膜式蒸发相变换热空气预热器的制作方法

本实用新型涉及的是一种利用工业锅炉、窑炉及加热炉尾部低温烟气余热给锅炉进风加热的膜式蒸发相变换热空气预热器。

背景技术：

锅炉是工业生产中高耗能设备之一，在影响锅炉热效率的诸多因素中，排烟损失占锅炉全部热损失的70～80％，排烟温度高低是锅炉热损失的最主要指标之一，是衡量锅炉热效率的“标志性”参数。排烟温度每降低15℃，可提高锅炉效率约1%。降低排烟温度不仅可以提高锅炉效率，还可以降低二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物的排放，有效的保护环境。

目前，在低温烟气余热利用领域，广泛采用的热管空气预热器在降低排烟温度、提高锅炉热效率、降低污染排放方面确实发挥了一定作用，但也存在一系列问题难以解决，即：低温腐蚀、积灰以及热管因不凝气体失效问题，而普通相变换热器由于其结构原因无法在垂直烟道应用，只能在水平烟道应用等等，如此种种原因给锅炉烟气余热利用节能改造带来了诸多困难。

技术实现要素：

本实用新型针对现有锅炉尾部烟气余热回收存在的积灰、低温腐蚀及换热效率低、受烟道形状位置限制等问题，提出一种新型膜式蒸发相变换热空气预热器，解决了上述工程应用难题。

本实用新型技术方案是：一种膜式蒸发相变换热空气预热器，包括：蒸发段、蒸汽管、汽气换热段、凝水管、液体工质过滤装置、超微雾膜发生装置和控制系统。其中:蒸发段置于烟道内，蒸发段的上端通过蒸汽集箱与蒸汽管的下端相连，汽气换热段的上端与蒸汽管的上端相连，凝水管的上端与汽气换热段的下端相连，另一端通过液体工质过滤装置及超微雾膜发生装置与蒸发段的另一端相连，控制系统分别与蒸汽管、汽气换热段、烟道的测温点及风道调节阀相连。

所述的汽气换热段包括：汽气翅片换热管排，其中：汽气翅片换热管排并排列置于汽气换热段的内部；汽气换热段上部设置有连箱、蒸汽入口，汽气换热段下端设置有凝水出口。

所述超微雾膜发生装置，包括：液体工质过滤装置，超微雾膜发生器，加压泵及阻垢器；其中：过滤装置上端与凝水管下端相连，另一端通过加压泵、阻垢器与超微雾膜发生器相连，超微雾膜发生器置于蒸发段翅片换热管排内，向换热管内壁喷超微水雾并在内壁形成雾膜。

所述的蒸发段包括：翅片换热管排、蒸汽集箱和连接管，其中：翅片换热管排置于竖直或水平烟道内，连接管的两端分别与翅片换热管排以及蒸汽集箱相连，蒸汽集箱的位置高于管排的上端。

所述的控制系统，包括：烟气入口温度测点、烟气出口温度测点、蒸汽温度测点、空气入口温度测点、空气出口温度测点及风道调节阀，其中：蒸汽温度测点设置于连接管上端。换热器换热管壁面温度整体均匀一致，且可控可调，保持在露点温度以上，有效避免了普通换热器因蒸发段翅片换热管排壁面温度不均匀引起的酸露腐蚀、积灰等现象。

所述的蒸发段翅片换热管排、汽气换热管排为并排的螺旋翅片管结构。

本实用新型除具备传热性好、换热器各换热管壁温整体一致且可控可调，适用于水平、竖直等各式烟道，克服传统相变换热器在工程中因受现场条件限制不能应用的弊端。

本实用新型的工作原理：

本实用新型膜式蒸发相变换热空气预热器，其蒸发段安装在锅炉、窑炉尾部烟道内，汽气换热段安装在高于蒸发段的位置，

换热器内液体工质经过超微雾膜发生器在蒸发段翅片换热管内产生超微雾，微雾均匀附着在换热管内壁，吸收烟气热量，迅速汽化，在翅片换热管内产生饱和蒸汽，翅片管内的饱和蒸汽通过连接管汇集至蒸汽集箱内，蒸汽集箱通过蒸汽管连接至汽气换热段连箱的蒸汽进口，在汽气换热段内，通过热交换，被加热的空气吸收热量，温度升高至设定温度后，进入锅炉进风管道；饱和蒸汽放热后冷凝成水，通过汽气换热段下端凝水管下降至过滤装置，后经加压泵、阻垢器、超微雾膜发生器，重新在翅片管内壁形成超微雾膜，往复循环，达到利用烟气余热之目的。调节风道调节阀开度，调节空气进口风量，以此控制汽气换热段汽气换热速率，使蒸汽测点温度稳定在设定温度，从而使烟道内蒸发段翅片换热管壁温可控可调，确保其始终高于酸露点温度，避免酸露腐蚀。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中包括：1、烟道（1）,2、蒸发段（2），3、翅片换热管排（3）,4、连接管（4），5、温度测点（5）、6、蒸汽集箱（6），7、蒸汽管（7），8、温度测点（8），9、汽气换热段（9），10、翅片换热管排（10），11、温度测点（11），12、凝水管（12），13、液体工质过滤装置（13），14、加压泵（14），15、阻垢器（15），16、超微雾膜发生器（16），17、控制系统（17）,18、烟气入口温度测点（18），19、烟气出口温度测点（19），20、连箱（20），21、风道调节阀（21）。

具体实施方式

下面结合实施实例对本实用新型作详细说明：

本实例蒸发段（2）置于烟道（1）内，蒸发段（2）的翅片换热管排（3）通过连接管（4）与蒸汽集箱（6）相连，蒸汽集箱（6）上端与蒸汽管道（7）下端相连，蒸汽管（7）上端与汽气换热段（9）上端相连，汽气换热段（9）的下端与凝水管（12）的上端相连，凝水管道（12）下端与液体工过滤装置（13）进口相连，液体工质过滤装置（13）出口通过加压泵（14）、阻垢器（15）与超微雾发生器（16）相连，超微雾膜发生器（16）内置于翅片换热管排（3）管内，控制系统（17）与烟气入口温度测点（18）、烟气出口温度测点（19）、蒸汽温度测点（5）、空气入口温度测点（8）、空气出口温度测点（11）、加压泵（14）及风道调节阀（21）相连。

本实例中蒸发段（2）包括：翅片换热管排（3）、连接管（4）、蒸汽集箱（6），其中：翅片换热管排（3）置于烟道（1）内，翅片换热管排（3）通过连接管（4）与蒸汽集箱（6）相连，蒸汽集箱（6）位置高于翅片换热管排（3）。

本实例中汽气换热段（9）包括：汽水翅片换热管排（10），其中：汽气翅片换热管排（10）并排列置于汽气换热段（9）的内部；汽气换热段（9）上部设置有连箱（20）、蒸汽入口，汽气换热段（9）下端设置有凝水出口。

本实例中超微雾发生装置包括：液体工质过滤装置（13）、加压泵（14）、阻垢器（15）超微雾膜发生器（16）。其中超微雾膜发生器（16）置于翅片换热管排（3）管内。

本实例中控制系统（17）包括：烟气入口温度测点（18）、烟气出口温度测点（19）、蒸汽温度测点（5）、空气入口温度测点（8）、空气出口温度测点（11）、风道调节阀（21）。其中：温度测点（5）设置于连接管（4）上端。

本实例实际运行过程：高温烟气经过蒸发段的翅片换热管排，与管内的循环介质换热，烟温降低；翅片管内的工质为经超微雾膜发生器在翅片换热管排管内壁形成的循环工质液膜，液膜吸收烟气的热量，迅速汽化形成水蒸汽，经过连接管、蒸汽集箱、蒸汽管道后，进入汽气换热段内，与被加热的锅炉进风进行换热，放热后凝结成水并经凝水下降管道回流，经液体工质过滤装置至超微雾膜发生器，完成一循环。

本实用新型温度测点、加压泵、风道调节阀通过PLC控制系统构成闭环控制，通过监控温度测点的温度，调节风道调节阀开度，调节空气风量，以此来控制汽气换热段汽气换热速率，使蒸汽测点温度稳定在设定温度，从而使烟道内蒸发段翅片换热管壁温可控可调，确保换热管壁温始终高于烟气酸露点温度，确保系统安全运行。

本实施例为一电厂75t/h燃煤锅炉，烟气温度154℃，酸露点温度为89.97℃，烟气经过蒸发段与翅片换热管排的外表面直接接触，烟气与翅片管排内的循环工质进行热交换后温度降低至115℃。

经超微雾膜发生器在翅片换热管排内管壁形成的均匀循环工质薄液膜，被烟气加热后，汽化形成蒸汽，蒸汽通过连接管、蒸汽集箱、蒸汽管后进入汽气换热段，在汽气换热段与被加热空气进行换热后凝结成水，凝水通过凝水管回流至液体工质过滤装置，最终至超微雾发生器形成循环回路，循环介质在此循环回路内以汽、液两相态循环往复，实现热量的传递。

在汽气换热段，20℃的被加热空气经过风道调节阀，进入汽气换热段内，被翅片换热管内循环工质蒸汽加热至72℃后，进入空气母管道。

控制系统通过监控温度测点温度，将信号发送风道调节阀，适时调节风道调节阀开度，调节被加热空气风量，使蒸汽温度测点温度稳定在100℃，蒸发段翅片管壁面也保持在100℃，高于89.97℃的酸露点温度，有效避免了换热器的酸露腐蚀。当温度测点值小于100℃时，产生酸露腐蚀、积灰等现象的风险就会加大。这时，控制系统就会把实测的温度信号反馈给风道调节阀，调节其开度，减小被加热空气流量，使测点温度回升并稳定在100℃。当温度测点值大于100℃时，排烟温度升高，烟气余热不能充分利用。这时，控制系统就会把实测的温度信号反馈给风道调节阀，调节其开度，增大被加热空气流量，使测点温度下降并稳定在100℃，最大限度地回收烟气余热。

通过监测蒸汽管蒸汽温度，通过控制系统适时调节风道调节阀开度，最终使循环介质温度始终保持在100℃左右，蒸发段翅片换热管排壁面温度也始终保持在100℃左右，高于露点温度10℃，膜式蒸发相变换热器出口烟温保持在115℃左右。本实用新型在避免酸露腐蚀的前提下，最大限度地降低了排烟温度，提高了锅炉效率。