本發(fā)明涉及的是一種利用工業(yè)鍋爐、窯爐及加熱爐尾部低溫?zé)煔庥酂峤o鍋爐進(jìn)風(fēng)加熱的膜式蒸發(fā)相變換熱空氣預(yù)熱器。

背景技術(shù)：

鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中高耗能設(shè)備之一，在影響鍋爐熱效率的諸多因素中，排煙損失占鍋爐全部熱損失的70～80％，排煙溫度高低是鍋爐熱損失的最主要指標(biāo)之一，是衡量鍋爐熱效率的“標(biāo)志性”參數(shù)。排煙溫度每降低15℃，可提高鍋爐效率約1%。降低排煙溫度不僅可以提高鍋爐效率，還可以降低二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物的排放，有效的保護(hù)環(huán)境。

目前，在低溫?zé)煔庥酂崂妙I(lǐng)域，廣泛采用的熱管空氣預(yù)熱器在降低排煙溫度、提高鍋爐熱效率、降低污染排放方面確實(shí)發(fā)揮了一定作用，但也存在一系列問題難以解決，即：低溫腐蝕、積灰以及熱管因不凝氣體失效問題，而普通相變換熱器由于其結(jié)構(gòu)原因無法在垂直煙道應(yīng)用，只能在水平煙道應(yīng)用等等，如此種種原因給鍋爐煙氣余熱利用節(jié)能改造帶來了諸多困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有鍋爐尾部煙氣余熱回收存在的積灰、低溫腐蝕及換熱效率低、受煙道形狀位置限制等問題，提出一種新型膜式蒸發(fā)相變換熱空氣預(yù)熱器，解決了上述工程應(yīng)用難題。

本發(fā)明技術(shù)方案是：一種膜式蒸發(fā)相變換熱空氣預(yù)熱器，包括：蒸發(fā)段、蒸汽管、汽氣換熱段、凝水管、液體工質(zhì)過濾裝置、超微霧膜發(fā)生裝置和控制系統(tǒng)。其中:蒸發(fā)段置于煙道內(nèi)，蒸發(fā)段的上端通過蒸汽集箱與蒸汽管的下端相連，汽氣換熱段的上端與蒸汽管的上端相連，凝水管的上端與汽氣換熱段的下端相連，另一端通過液體工質(zhì)過濾裝置及超微霧膜發(fā)生裝置與蒸發(fā)段的另一端相連，控制系統(tǒng)分別與蒸汽管、汽氣換熱段、煙道的測(cè)溫點(diǎn)及風(fēng)道調(diào)節(jié)閥相連。

所述的汽氣換熱段包括：汽氣翅片換熱管排，其中：汽氣翅片換熱管排并排列置于汽氣換熱段的內(nèi)部；汽氣換熱段上部設(shè)置有連箱、蒸汽入口，汽氣換熱段下端設(shè)置有凝水出口。

所述超微霧膜發(fā)生裝置，包括：液體工質(zhì)過濾裝置，超微霧膜發(fā)生器，加壓泵及阻垢器；其中：過濾裝置上端與凝水管下端相連，另一端通過加壓泵、阻垢器與超微霧膜發(fā)生器相連，超微霧膜發(fā)生器置于蒸發(fā)段翅片換熱管排內(nèi)，向換熱管內(nèi)壁噴超微水霧并在內(nèi)壁形成霧膜。

所述的蒸發(fā)段包括：翅片換熱管排、蒸汽集箱和連接管，其中：翅片換熱管排置于豎直或水平煙道內(nèi)，連接管的兩端分別與翅片換熱管排以及蒸汽集箱相連，蒸汽集箱的位置高于管排的上端。

所述的控制系統(tǒng)，包括：煙氣入口溫度測(cè)點(diǎn)、煙氣出口溫度測(cè)點(diǎn)、蒸汽溫度測(cè)點(diǎn)、空氣入口溫度測(cè)點(diǎn)、空氣出口溫度測(cè)點(diǎn)及風(fēng)道調(diào)節(jié)閥，其中：蒸汽溫度測(cè)點(diǎn)設(shè)置于連接管上端。換熱器換熱管壁面溫度整體均勻一致，且可控可調(diào)，保持在露點(diǎn)溫度以上，有效避免了普通換熱器因蒸發(fā)段翅片換熱管排壁面溫度不均勻引起的酸露腐蝕、積灰等現(xiàn)象。

所述的蒸發(fā)段翅片換熱管排、汽氣換熱管排為并排的螺旋翅片管結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明除具備傳熱性好、換熱器各換熱管壁溫整體一致且可控可調(diào)，適用于水平、豎直等各式煙道，克服傳統(tǒng)相變換熱器在工程中因受現(xiàn)場(chǎng)條件限制不能應(yīng)用的弊端。

本發(fā)明的工作原理：

本發(fā)明膜式蒸發(fā)相變換熱空氣預(yù)熱器，其蒸發(fā)段安裝在鍋爐、窯爐尾部煙道內(nèi)，汽氣換熱段安裝在高于蒸發(fā)段的位置，,換熱器內(nèi)液體工質(zhì)經(jīng)過超微霧膜發(fā)生器在蒸發(fā)段翅片換熱管內(nèi)產(chǎn)生超微霧，微霧均勻附著在換熱管內(nèi)壁，吸收煙氣熱量，迅速汽化，在翅片換熱管內(nèi)產(chǎn)生飽和蒸汽，翅片管內(nèi)的飽和蒸汽通過連接管匯集至蒸汽集箱內(nèi)，蒸汽集箱通過蒸汽管連接至汽氣換熱段連箱的蒸汽進(jìn)口，在汽氣換熱段內(nèi)，通過熱交換，被加熱的空氣吸收熱量，溫度升高至設(shè)定溫度后，進(jìn)入鍋爐進(jìn)風(fēng)管道；飽和蒸汽放熱后冷凝成水，通過汽氣換熱段下端凝水管下降至過濾裝置，后經(jīng)加壓泵、阻垢器、超微霧膜發(fā)生器，重新在翅片管內(nèi)壁形成超微霧膜，往復(fù)循環(huán)，達(dá)到利用煙氣余熱之目的。調(diào)節(jié)風(fēng)道調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)空氣進(jìn)口風(fēng)量，以此控制汽氣換熱段汽氣換熱速率，使蒸汽測(cè)點(diǎn)溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度，從而使煙道內(nèi)蒸發(fā)段翅片換熱管壁溫可控可調(diào)，確保其始終高于酸露點(diǎn)溫度，避免酸露腐蝕。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中包括：1、煙道（1）,2、蒸發(fā)段（2），3、翅片換熱管排（3）,4、連接管（4），5、溫度測(cè)點(diǎn)（5）、6、蒸汽集箱（6），7、蒸汽管（7），8、溫度測(cè)點(diǎn)（8），9、汽氣換熱段（9），10、翅片換熱管排（10），11、溫度測(cè)點(diǎn)（11），12、凝水管（12），13、液體工質(zhì)過濾裝置（13），14、加壓泵（14），15、阻垢器（15），16、超微霧膜發(fā)生器（16），17、控制系統(tǒng)（17）,18、煙氣入口溫度測(cè)點(diǎn)（18），19、煙氣出口溫度測(cè)點(diǎn)（19），20、連箱（20），21、風(fēng)道調(diào)節(jié)閥（21）。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明：

本實(shí)例蒸發(fā)段（2）置于煙道（1）內(nèi)，蒸發(fā)段（2）的翅片換熱管排（3）通過連接管（4）與蒸汽集箱（6）相連，蒸汽集箱（6）上端與蒸汽管道（7）下端相連，蒸汽管（7）上端與汽氣換熱段（9）上端相連，汽氣換熱段（9）的下端與凝水管（12）的上端相連，凝水管道（12）下端與液體工過濾裝置（13）進(jìn)口相連，液體工質(zhì)過濾裝置（13）出口通過加壓泵（14）、阻垢器（15）與超微霧發(fā)生器（16）相連，超微霧膜發(fā)生器（16）內(nèi)置于翅片換熱管排（3）管內(nèi)，控制系統(tǒng)（17）與煙氣入口溫度測(cè)點(diǎn)（18）、煙氣出口溫度測(cè)點(diǎn)（19）、蒸汽溫度測(cè)點(diǎn)（5）、空氣入口溫度測(cè)點(diǎn)（8）、空氣出口溫度測(cè)點(diǎn)（11）、加壓泵（14）及風(fēng)道調(diào)節(jié)閥（21）相連。

本實(shí)例中蒸發(fā)段（2）包括：翅片換熱管排（3）、連接管（4）、蒸汽集箱（6），其中：翅片換熱管排（3）置于煙道（1）內(nèi)，翅片換熱管排（3）通過連接管（4）與蒸汽集箱（6）相連，蒸汽集箱（6）位置高于翅片換熱管排（3）。

本實(shí)例中汽氣換熱段（9）包括：汽水翅片換熱管排（10），其中：汽氣翅片換熱管排（10）并排列置于汽氣換熱段（9）的內(nèi)部；汽氣換熱段（9）上部設(shè)置有連箱（20）、蒸汽入口，汽氣換熱段（9）下端設(shè)置有凝水出口。

本實(shí)例中超微霧膜發(fā)生裝置包括：液體工質(zhì)過濾裝置（13）、加壓泵（14）、阻垢器（15）超微霧膜發(fā)生器（16）。其中超微霧膜發(fā)生器（16）置于翅片換熱管排（3）管內(nèi)。

本實(shí)例中控制系統(tǒng)（17）包括：煙氣入口溫度測(cè)點(diǎn)（18）、煙氣出口溫度測(cè)點(diǎn)（19）、蒸汽溫度測(cè)點(diǎn)（5）、空氣入口溫度測(cè)點(diǎn)（8）、空氣出口溫度測(cè)點(diǎn)（11）、風(fēng)道調(diào)節(jié)閥（21）。其中：溫度測(cè)點(diǎn)（5）設(shè)置于連接管（4）上端。

本實(shí)例實(shí)際運(yùn)行過程：高溫?zé)煔饨?jīng)過蒸發(fā)段的翅片換熱管排，與管內(nèi)的循環(huán)介質(zhì)換熱，煙溫降低；翅片管內(nèi)的工質(zhì)為經(jīng)超微霧膜發(fā)生器在翅片換熱管排管內(nèi)壁形成的循環(huán)工質(zhì)液膜，液膜吸收煙氣的熱量，迅速汽化形成水蒸汽，經(jīng)過連接管、蒸汽集箱、蒸汽管道后，進(jìn)入汽氣換熱段內(nèi)，與被加熱的鍋爐進(jìn)風(fēng)進(jìn)行換熱，放熱后凝結(jié)成水并經(jīng)凝水下降管道回流，經(jīng)液體工質(zhì)過濾裝置至超微霧膜發(fā)生器，完成一循環(huán)。

本發(fā)明溫度測(cè)點(diǎn)、加壓泵、風(fēng)道調(diào)節(jié)閥通過PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)控制，通過監(jiān)控溫度測(cè)點(diǎn)的溫度，調(diào)節(jié)風(fēng)道調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)空氣風(fēng)量，以此來控制汽氣換熱段汽氣換熱速率，使蒸汽測(cè)點(diǎn)溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度，從而使煙道內(nèi)蒸發(fā)段翅片換熱管壁溫可控可調(diào)，確保換熱管壁溫始終高于煙氣酸露點(diǎn)溫度，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。

本實(shí)施例為一電廠75t/h燃煤鍋爐，煙氣溫度154℃，酸露點(diǎn)溫度為89.97℃，煙氣經(jīng)過蒸發(fā)段與翅片換熱管排的外表面直接接觸，煙氣與翅片管排內(nèi)的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)行熱交換后溫度降低至115℃。

經(jīng)超微霧膜發(fā)生器在翅片換熱管排內(nèi)管壁形成的均勻循環(huán)工質(zhì)薄液膜，被煙氣加熱后，汽化形成蒸汽，蒸汽通過連接管、蒸汽集箱、蒸汽管后進(jìn)入汽氣換熱段，在汽氣換熱段與被加熱空氣進(jìn)行換熱后凝結(jié)成水，凝水通過凝水管回流至液體工質(zhì)過濾裝置，最終至超微霧發(fā)生器形成循環(huán)回路，循環(huán)介質(zhì)在此循環(huán)回路內(nèi)以汽、液兩相態(tài)循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。

在汽氣換熱段，20℃的被加熱空氣經(jīng)過風(fēng)道調(diào)節(jié)閥，進(jìn)入汽氣換熱段內(nèi)，被翅片換熱管內(nèi)循環(huán)工質(zhì)蒸汽加熱至72℃后，進(jìn)入空氣母管道。

控制系統(tǒng)通過監(jiān)控溫度測(cè)點(diǎn)溫度，將信號(hào)發(fā)送風(fēng)道調(diào)節(jié)閥，適時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)道調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)被加熱空氣風(fēng)量，使蒸汽溫度測(cè)點(diǎn)溫度穩(wěn)定在100℃，蒸發(fā)段翅片管壁面也保持在100℃，高于89.97℃的酸露點(diǎn)溫度，有效避免了換熱器的酸露腐蝕。當(dāng)溫度測(cè)點(diǎn)值小于100℃時(shí)，產(chǎn)生酸露腐蝕、積灰等現(xiàn)象的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)加大。這時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)把實(shí)測(cè)的溫度信號(hào)反饋給風(fēng)道調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)其開度，減小被加熱空氣流量，使測(cè)點(diǎn)溫度回升并穩(wěn)定在100℃。當(dāng)溫度測(cè)點(diǎn)值大于100℃時(shí)，排煙溫度升高，煙氣余熱不能充分利用。這時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)把實(shí)測(cè)的溫度信號(hào)反饋給風(fēng)道調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)其開度，增大被加熱空氣流量，使測(cè)點(diǎn)溫度下降并穩(wěn)定在100℃，最大限度地回收煙氣余熱。

通過監(jiān)測(cè)蒸汽管蒸汽溫度，通過控制系統(tǒng)適時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)道調(diào)節(jié)閥開度，最終使循環(huán)介質(zhì)溫度始終保持在100℃左右，蒸發(fā)段翅片換熱管排壁面溫度也始終保持在100℃左右，高于露點(diǎn)溫度10℃，膜式蒸發(fā)相變換熱器出口煙溫保持在115℃左右。本發(fā)明在避免酸露腐蝕的前提下，最大限度地降低了排煙溫度，提高了鍋爐效率。