一种蓄热式换热器及其汽水分离器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器及其汽水分离器，所述换热器包括低温工质管束、高温烟气进口、高温烟气出口、低温工质入口、低温工质出口和壳体，沿着烟气的流动方向上设置多个隔板，将第一孔分为多个独立的通道；沿着壳体竖向的中线向壳体两侧，隔板之间的距离越来越小，所述汽水分离器式汽水分离更加彻底。本发明充分利用水泥生产中的余热，使其达到换热效率最大化，以节约能源，达到环保节能的目的。
【专利说明】一种蓄热式换热器及其汽水分离器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高效水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，属于F28d的换热器领域。
[0002]
【背景技术】
[0003]随着我国经济快速发展，能源消耗日益增加，城市大气质量日益恶化的问题也越发突出，节约能源和减少环境有害物排放的问题迫在眉睫。在常见的热能动力领域中，能耗高、污染严重的主要原因之一是烟气的排烟温度过高，即浪费了大量能源，又造成了环境污染。水泥行业是一个高耗能、高污染的行业。水泥行业余热发电系统可对尾气余热进行回收再利用，实现节能减排的目的。但是相关余热具有间歇性，品质差等特点，使得发电系统的效率低，这些问题亟待解决。
[0004]应用蓄热材料可以使各个行业生产过程中不连续蒸汽变为连续蒸汽，有利于提高余热发电系统的效率。例如，在国内现有铜冶炼工艺中，熔炼转炉产生大量富裕蒸汽，但因负荷波动大，大部直接对空排放，造成大量能源浪费，通过增设蓄热器，可使其变为汽轮机稳定补汽源，充分利用了铜冶炼工艺余热，实现了能源的梯级利用。现有余热利用行业中的蓄热器，主要包括各种类型的管壳式换热器，例如，喷淋式、光管、针翅管、肋片管、热管等，也可以利用板式换热器实现蓄热和放热过程。但是存在的问题是，蓄热和放热系统结构复杂，蓄热和放热用换热器体积大，成本高等，因此针对蓄热过程用换热设备的改进是有必要的。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有水泥行业余热利用的蓄热设备中存在的问题，提出了一种新型的蓄热式换热器。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:一种水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括低温工质管束、高温烟气进口、高温烟气出口、低温工质入口、低温工质出口和壳体，所述换热器壳体内设置多块蓄热材料，所述蓄热材料为固体蓄热材料，所述多块蓄热材料堆叠在一起，每块蓄热材料中设置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉设置，所述低温工质管束穿过第二孔，所述低温工质管束的外径等于第二孔的直径，所述多块蓄热材料的第一孔形成连通的通道，所述第一孔所形成的通道用于流通水泥生产过程所产生的烟气，低温工质管束用于流通低温工质；所述烟气从高温烟气入口进入，经过第一孔，然后从高温烟气出口排出，低温工质从低温工质入口进入，经过低温工质管束，然后从低温工质出口排出；低温工质管束在垂直于烟气的流动方向上为并联结构，沿着烟气流动的方向上，低温工质管束的管径不断的减少。
[0007]—种水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括低温工质管束、高温烟气进口、高温烟气出口、低温工质入口、低温工质出口和壳体，所述换热器壳体内设置多块蓄热材料，所述蓄热材料为固体蓄热材料，所述多块蓄热材料堆叠在一起，每块蓄热材料中设置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉设置，所述低温工质管束穿过第二孔，所述低温工质管束的外径等于第二孔的直径，所述多块蓄热材料的第一孔形成连通的通道，所述第一孔所形成的通道用于流通水泥生产过程所产生的烟气，低温工质管束用于流通低温工质；所述烟气从高温烟气入口进入，经过第一孔，然后从高温烟气出口排出，低温工质从低温工质入口进入，经过低温工质管束，然后从低温工质出口排出；，所述每一块蓄热材料为矩形结构，在每块蓄热材料中设置两排第一孔和一排第二孔，第二孔位于两排第一孔的中间，两排第一孔的中心线与中间第二孔的中心线的距离相同，第一孔和第二孔之间构成90°设置，同一排第一孔中的相邻两个孔的圆心之间的距离为L2，所述L2与第一孔直径Dl之间的关系满足:1.5<L2/D1<2.7。
[0008]一种水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括低温工质管束、高温烟气进口、高温烟气出口、低温工质入口、低温工质出口和壳体，所述换热器壳体内设置多块蓄热材料，所述蓄热材料为固体蓄热材料，所述多块蓄热材料堆叠在一起，每块蓄热材料中设置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉设置，所述低温工质管束穿过第二孔，所述低温工质管束的外径等于第二孔的直径，所述多块蓄热材料的第一孔形成连通的通道，所述第一孔所形成的通道用于流通水泥生产过程所产生的烟气，低温工质管束用于流通低温工质；所述烟气从高温烟气入口进入，经过第一孔，然后从高温烟气出口排出，低温工质从低温工质入口进入，经过低温工质管束，然后从低温工质出口排出；沿着烟气的流动方向上设置多个隔板，将第一孔分为多个独立的通道；所述在中间空间隔板的距离要大于位于壳体两侧隔板与壳体的距离。
[0009]一种汽水分离器，包括壳体、分离管、进汽管、圆缺孔板一、圆缺孔板二、多孔孔板、连接管和出汽管；
汽水分离器为立式布置，汽水分离器的进汽管和出汽管分别布置于分离器的底部与顶部位置，出水管位于壳体底部侧面；分离管分为两段，两段之间通过中间连接管进行连接，进汽管出口端与出汽管进口端分别插入分离器的两段中，圆缺孔板一和圆缺孔板二设置在连接管内的蒸汽进口端和出口端，圆缺孔板开孔口置于连接管异侧，多孔孔板设置在出汽管端分离管中的第二段中，孔板上开有小孔，小孔呈圆心布置。
[0010]所述连接管的管径是分离管管径的0.45-0.55倍，分离管两端的管径相同；进汽管和出汽管的管径相同，且为分离管管径的0.45-0.55倍，进汽管伸入分离管第一段的长度为分离管第一端的长度的30-45%，出汽管伸入分离管第二段的长度为分离管第二端的长度的30-45%，分离管第一段下部与分离器壳体的下部的距离为壳体总长度的15-20%，分离管第二段上部与分离器壳体的上部的距离为壳体总长度的15-20% ;圆缺孔板一和圆缺孔板一的圆缺高度为直径的0.2-0.3倍。
[0011]一种闪蒸系统，所述闪蒸系统包括闪蒸器，所述闪蒸器的蒸汽出口设置汽水分离器，所述的汽水分离器为前面所述的汽水分离器。
[0012]与现有相比较，本发明蓄热式换热器具有如下的优点:
I)因为是固体蓄热材料，所以烟气直接可以通过蓄热材料中的第一孔与低温工质进行换热，不需要在换热器中再设置烟气管道，避免了管子的腐蚀，省了管子。
[0013]2)提供了一种新的分体式蓄热换热器，方便维护，节省成本。[0014]3)本发明具备了常规蓄热系统中的热罐和冷罐的功能，能够同时实现蓄热材料的吸热和放热功能，优化了蓄热系统的结构，减少了初期投资和运行成本。
[0015]4)本发明用蓄热式换热器结构简单，易于制造，成本降低。
[0016]5)还能实现在蓄热的同时放热，极大优化了预热的利用。
[0017]6)通过多次试验，优化了换热器的最佳结构，实现换热器同时满足蓄热能力以及成本的需要。
[0018]7)通过设置隔板，使得整体蓄热均匀，同时强化对流。
[0019]8 )通过自动控制，避免低温腐蚀，同时达到最大的余热利用效果。
[0020]9)通过蓄热材料的厚度或蓄热能力的变化设置，在满足蓄热需求的情况下节省了成本。
[0021]10)提供了一种新的蓄热材料，满足水泥生产中的余热利用的需求。
[0022]11)提供了一种新型的分离器，使得汽水分离更加彻底。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明的蓄热式换热器中吸热结构的示意图；
图2是本发明的蓄热式换热器中放热结构的示意图；
图3是本发明的蓄热式换热器的俯视示意图；
图4是图3的蓄热式换热器的左上角局部放大图；
图5是本发明的蓄热材料的一个【具体实施方式】的示意图；
图6是本发明的蓄热材料的一个另一个【具体实施方式】的示意图；
图7是本发明的闪蒸系统示意图；
图8是本发明的闪蒸器的示意图；
图9是本发明的汽水分离器的示意图；
图10是分离器圆缺孔板的局部示意图；
图11是分离器多孔孔板局部示意图；
图12是分离器的进汽管、出汽管与分离管的连接方式。
[0024]附图标记
1、高温烟气出口，2、换热器壳体，3、第一孔，4、竖向隔板，5、高温烟气进口，6、竖向隔板，7、竖向隔板，8、工质出口，9、低温工质管束，10、工质入口，11、进口管，12、进口联箱，13、调节阀，14蓄热材料，15—级闪蒸器，16—级蓄热换热器，17 二级闪蒸器，18 二级蓄热换热器，19三级闪蒸器，20支架，21热水入口，22蒸汽出口，23热水出口，24，进汽口法兰，25出水口法兰，26壳体，27分离管，28进汽管，29圆缺孔板一，30连接管，31圆缺孔板二,32多孔孔板，33出汽管，34出汽口法兰。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0026]如图1所示，一种水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括低温工质管束9、高温烟气进口 5、高温烟气出口 1、低温工质入口 10、低温工质出口 8和壳体2，换热器壳体2内设置多块蓄热材料14，所述多块蓄热材料14堆叠在一起，每块蓄热材料14中设置第一孔3和第二孔，第一孔3和第二孔交叉设置且不相通，所述低温工质管束9穿过第二孔，所述低温工质管束9的外径等于第二孔的直径，所述多块蓄热材料的第一孔3形成连通的通道，所述第一孔3所形成的通道用于流通水泥生产过程所产生的烟气，第二管束9用于流通低温工质；所述烟气从高温烟气5入口进入，经过第一孔3，然后从高温烟气出口 I排出，低温工质从低温工质入口进入，经过低温工质管束9，然后从低温工质出口 8排出。
[0027]蓄热材料分为多块，可以方便搬运，维护，例如在某块蓄热材料失去蓄热能力的时候，方便更换。因为蓄热材料为固体蓄热材料，换热过程中不发生相变，因此烟气可以直接穿过蓄热材料中的第一孔，不需要单独在第一孔中设置管束，节省了管束。同样，因为低温工质在管束中流动，而烟气在第一孔中流动，烟气和低温工质无法直接混合，从而使得各块蓄热材料之间不需要非常严密的密封，节省了成本。
[0028]烟气经过第一孔3的时候，蓄热材料吸收烟气中的热量，然后蓄热介质将吸收的热量传递给低温工质管束的低温工质，从而完成换热过程。
[0029]烟气和低温工质可以同时进行流动，蓄热材料在吸收烟气热量的同时，将热量传递给低温工质。
[0030]当然作为另一个选择，烟气和低温工质可以不同时间段分别与蓄热介质进行换热。在吸热过程中，高温烟气在第一孔内放热，蓄热材料存储热量；当需要利用储存的热量时，低温工质管束内通过低温工质，吸收蓄热介质的热量。例如当高温烟气间歇性停止时，蓄热材料与第二管束内的低温工质进行放热反应，实现水泥生产过程余热的存储和利用，提高了能源的利用率。
[0031]如图3-6所示，作为一个优选，所述每一块蓄热材料14为立方体结构，在每块蓄热材料14中设置两排第一孔3和一排第二孔，第二孔位于两排第一孔3的中间，两排第一孔3的中心线与中间第二孔的中心线的距离相同，每排第一孔中心线所在的平面与立方体的外表面平行，每排第二孔中心线所在的平面与立方体的外表面平行；第一孔和第二孔之间构成90°设置。如图4-6所示，其中第一孔3和第二孔中心线之间的距离不能过大，如果过大，则会因为烟气没有足够的热量，导致蓄热材料无法蓄满热量，造成蓄热材料的浪费，同时也会造成出口 5烟气的温度过低，造成低温腐蚀；如果距离过小，则造成蓄热材料无法蓄满足够的热量，造成无法满足换热的需求，造成了能源的浪费，同理，对于第一孔与蓄热材料边界的最近的距离同样需要满足一个最佳的结果。因此，本发明是通过多个不同管径的换热器的试验数据总结出的最佳的换热器蓄热材料的尺寸关系。
[0032]如图4所示，其中第一孔的直径为D1，第二孔的直径为D2，第一孔的中心线和第二孔的中心线之间的距离为L2，第一孔的中心线所在的平面距离最近的蓄热材料的面的距离为LI，则D1、D2和LI，L2满足如下公式:
Ll/L2=a*ln(D2/Dl)+b，
D2>D1, L2>L1,
其中In是对数函数，a, b为参数，其中1.28〈=a〈=l.45，0.37〈=b〈=0.43; 25mm〈=Dl〈=60mm，25mm〈=D2〈=60mm，
L, Dl, D2的单位为mm。
[0033]同一排第一孔中的相邻两个孔的圆心之间的距离为L3，L3的距离不能过大，如果过大会导致热量无法蓄满，造成蓄热材料的浪费，如果过小，会导致蓄热材料的蓄热能力太低，无法满足蓄热需求，会造成余热的损失。通过多次试验，确定的所述L3与第一孔直径Dl之间的关系满足:1.5<L3/D1<2.7，优选的，1.9<L3/D1<2.1。
[0034]同理，第二孔之间的距离和第二孔直径的比例范围优选在1.5-2.7之间，最优选为1.9-2.1之间。
[0035]作为优选，如图1-3所示，所述换热器为立式结构，第一孔3为竖直方向设置，第二孔为水平方向设置，在竖直方向上设置多个隔板4、6、7，隔板之间以及最外层隔板与壳体的侧壁之间放置多块蓄热材料，即将蓄热材料分为多组，通过多个隔板将第一孔分为多个独立的通道。通过隔板，有利于进一步提高烟气的对流传热性能。同时竖向隔板4、竖向隔板6和竖向隔板7也是工质用换热管束9的支撑板。
[0036]作为一个优选，沿着壳体竖向的中线向壳体两侧，隔板之间的距离越来越小。例如所述隔板形成的中间空间的距离要大于位于壳体两侧的距离。如图2所示，其中隔板4、6形成的空间以及6与7形成的空间要大于隔板4与左侧壳体形成的空间，同时要大于隔板7与右侧壳体形成的空间。主要原因是因为壳体两侧的烟气的速度要小于中间的速度，通过隔板的设置可以是整个壳体内的空气流动速度基本保持一致，从而使得蓄热材料整体上均匀吸热。
[0037]作为优选，如图2所示，在上下方向上所述相邻的低温工质管束9之间设置弯管结构，从而使低温工质管束在上下方向上构成蛇形管结构。
[0038]作为一个优选，沿着烟气流动的方向，所述的蓄热材料的蓄热能力逐渐降低。主要原因是沿着烟气的流动方向，烟气的温度越来越低，烟气的放热能力逐渐降低，因此不需要高蓄热能的材料，这样可以节省蓄热材料的成本。
[0039]图2中低温工质管束是在垂直方向上设置多根互相平行的并联的蛇形管，低温工质沿着垂直方向流动，但是低温工质管束的排列方式不限于图2所示的形式。作为另一种设置方式，低温工质管束是在水平方向上的多根互相平行的并联的管，所述管可以是蛇形管，即同一平面上的管子在端部通过弯管连接在一起，为串联结构，在不同平面的管子为并联结构。当然，所述管子也可以不设置弯管，即在平面上和垂直方向上的所有管子都为并联结构，如图6所示，在左右两侧设置低温工质管束的集管。当然图6的两侧的集管可以设置在壳体外，不限于图7的设置方式。
[0040]对于图6所示的形式，图6展示了四块蓄热材料。作为一个优选，沿着烟气流动的方向上，第二孔的直径不断的减少。主要原因是因为沿着烟气流动的方向，烟气的温度不断的下降，蓄热材料所存储热量也越来越少，因此通过减少管径，来减少流经蓄热材料的低温工质的流量，从而使得沿着延期的流动方向上，低温工质的整体的温度升高差别不大，使得加热后的低温工质在混合前的温度基本保持一致，避免了加热的温度的不均匀，同时也可以避免低温工质管束受热不均匀而导致局部温度过高，影响其使用寿命。
[0041]作为一个优选，沿着烟气流动的方向，所述的第一孔3的中心线和第二孔的中心线之间的距离为L逐渐减小。主要原因是沿着烟气的流动方向，烟气的温度越来越低，烟气的放热能力逐渐降低，因此所需要的蓄热材料也就越来越少，这样可以节省蓄热材料的成本。
[0042]针对上述情况，但是此时的L数值也满足上述的公式。可以通过调整a、b两个参数的大小来调整L不断变化的数值。[0043]作为一个优选，在低温工质管束9的入口上设置调节阀13，用于调节进入低温工质管束9的介质的流量，同时，在高温烟气出口 I位置上设置温度传感器(没有示出)，用于测量换热器出口的烟气的温度；调节阀13、温度传感器与中央控制器(没有示出)进行数据连接，中央控制根据温度传感器测量的温度的大小，自动调节进入低温工质管束9的介质的流量。
[0044]如果测量的温度低于第一温度，则中央控制器自动减少调节阀的开度，如果测量的温度高于第二温度，则中央控制器自动增加调节阀的开度，其中第二温度大于第一温度。
[0045]之所以采取上述措施，主要目的是为了防止低温腐蚀。因为如果烟气出口温度过低，会造成烟气温度低于露点温度，会造成对排烟管道以及换热器的低温腐蚀，通过减少参与换热的低温工质的流量，来降低换热量，提高出口温度，对温度的控制可以避免低温腐蚀的发生；同理，如果测量的温度高于一定温度，则表明排烟温度过高，会造成浪费，因此，需要增加流体的流量，来吸收更多的热量。
[0046]所述蓄热介质是陶瓷材料，所述陶瓷材料的质量成分如下:Si0240-43%，
3.1-3.3%Li20、5.5-5.8%Ti02,4.3%Mg0, 7.0-7.3%La203, 0.45-0.55%Ba0,其余的是 Al2O3。
[0047]优选的，Si0241%，3.22%Li20、5.85%Ti02,4.3%Mg0, 7.l%La203, 0.5%Ba0,其余的是A1203。
[0048]上述的蓄热材料是通过多次试验得到的结果，在水泥回转窑尾气温度下具有非常高的蓄热能力，完全满足了水泥生产过程中的对余热的吸收利用。
[0049]对于蓄热材料蓄热能力变化的情况，可以调整各种成分的含量来实现。
[0050]本发明还公开了一种具有中间蓄热的多级蒸汽闪蒸系统。如图7所示，所述具有中间蓄热的多级蒸汽闪蒸系统包括蓄热换热器和闪蒸器，所述闪蒸器和蓄热换热器交替设置，烟气依次通过蓄热换热器和闪蒸器。图7展示了两级蓄热换热器和三级闪蒸器，一级闪蒸器15，一级蓄热器16，二级闪蒸器17，二级蓄热器18，三级闪蒸器19。但是并不局限于图7展示，闪蒸器和蓄热换热器可以根据需要设置，例如可以设置两级蓄热器和一级闪蒸器或者设置一级蓄热器和两级闪蒸器等。各级闪蒸器由闪蒸器支架20支撑。各级蓄热器由蓄热器用支架进行支撑。
[0051]所述闪蒸器和蓄热器之间通过管路和阀门进行连接。来自余热发电系统的高温水自闪蒸器热水入口 21进入一级闪蒸器15，扩容闪蒸后产生一定压力下的饱和蒸汽自闪蒸器蒸汽出口 22并入到余热发电系统。闪蒸器内温度降低的热水自闪蒸器热水出口 23排出。一级闪蒸器15出口的热水进入一级蓄热器16吸热升温，为第二次闪蒸存储热量。一级蓄热器16出口热水进入第二级闪蒸器17。在二级闪蒸器17中高温水继续闪蒸产生一定压力下的饱和蒸汽，继续并入余热发电系统。二级闪蒸器17中排出的热水进入二级蓄热器18，吸热升温，为第三次闪蒸储蓄热量。自二级蓄热器18排出的高温水进入三级闪蒸器19，继续闪蒸产生一定压力下的饱和蒸汽，该蒸汽继续并入余热发电系统，为汽轮机补汽。
[0052]三级闪蒸器19出口的饱和水进入余热发电系统用除氧器，与冷凝水一起经除氧后由给水泵供给锅炉，实现一个完整的热力循环。
[0053]优选的，所述蓄热换热器器采用前面所提到的蓄热换热器。
[0054]蓄热换热器的烟气是互相独立的，每一级蓄热换热器具有单独的进口和出口。
[0055]当然，作为一个优选的实施例，通过设置中间管道将多级蓄热换热器中的烟气管道串联在一起，烟气从一级蓄热换热器中进行换热后，在进入下一级蓄热换热器进行换热。此种情况下，沿着烟气的流动方向，各级蓄热换热器中的蓄热材料的蓄热能力逐渐下降。例如，可以选取不同熔点的中温盐基材料来实现不同的蓄热能力。对于第一级蓄热换热器，蓄热材料的熔点210 - 230°C，优选是220°C;对于第二级蓄热换热器，蓄热材料的熔点130 —1500C，优选是140°C，对于第三级蓄热换热器，蓄热材料的熔点80 — 90°C，优选是95°C。高温烟气的入口温度在140°C _300°C范围内。
[0056]在闪蒸器的热水入口上设置调节阀，用于调节进入参与换热的热水的流量，同时，在高温烟气出口 I位置上设置温度传感器(没有示出)，用于测量换热器出口的烟气的温度；调节阀、温度传感器与中央控制器(没有示出)进行数据连接，中央控制根据温度传感器测量的温度的大小，自动调节进入第一级闪蒸器的水的流量。
[0057]如果测量的温度低于第一温度，则中央控制器自动减少调节阀的开度，如果测量的温度高于第二温度，则中央控制器自动增加调节阀中的的开度，其中第二温度大于第一温度。
[0058]之所以采取上述措施，主要目的是为了防止低温腐蚀。因为如果烟气出口温度过低，会造成烟气温度低于露点温度，会造成对排烟管道以及换热器的低温腐蚀，通过减少参与换热的水的流量，来降低换热量，提高出口温度，对温度的控制可以避免低温腐蚀的发生；同理，如果测量的温度高于一定温度，则表明排烟温度过高，会造成浪费，因此，需要增加流体的流量，来吸收更多的热量。
[0059]本发明还公开了一种如附图9所示为一种水泥回转窑余热锅炉用高效汽水分离器，包括壳体26、分离管27、进汽管28、圆缺孔板一 29、圆缺孔板二 31、多孔孔板32、连接管30和出汽管33。
[0060]汽水分离器为立式布置，汽水分离器的进汽管28和出汽管33分别布置于分离器的底部与顶部位置，出水管位于壳体26底部侧面。分离管27分为两段，两段之间通过中间连接管30进行连接，进汽管28出口端与出汽管33进口端分别插入分离器27的两段中，使用钢条以角焊方式将分离管27与28和33连接，连接方式如附图12。圆缺孔板一 29和圆缺孔板二 31设置在连接管30内的蒸汽进口端和出口端，圆缺孔板开孔口置于连接管异侧，如附图10所示，这种布置方式使得蒸汽在连接管内的流动呈流线型，提高分离效率。多孔孔板32设置在出汽管端分离管33中的第二段中，孔板上开有小孔，小孔呈圆心布置，如图11所示。
[0061]在湿蒸汽进入进汽管28后，进汽管28出口与分离器27之间存在空间，出进汽管的蒸汽在分离器内膨胀，蒸汽流速降低，蒸汽中部分水滴由于重力的作用流速也减小，蒸汽在分离管27与进汽管28之间的空间中进行汽水分离，进汽管28与分离管27采用的连接方式中提供了水滴落下的通道，部分水滴在重力的作用下沿分离管内壁侧向下流动。这个过程是蒸汽中汽与水第一次分离。
[0062]进汽管端分离器27与连接管30连接，连接管30管径比分离器27小，连接管30进口端设置圆缺孔板一 29，蒸汽通过圆缺孔板一 29进行节流，流体的流通面积减小，孔板的节流作用使得蒸汽的压力下降，蒸汽流的流速增加，大部分蒸汽挤过节流扇形孔，蒸汽流速又因流通面积的增大和流束扩散而减小。在连接管30的出口端设置了一个与连接管进口端相同尺寸的圆缺孔板二 31，扩散的蒸汽流束又在此处减速增压，蒸汽通过孔板后流通面积再次增大，流束再次扩散。这个过程中蒸汽流束由于孔板的节流以及液滴的重量、惯性作用，水分较多地被分离出来，是蒸汽气流高效分离的区段。蒸汽在连接管内进行第二、第三次汽水分尚。
[0063]连接管30与出汽管端分离管27之间管径不同，蒸汽从连接管30出来后流动截面积发生较大变化，流动速度增加，流束扩散作用增加，在分离管27中再次分离。连接管30出口处设置一个多孔孔板32，用于蒸汽中汽与水的多次分离，蒸汽通过多孔孔板32的多个小孔后在汽水分离器中较好的分离出干蒸汽与水，实现蒸汽中汽与水的第四次分离。出汽管33与分离器27之间存在空间，蒸汽在进入出汽管33后流动截面积发生变化，蒸汽内部的汽与水进行再次分离，实现蒸汽中汽与水的第五次分离。整个过程中蒸汽进行汽水分离的位置包括进汽管与分离管之间、分离管与连接管接口处、圆缺孔板一、圆缺孔板二、多孔孔板以及出汽管与分离管之间。最终分离出来的水滴由于重力的作用向下流动最终通过出水口排出汽水分尚器外。
[0064]优选的，上述分离器设置在闪蒸器的出口位置上，所述出水口与闪蒸器的出水口连接，用以分离蒸汽和水，避免水进入汽轮机中。
[0065]通过多次的实验，得到最优的尺寸关系。所述连接管30的管径是分离管27管径的
0.45-0.55倍，两段分离管27的管径相同；进汽管28和出汽管33的管径相同，且为分离管管径的0.45-0.55倍，进汽管伸入分离管第一段的长度为分离管第一端的长度的30-45%，出汽管伸入分离管第二段的长度为分离管第二端的长度的30-45%，分离管第一段下端与分离器壳体的下部的距离为壳体总长度的15-20%，分离管第二段上端与分离器壳体的上部的距离为壳体总长度的15-20% ;圆缺孔板一和圆缺孔板一的圆缺高度a为直径的0.2-0.3倍。优选的，所述的多孔孔板距离分离管第二段下端的距离为第二段总长度的8-10%。
[0066]虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【权利要求】
1.一种水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括低温工质管束、高温烟气进口、高温烟气出口、低温工质入口、低温工质出口和壳体，所述换热器壳体内设置多块蓄热材料，所述蓄热材料为固体蓄热材料，所述多块蓄热材料堆叠在一起，每块蓄热材料中设置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉设置，所述低温工质管束穿过第二孔，所述低温工质管束的外径等于第二孔的直径，所述多块蓄热材料的第一孔形成连通的通道，所述第一孔所形成的通道用于流通水泥生产过程所产生的烟气，低温工质管束用于流通低温工质；所述烟气从高温烟气入口进入，经过第一孔，然后从高温烟气出口排出，低温工质从低温工质入口进入，经过低温工质管束，然后从低温工质出口排出；沿着烟气的流动方向上设置多个隔板，将第一孔分为多个独立的通道；沿着壳体竖向的中线向壳体两侧，隔板之间的距离越来越小。
2.一种水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括低温工质管束、高温烟气进口、高温烟气出口、低温工质入口、低温工质出口和壳体，所述换热器壳体内设置多块蓄热材料，所述蓄热材料为固体蓄热材料，所述多块蓄热材料堆叠在一起，每块蓄热材料中设置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉设置，所述低温工质管束穿过第二孔，所述低温工质管束的外径等于第二孔的直径，所述多块蓄热材料的第一孔形成连通的通道，所述第一孔所形成的通道用于流通水泥生产过程所产生的烟气，低温工质管束用于流通低温工质；所述烟气从高温烟气入口进入，经过第一孔，然后从高温烟气出口排出，低温工质从低温工质入口进入，经过低温工质管束，然后从低温工质出口排出；低温工质管束在垂直于烟气的流动方向上为并联结构，沿着烟气流动的方向上，低温工质管束的管径不断的减少。
3.—种水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括低温工质管束、高温烟气进口、高温烟气出口、低温工质入口、低温工质出口和壳体，所述换热器壳体内设置多块蓄热材料，所述蓄热材料为固体蓄热材料，所述多块蓄热材料堆叠在一起，每块蓄热材料中设置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉设置，所述低温工质管束穿过第二孔，所述低温工质管束的外径等于第二孔的直径，所述多块蓄热材料的第一孔形成连通的通道，所述第一孔所形成的通道用于流通水泥生产过程所产生的烟气，低温工质管束用于流通低温工质；所述烟气从高温烟气入口进入，经过第一孔，然后从高温烟气出口排出，低温工质从低温工质入口进入，经过低温工质管束，然后从低温工质出口排出；，所述每一块蓄热材料为矩形结构，在每块蓄热材料中设置两排第一孔和一排第二孔，第二孔位于两排第一孔的中间，两排第一孔的中心线与中间第二孔的中心线的距离相同，第一孔和第二孔之间构成90°设置，同一排第一孔中的相邻两个孔的圆心之间的距离为L2，所述L2与第一孔直径Dl之间的关系满足:1.5<L2/D1<2.7。
4.一种汽水分离器，包括壳体、分离管、进汽管、圆缺孔板一、圆缺孔板二、多孔孔板、连接管和出汽管； 汽水分离器为立式布置，汽水分离器的进汽管和出汽管分别布置于分离器的底部与顶部位置，出水管位于壳体底部侧面；分离管分为两段，两段之间通过中间连接管进行连接，进汽管出口端与出汽管进口端分别插入分离器的两段中，圆缺孔板一和圆缺孔板二设置在连接管内的蒸汽进口端和出 口端，圆缺孔板开孔口置于连接管异侧，多孔孔板设置在出汽管端分离管中的第二段中，孔板上开有小孔，小孔呈圆心布置。
5.如权利要求4所述的汽水分离器，其特征在于，所述连接管的管径是分离管管径的.0.45-0.55倍，两段分离管的管径相同；进汽管和出汽管的管径相同，且为分离管管径的.0.45-0.55倍，进汽管伸入分离管第一段的长度为分离管第一端的长度的30-45%，出汽管伸入分离管第二段的长度为分离管第二端的长度的30-45%，分离管第一段下端与分离器壳体的下部的距离为壳体总长度的15-20%，分离管第二段上端与分离器壳体的上部的距离为壳体总长度的15-20% ;圆缺孔板一和圆缺孔板一的圆缺高度为直径的0.2-0.3倍。
6.一种闪蒸系统，所述闪蒸系统包括闪蒸器，所述闪蒸器的蒸汽出口设置汽水分离器，所述的汽水分离器为权利要求5或4所述的汽水分离器。
7.—种水泥生产过程余热利用的方法，所述方法包括蓄热式换热器，所述换热器包括低温工质管束、高温烟气进口、高温烟气出口、低温工质入口、低温工质出口和壳体，所述换热器壳体内设置多块蓄热材料，所述蓄热材料为固体蓄热材料，所述多块蓄热材料堆叠在一起，每块蓄热材料中设置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉设置，所述低温工质管束穿过第二孔，所述低温工质管束的外径等于第二孔的直径，所述多块蓄热材料的第一孔形成连通的通道，所述第一孔所形成的通道用于流通水泥生产过程所产生的烟气，低温工质管束用于流通低温工质；所述烟气从高温烟气入口进入，经过第一孔，然后从高温烟气出口排出，低温工质从低温工质入口进入，经过低温工质管束，然后从低温工质出口排出； 在吸热过程中，高温烟气在第一孔内放热，蓄热材料存储热量；当高温烟气间歇性停止时，低温工质管束内通过低温工质，存储热量的蓄热材料向第二管束内的低温工质进行放热，实现水泥生产过 程余热的存储和利用。
【文档编号】F22B3/04GK103954158SQ201410185334
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】程林, 杜文静 申请人:山东省能源与环境研究院