一种动力型热管式余热锅炉装置制造方法

一种动力型热管式余热锅炉装置制造方法
【专利摘要】本发明属于能源高效利用与节能环保工程【技术领域】，涉及一种动力型热管式余热锅炉装置，每个热管循环的上端均设有热管蒸发器，热管蒸发器的两侧分别设有气液收集管和均液管；热管循环冷凝器上设有气液分流管；气液收集管与气液分流管连通，热管循环冷凝器的下端均连接制有多功能储液罐，分液器和多功能储液罐均与溶液泵连通；省煤器用热管循环冷凝器的上端设有冷凝器高点排气阀，汽包的一端与出水管连通，另一端连接有汽包水位指示传感器；汽包内设有汽包水位线，汽包的上端设有汽包压力指示传感器与饱和蒸汽管，中央控制器与温度传感器连接；其结构简单，原理可靠，操作方便，使用安全，使用寿命长，回收效率高，维护成本低，环境友好。
【专利说明】一种动力型热管式余热锅炉装置

【技术领域】：
[0001] 本发明属于能源高效利用与节能环保工程【技术领域】，涉及一种动力型热管式余热 锅炉装置，将动力型热管应用于工业余热的高效回收利用。

【背景技术】：
[0002] 能源的高效利用与节能环保已成为决定人类社会能否长期可持续快速发展的关 键问题，正日益受到人们的重视，而如何利用好各种工业生产过程的余热，对解决能源的 高效利用与节能环保问题具有十分重要的意义。从总体上看，我国很多产品的单位能耗 与发达国家相比差距很大，如钢铁、发电、建材、化工等行业的主要工业产品单位能耗高出 20%?80%，有很大的节能潜力。我国钢铁、发电、建材、化工、轻纺、机械等主要耗能工业的 余热利用率仅为4%?5%，工业锅炉和窑炉的热效率在70%左右，钢铁工业是高污染和高 耗能行业，从统计数据来看，钢铁行业总能耗约占全国总能耗的六分之一，而其中很大一部 分热量没有得到充分利用，以烧结过程可回收的热量为例：烧结过程后的烟气余热，温度达 350°C，含有氧气较多；烧结成品矿的温度800°C，具有较多的显热，在烧结能耗中占据45% 左右。在化工行业，硫酸是重要的化工原料。无论是硫铁矿制酸，还是用硫磺或者冶炼气制 酸，在生产过程中均会产生大量的余热，而且在所产生的余热中，品位较高的高温余热占大 部分（超过60% )。
[0003] 目前，应用于余热回收的锅炉主要有火管余热锅炉、水管余热锅炉和热管余热锅 炉三大类，其中火管余热锅炉就是烟气在火筒或烟管中流过，对火筒或烟管外水、汽或汽水 混合物加热；水管余热锅炉就是管子里面走水，通过外部烟气对流/辐射换热加热管子中 的水；热管余热锅炉，就是利用热管的蒸发段吸收烟气或废气的余热，而通过冷凝段将热量 传递给热管外的水、汽或汽水混合物，火管余热锅炉具有结构简单、对水质要求低、操作容 易等优点，但存在金属耗量大、烟气纵向冲刷而传热效果差、排烟温度较高的缺点；存在水 容量大、启动较慢的缺点；还存在烟管内易积灰、烟管外难清垢的问题；另外还存在无法适 应于大容量和高参数工况的余热回收工程的问题；水管余热锅炉的受热面布置方便，传热 性能好，在结构上可用于大容量和高参数的工况；但是水系统与主锅炉（或生产过程）的高 温烟气直接接触，一旦发生泄露现象，不仅水管余热锅炉需立刻停炉检修，提供余热的主锅 炉（或生产过程）也可能需要紧急处理，甚至停产；另外，水管余热锅炉各不同位置的管道 温度差异很大，也无法准确控制烟气出口温度，故难以避免低温酸腐蚀破坏现象；而且锅炉 初期运行时，锅炉进的是冷水，预热需要一段时间，水管余热锅炉因采用直接换热，管壁温 度接近常温水，这样设备表面极易出现结露，粘灰等不良现象；热管余热锅炉彻底隔离了热 源和冷源，不会产生冷热流体的掺混，但现有的热管大部分都是利用许多根重力型热管组 合而成，水路与烟道还是必须紧连在一起，工程布置难度大；几十、几百乃至几千根热管紧 密布置，不易于检修，也难以发现哪根热管已失效；几十、几百乃至几千根热管的工作工况 各不相同，整体换热量无法控制，排烟温度也无法有效控制，同样难以避免出现酸露点而造 成管道或换热器的腐蚀现象；另外，实际应用时存在：热管长时间运行后，会有不凝结气体 产生，造成气塞，使得热管内的工质无法自然循环而失效，有时甚至出现外壁干烧，爆管等 现象。


【发明内容】
：
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，解决烟气余热锅炉中存在的问题， 寻求设计提供一种动力型热管式余热锅炉装置，将动力型热管应用于烟气的余热回收利 用。
[0005] 为了实现上述目的，本发明所述动力型热管式余热锅炉装置的主体结构包括烟气 出口、烟道、气液收集管、热管蒸发器、均液管、分液器、省煤器用热管循环、沸腾段用热管循 环、过热器用热管循环、烟气入口、省煤器后温度传感器、沸腾段后温度传感器、过热器后温 度传感器、气液两相流母管、热管循环冷凝器、供液母管、汽包水位线、汽包、汽包压力指示 传感器、饱和蒸汽管、饱和蒸汽温度传感器、过热器热管循环冷凝器出汽管、过热器用热管 循环冷凝器进汽管、过热蒸汽温度传感器、软化水管、给水泵、气液分配管、省煤器用热管循 环冷凝器出水管、省煤器用热管循环冷凝器进水管、冷凝器高点排气阀、汽包水位指示传感 器、多功能罐排气阀、多功能储液罐、排污阀、连接管、溶液泵、输液管和中央控制器，按功 能分为逆流气液两相流热管余热回收省煤器子系统、气液两相流热管余热回收沸腾段子 系统、逆流气液两相流热管余热回收过热段子系统、水汽流动子系统和中央控制子系统； η(1 < η < 10)个省煤器用热管循环按照逆流结构形式布置构成逆流气液两相流热管余热 回收省煤器子系统，m(l 10)个沸腾段用热管循环构成气液两相流热管余热回收沸腾 段子系统，k (1 < k < 10)个过热器用热管循环按照逆流结构形式布置构成逆流气液两相流 热管余热回收过热器子系统；烟道的两端分别为烟气入口和烟气出口；每个热管循环的上 端均设有安装在烟道内的热管蒸发器，每个热管蒸发器的两侧均分别设有气液收集管和均 液管；每个热管循环的热管蒸发器均对应一个热管循环冷凝器，每个热管循环冷凝器的一 侧均设有气液分流管；气液收集管通过气液两相流母管与气液分流管连通，每个热管循环 冷凝器的下端均连接制有多功能储液罐，多功能储液罐的上下两端分别设有多功能罐排气 阀和排污阀，多功能储液罐和溶液泵之间通过连接管连通；均液管的下端设有分液器，分液 器通过供液母管与溶液泵连通；每个省煤器用热管循环冷凝器的上端均设有冷凝器高点排 气阀，下端分别设有省煤器用热管循环冷凝器出水管和省煤器用热管循环冷凝器进水管， 用于连通相邻两个省煤器用热管循环；第1个省煤器用热管循环冷凝器进水管与给水泵的 一端连通，给水泵的另一端与软化水管连通；沸腾段用热管循环冷凝器之间通过汽包连通； 汽包的一端与第η个省煤器用热管循环冷凝器出水管连通，另一端连接制有汽包水位指示 传感器；汽包内设有汽包水位线，汽包水位线指示汽包内水的允许范围；汽包的上端设有 汽包压力指示传感器；第m个沸腾段用热管循环冷凝器处的汽包上端制有饱和蒸汽管，汽 包通过饱和蒸汽管与第1个过热器用热管循环冷凝器连通，饱和蒸汽管上设有饱和蒸汽温 度传感器；第1个过热器用热管循环冷凝器上端设有第1个过热器用热管循环冷凝器出汽 管，其它过热器用热管循环冷凝器的上端分别设有过热器用热管循环冷凝器进汽管和过热 器用热管循环冷凝器出汽管，第k个过热器用热管循环冷凝器出汽管上连接制有过热蒸汽 温度传感器；逆流气液两相流热管余热回收省煤器子系统后设有省煤器后温度传感器，气 液两相流热管余热回收沸腾段子系统后设有沸腾段后温度传感器，逆流气液两相流热管余 热回收过热段子系统后设有过热器后温度传感器，中央控制子系统的中央控制器分别通过 省煤器后温度传感器、沸腾段后温度传感器和过热器后温度传感器获得和控制烟气温度， 并对溶液泵进行双位控制或变频连续控制。
[0006] 本发明实现余热回收的过程是：烟气依次通过第k个过热器用热管循环的热管蒸 发器.....第1个过热器用热管循环的热管蒸发器，然后再通过第m个沸腾段用热管循环 的热管蒸发器.....第1个沸腾段用热管循环的热管蒸发器，最后再通过第η个省煤器用 热管循环的热管蒸发器.....第1个省煤器用热管循环的热管蒸发器，这k+m+n个热管蒸 发器内液态热管工质吸收烟气余热后发生液气相变过程，降低烟气温度，实现烟气余热的 高效回收利用；η个省煤器用热管循环、m个沸腾段用热管循环和k个过热器用热管循环的 工作原理完全相同，热管循环的构成也一致，省煤器用热管循环冷凝器为水冷式，沸腾段用 热管循环冷凝器为池沸腾式，过热器用热管循环冷凝器汽冷式，每个热管循环的具体工作 过程是：溶液泵通过输液管从多功能储液罐中抽取液体工质，提升压力后的液体工质由供 液母管、分液器和均液管，被均匀地分配到热管蒸发器中，在热管蒸发器中的液体工质吸收 烟气余热，发生液-气相变过程，转化为气液两相流后经气液收集管流入气液两相流母管， 该气液两相流经气液分配管均匀分配到热管循环冷凝器中，该气液两相流工质在热管循环 冷凝器中将热量传递给被加热的水或水蒸汽后，完全冷凝为液体工质，该液体工质由连接 管输送到多功能储液罐，多功能储液罐中的液体工质再次经输液管进入溶液泵，如此循环 往复，连续不断地将烟气余热传递给被加热的水和水蒸汽，生产出用户需求的过热蒸汽，实 现余热的回收利用。
[0007] 本发明所述逆流气液两相流热管余热回收省煤器子系统的逆流是指烟气是从第η 个省煤器用热管蒸发器流入，依次流过第η-1个、第η-2个，直到最后从第1个省煤器用热 管蒸发器流出，而被加热的水从第1个省煤器用热管循环冷凝器流入，依次流过第2个、第3 个，最后从第η个省煤器用热管循环冷凝器流出，这种逆向流动能够实现能量的梯级利用， 使烟气与水之间形成最大换热温差，减小换热面积，提高换热效率，使热力学不可逆损失达 到最小。
[0008] 本发明所述气液两相流热管余热回收沸腾段子系统使水发生相变，产生饱和水蒸 汽，m(l < m < 10)个热管循环既便于调节控制产汽量大小，也能在某个热管循环出现故 障时，不影响整体余热锅炉的运行，同时，每个热管循环内工质较少，即使管道破裂、工质泄 露，也不会对烟道和大系统锅炉（或工业过程）形成影响。
[0009] 本发明所述逆流气液两相流热管余热回收过热器子系统的逆流是指烟气是从第k 个过热器用热管蒸发器流入，依次流过第k-1个、第k-2个，直到最后从第1个过热器用热 管循环的蒸发器流出，而被加热的水蒸汽从第1个过热器用热管循环冷凝器流入，依次流 过第2个、第3个，最后从第k个过热器用热管循环冷凝器流出，这种逆向流动能够实现能 量的梯级利用，使烟气与水蒸汽之间形成最大换热温差，减小换热面积，提高换热效率，使 热力学不可逆损失达到最小。
[0010] 本发明所述水汽流动子系统的工作过程是：被处理好的软化水经软化水管进入给 水泵，软化水升压后流入第1个省煤器用热管循环冷凝器，初步加热后被送入第2个省煤器 用热管循环冷凝器，…，直到送入第η个省煤器用热管循环冷凝器，完成全部加热过程，此 后，被加热好的水由第η个省煤器用热管循环冷凝器出水管送入汽包，在汽包内吸收汽化 潜热后转化为饱和蒸汽，再由饱和蒸汽管送到第1个过热器用热管循环冷凝器，…，直到 送入第k个过热器用热管循环冷凝器，完成过热器的全部过热过程后，由第k个过热器用 热管循环的冷凝器出汽管将过热蒸汽送给用户。
[0011] 本发明所述中央控制子系统的中央控制器通过对逆流气液两相流热管余热回收 省煤器子系统中的溶液泵进行双位控制或变频连续控制，有效控制η个气液两相流热管余 热回收省煤器子系统的工作状态，实现对省煤器后烟气温度的控制，保证高效的能量回收， 并有效避免出现低温酸腐蚀现象；中央控制器通过对气液两相流热管余热回收沸腾段子系 统中的溶液泵进行双位控制或变频连续控制，有效控制m个气液两相流热管余热回收沸腾 段子系统的工作状态，实现沸腾段后烟气温度的合理控制，保证相变过程处于高效的能量 回收状态；中央控制器通过对逆流气液两相流热管余热回收过热器子系统中的溶液泵进行 双位控制或变频连续控制，有效控制k个气液两相流热管余热回收过热器子系统的工作状 态，实现过热器后烟气温度的合理控制，保证过热过程处于高效的能量回收状态；此外，中 央控制器由布置在汽包上的汽包水位指示传感器获得汽包水位线的位置，通过控制给水泵 的工作状态来实现汽包水位的控制，保证装置长期安全稳定运行。
[0012] 本发明所述多功能储液罐对热管循环具有多重特殊功效，第一重功效为启动过程 排气：多功能储液罐为圆柱体形状，从冷凝器来的液体工质沿圆柱体储液罐的切线方向进 入多功能储液罐，通过离心力作用实现气液分离，这样在启动过程中系统内的非凝性气体 便进入到多功能储液罐上部，通过排气阀便可顺利排出；第二重功效为运行过程定期排气， 保证热管长期高效运行：热管循环长期使用后，因热管工质与管壁的物理化学作用等多种 原因总会产生部分气体，多功能储液罐能够将产生的部分气体聚集在多功能储液罐顶部， 通过定期排气来保证热管循环长期高效运行；第三重功效为排污：系统中的各种杂质通过 循环过程都会沉积在多功能储液罐底部，通过排污阀即可将各种杂质及时排出，保证系统 长期稳定运行。
[0013] 本发明所述逆流气液两相流热管余热回收省煤器子系统、气液两相流热管余热回 收沸腾段子系统和逆流气液两相流热管余热回收过热段子系统中的热管循环的各蒸发器 与冷凝器安装高度不受任何限制，只要各自的储液罐低于其相对应的冷凝器，保证冷凝液 能够顺利回流到相应的多功能储液罐便可正常工作；若出现部分换热器必须安装在相应 多功能储液罐下部的情况，只要在该换热器下部加装一个小型储液罐及一个回流溶液泵即 可，故可根据用户实际情况对各子系统的布置位置进行灵活设计。
[0014] 本发明与现有技术相比具有以下优点：一是烟气横向冲刷换热面，传热效果好，换 热效率高；二是热管工质容量小、水容量也小，启动速度快；三是烟气在管外流动，易于除 灰，水侧也易于除垢；四是只要热管工质选择合理，系统设计合理，完全可适应于大容量和 高参数工况的余热回收工程；五是水系统与主锅炉（或生产过程）的高温烟气完全隔离，即 使某热管循环发生泄露现象，由于热管循环内工质有限，而且每个热管循环只输运部分热 能，不仅提供余热的主锅炉（或生产过程）无需停机，热管余热锅炉也无需立刻停炉检修， 待等到大修期间处理即可；六是各热管循环中的换热管道等温性特别好，而且通过对热管 循环进行双位控制或连续性负荷调节，能够准确控制烟气出口温度，可彻底避免低温酸腐 蚀破坏现象；七是装置启动时锅炉进冷水也不会影响烟气中管壁的温度，可通过合理控制 热管循环的启动时间与运行工况，完全避免水管余热锅炉因采用直接换热，启动时管壁温 度接近常温水，换热管表面出现结露，粘灰等不良现象；八是由于溶液泵的动力作用，热管 蒸发器与热管冷凝器可根据现场需要随意布置，彻底解决了原方案中水路与烟道必须紧连 在一起，工程布置难度大等问题；九是热管循环的总数量为3-30个，远少于目前应用的重 力式系统的几百乃至几千根热管，解决了几百乃至几千根热管因紧密布置，不易于检修，难 以发现哪根热管已失效等问题；十是每个热管循环都可通过控制和调节溶液泵来控制其换 热量，彻底解决了原来几百乃至几千根热管的工作工况各不相同，整体换热量无法控制，排 烟温度也无法控制，难以避免出现酸露点而造成管道腐蚀现象等问题；十一是每个热管循 环都有多功能储液罐，而且在冷凝器的最高点也装有排气阀，能够有效收集和定期排除运 行过程中产生的不凝性气体和固体杂质，保证热管循环长期高效稳定运行，彻底解决了普 通热管在运行时间长后，有不凝结气体产生，造成气塞，使得热管内的工质无法自然循环而 失效，有时甚至出现外壁干烧，爆管等问题；其结构简单，原理可靠，操作方便，使用安全，使 用寿命长，余热回收效率高，维护成本低，环境友好。

【专利附图】

【附图说明】：
[0015] 图1为本发明的流程结构原理示意图。

【具体实施方式】：
[0016] 下面通过实施例并结合附图作进一步说明。
[0017] 实施例1 :
[0018] 本实施例所述动力型热管式余热锅炉装置的主体结构包括烟气出口 1、烟道2、第 1个省煤器用热管循环3、气液收集管4、热管蒸发器5、均液管6、分液器7、第η个省煤器用 热管循环8、第1个沸腾段用热管循环9、第m个沸腾段用热管循环10、第1个过热器用热 管循环11、第k个过热器用热管循环12、烟气入口 13、省煤器后温度传感器14、沸腾段后温 度传感器15、过热器后温度传感器16、气液两相流母管17、第1个省煤器用热管循环冷凝 器18、供液母管19、第η个省煤器用热管循环冷凝器20、汽包水位线21、汽包22、汽包压力 指示传感器23、饱和蒸汽管24、饱和蒸汽温度传感器25、第1个过热器用热管循环冷凝器 26、第1个过热器用热管循环冷凝器出汽管27、第k个过热器用热管循环冷凝器进汽管28、 第k个过热器用热管循环冷凝器29、第k个过热器用热管循环冷凝器出汽管30、过热蒸汽 温度传感器31、软化水管32、给水泵33、第1个沸腾段用热管循环冷凝器34、第m个沸腾段 用热管循环冷凝器35、气液分配管36、第1个省煤器用热管循环冷凝器出水管37、第η个 省煤器用热管循环冷凝器进水管38、第η个省煤器用热管循环冷凝器出水管39、冷凝器高 点排气阀40、汽包水位指示传感器41、多功能罐排气阀42、多功能储液罐43、排污阀44、连 接管45、溶液泵46、输液管47和中央控制器48,按功能分为逆流气液两相流热管余热回收 省煤器子系统、气液两相流热管余热回收沸腾段子系统、逆流气液两相流热管余热回收过 热段子系统、水汽流动子系统和中央控制子系统；η(1 < η < 10)个省煤器用热管循环按照 逆流结构形式布置构成逆流气液两相流热管余热回收省煤器子系统，m(l < m < 10)个沸 腾段用热管循环构成气液两相流热管余热回收沸腾段子系统，k(l < k < 10)个过热器用 热管循环按照逆流结构形式布置构成逆流气液两相流热管余热回收过热器子系统，每个热 管循环的上端均设有安装在烟道2内的热管蒸发器5,每个热管蒸发器5的两侧均分别设 有气液收集管4和均液管6 ;每个热管循环的热管蒸发器5均对应一个热管循环冷凝器，每 个热管循环冷凝器的一侧均设有气液分流管36 ;气液收集管4通过气液两相流母管17与 气液分流管36连通，每个热管循环冷凝器的下端均连接制有多功能储液罐43,多功能储液 罐43的上下两端分别设有多功能罐排气阀42和排污阀44,多功能储液罐43和溶液泵46 之间通过连接管45连通；均液管6的下端设有分液器7,分液器7通过供液母管19与溶液 泵37连通；每个省煤器用热管循环冷凝器的上端均设有冷凝器高点排气阀40,下端分别设 有省煤器用热管循环冷凝器出水管和省煤器用热管循环冷凝器进水管，用于连通相邻两个 省煤器用热管循环；第1个省煤器用热管循环冷凝器进水管与给水泵33的一端连通，给水 泵33的另一端与软化水管32连通；沸腾段用热管循环冷凝器之间通过汽包22连通；汽包 22的一端与第η个省煤器用热管循环冷凝器出水管39连通，另一端连接制有汽包水位指示 传感器41 ;汽包22内刻有汽包水位线21，汽包22的上端设有汽包压力指示传感器23 ;第 m个沸腾段用热管循环冷凝器35处的汽包22上端制有饱和蒸汽管24,汽包22通过饱和蒸 汽管24与第1个过热器用热管循环冷凝器26连通，饱和蒸汽管24上设有饱和蒸汽温度传 感器25 ;第1个过热器用热管循环冷凝器26上端设有第1个过热器用热管循环冷凝器出 汽管27,其它过热器用热管循环冷凝器的上端分别设有过热器用热管循环冷凝器进汽管和 过热器用热管循环冷凝器出汽管，第k个过热器用热管循环冷凝器出汽管30上连接制有过 热蒸汽温度传感器31 ;逆流气液两相流热管余热回收省煤器子系统后设有省煤器后温度 传感器14,气液两相流热管余热回收沸腾段子系统后设有沸腾段后温度传感器15,逆流气 液两相流热管余热回收过热段子系统后设有过热器后温度传感器16,中央控制子系统的中 央控制器48分别通过省煤器后温度传感器14、沸腾段后温度传感器15和过热器后温度传 感器16获得和控制烟气温度，并对溶液泵44进行双位控制或变频连续控制。
[0019] 本实施例实现余热回收的过程是：烟气依次通过第k个过热器用热管循环12的热 管蒸发器.....第1个过热器用热管循环11的热管蒸发器，然后再通过第m个沸腾段用热 管循环10的热管蒸发器.....第1个沸腾段用热管循环9的热管蒸发器，最后再通过第η 个省煤器用热管循环8的热管蒸发器.....第1个省煤器用热管循环3的热管蒸发器，这 k+m+n个热管蒸发器内液态热管工质吸收烟气余热后发生液气相变过程，降低烟气温度，实 现烟气余热的高效回收利用；η个省煤器用热管循环、m个沸腾段用热管循环和k个过热器 用热管循环的工作原理完全相同，热管循环的构成也一致，省煤器用热管循环冷凝器为水 冷式，沸腾段用热管循环冷凝器为池沸腾式，过热器用热管循环冷凝器汽冷式，每个热管循 环的具体工作过程是：溶液泵46通过输液管45从多功能储液罐43中抽取液体工质，提升 压力后的液体工质由供液母管19、分液头7和均液管6,被均匀地分配到热管蒸发器5中， 在热管蒸发器5中的液体工质吸收烟气余热，发生液-气相变过程，转化为气液两相流后经 气液收集管4流入气液两相流母管17,该气液两相流经气液分配管36均匀分配到热管冷凝 器18中，该气液两相流工质在热管冷凝器18中将热量传递给被加热的水或水蒸汽后，完全 冷凝为液体工质，该液体工质由连接管47输送到多功能储液罐43,多功能储液罐43中的液 体工质再次经输液管45进入溶液泵46,如此循环往复，连续不断地将烟气余热传递给被加 热的水和水蒸汽，生产出用户需求的过热蒸汽，实现余热的回收利用。
[0020] 本实施例所述逆流气液两相流热管余热回收省煤器子系统的逆流是指烟气是从 第η个省煤器用热管蒸发器流入，依次流过第n-1个、第n-2个，直到最后从第1个省煤器用 热管蒸发器流出，而被加热的水从第1个省煤器用热管循环冷凝器流入，依次流过第2个、 第3个，最后从第η个省煤器用热管循环冷凝器流出，这种逆向流动能够实现能量的梯级 利用，使烟气与水之间形成最大换热温差，减小换热面积，提高换热效率，使热力学不可逆 损失达到最小。
[0021] 本实施例所述气液两相流热管余热回收沸腾段子系统使水发生相变，产生饱和水 蒸汽，m(l 10)个热管循环既便于调节控制产汽量大小，也能在某个热管循环出现故 障时，不影响整体余热锅炉的运行，同时，每个热管循环内工质较少，即使管道破裂、工质泄 露，也不会对烟道和大系统锅炉（或工业过程）形成影响。
[0022] 本实施例所述逆流气液两相流热管余热回收过热器子系统的逆流是指烟气是从 第k个过热器用热管蒸发器流入，依次流过第k-Ι个、第k-2个，直到最后从第1个过热器 用热管循环的蒸发器流出，而被加热的水蒸汽从第1个过热器用热管循环冷凝器流入，依 次流过第2个、第3个，最后从第k个过热器用热管循环冷凝器流出，这种逆向流动能够 实现能量的梯级利用，使烟气与水蒸汽之间形成最大换热温差，减小换热面积，提高换热效 率，使热力学不可逆损失达到最小。
[0023] 本实施例所述水汽流动子系统的工作过程是：被处理好的软化水经软化水管32 进入给水泵33,软化水升压后流入第1个省煤器用热管循环冷凝器18,初步加热后被送入 第2个省煤器用热管循环冷凝器，…，直到送入第η个省煤器用热管循环冷凝器20,完成 全部加热过程，此后，被加热好的水由第η个省煤器用热管循环冷凝器出水管39送入汽包 22,在汽包22内吸收汽化潜热后转化为饱和蒸汽，再由饱和蒸汽管24送到第1个过热器用 热管循环冷凝器26，···，直到送入第k个过热器用热管循环冷凝器29,完成过热器的全部 过热过程后，由第k个过热器用热管循环12的冷凝器出汽管30将过热蒸汽送给用户。
[0024] 本发明所述中央控制子系统的中央控制器48通过对逆流气液两相流热管余热回 收省煤器子系统中的溶液泵44进行双位控制或变频连续控制，有效控制η个气液两相流热 管余热回收省煤器子系统的工作状态，实现对省煤器后烟气温度的控制，保证高效的能量 回收，并有效避免出现低温酸腐蚀现象；中央控制器48通过对气液两相流热管余热回收沸 腾段子系统中的溶液泵进行双位控制或变频连续控制，有效控制m个气液两相流热管余热 回收沸腾段子系统的工作状态，实现沸腾段后烟气温度的合理控制，保证相变过程处于高 效的能量回收状态；中央控制器48通过对逆流气液两相流热管余热回收过热器子系统中 的溶液泵进行双位控制或变频连续控制，有效控制k个气液两相流热管余热回收过热器子 系统的工作状态，实现过热器后烟气温度的合理控制，保证过热过程处于高效的能量回收 状态；此外，中央控制器48由布置在汽包22内的汽包水位指示与传感器41获得汽包水位 线21的位置，通过控制给水泵33的工作状态来实现汽包水位的控制，保证系统长期安全稳 定运行。
[0025] 实施例2 :
[0026] 本实施例实现烟气余热生产过热蒸汽的启动与运行过程如下：按图1所示结构原 理组合安装成动力型热管式余热锅炉系统装置后，先对每个热管循环管路内部进行吹污清 理，再对每个热管循环管路内部进行物理化学钝化处理，处理完毕后，将η个省煤器热管循 环、m个沸腾段热管循环和k个过热器热管循环都抽空，真空达标后，分别加入适量的热管 工质；将中央控制子系统中的省煤器后的烟气温度、沸腾段后的烟气温度、过热器后的烟气 温度、汽包水位线位置等设定具体数值，在烟道中送入烟气、水汽系统中送入软化水后，中 央控制子系统将根据省煤器后的烟气温度等控制参数的实际数值，与设定的具体数值进行 比较，按照选定的控制方法，启动和控制η个省煤器热管循环、m个沸腾段热管循环和k个 过热器热管循环的溶液泵30 ;再待50-100分钟后，系统中省煤器后的烟气温度等参数将达 到设定值，整个系统即处于稳定工作阶段，如此便可连续不断、高效节能地将烟气余热转化 为用户需求的过热水蒸气。
【权利要求】
1. 一种动力型热管式余热锅炉装置，其特征在于主体结构包括烟气出口、烟道、气液 收集管、热管蒸发器、均液管、分液器、省煤器用热管循环、沸腾段用热管循环、过热器用热 管循环、烟气入口、省煤器后温度传感器、沸腾段后温度传感器、过热器后温度传感器、气 液两相流母管、热管循环冷凝器、供液母管、汽包水位线、汽包、汽包压力指示传感器、饱和 蒸汽管、饱和蒸汽温度传感器、过热器热管循环冷凝器出汽管、过热器用热管循环冷凝器 进汽管、过热蒸汽温度传感器、软化水管、给水泵、气液分配管、省煤器用热管循环冷凝器 出水管、省煤器用热管循环冷凝器进水管、冷凝器高点排气阀、汽包水位指示传感器、多功 能罐排气阀、多功能储液罐、排污阀、连接管、溶液栗、输液管和中央控制器，按功能分为逆 流气液两相流热管余热回收省煤器子系统、气液两相流热管余热回收沸腾段子系统、逆流 气液两相流热管余热回收过热段子系统、水汽流动子系统和中央控制子系统；η个省煤器 用热管循环按照逆流结构形式布置构成逆流气液两相流热管余热回收省煤器子系统，m个 沸腾段用热管循环构成气液两相流热管余热回收沸腾段子系统，k个过热器用热管循环按 照逆流结构形式布置构成逆流气液两相流热管余热回收过热器子系统，其中1 < η < 10， 1彡m彡10,1彡k彡10 ;烟道的两端分别为烟气入口和烟气出口；每个热管循环的上端 均设有安装在烟道内的热管蒸发器，每个热管蒸发器的两侧均分别设有气液收集管和均液 管；每个热管循环的热管蒸发器均对应一个热管循环冷凝器，每个热管循环冷凝器的一侧 均设有气液分流管；气液收集管通过气液两相流母管与气液分流管连通，每个热管循环冷 凝器的下端均连接制有多功能储液罐，多功能储液罐的上下两端分别设有多功能罐排气阀 和排污阀，多功能储液罐和溶液泵之间通过连接管连通；均液管的下端设有分液器，分液器 通过供液母管与溶液泵连通；每个省煤器用热管循环冷凝器的上端均设有冷凝器高点排气 阀，下端分别设有省煤器用热管循环冷凝器出水管和省煤器用热管循环冷凝器进水管，用 于连通相邻两个省煤器用热管循环；第1个省煤器用热管循环冷凝器进水管与给水泵的一 端连通，给水泵的另一端与软化水管连通；沸腾段用热管循环冷凝器之间通过汽包连通； 汽包的一端与第η个省煤器用热管循环冷凝器出水管连通，另一端连接制有汽包水位指示 传感器；汽包内设有汽包水位线，汽包的上端设有汽包压力指示传感器；第m个沸腾段用 热管循环冷凝器处的汽包上端制有饱和蒸汽管，汽包通过饱和蒸汽管与第1个过热器用热 管循环冷凝器连通，饱和蒸汽管上设有饱和蒸汽温度传感器；第1个过热器用热管循环冷 凝器上端设有第1个过热器用热管循环冷凝器出汽管，其它过热器用热管循环冷凝器的上 端分别设有过热器用热管循环冷凝器进汽管和过热器用热管循环冷凝器出汽管，第k个过 热器用热管循环冷凝器出汽管上连接制有过热蒸汽温度传感器；逆流气液两相流热管余热 回收省煤器子系统后设有省煤器后温度传感器，气液两相流热管余热回收沸腾段子系统后 设有沸腾段后温度传感器，逆流气液两相流热管余热回收过热段子系统后设有过热器后温 度传感器，中央控制子系统的中央控制器分别通过省煤器后温度传感器、沸腾段后温度传 感器和过热器后温度传感器获得和控制烟气温度，并对溶液泵进行双位控制或变频连续控 制。
2. 根据权利要求1所述动力型热管式余热锅炉装置，其特征在于实现余热回收的过程 是：烟气依次通过第k个过热器用热管循环的热管蒸发器.....第1个过热器用热管循环的 热管蒸发器，然后再通过第m个沸腾段用热管循环的热管蒸发器.....第1个沸腾段用热 管循环的热管蒸发器，最后再通过第η个省煤器用热管循环的热管蒸发器.....第1个省 煤器用热管循环的热管蒸发器，其中1 < η < 10,1 < m < 10,1 < k < 10 ;k+m+n个热管蒸 发器内液态热管工质吸收烟气余热后发生液气相变过程，降低烟气温度，实现烟气余热的 高效回收利用；η个省煤器用热管循环、m个沸腾段用热管循环和k个过热器用热管循环的 工作原理完全相同，热管循环的构成也一致，省煤器用热管循环冷凝器为水冷式，沸腾段用 热管循环冷凝器为池沸腾式，过热器用热管循环冷凝器汽冷式，每个热管循环的具体工作 过程是：溶液泵通过输液管从多功能储液罐中抽取液体工质，提升压力后的液体工质由供 液母管、分液器和均液管，被均匀地分配到热管蒸发器中，在热管蒸发器中的液体工质吸收 烟气余热，发生液-气相变过程，转化为气液两相流后经气液收集管流入气液两相流母管， 该气液两相流经气液分配管均匀分配到热管循环冷凝器中，该气液两相流工质在热管循环 冷凝器中将热量传递给被加热的水或水蒸汽后，完全冷凝为液体工质，该液体工质由连接 管输送到多功能储液罐，多功能储液罐中的液体工质再次经输液管进入溶液泵，如此循环 往复，连续不断地将烟气余热传递给被加热的水和水蒸汽，生产出用户需求的过热蒸汽，实 现余热的回收利用。
3.根据权利要求1所述动力型热管式余热锅炉装置，其特征在于所述逆流气液两相流 热管余热回收省煤器子系统的逆流是指烟气是从第η个省煤器用热管蒸发器流入，依次流 过第η-1个、第η-2个，直到最后从第1个省煤器用热管蒸发器流出，而被加热的水从第1 个省煤器用热管循环冷凝器流入，依次流过第2个、第3个，最后从第η个省煤器用热管 循环冷凝器流出；气液两相流热管余热回收沸腾段子系统使水发生相变，产生饱和水蒸汽， m个热管循环既便于调节控制产汽量大小，也能在某个热管循环出现故障时，不影响整体余 热锅炉的运行，同时，每个热管循环内工质较少，不会对烟道和大系统锅炉形成影响；逆流 气液两相流热管余热回收过热器子系统的逆流是指烟气是从第k个过热器用热管蒸发器 流入，依次流过第k-Ι个、第k-2个，直到最后从第1个过热器用热管循环的蒸发器流出，而 被加热的水蒸汽从第1个过热器用热管循环冷凝器流入，依次流过第2个、第3个，最后从 第k个过热器用热管循环冷凝器流出；水汽流动子系统的工作过程是：被处理好的软化水 经软化水管进入给水泵，软化水升压后流入第1个省煤器用热管循环冷凝器，初步加热后 被送入第2个省煤器用热管循环冷凝器，…，直到送入第η个省煤器用热管循环冷凝器，完 成全部加热过程，此后，被加热好的水由第η个省煤器用热管循环冷凝器出水管送入汽包， 在汽包内吸收汽化潜热后转化为饱和蒸汽，再由饱和蒸汽管送到第1个过热器用热管循环 冷凝器，…，直到送入第k个过热器用热管循环冷凝器，完成过热器的全部过热过程后，由 第k个过热器用热管循环的冷凝器出汽管将过热蒸汽送给用户；中央控制子系统的中央控 制器通过对逆流气液两相流热管余热回收省煤器子系统中的溶液泵进行双位控制或变频 连续控制，有效控制η个气液两相流热管余热回收省煤器子系统的工作状态，实现对省煤 器后烟气温度的控制，保证高效的能量回收，并有效避免出现低温酸腐蚀现象；中央控制器 通过对气液两相流热管余热回收沸腾段子系统中的溶液泵进行双位控制或变频连续控制， 有效控制m个气液两相流热管余热回收沸腾段子系统的工作状态，实现沸腾段后烟气温度 的合理控制，保证相变过程处于高效的能量回收状态；中央控制器通过对逆流气液两相流 热管余热回收过热器子系统中的溶液泵进行双位控制或变频连续控制，有效控制k个气液 两相流热管余热回收过热器子系统的工作状态，实现过热器后烟气温度的合理控制，保证 过热过程处于高效的能量回收状态；此外，中央控制器由布置在汽包上的汽包水位指示传 感器获得汽包水位线的位置，通过控制给水泵的工作状态来实现汽包水位的控制，保证装 置长期安全稳定运行；其中1彡η彡10,1彡m彡10,1彡k彡10。
4. 根据权利要求1所述动力型热管式余热锅炉装置，其特征在于所述多功能储液罐对 热管循环具有多重特殊功效，第一重功效为启动过程排气：多功能储液罐为圆柱体形状，从 冷凝器来的液体工质沿圆柱体储液罐的切线方向进入多功能储液罐，通过离心力作用实现 气液分离，在启动过程中系统内的非凝性气体便进入到多功能储液罐上部，通过排气阀便 可顺利排出；第二重功效为运行过程定期排气，保证热管长期高效运行：热管循环长期使 用后，因热管工质与管壁的物理化学作用等多种原因总会产生部分气体，多功能储液罐能 够将产生的部分气体聚集在多功能储液罐顶部，通过定期排气来保证热管循环长期高效运 行；第三重功效为排污：锅炉装置中的杂质通过循环过程会沉积在多功能储液罐底部，通 过排污阀即可将杂质及时排出，保证系统长期稳定运行。
5. 根据权利要求1所述动力型热管式余热锅炉装置，其特征在于所述逆流气液两相流 热管余热回收省煤器子系统、气液两相流热管余热回收沸腾段子系统和逆流气液两相流热 管余热回收过热段子系统中的热管循环的各蒸发器与冷凝器安装高度不受限制，只要各自 的储液罐低于其相对应的冷凝器，保证冷凝液能够顺利回流到相应的多功能储液罐便可； 若出现部分换热器必须安装在相应多功能储液罐下部的情况，在该换热器下部加装一个小 型储液罐及一个回流溶液泵，能根据用户实际情况对各子系统的布置位置进行灵活设计。
【文档编号】F22B1/18GK104089268SQ201410374863
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】田小亮, 李晓花, 孙晖, 邵杰, 王伟, 刘瑞璟, 任杰 申请人:青岛大学