一种带预热系统的直接接触式换热器

本发明涉及冶金低温余热回收利用技术领域，特别是涉及一种带预热系统的直接接触式换热器。

背景技术：

我国工业领域内余热资源约占其燃料消耗总量的17％～67％，我国在余热资源利用方面，特别是在高温和中温余热资源利用取得了明显进步；但是与其他发达国家相比还是有很多的不足，余热利用率比较低，大型钢铁企业余热利用率约为30％～50％，随着节能的工作的不断深入，低温余热利用的技术开发、高温和中温余热的再利用都是值得我们进一步研究的课题。

目前换热设备主要以间壁式换热器为主，但是间壁式换热器存在间隔壁面，一方面导致最大热力学潜能受限，导致热损失增加；另一方面，管内侧结垢，热阻增加，传热效率降低。与间壁式换热器相比，直接接触式换热器具有不结垢，热阻小，换热面积大，换热系数高等优点，随着直接接触式换热理论的不断发展，直接接触式换热器已广泛应用于空调蓄冷、中低温回收系统、海水淡化、能源过程转换、盐溶液蒸发结晶及废水处理等实际生产中。

但是目前还存在着换热时间短，换热效率低的问题，同时导热介质相互接触，易发生相变，影响换热效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种带预热系统的直接接触式换热器，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种带预热系统的直接接触式换热器，包括由上到下依次连通的导热油加热罐、复合式蒸发器和导热油预热罐；所述导热油加热罐的侧壁连通有烟气入口，所述导热油预热罐的侧壁连通有烟气出口；

所述导热油加热罐内设有加热管，所述复合式蒸发器内设有蒸发管，所述导热油预热罐内设有预热管，所述加热管连通所述烟气入口，所述预热管连通所述烟气出口；所述加热管、蒸发管、预热管由上到下依次连通；

所述导热油加热罐与所述导热油预热罐之间连通有导热油循环系统；

所述导热油加热罐的顶端开设有工质出口，所述复合式蒸发器的侧壁开设有工质进口，所述工质进口与所述工质出口之间连通有工质循环系统。

优选的，所述加热管、所述蒸发管和所述预热管均为圆管结构，所述加热管、所述蒸发管和所述预热管均呈螺旋状分别排列在所述导热油加热罐、所述复合式蒸发器和所述导热油预热罐的内部。

优选的，所述导热油加热罐上开设有导热油加热罐补油口，所述导热油加热罐补油口通过导热油加热罐补油管连通有导热油存储罐，所述导热油加热罐补油管上依次连通有第一齿轮油泵和第一截止阀，所述第一截止阀位于所述导热油加热罐补油口与所述第一齿轮油泵之间。

优选的，所述导热油预热罐上开设有导热油预热热罐补油口，所述导热油预热热罐补油口通过导热油预热热罐补油管连通所述导热油存储罐，所述导热油预热热罐补油管上依次连通有第二齿轮油泵和第二截止阀；所述第二截止阀位于所述导热油预热热罐补油口与所述第二齿轮油泵之间。

优选的，所述导热油循环系统包括导热油循环管，所述导热油循环管的两端分别连接所述导热油加热罐与所述导热油预热罐，所述导热油循环管上依次连通有第三齿轮油泵和第三截止阀，所述第三截止阀位于所述导热油加热罐与所述第三齿轮油泵之间。

优选的，所述工质循环系统包括工质循环管，所述工质循环管两端分别连通所述工质进口和所述工质出口，所述工质循环管上依次连接有止回阀、换热元器件、工质储液罐和离心泵，所述止回阀靠近所述工质出口设置。

优选的，所述复合式蒸发器底部设有工质喷头，所述工质喷头通过工质进口连接所述工质循环管的一端；所述复合式蒸发器顶端设有工质吸口，所述工质吸口通过所述工质出口连通所述工质循环管的另一端。

优选的，所述导热油加热罐与所述复合式蒸发器之间和所述复合式蒸发器与所述导热油预热罐之间分别设有若干电磁阀。

本发明公开了以下技术效果：相对于现有技术，本发明设置了导热油加热罐和导热油预热罐，在导热油加热罐内布置加热管，导热油预热罐内布置预热管，烟气在加热管、蒸发管和预热管内流动，一来增大烟气换热的表面积，延长换热时间，提高换热效率，使得整个换热器更加高效，二来用于维持复合式蒸发器内温度在蒸发过程中温度恒定，加热后的余热烟气在复合式蒸发器内对复合式蒸发器内导热油一方面进行温度补偿，另一方面余热烟气做了有机工质蒸发的热源，更进一步利用余热；导热油预热罐内布置预热管降低了烟气排放温度，降低热污染，对提高能源效率具有显著作用；预热后的导热油再由导热油循环系统通入导热油加热罐，有效缩短了加热时间，提高温度分布均匀性；不同品位的余热烟气资源通入不同的螺旋管道，余热利用率提升；同时，导热油加热罐体的存在，为复合式蒸发器出口的蒸汽进行过热，有效避免蒸发器内有机工质与导热油对流，工质压力损耗降低，降低工质滞留率一体化布置，可以减小设备体积，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明带预热系统的直接接触式蒸发器原理图；

图2为本发明预热管的结构示意图；

其中，1为导热油加热罐，2为复合式蒸发器，3为导热油预热罐，4为烟气入口，5为烟气出口，6为加热管，7为蒸发管，8为预热管，9为导热油加热罐补油管，10为导热油存储罐，11为第一齿轮油泵，12为第一截止阀；13为导热油预热罐补油管，14为第二齿轮油泵，15为第二截止阀；16为导热油循环管；17为第三齿轮油泵，18为第三截止阀；19为工质循环管，20为止回阀，21为换热元器件，22为工质储液罐，23为离心泵，24为工质喷头，25为工质吸口，26为电磁阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-2，本发明提供一种带预热系统的直接接触式换热器，包括由上到下依次连通的导热油加热罐1、复合式蒸发器2和导热油预热罐3；导热油加热罐1的侧壁连通有烟气入口4，导热油预热罐3的侧壁连通有烟气出口5，烟气入口4与烟气出口5为圆筒型，方便与烟气通道连接。

导热油加热罐1内设有加热管6，复合式蒸发器2内设有蒸发管7，导热油预热罐3内设有预热管8，加热管6连通烟气入口4，预热管8连通烟气出口5；加热管6、蒸发管7、预热管8由上到下依次连通；

导热油加热罐1与导热油预热罐3之间连通有导热油循环系统，该系统为orc直接接触式—间壁式耦合循环系统，用于将导热油预热罐3内预热后的的导热油输送到导热油加热罐1内；

导热油加热罐1的顶端开设有工质出口，复合式蒸发器2的侧壁开设有工质进口，工质进口与工质出口之间连通有工质循环系统。

进一步优化方案，加热管6、蒸发管7和预热管8均为圆管结构，加热管6、蒸发管7和预热管8均呈螺旋状分别排列在导热油加热罐1、复合式蒸发器2和导热油预热罐3的内部；加热管6、蒸发管7、预热管8均为烟气通道，高温烟气由烟气入口4进入加热管6，然后依次经过蒸发管7、预热管8，然后由烟气出口排出低温烟气，呈螺旋状排列的加热管6、蒸发管7、预热管8一方面增大换热表面积，延长换热时间，另一方面，另一方面增加扰动，破坏热边界层；烟气流过壁面时，边界附近因加热或冷却而形成具有温度梯度的薄层，也就是对流传热热阻所在的区域，螺旋管的这种环绕结构，使得余热烟气流动过程中不需要外力，主动混匀，减少热边界层厚度，使得管内烟气温度本部几乎均匀。

进一步优化方案，导热油加热罐1上开设有导热油加热罐补油口，导热油加热罐补油口通过导热油加热罐补油管9连通有导热油存储罐10，导热油加热罐补油管9上依次连通有第一齿轮油泵11和第一截止阀12，第一截止阀12位于导热油加热罐补油口与第一齿轮油泵11之间；导热油预热罐3上开设有导热油预热热罐补油口，导热油预热热罐补油口通过导热油预热热罐补油管13连通导热油存储罐10，导热油预热热罐补油管13上依次连通有第二齿轮油泵14和第二截止阀15；第二截止阀15位于导热油预热热罐补油口与第二齿轮油泵14之间；导热油加热罐补油管9用于自动向导热油加热罐1内补充导热油，导热油预热热罐补油管13用于自动向导热油预热罐3内补充导热油，当传感器(图中未显示)检测到导热油加热罐1或导热油预热罐3内的导热油量不足时，便打开第一截止阀12或第二截止阀15，然后启动第一齿轮油泵11或第二齿轮油泵14，进行导热油补充。

进一步优化方案，导热油循环系统包括导热油循环管16，导热油循环管16的两端分别连接导热油加热罐1与导热油预热罐3，导热油循环管6上依次连通有第三齿轮油泵17和第三截止阀18，第三截止阀18位于导热油加热罐1与第三齿轮油泵17之间；高温烟气经过加热管6、蒸发管7后温度降低进入预热管8，并利用烟气的余热对导热油预热罐3内的导热油进行预热升温，然后由第三齿轮油泵17通过导热油循环管16将预热后的导热油泵入导热油加热罐1然后由高温烟气通过加热管6进行加热；利用烟气余热预热导热油，充分利用了烟气余热，也减少了导热油在导热油加热罐1内的加热时间，加快了换热循环。

进一步优化方案，工质循环系统包括工质循环管19，工质循环管19两端分别连通工质进口和工质出口，工质循环管19上依次连接有止回阀20、换热元器件21、工质储液罐22和离心泵23，止回阀20靠近工质出口设置，复合式蒸发器2底部设有工质喷头24，工质喷头24通过工质进口连接工质循环管19的一端；复合式蒸发器2顶端设有工质吸口25，工质吸口25通过工质出口连通工质循环管19的另一端；工质选用低沸点的物质，如五氟丙烷(r245fa)，换热元器件21可以采用冷凝器、蒸汽发电机或其他能利用蒸汽能量的器件，当复合式蒸发器2内的导热油温度达到预定目标后，启动离心泵23，将工质储液罐22的工质液体通过工质喷头24直接泵入导热油内，液体工质受热迅速汽化并吸收导热油内的热，汽化后的工质在导热油内上升并引起复合式蒸发器2内压力升高，最终上升到复合式蒸发器2的顶端并由工质吸口25进入工质循环管19，经过止回阀20后进入换热元器件21，气体工质在换热元器件21中被利用，快速放热并在此液化进入工质储液罐22中，完成工质循环；在这个过程中复合式蒸发器2内导热油与有机工质混合过程中，由于螺旋型的蒸发管2的阻碍，进行二次回流，增加了导热油与工质混匀的屏障。

进一步优化方案，导热油加热罐1与复合式蒸发器2之间和复合式蒸发器与导热油预热罐之间分别设有若干电磁阀26，用于控制导热油加热罐1与复合式蒸发器2之间和复合式蒸发器2与导热油预热罐3之间的导热油流通，当导热油加热罐1内的导热油加热到所需温度后开启电磁阀26，导热油流入复合式蒸发器2，当复合式蒸发器2内的导热油温度降低到使用低点后，开启电磁阀26，导热油进入导热油预热罐3进行预热；导热油温度范围为80——200℃，根据具体实施案例和工作条件设定；复合式蒸发器2和导热油加热罐1内的导热油的温度根据利用完后的烟气温度决定，本发明的目的是减低烟气排放温度，提高能源利用效率。

进一步优化方案，导热油加热罐1、复合式蒸发器2、导热油预热罐3和导热油存储罐10均为不锈钢材质，不锈钢材料耐腐蚀强度高，保证换热器的寿命；上述罐体开口处及连接处进行补强、补密处理，所有开口都做补强和补密，增加密封性和结构强度，制作完成后进行压力试验和水密试验，增加安全性，保证使用安全。

使用方法：首先将各个部件按照顺序连接好以后，检查整个流程的气密性及结构强度，检查无误后在烟气入口4通入高温烟气，烟气进入螺旋状的加热管6后对导热油加热罐1内的导热油进行加热；烟气经过加热管6后进入蒸发管7，其温度降低，导热油加热罐1内的导热油温度升高；当导热油加热罐1内的导热油温度升高到一定温度后，导热油加热罐1与复合式蒸发器2之间的电磁阀26开启，导热油加热罐1内的导热油流入复合式蒸发器2内，同时启动离心泵23，将液态工质喷入复合式蒸发器2内，液态工质吸热迅速汽化上升直到复合式蒸发器2顶部并从工质吸口25进入工质循环管19内；复合式蒸发器2内的导热油温度下降，蒸发管7对的烟气对复合式蒸发器2内的导热油进行温度补偿和为工质汽化提供热量，并最终进去预热管8；当复合式蒸发器2内的导热油温度降低到一定程度后，复合式蒸发器2和导热油预热罐3之间的电磁阀26开启，导热油流入导热油预热罐3；预热管8内的烟气对导热油预热罐3内的导热油预热，预热后的导热油由第三齿轮油泵17泵入导热油加热罐1，开始再一次循环，预热管8内的烟气最终通过烟气出口5排出换热器，进入下道处理工序(图中未显示)。

当导热油加热罐1和导热油预热罐3内的传感器(图中未显示)检测到导热油的量不足时，便会自动向导热油加热罐1和导热油预热罐3内补充导热油，补充完成后自动停止。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。