两级高效循环蒸发有机朗肯循环燃煤烟气余热回收系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种两级高效循环蒸发有机朗肯循环燃煤烟气余热回收系统，属 于烟气余热发电领域。
【背景技术】
[0002] 技术问题
[0003] 燃煤锅炉是通过燃烧煤来产生热量，热量经转化后，产生蒸汽或热水。但并不是所 有的热量都能有效转化，仍会有不少能量通过排烟损失掉。电站燃煤锅炉的排烟温度大概 在120°C~140°C之间，工业燃煤锅炉的排烟温度大概在150°C~204°C之间。这部分能量 的特征在于品质不高，但排放量大。若能有效地回收利用燃煤锅炉烟气废热，对于提高锅炉 燃煤利用效率，减少燃煤使用量，降低污染物排放量有重大意义。
[0004] 有机朗肯循环（0RC)系统具有效率较高、结构简单、环境友好、可就近布置等优 点，能有效地回收利用低温余热。如专利（CN203626908U)中所述，利用有机朗肯循环可有 效回收40~200°C的低温烟气余热，充分利用工业锅炉排放的烟气中的显热和潜热发电。 但由于燃煤烟气中含有硫酸蒸汽、水蒸汽及飞灰等成分，这就导致利用常规有机朗肯循环 系统回收烟气余热的过程中存在诸多问题：
[0005] (1)两级蒸发有机朗肯循环回收烟气余热时，受蒸发温度及回收深度的影响，使得 大部分受热面的外壁面温度低于酸露点，烟气中的硫酸蒸汽会发生凝结，对受热面产生低 温腐蚀。
[0006] (2)有机朗肯循环系统预热过程中的工质温度很低（可低至20~30°C )，低温预 热器外壁面温度将低于水露点。在发生水凝结的情况下，会加剧低温腐蚀，从而影响受热面 的换热性能。
[0007] (3)有机朗肯循环系统常使用的蒸发器类型类似于干式蒸发器，即预热、蒸发及过 热3个环节都是在同一换热器内进行，设备简单，利于调节供液量，然而其管内充液量低， 表面液体润湿度低，导致其表面传热系数相对较低。且此类型蒸发器的外壁面温度变化范 围大，从而对管外壁面温度的调节造成困难，不利于避免或缓解受热面的低温腐蚀问题。
【发明内容】
[0008] 针对上述问题，本文提出了一种两级高效循环蒸发有机朗肯循环燃煤烟气余热回 收系统；因应用传统的干式蒸发器对调控换热管的外壁面温度会造成困难，系统选用循环 式蒸发器，蒸发工质先在预热器中预热至饱和状态，后进入蒸发器内反复循环吸热蒸发。因 该类型蒸发器的预热及蒸发两个环节是分离的，可通过分段调控管外壁温的方法以缓解系 统的低温腐蚀问题，即通过调节低温级蒸发温度以控制低温级蒸发器外壁面温度高于水露 点，该段采用抗腐蚀钢材ND钢；通过调节高温级蒸发温度以控制高温级蒸发器的外壁面温 度高于酸露点，该段可采用普通的钢材，降低换热器成本。循环式蒸发器循环倍率可达2~ 5,管道内表面能始终润湿，表面传热系数较干式蒸发器高。同时，系统的低温级蒸发器及高 温级蒸发器使用高通量换热管，高通量换热管即是在管内壁烧结一层多孔层，人为的增加 汽化核心，蒸发工质在管内沸腾换热系数较光管可提高2~3倍。通过循环式蒸发器及高 通量换热管的同时应用一方面可以实现蒸发工质与管壁之间的更小温差传热，更利于系统 的调控，另一方面可以减少换热面积。因两级蒸发有机朗肯循环系统预热过程工质温度很 低，其外壁面温度会低于水露点，从而会有大量的水凝结，加剧该段换热器的低温腐蚀，为 此，该段采用的导热塑料换热管，导热塑料管是利用导热填料对高分子基体材料进行均匀 填充，以提高其导热性能，其几乎不与酸碱发生发应，有很好的耐腐蚀性，有效解决该段低 温腐蚀问题。高温级预热、蒸发环节所需工质进入高温级预热器前，先在低温级预热器内 预热，从而可以避免工质直接从储液罐引出（此时工质温度低）而导致高温级预热器也出 现外壁面温度低于水露点的状况，高温级预热器采用抗腐蚀钢材ND钢。
[0009] 技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
[0010] 两级高效循环蒸发有机朗肯循环燃煤烟气余热回收系统在烟道内依次设有高温 级蒸发器、高温级预热器、低温级蒸发器和低温级预热器，所述低温级预热器的进口与低温 级工质栗的出口连接，所述低温级预热器的一出口与低温级汽包的第一进口连接，所述低 温级预热器的另一出口与高温级工质栗连接，所述低温级蒸发器的出口与低温级汽包的第 二进口连接，所述低温级汽包的第一出口与热功动力转换机械的补气口连接，所述低温级 汽包的第二出口与低温级蒸发器进口连接。
[0011] 所述高温级工质栗的出口与高温级预热器的进口连接，所述高温级预热器的出口 与高温级汽包的第一进口连接，所述高温级蒸发器的出口与高温级汽包的第二进口连接， 所述高温级汽包的第一出口与热工动力转换机械的进气口连接，所述高温级汽包的第二出 口与高温级蒸发器的进口连接。
[0012] 所述热工动力转换机械的出口与冷凝器的进口连接，所述冷凝器的出口与工质储 液罐的进口连接，所述工质储液罐的出口与低温级工质栗的进口连接。
[0013] 进一步的，所述高温级蒸发器和低温级蒸发器为循环式蒸发器，所述循环式蒸发 器为蒸发工质在其管内反复循环吸热蒸发直至完全汽化，其预热及蒸发两个环节是分离 的。
[0014] 更进一步的，所述高温级蒸发器和低温级蒸发器使用高通量换热管，所述高通量 换热管为在换热管的内管壁表面烧结一层多孔层，人为的增加汽化核心，强化沸腾换热。
[0015] 进一步的，所述低温级预热器为几乎不与酸碱发生反应的导热塑料换热管。
[0016] 进一步的，控制低温级蒸发器和高温级预热器外壁面温度分别高于水露点，高温 级蒸发器的外壁面温度高于酸露点，则所述低温级蒸发器和高温级预热器选用ND钢，所述 高温级蒸发器选用普通钢材。
[0017] 有益效果：本实用新型与现有技术比较，优势在于：
[0018] (1)循环蒸发的形式将低温级蒸发环节的预热及蒸发环节分离。低温级预热器选 用几乎不与酸碱发生发应的塑料换热管，有效解决该段低温腐蚀问题。同时通过控制工质 低温级蒸发温度，实现低温级蒸发段外壁面温度高于水露点。
[0019] (2)循环蒸发的形式将高温级蒸发环节的预热及蒸发环节分离，通过控制高温级 蒸发器外壁面温度高于酸露点，该段可以不使用抗腐蚀钢材，节省成本。
[0020] (3)低温级蒸发器和高温级蒸发器选用高通量换热管，实现管内的高效蒸发换热。 管内沸腾换热系数可以提高2~3倍，总换热面积可以减少5~10%。此外，循环蒸发及高 通量换热管的同时使用大大降低工质蒸发温度与管外壁面温度的差值，利于对管外壁面温 度的精确调控。
[0021] (4)选择在低温级预热器出口分流，可以避免高温级预热器也出现外壁面温度低 于水露点的状况。
【附图说明】
[0022] 图1为本实用新型的结构示意图。
[0023] 图中包括：低温级预热器1、低温级蒸发器2、高温级预热器3、高温级蒸发器4、高 温级汽包5、高温级汽包第一进口 5-A、高温级汽包第二进口 5-B、高温级汽包第一出口 5-1、 高温级汽包第二出口 5-2、低温级汽包6、低温级汽包第一进口 6-A、低温级汽包第二进口 6-B、低温级汽包第一出口 6-1、低温级汽包第二出口 6-2、热功动力转换机械7、发电机8、冷 凝器9、工质储液罐10、低温级工质栗11、高温级工质栗12。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
[0025] 如图1所示，一种两级高效循环蒸发有机朗肯循环燃煤烟气余热回收系统，在烟 道内依次设有高温级蒸发器4、高温级预热器3、低温级蒸发器2和低温级预热器1，所述低 温级预热器1的进口与低温级工质栗11的出口连接，所述低温级预热器1的一出口与低温 级汽包6的第一进口 6-A连接，所述低温级预热器1的另一出口与高温级工质栗12连接， 所述低温级汽包6的第二出口 6-2与低温级蒸发器2的进口连接，所述低温级蒸发器2的 出口与低温级汽包6的第二进口 6-B连接，所述低温级汽包6的第一出口 6-1与热功动力 转换机械7的补气口连接。
[0026] 所述高温级工质栗12的出口与高温级预热器3的进口连接，所述高温级预热器3 的出口与高