一种沼气发电高温乏气的换热蓄热装置的制作方法

本发明属于换热水箱技术领域，具体涉及一种适用于沼气发电高温乏气的换热蓄热装置。

背景技术：

能源消耗带来的雾霾问题不断聚焦人们的视线，进行能源结构调整已迫在眉睫，否则将进一步制约我国经济社会的发展。因此，开发利用可再生能源已逐步成为我国一项国策，生物质能源作为一种洁净而又可再生的能源，用则利，弃则废，是唯一可替代化石能源转化成气态、液态、和固态燃料以及其他化工原料或者产品的碳资源。利用生物质沼气发电是废弃物资源的再利用的一个重要手段，具有着重要意义。但其因发电而产生的高温废弃烟气处理仍是一个很复杂的问题，该烟气是后续余热利用的一个重要热源，是能量梯级利用的一个重要环节，是缓解冬季供暖的一个重要源头，但由冬季高负荷供暖带来的一系列问题越来越严重，一方面面临冬季供暖压力大，另一方面是环境条件限制下，冬季发电机无法长时开机等问题。如何降低冬季供暖压力，是当下的一个研究热点。蓄能是可再生能源规模化利用的关键之处，蓄能能够协调产能端与用能端的时间不匹配，从而提升可再生能源的有效利用率。同时也可以改善燃煤电厂、生物质电厂高温烟气热量无法跨时间，长时连续进行高效利用的一大难题。回收剩余的能量，按照换热器工作开展中的因素区实施对应的节能控制管理，保障了换热器应用的效能提升。

沼气池产生的沼气经过滤，除水除硫后，在燃气内燃机内进行充分燃烧，推动发电机运转发电，在此过程中生物质内燃机发电会随着烟气管道排出高温余热乏气。生物质内燃机发电排出的高温乏气是一种废能源，对高温乏气的剩余能源回收才能做到能源的充分利用。但是由于高温乏气在蓄热换热过程中会产生相变，而且在烟气温度下降过程中，由于降温过快会造成会现有换热装置的腐蚀，因此需要一种能够合理控制烟气温度的换热装置。

此外，由于存在供热的高峰区和低谷区，利用剩余能源实现供热高峰区与低谷区的不间断供热，是十分必要的。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种适用于沼气发电高温乏气的换热蓄热装置，能够实现换热装置的多级换热，又能合理控制烟气温度，避免了烟气温度降低过快，造成对装置的腐蚀。

本发明采用以下技术方案：

一种适用于沼气发电高温乏气的换热蓄热装置，包括换热罐、设于换热罐内的蓄水部以及套设于蓄水部内的热源输送部、蓄热部；

所述热源输送部包括设于换热罐轴向中心线上的热源排出管、以及设于热源排出管外的热源层，所述热源层设有输入管，所述热源排出管与热源层之间由第一通道连通；

所述蓄水部包括盘设于热源排出管外的螺旋管、蓄水层，所述蓄水层与螺旋管通过第二通道连通，所述螺旋管设有排水管，所述蓄水层设有进水管；

所述蓄热部包括环设于螺旋管外的蓄热层；

所述蓄热层中填充蓄热介质。

进一步地，所述输入管位于热源层的顶端，所述第一通道位于热源层和热源排出管的底端，所述热源排出管开口向上。

进一步地，所述蓄水层包括第一蓄水层以及第二蓄水层，所述第一蓄水层与第二蓄水层通过第三通道连通，所述第二蓄水层与螺旋管通过第二通道连通，所述螺旋管设有排水管，所述第一蓄水层设有进水管。

进一步地，所述进水管位于第一蓄水层上部，所述第三通道位于第一蓄水层和第二蓄水层的底端，所述第二通道位于第二蓄水层和螺旋管的顶端，所述排水管位于螺旋管的底端。

进一步地，所述蓄热层包括环设于螺旋管外且设于第二蓄水层内的第二蓄热层，设于热源层与第二蓄水层之间的第一蓄热层、以及设于第一蓄水层与热源层之间的第三蓄热层，所述第一蓄热层设有进料管，所述第一蓄热层和第二蓄热层之间通过第四通道连通，所述第二蓄热层和第三蓄热层之间通过第五通道连通，所述第三蓄热层设有出料管。

进一步地，所述进料管位于第一蓄热层的下部，所述第四通道位于第一蓄热层和第二蓄热层的顶端，所述第五通道位于第二蓄热层和第三蓄热层的底端，所述出料管由第三蓄热层的顶端伸出。

进一步地，所述第二蓄热层内侧形状贴合螺旋管外侧，所述第二蓄热层外侧设有若干个由上至下排列的环状凹槽，所述第二蓄水层的内侧贴合第二蓄水层的外侧设置。

进一步地，所述第一通道、第三通道、以及第五通道均位于蓄水部的下方，并且按照第三通道、第五通道以及第一通道的顺序由外至内依次叠设。

进一步地，部分第五通道与排水管贴合，所述第五通道与排水管贴合的部分向排水管侧凸起。

进一步地，蓄热介质为导热油。

本发明有益效果为：

1）本发明装置烟气释放热量过程中，蓄热介质主要为液相范围吸放热，其持续时间长且温度变化不大，吸放热过程稳定。

2）本发明装置根据能量利用装置的需求，可以选择合适的传热、蓄热和相变蓄热介质，扩大工作范围。能够提供不间断供热。

3）本发明所述装置能够避免烟气温度下降过快，造成烟温低于烟露点温度进而形成酸腐蚀。同时让水温均匀上升，避免在高温条件下热换器壁因瞬时冷热而造成的冲击。形成稳态环境，在保障烟温高于烟露点温度的同时，形成较为稳定的换热环境。

4）本发明所述装置在第一蓄水层与第三蓄热层贴合，能够在水流入口处使用将要排出的蓄热介质，增强热交换能力，同时降低蓄热介质出口温度。

附图说明

图1为本发明所述换热蓄热装置结构示意图；

图2为图1中a处的局部放大图；

图3为图1中b处的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明所述换热蓄热装置以及实施工艺进行详细的描述。

实施例1

一种适用于沼气发电高温乏气的换热蓄热装置，如图1-3所示，包括换热罐1、设于换热罐1内的蓄水部以及套设于蓄水部内的热源输送部、蓄热部。

高温余热乏气进入换热蓄热装置内，与蓄热介质和与冷水进行交替换热，热烟气先与蓄热介质进行接触，由蓄热介质先吸收大量热，通过循环将热量逐渐吸收贮存，稍加热的蓄热介质先与冷水进行换热，起到进一步预热的功能，随后蓄热介质再次与烟气再换热，从而实现装置的蓄热和换热功能。

沼气发电时产生的高温余热乏气提供热源，换热后的水输出进行供热；没有高温余热乏气时，蓄热介质作为主要热源，接续烟气提供热量进行换热，换热后的水实现无间断供热。

所述热源输送部包括设于换热罐1轴向中心线上的热源排出管2、以及设于热源排出管2外的热源层3，所述热源层3设有输入管4，所述热源排出管2与热源层3之间由第一通道5连通；本实施例中，所述输入管4位于热源层3的顶端，所述第一通道5位于热源层3和热源排出管2的底端，所述热源排出管2开口向上。烟气由输入管4向下输送烟气进入换热罐1中并进入热源层3中向下输送后通过第一通道5进入热源排出管2中向上输送后排出。

所述蓄水部包括盘设于热源排出管2外的螺旋管6、蓄水层，所述蓄水层与螺旋管6通过第二通道7连通，所述螺旋管6设有排水管，所述蓄水层设有进水管8；本实施例中，所述蓄水层包括第一蓄水层9以及第二蓄水层10，所述第一蓄水层9与第二蓄水层10通过第三通道11连通，所述第二蓄水层10与螺旋管6通过第二通道7连通，所述螺旋管6设有排水管12，所述第一蓄水层9设有进水管8。使用螺旋结构，致使冷水换热的流程延长，同时增大蓄换热面积。

本实施例中，所述进水管8位于第一蓄水层9上部，所述第三通道11位于第一蓄水层9和第二蓄水层10的底端，所述第二通道7位于第二蓄水层10和螺旋管6的顶端，所述排水管12位于螺旋管6的底端。等待换热的冷水由进水管8进入换热罐1中并进入第一蓄水层9，冷水向下输送通过第三通道11进入第二蓄水层10，在第二蓄水层10中向上输送后通过第二通道7进入螺旋管6中盘旋向下输送后由排水管12排出。冷水经过换热后由排水管12排出后可再输送进入进水管8中进行多次换热，到达一定温度后输出进行供热。

所述蓄热部包括环设于螺旋管6外的蓄热层；本实施例中，所述蓄热层包括环设于螺旋管6外且设于第二蓄水层10内的第二蓄热层13，设于热源层3与第二蓄水层10之间的第一蓄热层14、以及设于第一蓄水层9与热源层3之间的第三蓄热层15，所述第一蓄热层14设有进料管16，所述第一蓄热层14和第二蓄热层13之间通过第四通道17连通，所述第二蓄热层13和第三蓄热层15之间通过第五通道18连通，所述第三蓄热层15设有出料管19。

本实施例中，所述进料管16位于第一蓄热层14的下部，所述第四通道17位于第一蓄热层14和第二蓄热层13的顶端，所述第五通道18位于第二蓄热层13和第三蓄热层15的底端，所述出料管19由第三蓄热层15的顶端伸出。所述蓄热介质由进料管16进入换热罐1中并进入第一蓄热层14，向上输送后通过第四通道17进入第二蓄热层13中向下输送，再通过第五通道18进入第三蓄热层15向上输送后由出料管19排出。蓄热介质经过换热蓄热后由出料管19排出可再输送进入进料管16中循环进行多次的换热蓄热。

本实施例中，所述第二蓄热层13内侧形状贴合螺旋管6外侧，贴合螺旋结构的第二蓄热层13，致使蓄热介质流程延长，同时增大蓄、换热面积。

本实施例中，所述第二蓄热层13外侧设有若干个由上至下排列的环状凹槽，所述第二蓄水层10的内侧贴合第二蓄水层10的外侧设置。第二蓄水层10向第二蓄热层13凸出，能够起到扰乱温度层的作用，一方面增大与蓄热介质的换热面积，另一方面能够让水出现紊流，减少或避免出现温度层流。

本实施例中，所述第一通道5、第三通道11、以及第五通道18均位于蓄水部的下方，并且按照第三通道11、第五通道18以及第一通道5的顺序由外至内依次叠设。

本实施例中，部分第五通道18与排水管12贴合，所述第五通道18与排水管12贴合的部分向排水管12侧凸起，所述凸起20成半球状。

所述蓄热层中填充蓄热介质。本实施例中，蓄热介质为导热油。释放热量过程中，导热油蓄热介质主要为液相吸放热，其持续时间长且温度变化不大，吸放热过程稳定。

使用时，冷态蓄热介质由进料管16进入蓄热部，自下而上后螺旋下降，再在第三蓄热层15上升再次吸、换热，最后由出料管19流出；高温烟气由输入管4进入热源输送部，自上而下进入热源排出管2中，并在进入热源排出管2时由于烟气的汇流产生烟气的扰动，并上升，最后以高于烟气露点的温度排出，由于热源排出管2内烟气上升缓慢，延长烟气滞留时间，提高了换热效率；冷水由进水管8进入换热部，先遇到即将排出的蓄热介质，自上而下进行预热，进入第二蓄水层10，第二蓄水层10向第二蓄热层13凸出，冷水出现紊流，避免了温度层的出现，再进入螺旋管6中与烟气直接进行热交换，螺旋管6中的水一侧外侧的蓄热介质进行热交换，另一侧与烟气直接进行换热，能够降低装置两侧温差过大而造成装置材料要求过高的情况，水流自排水管12输出，排出的水到达指定温度后输出供热。通过热源输送部与蓄热部和换热部的多级吸收、换热，实现装置的蓄热和换热功能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施示例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施示例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施示例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。