一种接触式闪蒸汽-水冷凝换热器热能回收系统及其回收热能的方法与流程

本发明属于节能环保领域，具体涉及一种接触式闪蒸汽-水冷凝换热器热能回收系统及其回收热能的方法。

背景技术：

闪蒸汽指的是压力低于0.2mpa工业用汽设备通过疏水阀排放的凝结水闪蒸气或低位发热量的闪蒸汽，因其压力较低，焓值不大，采用热交换设备会产生较大的管阻而影响上游用汽设备的热能利用和输送，因此易采用水汽直接接触，通过水的喷淋冷却闪蒸汽，从而吸收其显热和潜热，使热能回收率得以提高，同时未被完全吸收的微量闪蒸汽，以略高于外界大气压被排放，减少蒸汽直接排放对环境产生的影响。

废蒸汽在工厂大量存在，产生热污染和噪声污染，有效利用暂时存储在储水箱内，通过与职工洗浴系统可节约职工洗浴需要消耗的锅炉原蒸汽。

本发明通过选用合适的喷嘴口径和数量，将水充分雾化，用于充分吸收蒸汽热能，实验结果表明，通过喷淋吸收装置后，蒸汽余热温度可由145℃下降到100℃，冷却水温可提高到60-70℃，达到节能减排目的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种一种接触式闪蒸汽-水冷凝换热器热能回收系统及其回收热能的方法。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种接触式闪蒸汽-水冷凝换热器热能回收系统，包括闪蒸汽-水冷凝换热器和水箱，闪蒸汽-水冷凝换热器的左右两端分别设有循环水进口和闪蒸汽进口，闪蒸汽进口连接有闪蒸汽进口管道，所述闪蒸汽-水冷凝换热器由壳体和设于壳体两端的封头组成，封头和壳体之间通过法兰（法兰直径为dn700，壳体长度为2.5m）连接，壳体顶部的中部设有检修孔，检修孔左侧的壳体顶部设有排汽口，闪蒸汽-水冷凝换热器的底部设有热水出口，热水出口和排汽口上下对应设置，左侧的封头和壳体之间的连接处设有管板，检修孔的左侧所对应的壳体内设有孔板，管板上设有若干管孔，散热管的一端固定在管孔所对应的管板上，散热管的另一端穿过并伸出孔板外且末端设有喷嘴，所述检修孔和喷嘴的位置相对应以便于喷嘴的检修；

水箱的顶部设有热水进口和补水进口，水箱的下部设有出水口和排水口，排水口上设有排水管道，水箱的补水进口上设有常温水进口管道；

水箱的出水口通过循环水总管道和闪蒸汽-水冷凝换热器的循环水进口相连，且循环水总管道上设有循环水泵，闪蒸汽-水冷凝换热器的热水出口和水箱的热水进口通过热水管道相连。

进一步地，所述循环水泵为两台且并联设置。

进一步地，所述循环水总管道上设有两个并联管路，其中一个并联管路上按照水流方向依次设有第一截止阀、第一管道过滤器、第一循环水泵、第一单向阀和第二截止阀，另外一个并联管路上按照水流方向依次设有第三截止阀、第二管道过滤器、第二循环水泵、第二单向阀和第四截止阀。

进一步地，循环水总管道上设有压力表，循环水总管道上设有压力表，水箱的上部设有溢流口，溢流口上设有溢流管道。

进一步地，水箱上设有第一温度传感器，水箱内设有液位传感器。

进一步地，所述闪蒸汽进口处的闪蒸汽进口管道上设置第二温度传感器。

进一步地，所述喷嘴为螺旋喷嘴。进一步地，常温水进口管道上设有两个并联管路，一个并联管路上按照水流方向依次设有第五截止阀、第三管道过滤器、电磁阀、第六截止阀，另外一个并联管路上设有第七截止阀。

进一步地，所述散热管和管板和孔板的连接方式均为焊接，所述孔板≥10目。

上述的接触式闪蒸汽-水冷凝换热器热能回收系统回收热能的方法，步骤如下：

水箱内的循环水经循环水泵泵入闪蒸汽-水冷凝换热器内，流量≤2000kg/h、压力≤0.20mpa、温度为≤145℃的闪蒸汽进入闪蒸汽-水冷凝换热器内，和来自于水箱中的循环水进行热交换，所述热交换分两次进行，当循环水流经喷嘴时循环水通过喷嘴喷出，喷嘴喷出的液滴和闪蒸汽进行第一次热交换，未被液化的闪蒸汽穿过孔板，分布在散热管外，和进入散热管内的循环水进行第二次热交换，剩余的闪蒸汽通过排汽口排出，被液化的闪蒸汽和液滴混合后进入水箱，水箱内有补水流入，补水和循环水经过混合后，部分经溢流口流出，部分作为循环水再次进入闪蒸汽-水冷凝换热器和闪蒸汽进行热交换。

进一步地，连接水箱的出水口直径为dn65，水箱的热水进口的管道直径为dn150，水箱补水进口直径为dn65，补水压力为0.2-0.4mpa，所述溢流管、排水管直径均为dn50。散热管的材质为铜，散热管的长度为1m，喷嘴的材质为铜或不锈钢，喷嘴的长度为40~50mm，所述喷嘴的个数为36，喷嘴的喷射角度为50°，喷嘴的流量为30l/min，喷嘴上喷孔的孔径为4.8mm，喷孔自由畅通孔径为3.2mm。

进一步地，所述闪蒸汽-水冷凝换热器的循环水进口直径为dn65，循环水进口的循环水流量为43t/h，循环水压为0.3mpa，闪蒸汽进口直径为dn150，排汽口直径为dn200，检修孔直径为dn350，热水出口直径为dn150。

本发明专利通过选用合适的喷嘴口径和数量，将水充分雾化，用于充分吸收蒸汽热能，实验结果表明，通过喷淋吸收装置后，蒸汽余热温度由145℃下降到100℃，冷却水温可提高到60-70℃，达到节能减排目的。

附图说明

图1是本发明回收系统的结构示意图；

图2是图1中闪蒸汽-水冷凝换热器的结构示意图；

图3是图2的a-a剖面图；

图4是本发明中喷嘴的结构示意图；

图5是本发明实施例中管板的结构示意图（图中的小圆圈即为管孔）。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例1

一种接触式闪蒸汽-水冷凝换热器热能回收系统，如图1至5所示，包括闪蒸汽-水冷凝换热器2和水箱3，闪蒸汽-水冷凝换热器2的左右两端分别设有循环水进口23和闪蒸汽进口25，闪蒸汽进口25连接有闪蒸汽进口管道103，所述闪蒸汽-水冷凝换热器2由壳体27和设于壳体27两端的封头29组成，封头29和壳体27之间通过法兰28连接，壳体27顶部的中部设有检修孔22，检修孔22左侧的壳体顶部设有排汽口21，闪蒸汽-水冷凝换热器2的底部设有热水出口24，热水出口24和排汽口21上下对应设置，左侧的封头29和壳体27之间的连接处设有管板26，检修孔22的左侧所对应的壳体27内设有孔板13，管板26上设有若干管孔，散热管11的一端固定在管孔所对应的管板26上，散热管11的另一端设有喷嘴12，排汽口21对应于散热管11的左端设置以使闪蒸汽和循环水充分换热，所述检修孔22和喷嘴12的位置相对应以便于喷嘴12的检修。

水箱3的顶部设有热水进口31和补水进口，水箱3的上部设有溢流口，溢流口上设有溢流管道105，水箱3的下部设有出水口32和排水口，排水口上设有排水管道106，排水管道106上设有第八截止阀68，水箱3的补水进口上设有常温水进口管道104；

水箱3的出水口32通过循环水总管道101和闪蒸汽-水冷凝换热器2的循环水进口23相连，且循环水总管道101上设有循环水泵，闪蒸汽-水冷凝换热器2的热水出口24和水箱3的热水进口31通过热水管道102相连。

进一步地，所述循环水泵为两台且并联设置（一备一用，便于检修，正常运行1台，另一台停用，另外循环水泵不能长期运转，当第二温度传感器92探测到有蒸汽的时候，循环水泵运行，当停产时，不产生蒸汽，或者蒸汽停供时，循环水泵不再运转）。

进一步地，所述循环水总管道101上设有一备一用两个并联管路，其中一个并联管路上按照水流方向依次设有第一截止阀61、第一管道过滤器71、第一循环水泵41、第一单向阀81和第二截止阀62，另外一个并联管路上按照水流方向依次设有第三截止阀63、第二管道过滤器72、第二循环水泵42、第二单向阀82和第四截止阀64。

进一步地，循环水总管道101上设有压力表1。

进一步地，水箱3上设有第一温度传感器91，水箱3内设有液位传感器10。

进一步地，所述闪蒸汽进口25处的闪蒸汽进口管道103上设置第二温度传感器92。

进一步地，所述喷嘴12为螺旋喷嘴。进一步地，常温水进口管道104上设有两个并联管路（一备一用），正常使用的并联管路上按照水流方向依次设有第五截止阀65、第三管道过滤器73、电磁阀5、第六截止阀66，备用的并联管路上设有第七截止阀67。当电磁阀5出现故障时，关闭第五截止阀65、第六截止阀66，打开第三管道过滤器73，放出常温水进口管道104内的水，对电磁阀5进行维修，电磁阀5维修期间，可打开第七截止阀67，常温水通过第七截止阀67进入水箱3内。第三管道过滤器73的作用是保护电磁阀5不受水中锈渣影响。

进一步地，所述闪蒸汽-水冷凝换热器2为管壳式换热器（即所述闪蒸汽-水冷凝换热器由壳体27和设于壳体27两端的封头29组成，封头29和壳体27之间通过法兰28连接，法兰28直径为dn700，壳体27长度为2.5m）。本发明中所用连接法兰采用国标低压法兰。所述散热管11和管板26、散热管11和孔板13的连接方式均为焊接，所述孔板13的目数为10目。

上述的接触式闪蒸汽-水冷凝换热器热能回收系统回收热能的方法，步骤如下：

水箱3内的循环水经循环水泵泵入闪蒸汽-水冷凝换热器2内，流量≤2000kg/h、压力≤0.20mpa、温度为≤145℃的闪蒸汽进入闪蒸汽-水冷凝换热器2内，和来自于水箱3中的循环水进行热交换，所述热交换分两次进行，当循环水流经喷嘴12时循环水通过喷嘴12喷出，喷嘴12喷出的液滴和闪蒸汽进行第一次热交换，未被液化的闪蒸汽穿过孔板13，分布在散热管11外，和进入散热管11内的循环水进行第二次热交换，剩余的闪蒸汽通过排汽口21排出，被液化的闪蒸汽和液滴混合后进入水箱3，水箱3内有补水流入，补水和循环水经过混合后，部分经溢流口流出，部分作为循环水再次进入闪蒸汽-水冷凝换热器2和闪蒸汽进行热交换。循环水泵的作用是：把水从水箱3内加压，产生压力，从喷嘴12处喷出，水压释放，被加热的水，依靠自重回流，通过回流口又重新回到水箱内。如此循环，每次循环常温水被加热一次，水箱3内的水温升增加，被排放至职工洗浴管网中被利用，当水箱3内水被消耗后，水位下降，水箱3通过补水使水位保持恒定。

进一步地，连接水箱3的出水口32直径为dn65，水箱3的热水进口31直径为dn150，水箱3补水进口直径为dn65，补水压力为0.2-0.4mpa，所述溢流管105、排水管106直径均为dn50。散热管11的材质为铜，散热管11的长度为1m，喷嘴12的材质为铜或不锈钢，喷嘴12的长度为40~50mm，所述喷嘴12的个数为36，喷嘴12的喷射角度为50°，喷嘴12的流量为30l/min，喷嘴12上喷孔的孔径为4.8mm，喷孔自由畅通孔径为3.2mm。

进一步地，所述闪蒸汽-水冷凝换热器2的循环水进口23直径为dn65，循环水进口23的循环水流量为43t/h，循环水压为0.3mpa，闪蒸汽进口25直径为dn150，排汽口21直径为dn200，检修孔22直径为dn350，热水出口24直径为dn150。

以某卷烟厂车间采用两台蒸发量为10t/h锅炉供汽为例，本发明中部分设备及参数选取过程示例如下：

计算闪蒸汽排放流量及潜在的热能

某卷烟厂车间采用两台蒸发量为10t/h锅炉供汽，锅炉运行时间白班为10h，负荷率为65%，夜晚运行时间14h，1台运行，负荷率为50%。凝结水回收率为30%，闪蒸率为30%

白班闪蒸汽排放量为20×0.65×10×0.3×0.3=11.7t（排放压力0.2mpa）

夜班闪蒸汽排放量为20×0.5×14×0.3×0.3=12.6t（排放压力0.1mpa）

每日蒸发潜热q=11.7t×2133.4kj/kg+12.6t×2163.3kj/kg=24960.78mj+27257.58mj=52218.36mj

折合燃气消耗1374m³（燃气热值取38mj/m³），节能有潜力。

循环水泵的选择

按管道流速2-3m/s经济流速计算，结合企业对热水流量的需求，选择循环水泵为7.5kw，流量43t/h（700kg/min），扬程36m。采用一备一用方式，管道选型为φ76mm×5.5（壁厚）mm。

喷嘴的选型

螺旋喷嘴大量使用于化工环保行业喷淋塔，其具有无内芯直通流道设计，使液体在给定尺寸管道上达到最大流量，其原理是液体通过不断变小的螺旋面相切和碰撞后变成细小的液珠形成喷雾，腔体内从进口到出口流线型设计使得阻力系数降到最低，采用3/8英寸不锈钢螺旋喷嘴12，大小适宜，防锈防堵。为克服喷嘴12堵塞风险，选取喷嘴12口径5mm，通过参考某厂家成型喷嘴型号，选型如下表：

喷嘴12数量：700/24=29个，实际设计布满圆径断面，选取36个

为便于维修和喷嘴12更换方便，喷嘴12安装间距取100mm，安装布局采用矩阵列结构。散热管11、管板26及喷嘴12采用3/4"-304不锈钢，厚度2.0mm，安装采用g3/4"螺纹；

循环水水压0.3mpa，流量50m³/h；喷嘴12额定流量30l/min，额定回收蒸汽量：2.0m³/h；

闪蒸汽进口25直径为dn150，排汽口21直径为dn250，喷嘴12最高允许蒸汽压力：0.3mpa；工作压力，蒸汽0-0.2mpa，排汽口21对接排汽管道时，应采取防止雨水倒流措施。

换热器壳体的结构设计

根据喷嘴12排列及数量选取壳体27直径为700mm，厚度4.0碳钢钢桶，喷嘴12按矩阵间距100mm×90mm。壳体27长度2500mm。

1.适宜加工性和方便检修性

壳体27设计两端加封头29结构，采用标准dn700法兰28连接。同时在喷嘴12安装位加检修孔22，采用dn200标准法兰连接。检修孔22的作用是：当喷嘴12堵塞后，可以打开检修孔22，对喷嘴12进行更换。

2.热能回收能力

q=c×m×δt=m×δh

4.18kj/kg.℃×43000kg/h×δt=2000kg/h（2676kj/kg-2725.5kj/kg+2257）

δt==25.66℃

温升26℃。

3.控制系统

闪蒸汽进口25处的闪蒸汽进口管道103上设置第二温度传感器92，当温度高于100℃，开启循环水泵，否则关闭循环水泵；

水箱3内设置液位传感器10，当低于某水位时开启自来水管网电磁阀5进行补水，防止水位过低，引起循环水泵干运转；

水箱3设置第一温度传感器91，当水箱3内循环水温度高出设定温度，如70℃时，发出报警声讯信号，需要及时排掉水箱3的水，通过补水，降低闪蒸汽-水冷凝换热器2进水温度，提高热回收效果。

水箱的技术参数

水箱3长×宽×高=6000mm×3500mm×1800mm，材质：304不锈钢，厚度2.5mm，水箱3内部设置45mm×45mm规格的304不锈钢角钢加强筋结构，水箱3外部可设铝镁质保温隔热材料保温。

使用范围

本回收系统需要在闪蒸汽入口前置一凝结水回收罐，用于对凝结水和闪蒸汽进行汽水分离，防止凝结水倒流于闪蒸汽-水冷凝换热器2内。闪蒸汽进口25严格控制压力低于0.2mpa.如果蒸汽压力高于此数值，应检查用汽设备疏水阀是否存在漏汽现象。