流体18可以送入汽包进入锅炉热力循环过程，经汽水分离后产生高压或中低压的蒸汽外供使用；再如冷流体为导热油，则回收烟气余热后的导热油18可以作为热源进入发电系统进行利用或加热其他需要加热的工艺介质。设有烟气排出温度调控装置14，调控装置14根据平行流蒸发器6的壁温(如通过壁温测试仪13测定)(或烟道出口处烟温)的高低，通过控制换热器9或空气加热器10的旁路调节阀的开度等手段，可使烟道出口的排烟温度降低至仅高于平行流蒸发器6壁面的烟气酸露点温度。在采用竖直方向设置扁管的前提下，沿扁管平行流动的烟气，只要流过与烟气的流动方向一致的肋片之间的通道时，该平行流蒸发器既可以设置在竖直烟道，也可以设置在水平烟道，还可以设置在倾斜烟道上，甚至还可以设置在烟囱上。本发明的另一种实施情况是扁管采用上述肋片的波浪形结构，而肋片则沿扁管的波形纵向等高设置，肋片与扁管垂直，烟气的流动方向与扁管的波动方向一致。实质上是一种变形的平行流蒸发器结构。 本发明未涉及部分如绝热夹板、夹板用螺栓、换热管的结构、安装方式均与现有的蒸发器相同或可采用现有技术加以实现。虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。例如，本发明的平行流蒸发器的结构及其回收余热方式同样可以应用于其他行业。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的为准。
权利要求1.一种带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置，它包含锅炉烟道(1)、烟道内、外设备及其连接管道，其特征在于所述锅炉烟道(1)内依次设有至少一个流体加热器(3)、至少一个平行流蒸发器(6)。
2.根据权利要求1所述的带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置，其特征在于所述平行流蒸发器(6)，由至少一个薄壁中空扁管、至少两个肋片组成，在最上部及最下部的扁管上设置有堵盖，堵盖采用平板、或圆管、或半圆管、或曲面板，扁管侧面的上、下部分别设有引出管、引入管。
3.根据权利要求2所述的带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置，其特征在于所述扁管采用平行薄壁中空结构，制造扁管的材料为热的良导体材料；扁管采用竖直方向设置，扁管烟气接触面上焊接有肋片，肋片与扁管烟气接触面是垂直的，并且肋片的方向与烟气流动方向一致；所述肋片采用波浪形肋片。
4.根据权利要求3所述的带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置，其特征在于它还设有气相相变工质汇流排(7)及液相相变工质汇流排(5)，所述平行流蒸发器(6)分别通过引出管、引入管连接气相相变工质汇流排(7)及液相相变工质汇流排(5)。
5.根据权利要求4所述的带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置，其特征在于所述液相相变工质管道(11)设有过冷相变工质加热器；所述平行流蒸发器(6 )出口端设有壁温测试仪(13)。
6.根据权利要求1或5任一项所述的带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置，其特征在于它还设有烟气排出温度调控装置(14)。
7.根据权利要求1或5任一项所述的带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置，其特征在于所述流体加热器(3)与锅炉省煤器(2)、空气预热器(4)串联或交错连接设置；所述流体加热器(3)采用间接换热方式，所述流体加热器(3)进口端与出口端分别与换热器(9)的流体出口及热流体后继利用工序的进口管连接；所述换热器(9)包含壳体和从壳体内通过的至少一根换热管，壳体的进口端和出口端分别与冷流体的进口及流体加热器(3)的进口端连接；所述换热器(9)及空气加热器(10)的换热管可采用列管、翅片管、蛇形管或螺旋槽管，或采用烟气走管程、待加热流体走壳程的方式。
专利摘要本实用新型公开了一种带平行流蒸发器的锅炉余热回收装置，包含锅炉烟道1及烟道内、外设备及其连接管道、控制仪表阀门。烟道1内设有至少一个流体加热器3、至少一个平行流蒸发器6以及锅炉原有的省煤器2、空气预热器4，平行流蒸发器6的工作介质为水或其他合适的工质，产生的蒸汽经烟道外的气相相变工质汇流排7汇集后，经气相相变工质管道8进入换热器9和空气加热器10加热回收余热的工质，蒸汽冷凝后由液相相变工质管道11利用位差进入液相相变工质汇流排5，再进入平行流蒸发器6吸收烟气余热，形成一个循环回路。本实用新型的核心设备是平行流蒸发器6，烟气沿波浪形肋片之间的通道流动，增强了烟气的扰动，强化了传热，减少了蒸发器的积灰。
文档编号F28F1/12GK201954525SQ20102057312
公开日2011年8月31日 申请日期2010年10月24日 优先权日2010年10月24日
发明者周孝坤, 张崇峰, 王海军, 王海波 申请人:王海波