低温烟气余热回收装置的制作方法

本实用新型涉及节能环保领域，具体涉及一种低温烟气余热回收装置。

背景技术：

我国是工业大国，能源消耗巨大，现在已成为世界二氧化碳第一排放国。降低二氧化碳排放是我国当前的重大任务，是履行东京议定书承诺的关键，因此节能减排是工作的重点。

由于我国的能源主要是以煤炭为主，燃烧1吨标准煤可产生2.64吨二氧化碳，以及其他污染物。工业窑炉中大量煤炭的燃烧排放出二氧化碳对环境的影响巨大，另外，为了取暖也是煤炭燃烧的一大主因，特别是我国的北方地区的冬季寒冷，虽然在试点推行污染低的天然气取暖，但是目前主流仍然需要燃烧煤炭进行取暖，这些必要的生产生活所需的燃煤活动都导致了我国的燃煤量和二氧化碳排放量居高不下。

而我国的燃煤锅炉排烟标准为160℃，在实际运行中一般都要超过国家标准，甚至达到200℃以上。

过高的排烟温度使大量热能随着烟气排放到大气中，使锅炉效率降低，造成极大的能源浪费。在浪费资源的同时，也增大了二氧化碳的排放，还影响锅炉后部环保设施(如除尘器、脱硫设备)的正常安全运行。

因此有效降低燃煤锅炉排烟温度与排烟余热利用是目前燃煤锅炉(工业窑炉)亟待解决的问题，回收更多的排烟余热就能够更多地提高燃煤效率，同样的供热需求所需要消耗的煤炭自然减速，实现节能减排的核心价值。

目前，市场上已经有一些针对排烟余热回收利用的设备方案，虽然也能够起到基本的余热回收作用，但是现有技术方案中还存在诸多弊端，比如用户最为关心的使用寿命问题，现有的余热回收设备的使用寿命往往低于预期，在实际工作半年内就会产生较大的问题，如积灰堵塞难以清理，金属管道腐蚀泄露等等；另外，现有的设备体积巨大，成本高，在使用寿命不乐观的情况下，导致其安装价格和维护成本是大部分企业难以承受的。

由于上述原因，本发明人对现有的余热回收设备做了深入研究，以期待设计出一种能够解决上述问题的新的余热回收装置。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种低温烟气余热回收装置，该回收装置包括多个彼此独立的换热单元，每个换热单元都包括多支彼此独立的热管，所述热管安装在管板上，从而使得热管底端伸入道烟道中，顶端通过二回路冷却剂带走热管中的热量，其中，热管外壁面上搪烧有耐酸搪瓷层，热管通过环状凸台和密封垫圈密封安装在管板上，提高了热管的使用寿命，通过多个顺次相连的倒置在热管外的u型管形成二回路冷却剂通道，提高了二回路冷却剂的流通速度，提高了换热能力和承压能力，从而完成本实用新型。

具体来说，本实用新型的目的在于提供以一种低温烟气余热回收装置，该回收装置包括换热单元1，所述换热单元1包括多条彼此独立的热管11，所述热管11都安装在管板12上，所述热管位于管板12下方的管段都伸入到供烟气通过的烟道2中，所述热管位于21上方的管段与二回路冷却剂接触，通过二回路冷却剂带走热管中的热量。

本实用新型所具有的有益效果包括：

(1)根据本实用新型提供的低温烟气余热回收装置解决了金属换热管在低温燃煤烟气中的酸腐蚀和积灰磨损问题，使换热器寿命延长，换热效率高，大大提高了燃煤锅炉的生产效率，降低煤耗，各个组成部件设计合理，系统优化；

(2)根据本实用新型提供的低温烟气余热回收装置结构精巧，易于拆装，安装运输方便，而且便于检修维护。

附图说明

图1示出根据本实用新型一种优选实施方式的低温烟气余热回收装置中热管与管板的结构示意图；

图2示出根据本实用新型一种优选实施方式的低温烟气余热回收装置中环状凸台及密封垫圈的位置关系示意图；

图3示出根据本实用新型一种优选实施方式的低温烟气余热回收装置中管板底面的结构示意图；

图4示出根据本实用新型一种优选实施方式的低温烟气余热回收装置中u型管的结构示意图；

图5示出根据本实用新型一种优选实施方式的低温烟气余热回收装置中换热单元未安装防护罩时的结构示意图；

图6示出根据本实用新型一种优选实施方式的低温烟气余热回收装置中换热单元安装防护罩以后的结构示意图；

图7示出根据本实用新型一种优选实施方式的低温烟气余热回收装置中单元框架的结构示意图；

图8示出根据本实用新型一种优选实施方式的低温烟气余热回收装置中换热单元整体结构示意图；

图9示出根据本实用新型一种优选实施方式的低温烟气余热回收装置中承托件上环状豁槽的结构示意图；

图10示出根据本实用新型一种优选实施方式的低温烟气余热回收装置中换热单元管板处的局部剖视图；

图11示出根据本实用新型一种优选实施方式的低温烟气余热回收装置中隔板的结构示意图；

图12示出根据本实用新型一种优选实施方式的低温烟气余热回收装置整体结构示意图；

图13示出根据本实用新型一种优选实施方式的低温烟气余热回收装置中扩散段及其内部烟气导流板的结构示意图。

附图标号说明：

1-换热单元

11-热管

111-环状凸台

112-密封垫圈

12-管板

121-通孔

122-环状凸起

13-u型管

131-直管段

132-弯管段

14-防护罩

141-吊环

15-单元框架

151-立柱

152-承托件

1521-环状豁槽

153-格板

1531-格板通孔

2-烟道

21-扩散段

211-烟气导流板

2111-连接套

212-转轴

213-滑道

22-收窄段

23-烟道支撑架

231-人孔

24-烟灰收集箱

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

低温烟气余热回收的一般过程是通过设置烟道，使得烟气沿着烟道通过，在烟道中排布换热器件，将烟道中的热量传递到该换热器件中，再实时地将换热器件中的热量通过二级换热传递到其他介质中进行利用；燃煤烟气中往往会含有一定量的硫氧化物和氮氧化物，还会含有一定量的水蒸气，在烟气与换热器件热交换时，必然产生酸性物质，在长时间和高温环境下，绝大部分换热器件都会被腐蚀破坏；设置在烟道中的换热器件长时间与烟气接触，还会导致烟气中的颗粒物等杂质逐渐积累在换热器件表面，最终堵塞烟道；同时因为烟气温度不会特别高，一般不超过200摄氏度，在烟气通过烟道的较短时间内，为了尽量多地从烟气中换取热量，需要增大烟气与换热器件之间的接触面积，增大换热器件的数量，还要提高二回路换热的热传递速度，为此，现有低温烟气余热回收设备中二回路换热部分也会做的比较大，通过增大体积来增大接触面积，提高换热能力。这样的已有结构设置就会导致体积大、使用寿命短、维护不便、成本高、热回收效率低等一系列问题。

根据本实用新型提供的低温烟气余热回收装置能够解决上述问题，该低温烟气余热回收装置包括换热单元1，每个所述换热单元1能够独立运行，能够将烟气中的热量传递到二回路冷却剂中，即使部分换热单元失效或者出现故障时，其他换热单元仍然能够正常工作，不会影响正常的生产生活，可以安排时间进行统一检修维护。

在一个优选的实施方式中，所述换热单元1包括多支彼此独立的热管11，热管都安装在管板12上，如图1中所示，所述热管位于管板12下方的管段都伸入到供烟气通过的烟道2中，如图中所示，所述热管位于管板上方的管段与二级换热介质接触，通过二级换热介质带走热管中的热量。其中，所述热管位于管板12下方的管段称之为蒸发段，所述热管位于管板12上方，尤其是位于环状凸台上方的管段称之为冷凝段。

其中，所述热管11呈长杆状，其内部中空，用以密封换热介质，该换热介质为低沸点物质，可以为酒精，或者酒精与水的混合物，或者其他介质，能够实现本申请中的换热要求即可，本申请中对此不作特别限定。

所述热管11的外侧整体呈截面尺寸一致的规则圆杆状，在其中上部位置设置有向外凸出的环状凸台111，如图2中所示，该环状凸台可以是与热管通过焊接的方式固结为一体的，其连接牢固，足够确保热管长时间工作不脱落。

所述管板为具有一定厚度的金属平板，能够承载热管，所述管板的强度要足够大，确保热管安装在管板上以后，管板无变型；在所述管板上按照预定规律开设多个通孔121，该通孔能够使得热管卡接在管板上。

该通孔的内径尺寸略大于热管11的外径尺寸，从而方便于管板从上至下插入到管板中，该通孔的尺寸还小于所述环状凸台111的外径尺寸，使得从上至下安装热管时，环状凸台111能够卡在管板上方，从而将热管卡接安装在管板上。

优选地，在所述环状凸台111和管板之间还设置有环状的密封垫圈112，如图2中所示，在安装热管之前，先把所述密封垫圈112放置在管板上，或者套设在热管上，从而使得热管插入管板的通孔中以后，密封垫圈112能够处于管板和环状凸台111之间，由于热管具有一定的重量，在热管重力的作用下，环状凸台向下压迫密封垫圈112，能够使得密封垫圈112产生变形，从而将环状凸台与管板之间可能存在的缝隙封死，确保管板下方的烟气不能从该缝隙中溢出。

这样的设置结构也方便于热管的安装和拆卸更换，还能够在确保安全的情况下降低施工成本，简化热管的结构。

进一步优选地，在所述热管的外壁面上搪烧有耐酸搪瓷层，所述耐酸搪瓷层完全包覆在所述热管的外部，无遗漏，包括环状凸台所在区域。所述耐酸搪瓷层是主要原料二氧化硅加入氧化钴、氧化铁等原料烧制而成的耐酸釉料，该耐酸釉料再通过与钢制换热元件的搪烧成为钢制与无机材料形成的复合材料，即为本申请中所述的热管的材料，其烧制方法和材料都是本领域中已有的技术，本申请中在此不作特别限定，能够完整包覆在包括环状凸台在内的热管外部即可。

热管内部是真空的，是低于标准大气压的，所以热管的壁面要有足够高的强度，从材料换热系数与成本角度考虑，为了大规模应用，只能选择常见的金属材料进行制备，如低碳钢无缝钢管等，同时为了应对烟气中存在的硫化物、氮化物等物质的腐蚀，需要在热管表面设置耐腐蚀涂层。为了确保涂层的牢固度，必须将热管置于特殊的工况下进行高温烧制，也就是说必须在热管安装在管板以前进行表面耐腐蚀涂层的加工，然而，现有的热管与管板之间的连接关系基本都是焊接，如果热管表面都被耐腐蚀涂层所覆盖，可能难以进行焊接，即使强行焊接，也会破坏焊接位置处的涂层，所以现在运行的很多低温烟气余热回收设备中，热管上与管板临近的区域没有耐腐蚀涂层，或者耐腐蚀涂层已在焊接过程中损坏，所以该处往往是热管上最先被腐蚀破坏的区域，也是目前低温烟气余热回收设备中热管使用寿命较短的关键性制约因素。本申请中冷凝段与烟道中的加热段通过管板分开，并采用机械密封及机械紧固方式连接，从而保证了冷凝段与烟气分隔，也避免了焊接带来的不利因素，所以可知本申请提出的方案能够完美解决热管使用寿命较短的问题。

优选地，由于耐酸搪瓷层的设置目的在于防止低温燃煤烟气腐蚀热管，在烟气不能到达的区域中的热管管段外表面可以不设置该耐酸搪瓷层。

优选地，在所述管板上开设的多个通孔121彼此之间交错排布，如图3中所示，从而热管也彼此交错排布，使得经过换热单元的烟气与热管之间充分接触。

现有的低温烟气余热回收设备中，在热管冷凝段外部上设置大水箱，有的还在水箱中设置隔板、导流板等结构，以便于增大冷却水的流动距离，增大冷却水与热管的接触时间和接触面积，但是仍然有大量的冷却水没机会与热管接触，不能直接对流传热，另外，现有的水箱都是方形结构，其内部承压能力较弱，所以其中冷却水的流速不能过快，自然制约其提高换热能力。

在一个优选的实施方式中，在所述管板上方设置有倒置的u型管13，所述u型管13的开口端朝下，朝向管板所在的方向，所述u型管13包括直管段131和弯管段132，如图4、图5和图10中所示，所述直管段131的长度尺寸略大于或者基本等于热管上冷凝段的长度尺寸，从而能够将该u型管13扣置在两个热管的冷凝段外，即每个热管的冷凝段外部都套设有一条直管段131，且每条直管段131内部最多设置有一个冷凝段。

所述u型管13的内径尺寸比所述热管冷凝段的外径尺寸大5～10mm，从而使得u型管13扣置在两个热管的冷凝段外以后，u型管13内壁与冷凝段外壁之间的通道较窄，约2～5mm，当二回路冷却剂从该通道流过时，其流速较快，相同流量情况下，二回路冷却剂与热管之间的接触面积更大，从而使得其换热能力更高。

在所述管板上方设置有多个所述倒置的u型管13，多个倒置的u型管13之间通过管道相连，形成一条依次经过每个冷凝段的二回路冷却剂通道。该二回路冷却剂通道中的二回路冷却剂能够高速流动，冷却剂与热管之间接触时间长，整体的接触面积大，热传递效率高。

本申请中通过设置u型管作为二回路冷却剂的流通通道，利用弧形结构承压能力更强的特性，能够使得二回路冷却剂的流速更快，流动的通道就可以做的更小，所以形成了本申请中围绕在冷凝段外部的二回路冷却剂通道。

优选地，所述直管段131底端面抵接在所述环状凸台111上，并与所述环状凸台111固接，从而使得u型管与管板之间没有直接接触，避免了管板上因应力过大而引起管板通孔轴线倾进而热管远端彼此接触/干扰的问题。

另外，管板作为精度要求较高的承力器件，其加工要求和加工难度都是很高的，如果将所述u型管/直管段131直接固定安装在管板上，该装置整体的检修维护就会变得极其困难，更换管板所需的时间和费用都会更高。

优选地，所述直管段131与环状凸台111通过焊接的形式固结为一体结构。更优选地，所述环状凸台111的外径尺寸基本与直管段131的外径尺寸一致，从而方便焊接固定。

进一步优选地，所述直管段131的高度尺寸略大于热管冷凝段的高度尺寸，从而使得该直管段131可以多次切断维修，降低维护成本。

在一个优选的实施方式中，所述换热单元1还包括设置在所述管板上方的防护罩14，如图6中所示，所述防护罩14的底部与管板抵接，所述防护罩内部中空，所述热管的冷凝段、倒置的u型管13都位于该防护罩14的内部，在所述防护罩14的内部，在多个倒置的u型管13之间填充有保温隔热填料，所述保温隔热填料可以选择本领域中常用的保温隔热填料，能够实现本申请中所述的功能即可，本申请对此不作特别限定。

通过设置该防护罩14和其中的保温隔热填料，能够极大地减缓冷凝段中热量向空气中逸散的速度，从而将更多的热量传递给二回路冷却剂，提高热能的利用率，另外，由于防护罩14内部填充有保温隔热填料，防护罩的表面温度相对较低，不容易烫伤到该装置的操作者，提高设备的安全性。

另外，在所述防护罩14内部，在临近管板的位置处设置有烟气传感器和吸烟材料层，当所述密封垫圈112处密封不严时，烟道中的烟气能够从该处逸散到防护罩内，并且通过烟气传感器及时通知操作者，在吸烟材料层和防护罩14的双层作用下，短时间内小量的烟气泄露，并不会导致烟气从防护罩中溢出，即没有肉眼可见的烟气，从而既能够确保及时准确地发现可能出现的故障问题，也能够提高使用者的应用体验。

相应地，在所述防护罩14内部，在临近u型管13的位置处设置有湿度传感器和吸水材料层，当u型管13有泄露时能够及时发现，并且通过吸水材料层来吸附渗漏出的二回路冷却剂，降低泄露带来的不良影响，延长设备的使用寿命。

进一步地，所述防护罩于管板固结为一体，可以通过螺栓旋拧固结，也可以通过焊接的方式固结。在所述防护罩的顶部设置有吊环141，以便于通过吊环垂直移动该换热单元1，如图6中所示。

本申请中将二回路冷却水路设置至于烟道外部，实现烟水分离，确保了锅炉烟气排放运行的安全性，尤其保证了锅炉后部设备的安全性。

在一个优选的实施方式中，所述换热单元1还包括单元框架15，所述单元框架包括立柱151和安装在立柱顶部的承托梁，

所述立柱151设置有多条，至少有4条，且都竖直设置，所述承托梁也设置有多条，且都水平设置，多条承托梁顺次首尾相连，形成环状的承托件152，所述承托件152用以承托管板，即所述管板带动其上安装的热管一同安放在所述承托件上，所述热管都嵌入到承托件的下方，并且位于多条立柱151之间，如图7和图8中所示。

优选地，如图3、图9和图10中所示，在所述承托梁的上表面开设有豁槽，多条承托梁上的豁槽彼此联通形成环状豁槽，即在所述环状的承托件152的上表面开设有环状豁槽1521，与之对应地，在所述管板的底部设置有向下凸出的环状凸起122，当管板安放在承托件上时，环状凸起122嵌入到环状豁槽1521中，并且在环状豁槽中预先安装密封垫，从而完成管板与承托梁152之间的密封。

进一步优选地，所述环状凸起122的高度略小于所述豁槽1521深度，使得环状凸起122的底面不能抵接在豁槽1521的底面上，构成豁槽1521的内侧壁抵接在管板的底面上，这样的设置使得豁槽1521中的底部能够安装密封垫，并且该密封垫能够被管板压紧，从而使得密封垫与管板之间充分接触，密封垫能够产生足够大的变形，确保温度的密封效果。

优选地，所述承托件152的侧部边缘向外伸出，形成搭接面，用以将所述承托件152及其上的管板热管等部件搭接安装在烟箱上。

在一个优选的实施方式中，在所述单元框架15上还设置有格板153，如图7、图8和图11中所示，所述格板153位于承托件152的正下方，在靠近热管的最低部位置，该格板同样位于多个立柱151之间，在所述格板上开设有多个格板通孔1531，每个热管底部都会插入到一个格板通孔1531中，所述格板通孔1531的设置数量比热管的设置数量大，优选地，所述格板通孔1531的设置数量是热管的设置数量的两倍以上2。

优选地，所述格板153上的格板通孔1531为矩形孔，即该孔的截面形状为矩形，该矩形的边长基本等于或者略大于热管的外径尺寸，既方便热管插入到格板通孔中，也防止热管底端抖动或者偏移。由于该格板通孔是矩形孔，其与截面为圆形的热管之间必然留有一定的空隙，另外，由于格板通孔1531设置的数量较多，很多格板通孔1531中没有热管穿过，所以能够方便于烟气中携带的固体颗粒物从上至下穿过格板，进而收集清理。

在一个优选的实施方式中，所述换热单元1设置有一个或多个，当所述换热单元设置有多个时，多个换热单元的下端，即管板以下的部分都位于烟道2中，彼此独立；多个换热单元的二回路冷却剂的流通通道彼此并联设置，即当一个换热单元出现故障不能正常工作时，其他换热单元不受影响，能够正常工作。

优选地，所述格板设置在距离热管最底端10～20mm处。

在一个优选的实施方式中，该装置还包括烟道2，所述烟道一端与锅炉等设备的排烟管道相连，另一端与脱硫塔、除尘器等环保设备相连，所述烟道2包括位于进烟方向的扩散段21和位于出烟方向的收窄段22，在扩散段21和收窄段22之间设置有烟道支撑架23，如图12中所示，所述扩散段21和收窄段22都固定安装在烟道支撑架23上，所述换热单元1从上至下串入到该烟道支撑架23上，并且换热单元1的承托件152搭接固定在所述烟道支撑架23的顶部，在所述烟道支撑架23的顶部和承托件152之间设置有密封圈，确保彼此密封连接。

在设置有多个换热单元1时，多个换热单元1之间彼此密封，防止烟道中的烟气从接触位置溢出，具体来说，在相邻两个承托件152的侧部设置有密封垫，并且从侧向夹紧各个换热单元即可实现各个换热单元之间的密封。

所述多个换热单元1能够独立拆卸安装，也能够独立运输维修，所以能够降低该设备的安装运输成本，节约时间，方便维修更换易损器件。

在一个优选的实施方式中，所述多个换热单元1安装在烟箱上时，多个换热单元并排设置，都朝向进烟方向，即从扩展段中流过的烟气基本同时接触每个换热单元，以使得各个换热单元获得的热量基本相等，但是在实际工作中，位于中部，正对着扩展段中心位置的换热单元处流过的烟气会更多，该换热单元获得的热量也会更多。这样的状况长时间持续下去，会使得各个换热单元的工作效率不同，降低换热单元的使用寿命，也会导致资源浪费。

优选地，在所述扩散段21中设置有烟气导流板211，如图13中所示，所述烟气导流板211至少有两片，都竖直设置，所述烟气导流板211能够在流动烟气的作用下往复摆动，自行调整烟道中各个区域的烟气流量，使得流过各个换热单元1处的烟气流量基本一致。

在所述扩散段21中设置有竖直安装的转轴212，在所述烟气导流板211的侧部设置有套设在转轴212上的连接套2111，使得导流板能够绕着该转轴212往复摆动；优选地，所述导流板的面积尺寸使得导流板在摆动过程中彼此不会碰撞，也不会碰撞到烟箱的内壁，防止导流板损坏，避免噪音污染。

优选地，在所述扩散段21上还设置有滑道213，所述滑道设置有两条，分别位于扩散段21的顶部和底部，所述转轴212的顶部和底部都嵌入到滑道213中，使得该转轴212能够沿着滑道213移动，使得相邻两个导流板211之间的距离增大或者缩小，进而能够调整烟道中的烟气流量分布。

优选地，如图12中所示，所述烟道支撑架23的前端面与扩散段21固结，所述烟道支撑架23的后端面与收窄段22固结，在所述烟道支撑架23的两个侧壁面上设置有密封板，在该密封板上任选地开设有人孔231，用以观察及维修内部的换热单元；所述烟道支撑架23的顶部安装换热单元，通过与承托件152搭接密封，所述烟道支撑架23的底部设置有烟灰收集箱24，用以收集在热管处积存并飘落下来的颗粒物质，在烟灰收集箱24上开设有卸灰门，可以定期清理其中积存的烟灰。

在一个优选的实施方式中，所述多个换热单元上的二回路冷却剂管道彼此并联设置，所述二回路冷却剂优选为水；

在每个换热单元的二回路冷却剂管道上的出口处都设置有流量计、温度计，在入口处都设置有流量调节阀，用以实时监测每个换热单元从烟箱中交换出来的热量，并根据该热量值调整烟道中的烟气分布状况，使得每个换热单元都尽量按照同等换热功率工作，避免部分换热单元因工作负荷过大而降低使用寿命。

具体来说，通过调整扩散段21中烟气导流板211的位置，来调节通过换热单元的烟气流量，当换热单元上二回路冷却剂管道出口处的温度过高时，控制导流板211的转轴212沿着滑道213滑动至该换热单元前方，从而在该换热单元前方分流经过的烟气，使得最终流入该换热单元的烟气流量减少。

所述转轴212与滑道213之间相对移动的执行机构，可以根据烟道的尺寸、成本、移动频率等条件选择设置，如通过伸缩杆推动/拉伸转轴212，或者将多个转轴212固定在一条或多条横梁上，通过拉动横梁来移动转轴，本申请中对此不作特别限定，能够实现上述功能即可。

优选的，当换热单元1的二回路冷却剂管道出口处冷却剂温度过高时，还可以加大该二回路冷却剂管道入口处的冷却剂流量，通过增加换热介质来提高换热能力，及时带走更多的热量。

以上结合了优选的实施方式对本实用新型进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本实用新型进行多种替换和改进，这些均落入本实用新型的保护范围内。