用于电厂烟气余热回收的被动式取热器的制作方法

本发明涉及烟气余热处理技术领域，尤其涉及一种用于电厂烟气余热回收的被动式取热器。

背景技术：

火力发电是我国主要的发电方式，其生产的电能占我国总电能的70％～80％左右，但火力发电仅把煤炭燃烧所产生热能的30％～40％转化为电能，大量的热能散失在汽轮机系统冷端排汽冷凝以及锅炉系统尾部排烟上。现在常用的火电机组排烟温度一般维持在120℃～150℃，如何从低温烟气中回收热量，并加以利用，对于节能减排具有重大意义。

现有烟气余热回收利用的方式主要有以下几种：预热锅炉进风(空气预热器)、预热锅炉给水(省煤器)、加热水做其他用途(给建筑供暖或者制冷等)、余热发电等。由于电能是一种高品味的能源，使用方便且适用于远距离传输，因此余热发电是余热利用领域的关注热点。

有机朗肯循环(简称orc)是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，主要由余热锅炉(或取热器)、透平、冷凝器和工质泵四大部套组成。有机工质通过取热器中从余热流中吸收热量，生成具一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入透平机械膨胀做功，从而带动发电机或拖动其它动力机械；从透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷却水放热，凝结成液态，最后借助工质泵重新回到取热器，如此不断地循环下去。

现有的取热器多采用单相取热，管路布置为螺旋式或者栅栏式。单相取热工质不发生相变，热量储存在工质的显热中，工质流量需求大，工质在管路中阻力损失也大，大流量和阻力的损失都需要依靠提高外界工质泵功率来弥补，能耗较高。同时，因单相取热换热效率较低，使得取热器往往整体体积较大，这对工质泵功率提出更高的要求，这样过多的泵功率消耗使得orc净发电效率较低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种取热效率高，成本低，能耗低的用于电厂烟气余热回收的被动式取热器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：用于电厂烟气余热回收的被动式取热器，包括设置在烟气通道内的取热装置和设置在烟气通道外的用热装置，所述取热装置低于所述用热装置设置；所述取热装置包括至少一个相互并列设置的取热单元，每个所述取热单元包括至少两个沿烟气流动方向依次设置的取热管组，所述取热管组包括至少一个余热取热管，同一所述取热管组的所述余热取热管的上端共同连接有上母管，同一所述取热管组的所述余热取热管的下端共同连接有下母管，首位所述取热管组的上母管相互连接且与所述用热装置的进口之间共同连接有取热出管，末位所述取热管组的上母管相互连接或者下母管相互连接，且末位所述取热管组的上母管或者下母管共同与所述用热装置的出口之间连接有取热进管。

作为优选的技术方案，奇数位所述取热管组的下母管与下游相邻所述取热管组的下母管之间相互连接设置，偶数位所述取热管组的上母管与下游相邻所述取热管组的上母管之间相互连接设置。

作为优选的技术方案，每个所述取热单元包括五个沿烟气流动方向依次布置的所述取热管组，各所述取热管组包括三个所述余热取热管，末位所述取热管组的下母管与所述用热装置的出口之间连接所述取热进管。

作为优选的技术方案，每个所述取热单元包括三个沿烟气流动方向依次布置的所述取热管组，首位所述取热管组包括九个所述余热取热管，其余所述取热管组包括三个所述余热取热管，末位所述取热管组的下母管与所述用热装置的出口之间连接所述取热进管。

作为优选的技术方案，每个所述取热单元包括五个沿烟气流动方向依次布置的所述取热管组，各所述取热管组包括一个所述余热取热管，末位所述取热管组的下母管与所述用热装置的出口之间连接所述取热进管。

作为优选的技术方案，首位和末位之外的所述取热管组的上母管与所述用热装置的进口之间分别设有取热出管，首位和末位之外的所述取热管组的下母管与所述用热装置的出口之间分别设有取热进管。

作为优选的技术方案，所述用热装置为orc发电系统。

由于采用了上述技术方案，用于电厂烟气余热回收的被动式取热器，包括设置在烟气通道内的取热装置和设置在烟气通道外的用热装置，所述取热装置低于所述用热装置设置；所述取热装置包括至少一个相互并列设置的取热单元，每个所述取热单元包括至少两个沿烟气流动方向依次设置的取热管组，所述取热管组包括至少一个余热取热管，同一所述取热管组的所述余热取热管的上端共同连接有上母管，同一所述取热管组的所述余热取热管的下端共同连接有下母管，首位所述取热管组的上母管相互连接且与所述用热装置的进口之间共同连接有取热出管，末位所述取热管组的上母管相互连接或者下母管相互连接，且末位所述取热管组的上母管或者下母管共同与所述用热装置的出口之间连接有取热进管。本发明将取热管组按烟气流动方向依次设置，可明显延长取热时间，经过取热装置的烟气会存在温度明显降低的过程；本发明同时利用烟气下游进液取热、上游回液用热的方式，使得管内工质与烟气温差进一步缩小，热交换率高，即取热效率高。管内工质通过更高效地吸收烟气热量而逐渐由液相转为汽相，体积急剧膨胀，压力增大，该压力可实现工质自身向用热装置运行，而用热装置用热后冷凝成液相的工质利用自身重力，由高到低自动流回取热装置，实现无泵动力自身运转，能耗低，成本低。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例一的结构原理图；

图2是本发明实施例二的结构原理图；

图3是本发明实施例三的结构原理图；

图4是本发明实施例四的结构原理图；

图中以空心箭头示意烟气流动方向，以实心箭头示意工质流动方向。

图中：1-用热装置；2-取热装置；3-取热单元；4-取热管组；5-余热取热管；6-上母管；7-下母管；8-取热进管；9-取热出管；12-烟气通道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

实施例一：如图1所示，用于电厂烟气余热回收的被动式取热器，包括设置在烟气通道12内的取热装置2和设置在烟气通道12外的用热装置1。本实施例所述用热装置1为orc发电系统，当然可以为其他预热、供暖、发电等领域的用热装置1。所述orc发电系统为公知技术，在此不再赘述。

所述取热装置2低于所述用热装置1设置，利用高度差可利于工质利用自重自动回流至所述取热装置2。

所述取热装置2包括至少一个相互并列设置的取热单元3，即所述取热单元3可根据需要设置一个、两个、三个或者更多，每个所述取热单元3单独完成取热过程，本实施例仅对其中一所述取热单元3的结构进行示意。并列设置优选垂直于烟气流动方向的水平方向并列，并列的设置使得所述取热装置2能尽量布满所述烟气通道12的横截面，提高取热效果。

每个所述取热单元3包括至少两个沿烟气流动方向依次设置的取热管组4，所述取热管组4包括至少一个余热取热管5，当然每个所述取热管组4中余热取热管5的数量并不一定完全相同。本实施例示意每个所述取热单元3包括五个沿烟气流动方向依次布置的所述取热管组4，各所述取热管组4包括三个所述余热取热管5。通过所述取热管组4的依次布置，可将烟气内热量逐步吸取，使烟气在经过所述取热装置2过程中含热量逐渐减少，温度逐渐降低。

同一所述取热管组4的所述余热取热管5的上端共同连接有上母管6，同一所述取热管组4的所述余热取热管5的下端共同连接有下母管7，通过上母管6和下母管7使得各所述取热管组4内的所述余热取热管5形成连通，这样所述取热管组4内所述余热取热管5为主要吸热部件，而所述上母管6和所述下母管7主要起到连通作用。

首位所述取热管组4的上母管6相互连接且与所述用热装置1的进口之间连接有取热出管9，末位所述取热管组4的上母管6相互连接或者下母管7相互连接，且末位所述取热管组4的上母管6或者下母管7与所述用热装置1的出口之间连接有取热进管8。本实施例所述取热管组4为五个，所以末位所述取热管组4的下母管7与所述用热装置1的出口之间连接所述取热进管8。其中首位和末位的理解应为第一位置和最后位置，第一位置为迎向来烟方向的最前位置，五个所述取热管组4分别为第一位置、第二位置、第三位置、第四位置和第五位置，第五位置为所述最后位置。

本实施例奇数位所述取热管组4的下母管7与下游相邻所述取热管组4的下母管7之间相互连接设置，偶数位所述取热管组4的上母管6与下游相邻所述取热管组4的上母管6之间相互连接设置。本实施例第一位置、第三位置和第五位置的所述取热管组4为奇数位取热管组4，第二位置和第四位置的所述取热管组4为偶数位取热管组4，其中第五位置的所述取热管组4下游不存在其他取热管组4，而其内的所述下母管7直接与所述取热进管8相连。通过上述结构，本实施例工质在所述取热装置2内形成s形流动路线，流动长度大幅增加，可充分吸收烟气热量。

本实施例的工作原理为：经所述用热装置1用掉热量的工质形成液相，因所述用热装置1与所述取热装置2的高度差，液相工质因自重通过所述取热进管8进入所述取热装置2，进入的位置为烟气流动的下游位置，液相工质通过较低温度的烟气被预热，并沿取热装置2的s形路线逐渐向来烟方向流动，流动的过程随着烟气温度逐渐升高，工质逐渐由液相转变为汽相，这样工质在所述取热装置2内经历了从纯液态、到泡状流、到塞状流、到环状流、到纯汽态的变化过程，吸收烟气的热量存在于汽相工质的潜热中，同时因为工质相变，汽相工质急速膨胀，压力增大，汽相工质会迅速通过所述取热出管9进入所述用热装置1，用热装置1将汽相工质内热量利用后，汽相工质重新冷凝为液相工质，并重新循环使用。本实施例工质可采用蒸馏水、乙醇、氟利昂等常用工质。

在上述过程中，s形的工质流动路线可明显加长流动长度，工质吸热过程明显，而所述取热装置2内工质的温度变化与外界烟气温度变化相同，这样在同一位置的工质与外部烟气，其温差明显缩小，可明显增多可吸取的热量，取热效率高。工质由液相到汽相的变化，使得管路内阻力损失降低，仅依靠汽相工质的升腾和液相工质的自重回流即可实现自动运转，省去了大功率泵的使用，成本低，能耗低。

实施例二：如图2所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：每个所述取热单元3包括三个沿烟气流动方向依次布置的所述取热管组4，首位所述取热管组4包括九个所述余热取热管5，其余所述取热管组4包括三个所述余热取热管5，末位所述取热管组4的下母管7与所述用热装置1的出口之间连接所述取热进管8。对于实施例一来讲，工质汽相的转变大约是从第三位置的取热管组4开始的，本实施例相当于将实施例一中第一位置至第三位置取热管组4的上母管6和下母管7分别连通，形成本实施例第一位置整体的取热管组4，让产生汽相转变的工质都在本实施例第一位置的取热管组4中进行，这样可简化所述取热装置2的整体结构。

实施例三：如图3所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：每个所述取热单元3包括五个沿烟气流动方向依次布置的所述取热管组4，各所述取热管组4包括一个所述余热取热管5，末位所述取热管组4的下母管7与所述用热装置1的出口之间连接所述取热进管8。这样每个所述取热单元3整体形成单根s形管路，同样可简化所述取热装置2的整体结构，且单根s形管路更易加工，通过对管件进行弯曲即可得到。

实施例四：如图4所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：首位和末位之外的所述取热管组4的上母管6与所述用热装置1的进口之间分别设有取热出管9，首位和末位之外的所述取热管组4的下母管7与所述用热装置1的出口之间分别设有取热进管8，这样本实施例每个所述取热管组4分别与所述用热装置1之间形成进回液循环。当然优选地，同一位置并列的所述取热管组4的上母管6相互连接设置，同一位置并列的所述取热管组4的下母管相互连接设置。基于上述结构，本实施例沿烟气流动方向的所述取热管组4相互之间不存在工质流动，所以不存在热传递，并列的若干所述取热管组4在各自的烟气温度区间内进行吸热，这样每个所述取热管组4内工质与外界烟气的温差更小，取热效率也更高。本实施例示意每个所述取热单元3包括三个所述取热管组4，三个所述取热管组4分别处在第一位置、第二位置和第三位置，其内工质分别主要出现环状流加纯汽态、塞状流加环状流、和泡状流。

本发明将所述取热管组4按烟气流动方向依次设置，可明显延长取热时间，经过取热装置2的烟气会存在温度明显降低的过程。本发明同时利用烟气下游进液取热、上游回液用热的方式，使得管内工质与烟气温差进一步缩小，热交换率高，即取热效率高。管内工质通过更高效地吸收烟气热量而逐渐由液相转为汽相，体积急剧膨胀，压力增大，该压力可实现工质自身向用热装置1运行，而用热装置1用热后冷凝成液相的工质利用自身重力，由高到低自动流回取热装置2，实现无泵动力自身运转，能耗低，成本低。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。