专利名称：一种高效分控相变换热系统及换热方法
技术领域：
本发明涉及安全可控的强化传热技术领域，具体地，本发明涉及一种高效分控相变换热系统及换热方法。
背景技术：
在烟气余热回收利用方面，通过不同的相变换热技术方案来控制烟气侧受热面的腐蚀和结灰速度，取得较好的效果。此前，申请号为201110034409. 1的中国专利中提出一种分控相变换热系统，包括通过蒸汽管和冷凝液管相互连通而形成分控相变换热回路的吸热装置和放热装置，该系统还包括气流调节阀及其气流调节阀控制器；液流调节阀及其液流调节阀控制器，该气流调节阀设置在该蒸汽管的管路中并且该气流调节阀的开度可控制，该液流调节阀设置在该冷凝液管的管路中并且该液流调节阀的开度可控制；在该吸热装置上连接有测量该吸热装置中的气体压力的压力传感器、测量该吸热装置中的气体温度的温度传感器、测量该吸热装置中的液位的液位传感器以及测量该吸热装置的吸热管束的壁温的壁温传感器，该压力传感器和该温度传感器与该气流调节阀控制器通讯相连，该液位传感器和该壁温传感器与该液流调节阀控制器通讯相连。该气流调节阀的开度由该气流调节阀控制器根据该吸热装置的压力和温度来综合控制，该液流调节阀的开度由该液流调节阀控制器根据该吸热装置内的液位和该吸热装置的壁温来综合控制，实现了更高的换热控制的可靠性和精度，提高了余热回收的效益，也使得系统应用的适应性得到很大提高。但是，由于流动阻力的影响，冷源换热器冷凝的相变压力必然低于热源换热器蒸发的相变压力，因而冷源换热器冷凝的饱和冷凝液的温度相对热源换热器饱和蒸发液的饱和温度必然存在过冷度。由于蒸汽在冷源换热器冷凝过程中，会在壁面产生液膜，液膜的热阻使冷凝液产生过冷无法避免。另外，由于设计工况下的换热器面积、换热系数和换热温差等参数难以适应变工况下和不同季节的实际相变换热量，加之液位波动等因素的影响，因而相变换热过程总伴随产生冷凝液过冷和蒸汽过热的情况；过冷液和过热汽的存在会降低相变换热器的换热能力，同时，由于自然循环的存在，过冷液进入热源换热器还会使蒸发换热面下部壁面温度低于平均温度，安全余量不足，很容易产生局部的低温腐蚀，降低设备的寿命ο
发明内容
本发明的目的在于提供了一种高效分控相变换热系统。本发明的再一目的在于提供了一种高效分控相变换热方法。根据本发明的高效分控相变换热系统，该系统包括通过蒸汽管和冷凝液管相互连通而形成分控相变换热回路的热源换热器3和冷源换热器12，在该回路上设有对其进行控制的气流调节阀及其气流调节阀控制器，液流调节阀及其液流调节阀控制器，以及设置在冷凝液管上的储液箱16，所述热源换热器3顶部的蒸汽管母管分成两蒸汽管支管，其中第一蒸汽管支管与冷源换热器12相连，并通过冷源换热器12底部的冷凝液管支路连接冷凝液管母管后与储液箱16连通，在该蒸汽管支管和冷源换热器12之间设置气流调节阀11 ；第二蒸汽管支管经由设置在储液箱16内的冷凝液加热器18后与储液箱16相连通；所述热源换热器3的热源换热器上集箱7内设置上集箱内配液管6，所述上集箱内配液管6上有若干喷头，用于热源换热器3产生的蒸汽与上集箱内配液管6内的冷凝液以及上集箱内配液管6喷头喷出的冷凝液进行混合式热交换。根据本发明的高效分控相变换热系统，所述冷源换热器12为两个或以上，并联设置在冷凝液管母管和蒸汽管母管之间，在蒸汽管母管和热源换热器3之间管路上设置蒸汽母管启闭阀8，并且在每个蒸汽管支管和冷源换热器12之间均设置气流调节阀11，在每个冷凝液管支管和冷源换热器12之间设置冷源换热器出液阀13。根据本发明的高效分控相变换热系统，所述冷凝液加热器18与外接气源管路相连，所述外接气源管路上沿气体流动方向依次设置外接气源供气阀21、冷凝液加热气阀22 和外接气源回流阀20，所述第二蒸汽管支管与外接气源供气阀21和冷凝液加热气阀22之间的管路连通。根据本发明的高效分控相变换热系统，所述外接气源管路通过在冷凝液加热器18 和外接气源回流阀20之间设置的液体管路与储液箱16连通，并且在该管路上设置一连通阀19。根据本发明的高效分控相变换热系统，所述热源换热器3的顶部设置一与之匹配且高出换热器联箱内壁的分水器，在分水器上均勻的刻有凹槽，使通过该凹槽流下的水与蒸汽充分换热。根据本发明的高效分控相变换热系统，所述热源换热器3内部上设有温度传感器 4，用于测量监控其内部工质的温度。根据本发明的高效分控相变换热系统，所述储液箱16底部通过液体管路与热源换热器3底部和上集箱内配液管6连通，在该管路上设置一循环泵2，在循环泵2和热源换热器3之间的管路上设置液流调节阀1。根据本发明的高效分控相变换热系统，所述系统包括一液位传感器5，该液位传感器5的上端与热源换热器3和蒸汽管母管启闭阀8之间的蒸汽管母管上，液位传感器5的下端连接在液流调节阀1和热源换热器3之间的管路上，用以测量热源换热器3内的液位。根据本发明的高效分控相变换热系统，所述储液箱16上设有储液箱冷凝液温度传感器17，测量其内部冷凝液的温度。一种基于上所述的高效分控相变换热系统的分控相变换热方法，该方法包括以下步骤通过热源换热器3从外部热源吸收热量，使其内部的液体蒸发为蒸汽，该蒸汽在热源换热器上集箱7内与上集箱内配液管6内的冷凝液进行表面式热交换，并且与上集箱内配液管6喷出的液滴进行混合式热交换，以降低该蒸汽的过热度和该冷凝液的过冷度；通过热源换热器3产生的蒸汽从热源换热器上集箱7流出，经过蒸汽管母管分为至少两路，其中一路蒸汽经过气流调节阀11进入冷源换热器12，冷凝为冷凝液，经冷凝液母管15再流入到储液箱16内，通过气流调节阀11调节开度；另外一路蒸汽经过第二蒸汽管支管进入冷凝液加热器18的管路上，对储液箱16内的循环液工质，以避免由于热源换热器3的换热面壁温与工质温差过大，造成换热面腐蚀。所述通过热源换热器3产生的蒸汽经过蒸汽管母管分为三路，其中两路分别通过两个并联的冷源换热器12，并通过各自串联的气流调节阀11调节开度，另一路进入冷凝液加热器18的管路上。所述两个气流调节阀11采取连续调节或断续调节。所述方法还包括以下步骤系统初启动时，蒸汽母管启闭阀8关闭，外接热源通过外接汽源供汽阀21和冷凝液加热汽阀22进入冷凝液加热器18加热储液箱16内的循环液工质，避免由于热源换热器 3的换热面壁温与工质温差过大，造成换热面腐蚀。同时该外接汽源还可通过气流调节阀进入冷源换热器，对冷源流体进行加热。所述气流调节阀11由气流调节阀控制开度方法为气流调节阀11通过气流调节阀控制器控制，气流调节阀控制器根据热源换热器内部温度传感器4的测量信号来实施控制，通过比较运算换热器内部温度传感器4的测量值和气流调节阀控制器内的温度设定值，气流调节阀控制器相应调节气流调节阀的开度， 以纠正该运行偏差，使测量值与设定值保持一致。所述储液箱16内的冷凝液的流动及控制方法为储液箱16内的冷凝液通过循环泵2升压，经液流调节阀1后分为两路，一路冷凝液经过阀门进入热源换热器上集箱7内的上集箱内配液管6内后喷出，进入热源换热器3 内受到加热成为蒸发液；另一路冷凝液经过阀门后通过热源换热器3的下集箱进入热源换热器3内，受到加热成为蒸发液，液流调节阀1由液流调节阀控制器来控制开度，液流调节阀控制器根据测量热源换热器3内液位的液位传感器5和储液箱冷凝液温度传感器17的测量信号来实施控制；换热器3蒸发量增大或换热器3内进入的冷凝液量减小时，热源换热器3内液位下降偏离设定值；反之液位将上升偏离设定值；此时调节液流调节阀1的开度，以纠正该运行偏差，使测量值与设定值保持一致。所述储液箱16内的冷凝液内温度过低或过高时的操作方法为储液箱冷凝液温度传感器17测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定低一值时，液流调节阀控制器将发出报警信号，该液温设定低一值根据烟气酸露点设定值确定，高于热源烟气酸露点设定值5 15°C ；储液箱冷凝液温度传感器17测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定低二值时，液流调节阀控制器将发出报警信号，并发出关闭液流调节阀1、停止循环泵2运行的指令；该液温设定低二值比前述液温设定低一值温度低2 5°C ；储液箱冷凝液温度传感器17测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定低三值时，将发出报警信号，并打开排液阀，启动排液泵的运行，将热源换热器(3)内液体排入到储液箱16 ；该液温设定低三值比前述液温设定低二值温度低2 5°C ；储液箱冷凝液温度传感器17测得的液温值高于液流调节阀控制器的液温设定低二值时，液流调节阀控制器发出排液泵停止运行命令，并发出排液阀关闭命令；储液箱冷凝液温度传感器17测得的液温值高于液流调节阀控制器的液温设定低一值时，液流调节阀控制器解除液流调节阀1关闭命令和解除循环泵2停止运行命令。所述方法还包括以下步骤在机组启动、停机等热源烟气温度过低时，系统控制排液阀将热源换热器3中的存液放空，保障换热管不受低温腐蚀。本发明提出的一种新型分控相变换热技术的系统如附图所示，主要设备包括液流调节阀1 ；循环泵2 ；热源换热器3 ；热源换热器内部温度传感器4 ；液位传感器5 ；上集箱内配液管6 ；热源换热器上集箱7 ；蒸汽母管启闭阀8 ；气流调节阀11 ；冷源换热器12 ；冷源换热器出液阀13 ；冷凝液母管15 ；储液箱16 ；储液箱冷凝液温度传感器17 ； 冷凝液加热器18 ；联通阀19 ；外接汽源回流阀20 ；外接汽源供汽阀21 ；冷凝液加热汽阀22。根据本发明的以具体的实施方式，所述的分控相变换热技术的系统工作过程为热源换热器3从外部吸收热源放热流体烟气(热源流体也可为生产工艺尾气等) 的热量，使其内部的蒸发液(系统内部循环工质为水，也可使用氟利昂、氨等)蒸发为蒸汽， 该蒸汽在热源换热器上集箱7内与上集箱内配液管6内的冷凝液进行表面式热交换，并且与喷出的液滴进行混合式热交换，降低了该蒸汽的过热度和该冷凝液的过冷度。前述该蒸汽从热源换热器上集箱7流出，经过蒸汽母管启闭阀8后分为三路蒸汽。 其一蒸汽经过第一支路气流调节阀11进入冷源换热器12，冷凝为冷凝液后经冷源换热器出液阀13后汇集流入到冷凝液母管15，再流入到储液箱16内；其二蒸汽经过第三支路上的气流调节阀11进入冷源换热器12，冷凝为冷凝液后经冷源换热器出液阀13后汇集流入到冷凝液母管15，再流入到储液箱16内；其三蒸汽经第二支路联通在冷凝液加热器18的外接汽源供汽阀21与冷凝液加热汽阀22之间的管路上，可经过冷凝液加热汽阀22进入冷凝液加热器18，再经过联通阀19流入到储液箱16内。储液箱16内的冷凝液通过循环泵2升压，经液流调节阀1后分为两路。一路冷凝液经过阀门进入热源换热器上集箱7内的上集箱内配液管6内后喷出，进入热源换热器3 内受到加热成为蒸发液；另一路冷凝液经过阀门后通过热源换热器3的下集箱进入热源换热器3内，受到加热成为蒸发液。热源换热器3内的蒸发液吸热蒸发后进入热源换热器上集箱7开始新的传热循环。热源换热器3的换热管顶部升出联箱内壁一定高度，且升出部分管壁上间隔开有水槽，从水槽小口流下的液流很细，与上行的蒸汽流形成交叉间隔分流，细流不仅与蒸汽的接触面增大，而且更容易被吹散，有利于与蒸汽的混合，降低蒸汽过热度，同时也降低了水流的过冷度。另外，由于液流与蒸汽流间隔分布，也可避免因换热管局部过度冷却使外壁温降低到酸露点安全余量之下。前述热源换热器3、，两个并联的冷源换热器12都可由多组加装出、入口阀门的换热器分组并联构成，并联的每分组均可通过关闭出、入口阀门使之与母管系统隔离。热源换热器内部温度传感器4安装在热源换热器3上，用于测量监控其内部的温度。液位传感器5上端和连接在前述热源换热器3换热器分组出口阀到蒸汽母管启闭阀8之间的蒸汽母管上，液位传感器5的下端连接在液流调节阀1到前述热源换热器3换热器分组入口阀之间的管路上，用以测量热源换热器3内的液位。储液箱冷凝液温度传感器17安装在储液箱16上，测量其内部冷凝液的温度，用于监视冷凝液过冷度，当该过冷度大于2 15°C时，储液箱冷凝液温度传感器17测量值使过冷度监控仪发出报警信号，同时打开冷凝液加热汽阀22，使流经蒸汽母管启闭阀8的蒸汽的一部分进入冷凝液加热器18，加热储液箱16内的冷凝液，降低其过冷度。当过冷度降低到低于1 10°C后，冷凝液加热汽阀22关闭，前述过冷度报警信号解除。若过冷度过大，必要时可切除部分冷源换热器分组，减少冷源的放热量。冷凝液加热器18安装于储液箱16内。当系统初启动时，蒸汽母管启闭阀8关闭， 外接热源通过外接汽源供汽阀21和冷凝液加热汽阀22进入冷凝液加热器18加热储液箱 20内的循环液工质，避免由于热源换热器3的换热面壁温与工质温差过大，而使换热面外壁温低于酸露点，造成换热面腐蚀。外接汽源从冷凝液加热器18流出后，可经联通阀19进入储液箱16，也可经外接汽源回流阀20回到外接系统。本发明的优点在于本发明将热源烟气侧的吸热换热器和冷源的放热换热器的换热分别独立控制。由于蒸发吸热和冷凝放热的饱和压力各自独立控制，可确保在冷源换热大幅变化时，热源换热管的壁温不受影响，可靠地保障换热管不受低温腐蚀损害。本发明采用热源换热器内部温度传感器4的温度信号、储液箱冷凝液温度传感器 17的温度信号以及热源换热器3内液位信号的组合来实施多元、多层次的控制，被测参数不受冷热源参数分布均勻性的影响，一致性更好。由于调节滞后小，调节特性更好，控制系统更稳定，控制精度和可靠性更高。热源换热器3内相变换热饱和温度波动幅度小、波动时间短，可显著降低热源换热管的低温腐蚀几率。本发明通过冷凝液加热器18、热源换热器上集箱7内利用蒸汽和冷凝液的表面式和混合式换热，以及气流调节阀的分步式控制等多种综合措施，降低了进入换热器内的冷凝液过冷度和蒸汽过热度，使得热源换热器3的壁温更为均勻一致。由于本发明的换热技术可更精确、更均勻、可靠地控制换热管壁温，不仅提高了换热器设备的寿命，还可比其它技术将换热管壁温安全余量减小，将烟气排烟温度降低更多， 回收更多热量，有更高的节能减排效益。传统相变换热技术对冷、热源负荷变化的适应性较差，调节手段无法满足冷、热源负荷大幅变化时设备的安全，低温腐蚀常在这时剧烈发生。本发明通过换热器分组、分步控制、出色的自动调节能力、多种安全监控措施和启动加热措施等，可不分季节和外接的冷热源系统状况，从机组启动到停运全过程对烟气侧的吸热换热器壁温实现可靠地控制，为烟气余热回收利用提供了关键和坚实的技术基础。
图1为本发明的新型分控相变换热的装置示意图。1、液流调节阀2、循环泵3、热源换热器4、热源换热器内部温度传感器6、上集箱内配液管 7、热源换热器上集箱11、气流调节阀12、冷源换热器15、冷凝液母管16、储液箱17、储液箱冷凝液温度传感器
5、液位传感器 8、蒸汽母管启闭阀 13、冷源换热器出液阀
18、冷凝液加热器
19、联通阀20、外接汽源回流阀 21、外接汽源供汽阀22、冷凝液加热汽阀
具体实施例方式本发明提出的一种新型分控相变换热技术的系统如附图所示，主要设备包括液流调节阀1 ；循环泵2 ；热源换热器3 ；热源换热器内部温度传感器4 ；液位传感器5 ；上集箱内配液管6 ；热源换热器上集箱7 ；蒸汽母管启闭阀8 ；气流调节阀11 ；冷源换热器12 ；冷源换热器出液阀13 ；冷凝液母管15 ；储液箱16 ；储液箱冷凝液温度传感器17 ； 冷凝液加热器18 ；联通阀19 ；外接汽源回流阀20 ；外接汽源供汽阀21 ；冷凝液加热汽阀22。本发明的分控相变换热技术的系统工作过程和特性为热源换热器3从外部吸收热源放热流体烟气(热源流体也可为生产工艺尾气等) 的热量，使其内部的蒸发液(系统内部循环工质为水，也可使用氟利昂、氨等)蒸发为蒸汽， 该蒸汽在热源换热器上集箱7内与上集箱内配液管6内的冷凝液进行表面式热交换，并且与喷出的液滴进行混合式热交换，降低了该蒸汽的过热度和该冷凝液的过冷度。前述该蒸汽从热源换热器上集箱7流出，经过蒸汽母管启闭阀8后分为三路蒸汽。 其一蒸汽经过第一支路的气流调节阀11进入冷源换热器12，冷凝为冷凝液后经冷源换热器出液阀13后汇集流入到冷凝液母管15，再流入到储液箱16内；其二蒸汽经第三支路中的气流调节阀11进入冷源换热器12，冷凝为冷凝液后经冷源换热器出液阀13后汇集流入到冷凝液母管15，再流入到储液箱16内；其三蒸汽经第二支路联通在冷凝液加热器18的外接汽源供汽阀21与冷凝液加热汽阀22之间的管路上，可经过冷凝液加热汽阀22进入冷凝液加热器18，再经过联通阀19流入到储液箱16内。储液箱16内的冷凝液通过循环泵2升压，经液流调节阀1后分为两路。一路冷凝液经过阀门进入热源换热器上集箱7内的上集箱内配液管6内后喷出，进入热源换热器3 内受到加热成为蒸发液；另一路冷凝液经过阀门后通过热源换热器3的下集箱进入热源换热器3内，受到加热成为蒸发液。热源换热器3内的蒸发液吸热蒸发后进入热源换热器上集箱7开始新的传热循环。热源换热器3的换热管顶部升出联箱内壁一定高度，且升出部分管壁上间隔开有水槽，从水槽小口流下的液流很细，与上行的蒸汽流形成交叉间隔分流，细流不仅与蒸汽的接触面增大，而且更容易被吹散，有利于与蒸汽的混合，降低蒸汽过热度，同时也降低了水流的过冷度。另外，由于液流与蒸汽流间隔分布，也可避免因换热管局部过度冷却使外壁温降低到酸露点安全余量之下。前述热源换热器3、并联的第一支路和第三支路中的冷源换热器12都可由多组加装出、入口阀门的换热器分组并联构成，并联的每分组均可通过关闭出、入口阀门使之与母管系统隔离。热源换热器内部温度传感器4安装在热源换热器3上，用于测量监控其内部的温度。液位传感器5上端和连接在前述热源换热器3换热器分组出口阀到蒸汽母管启闭阀8之间的蒸汽母管上，液位传感器5的下端连接在液流调节阀1到前述热源换热器3换热器分组入口阀之间的管路上，用以测量热源换热器3内的液位。
储液箱冷凝液温度传感器17安装在储液箱16上，测量其内部冷凝液的温度，用于监视冷凝液过冷度，当该过冷度大于2 15°C时，储液箱冷凝液温度传感器17测量值使过冷度监控仪发出报警信号，同时打开冷凝液加热汽阀22，使流经蒸汽母管启闭阀8的蒸汽的一部分进入冷凝液加热器18，加热储液箱16内的冷凝液，降低其过冷度。当过冷度降低到低于1 10°C后，冷凝液加热汽阀22关闭，前述过冷度报警信号解除。若过冷度过大，必要时可切除部分冷源换热器分组，减少冷源的放热量。冷凝液加热器18安装于储液箱16内。当系统初启动时，蒸汽母管启闭阀8关闭， 外接热源通过外接汽源供汽阀21和冷凝液加热汽阀22进入冷凝液加热器18加热储液箱 20内的循环液工质，避免由于热源换热器3的换热面壁温与工质温差过大，而使换热面外壁温低于酸露点，造成换热面腐蚀。外接汽源从冷凝液加热器18流出后，可经联通阀19进入储液箱16，也可经外接汽源回流阀20回到外接系统。系统的运行控制工作过程和特性为两并联支路上的气流调节阀11由气流调节阀控制器来控制开度，气流调节阀控制器是根据热源换热器内部温度传感器4的测量信号来实施控制。通过比较运算换热器内部温度传感器4的测量值和气流调节阀控制器内的温度设定值，气流调节阀控制器相应调节气流调节阀的开度，以纠正该运行偏差，使测量值与设定值保持一致。例如当温度测量值大于调节阀控制器的设定值，则气流调节阀开大，释放更多的蒸汽进入冷源换热器，使得测量值回归设定值，反之亦然。该温度设定值根据烟气酸露点情况确定，一般该温度设定值高于热源烟气酸露点1 15°C。以在确保安全性的条件下，获得最佳的经济性。两条并联支路上的气流调节阀11的通径可以相同，也可以不同，它们的控制可以为根据气流调节阀控制器的控制指令保持同步开启和关闭的同步控制，也可以为分别控制开启和关闭的分步控制。分步控制可以两种方式进行。一种分步控制方式是2个调节阀均为连续调节。当控制信号开启指令较小时，气流调节阀的其中之一先开启并随命令调节开度，当控制信号开启指令大小超过先开启的调节阀的30% 100%开度时，另一个调节阀也开始开启参与调节，当先开启的调节阀达 100%开度后，第二开启的调节阀可以继续开启调节，当控制信号开启指令达到100%时，第二个调节阀开度也达到100%。关闭调节的过程是开启过程的逆过程。另一种分步控制方式是2个调节阀之一为连续调节，另一个为断续调节。当控制信号开启指令较小时，连续调节的气流调节阀先开启并随命令调节开度，当控制信号开启指令大小超过该调节阀的30% 50%开度时，另一个调节阀也开始开启到一定开度保持不变，先开启的调节阀再随之相应调节开度；随着控制信号开启指令增大10% 30%后， 后开启的调节阀再打开一定开度保持不变，随着控制指令的增大，如此往复，直到后开启调节阀全开。关闭调节的过程是开启过程的逆过程。断续调节的调节阀的极端情况是只有全开和全关两种状态。当控制信号开启指令较小时，连续调节的气流调节阀先开启并随命令调节开度，当控制信号开启指令大小超过该调节阀的50% 100%开度时，另一个调节阀即开启到全开开度保持不变，先开启的调节阀再随之相应调节开度；分步控制方式的优点是调节特性好，阀门调节的波动和节流损失较小，储液箱16内的冷凝液的过冷度小，系统适应性强。液流调节阀1由液流调节阀控制器来控制开度，液流调节阀控制器根据测量热源换热器3内液位的液位传感器5和储液箱冷凝液温度传感器17的测量信号来实施控制。当液位传感器5测量的液位与液流调节阀控制器的设定值发生偏差，则液流调节阀控制器相应调节液流调节阀1的开度，以纠正该运行偏差，使测量值与设定值保持一致。储液箱冷凝液温度传感器17测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定低一值时，液流调节阀控制器将发出报警信号，提示运行人员注意。该液温设定低一值根据烟气酸露点设定值确定，一般高于热源烟气酸露点设定值5 15°C。储液箱冷凝液温度传感器17测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定低二值时，液流调节阀控制器将发出报警信号，并发出关闭液流调节阀1、停止循环泵2运行的指令；该液温设定低二值比前述液温设定低一值温度低2 5°C。储液箱冷凝液温度传感器17测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定低三值时，将发出报警信号，并打开排液阀，启动排液泵的运行，将热源换热器3内液体排入到储液箱16 ；该液温设定低三值比前述液温设定低二值温度低2 5°C。储液箱冷凝液温度传感器17测得的液温值高于液流调节阀控制器的液温设定低二值时，液流调节阀控制器发出排液泵停止运行命令，并发出排液阀关闭命令；储液箱冷凝液温度传感器17测得的液温值高于液流调节阀控制器的液温设定低一值时，液流调节阀控制器解除液流调节阀1关闭命令和解除循环泵2停止运行命令。烟气酸露点可根据煤分析计算得出，也可根据监视烟气中的含硫量计算得出。当计算的烟气酸露点高于烟气酸露点设定值2 5°C时将发出报警，提示调整烟气酸露点设定值。冷源换热器内的相变参数(压力和温度)是由冷源流体的吸热能力(即冷源换热器的放热能力)和进入冷源换热器内的蒸汽状态参数和流量等综合作用决定的，冷源吸热量增大，或来自热源的蒸汽传热量减小，都会使冷源换热器内的饱和温度和压力下降，反之亦然。其参数独立变化，不会对热源相变的参数产生不利影响。当系统热源放热量(即热源换热器3的吸热量)大于冷源吸热量(即冷源换热器的放热量)时，气流调节阀开大，冷源换热器内的饱和压力和温度逐渐升高，同时由于进入冷源换热器的蒸汽过热度减小使冷源换热器内的蒸汽对流换热空间减少，冷凝相变换热比例增大，换热系数提高，可增大冷源的吸热能力(即冷源换热器的放热量增大)，冷、热源的换热量接近新的平衡。当系统热源换热器3的吸热量小于冷源换热器的放热量时，气流调节阀关小，冷源换热器内的饱和压力和温度逐渐降低，同时由于进入冷源换热器的蒸汽过热度增大，使冷源换热器内的蒸汽对流换热空间增加，冷凝相变换热比例减少，换热系数减小，都会减小冷源换热器的放热能力，使冷、热源的换热量接近新的平衡。储液箱16的上部通过冷凝液母管15与冷源换热器下部联箱联通，储液箱16的下部与循环泵2联通。储液箱16的液位可保障循环泵2有足够吸入压头，抑制循环泵发生气蚀。也可保持系统中运行工质量的平衡。储液箱16的存液量可随着系统的运行工况变化而自动变化。当热源换热器3蒸发量突然增大，液流调节阀1开大时，储液箱16液位下降； 当冷源换热器放热量突然增大，储液箱16液位将上升。在机组启动、停机等热源烟气温度过低时，系统通过排液阀将热源换热器3中的
12存液放空，保障换热管不受低温腐蚀。只有当热源换热器内部温度传感器4测量的温度高于设定的安全值时，液流调节阀1才能开启，系统自动给热源换热器3进液，进入正常的相变换热运行。 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种高效分控相变换热系统，其特征在于，该系统包括通过蒸汽管和冷凝液管相互连通而形成分控相变换热回路的热源换热器C3)和冷源换热器(12)，在该回路上设有对其进行控制的气流调节阀及液流调节阀，以及设置在冷凝液管上的储液箱(16)，所述热源换热器C3)顶部的蒸汽管母管分成两蒸汽管支管，其中第一蒸汽管支管与冷源换热器(1 相连，并通过冷源换热器(1 底部的冷凝液管支路连接冷凝液管母管后与储液箱(16)连通，在该蒸汽管支管和冷源换热器(1 之间设置气流调节阀(11)；第二蒸汽管支管经由设置在储液箱(16)内的冷凝液加热器(18)后与储液箱(16)相连通；所述热源换热器C3)的热源换热器上集箱(7)内设置上集箱内配液管(6)，所述上集箱内配液管(6)上有若干喷头，用于热源换热器C3)产生的蒸汽与上集箱内配液管(6)内的冷凝液以及上集箱内配液管(6)喷头喷出的冷凝液进行混合式热交换。
2.根据权利要求1所述的高效分控相变换热系统，其特征在于，所述冷源换热器(12) 为两个或以上，并联设置在冷凝液管母管和蒸汽管母管之间，在蒸汽管母管和热源换热器 (3)之间管路上设置蒸汽母管启闭阀(8)，并且在每个蒸汽管支管和冷源换热器(1 之间均设置气流调节阀(11)，在每个冷凝液管支管和冷源换热器(1 之间设置冷源换热器出液阀(13)。
3.根据权利要求1所述的高效分控相变换热系统，其特征在于，所述冷凝液加热器 (18)与外接气源管路相连，所述外接气源管路上沿气体流动方向依次设置外接气源供气阀 (21)、冷凝液加热气阀0 和外接气源回流阀(20)，所述第二蒸汽管支管与外接气源供气阀和冷凝液加热气阀0 之间的管路连通。
4.根据权利要求3所述的高效分控相变换热系统，其特征在于，所述外接气源管路通过在冷凝液加热器(18)和外接气源回流阀OO)之间设置的液体管路与储液箱(16)连通， 并且在该管路上设置一连通阀(19)。
5.根据权利要求1所述的高效分控相变换热系统，其特征在于，所述热源换热器(3)的顶部设置一与之匹配且高出换热器联箱内壁的分水器，在分水器上均勻的刻有凹槽，使通过该凹槽流下的水与蒸汽充分换热。
6.根据权利要求1所述的高效分控相变换热系统，其特征在于，所述热源换热器(3)内部设有温度传感器G)，用于测量监控其内部工质的温度。
7.根据权利要求1所述的高效分控相变换热系统，其特征在于，所述储液箱(16)底部通过液体管路与热源换热器C3)底部和上集箱内配液管(6)连通，在该管路上设置一循环泵O)，在循环泵( 和热源换热器C3)之间的管路上设置液流调节阀(1)。
8.根据权利要求1所述的高效分控相变换热系统，其特征在于，所述系统包括一液位传感器(5)，该液位传感器( 的上端与热源换热器C3)和蒸汽管母管启闭阀(8)之间的蒸汽管母管上，液位传感器(5)的下端连接在液流调节阀(1)和热源换热器C3)之间的管路上，用以测量热源换热器(3)内的液位。
9.根据权利要求1所述的高效分控相变换热系统，其特征在于，所述储液箱(16)上设有储液箱冷凝液温度传感器(17)，测量其内部冷凝液的温度。
10.一种基于权利要求1至9之一所述的高效分控相变换热系统的高效分控相变换热方法，该方法包括以下步骤通过热源换热器C3)从外部热源吸收热量，使其内部的液体蒸发为蒸汽，该蒸汽在热源换热器上集箱(7)内与上集箱内配液管(6)内的冷凝液进行表面式热交换，并且与上集箱内配液管(6)喷出的液滴进行混合式热交换，以降低该蒸汽的过热度和该冷凝液的过冷度；通过热源换热器C3)产生的蒸汽从热源换热器上集箱(7)流出，经过蒸汽管母管分为至少两路，其中一路蒸汽经过气流调节阀(11)进入冷源换热器(12)，冷凝为冷凝液，经冷凝液母管(1 再流入到储液箱(16)内，通过气流调节阀(11)调节开度；另外一路蒸汽经过第二蒸汽管支管进入冷凝液加热器(18)的管路上，对储液箱(16)内的循环液工质加热， 以避免由于热源换热器(3)的换热面壁温与工质温差过大，造成换热面腐蚀。
11.根据权利要求10所述的分控相变换热方法，其特征在于，所述通过热源换热器(3) 产生的蒸汽经过蒸汽管母管分为三路，其中两路分别通过两个并联的冷源换热器(12)，并通过各自串联的气流调节阀(11)调节开度，另一路进入冷凝液加热器(18)的管路上。
12.根据权利要求11所述的分控相变换热方法，其特征在于，所述两个气流调节阀 (11)采取连续调节或断续调节。
13.根据权利要求10所述的分控相变换热方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤系统初启动时，蒸汽母管启闭阀(8)关闭，外接热源通过外接汽源供汽阀和冷凝液加热汽阀0 进入冷凝液加热器(18)加热储液箱(16)内的循环液工质，避免由于热源换热器(3)的换热面壁温与工质温差过大，造成换热面腐蚀。
14.根据权利要求10所述的分控相变换热方法，其特征在于，所述气流调节阀(11)由气流调节阀控制开度方法为气流调节阀(11)通过气流调节阀控制器控制，气流调节阀控制器根据热源换热器内部温度传感器(4)的测量信号来实施控制，通过比较运算换热器内部温度传感器的测量值和气流调节阀控制器内的温度设定值，气流调节阀控制器相应调节气流调节阀的开度，以纠正该运行偏差，使测量值与设定值保持一致。
15.根据权利要求10所述的分控相变换热方法，其特征在于，所述储液箱(16)内的冷凝液到热源换热器(3)的流动及控制方法为储液箱(16)内的冷凝液通过循环泵( 升压，经液流调节阀(1)后分为两路，一路冷凝液经过阀门进入热源换热器上集箱(7)内的上集箱内配液管(6)内后喷出，进入热源换热器(3)内受到加热成为蒸发液；另一路冷凝液经过阀门后通过热源换热器(3)的下集箱进入热源换热器(3)内，受到加热成为蒸发液；液流调节阀(1)由液流调节阀控制器来控制开度，液流调节阀控制器根据测量热源换热器(3)内液位的液位传感器( 和储液箱冷凝液温度传感器(17)的测量信号来实施控制；换热器⑶蒸发量增大或换热器⑶内进入的冷凝液量减小时，热源换热器⑶内液位下降偏离设定值；反之液位将上升偏离设定值；通过调节液流调节阀(1)的开度，以纠正该运行偏差，使测量值与设定值保持一致。
16.根据权利要求10所述的分控相变换热方法，其特征在于，所述储液箱(16)内的冷凝液内温度变化时系统的相应控制为储液箱冷凝液温度传感器(17)测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定低一值时，液流调节阀控制器将发出报警信号，该液温设定低一值根据烟气酸露点设定值确定， 高于热源烟气酸露点设定值5 15°C ；储液箱冷凝液温度传感器(17)测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定低二值时，液流调节阀控制器将发出报警信号，并发出关闭液流调节阀(1)、停止循环泵(2)运行的指令；该液温设定低二值比前述液温设定低一值温度低2 5°C ；储液箱冷凝液温度传感器(17)测得的液温值低于液流调节阀控制器的液温设定低三值时，将发出报警信号，并打开排液阀，启动排液泵的运行，将热源换热器(3)内液体排入到储液箱(16)；该液温设定低三值比前述液温设定低二值温度低2 5°C ；储液箱冷凝液温度传感器(17)测得的液温值高于液流调节阀控制器的液温设定低二值时，液流调节阀控制器发出排液泵停止运行命令，并发出排液阀关闭命令；储液箱冷凝液温度传感器(17)测得的液温值高于液流调节阀控制器的液温设定低一值时，液流调节阀控制器解除液流调节阀(1)关闭命令和解除循环泵( 停止运行命令。
17.根据权利要求10所述的分控相变换热方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤机组启动、停机时由于热源烟气温度过低，系统控制排液阀将热源换热器(3)中的存液放空，保障换热管不受低温腐蚀。
全文摘要
本发明涉及一种高效分控相变换热系统。所述系统包括通过蒸汽管和冷凝液管相互连通而形成分控相变换热回路的热源换热器(3)和冷源换热器(12)，在该回路上设有对其进行控制的气流调节阀及液流调节阀，以及设置在冷凝液管上的储液箱(16)，热源换热器(3)顶部的蒸汽管母管分成两蒸汽管支管，其中第一蒸汽管支管与冷源换热器(12)相连，在该蒸汽管支管和冷源换热器(12)之间设置气流调节阀(11)；第二蒸汽管支管经由设置在储液箱(16)内的冷凝液加热器(18)后与储液箱(16)相连通；热源换热器(3)的热源换热器上集箱(7)内设置上集箱内配液管(6)，上设有若干喷头，用于蒸汽与冷凝液进行混合式热交换。本发明的系统效率更高。
文档编号F28D15/02GK102230753SQ20111015348
公开日2011年11月2日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者何京东, 梁世强, 许光文, 郝江平, 闫润生, 高士秋 申请人:中国科学院过程工程研究所