專利名稱：利用煙氣低溫?zé)岬闹苯託馑畵Q熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種熱工設(shè)備，更具體地說，本實用新型涉及一種利用天然氣燃燒設(shè)備排出的低溫余熱進行加熱的換熱器。
背景技術(shù)：
面對世界性的能源短缺危機，中國國內(nèi)單位國民生產(chǎn)總值GDP所消耗的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家，甚至高于某些發(fā)展中國家的消耗水平，因此高效地利用能源成為一個事關(guān)可持續(xù)性發(fā)展的迫不及待需解決的大問題。其中煙氣低溫余熱利用一直以來成為業(yè)界關(guān)注的問題。
對于上述的技術(shù)問題，有中國專利文件86208952.U所公開的一種高效氣水換熱器是由筒體、若干個雙排螺旋管換熱器、水循環(huán)、蒸氣循環(huán)、排污設(shè)施構(gòu)成，在筒體外部采取保溫措施。據(jù)稱其為一種安全系數(shù)高，供水水質(zhì)好，節(jié)約能源的供熱設(shè)備，可供給多層建筑及在易燃易爆場所供給高溫生活用水的供水設(shè)備，亦可用于工廠、機關(guān)、賓館、輪船洗浴及取暖。
在此方面還有中國專利文件98231389.6的公開了一種旋流式氣水換熱器，由煙氣進出口、進出水口、及換熱管組成，而其大直徑的、兩端分別裝有煙氣進口和煙氣出口的外換熱管和小直徑的內(nèi)換熱管為同圓心平行設(shè)置，內(nèi)外換熱管兩端用圓形環(huán)板封閉，外換熱管與內(nèi)換熱管之間的圓環(huán)形空間焊有旋流導(dǎo)流板。據(jù)稱該裝置能令煙氣形成旋流式運動，換熱效率高，換熱管結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，節(jié)省材料，成本低廉，工作可靠，運行壽命長。可直接用于煙氣的熱回收或作為熱水爐中的一個換熱構(gòu)件，用于采暖或其它需要熱水供應(yīng)的場合。
然而，上述已知的氣-水換熱器通常都采用間壁換熱的方式，即煙氣通過換熱管壁將熱量傳給冷水，從而將冷水加熱后送給用戶。這種熱交換方式其傳系數(shù)不高，一般低于80W/(m2℃)。因此在回收溫度較低的煙氣低溫余熱時需要布置大量的鋼管受熱面，鋼管受熱面除了需要大量鋼材外，還會對煙氣產(chǎn)生很高流動阻力；間壁換熱帶來的問題還在于傳熱面容易結(jié)垢，為了防止結(jié)垢而不得不經(jīng)常進行維護或投入水軟化劑，或采用去離子等水處理措施。盡管如此，換熱器仍然存在長期運行效率下降、換熱器壽命較短。因此，普通的氣-水換熱器難以在回收煙氣低溫余熱的實際工程設(shè)計中被采用。

發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，本實用新型所要達(dá)到的技術(shù)目的是要提供一種單位體積重量更輕、傳熱效率更高更穩(wěn)定、沒有結(jié)垢問題、結(jié)構(gòu)簡單的利用煙氣低溫?zé)岬闹苯託馑畵Q熱器。
為此，本實用新型的技術(shù)方案是一種利用煙氣低溫余熱的直接氣水換熱器，該換熱器包括器體，在器體壁面上敷設(shè)有隔熱層，所述器體上裝設(shè)有進水管、出水管、控制閥門和煙囪，在器體內(nèi)設(shè)置有煙氣通道，而在所述器體的側(cè)壁上開設(shè)有煙氣進口，器體內(nèi)部正對該煙氣進口的軸向上設(shè)置有煙氣均流裝置，該均流裝置包括截面彎折向上的煙氣折板；所述煙氣通道包括穿越所述煙氣折板的通道及煙氣折板上方的器體內(nèi)部空間，在煙氣折板上方的器體空間內(nèi)設(shè)置有破碎水滴的花灑裝置；所述進水管的管口和煙囪開口均設(shè)置在所述花灑裝置的上方，所述煙氣折板下方設(shè)有匯集水滴的熱水箱，所述出水管的管口設(shè)置在所述熱水箱的下部。針對傳統(tǒng)氣水換熱器間壁換熱存在的缺點，本實用新型換熱器采用了全新理念的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)低溫?zé)煔馀c水媒體間的傳熱方式，它取消了固體壁面的煙管及間壁，不需要通過固體傳熱面的中介，而是依靠水和煙氣直接接觸進行熱交換，為了克服煙氣與水之間的傳熱界面太小的問題，本實用新型獨出心裁、別開蹊徑，采用正對該煙氣進口的軸向上設(shè)置均流裝置的結(jié)構(gòu)，設(shè)置的煙氣折板將低溫?zé)煔夥稚⒁龑?dǎo)向上與下落水滴相接觸；另一方面，在煙氣通道內(nèi)采用破碎水滴的花灑裝置將大團的水媒體分割成為下降速度和流量適當(dāng)且均勻可控的水滴并形成水滴落場，在水滴落場中的水滴大小適中，既不會被低溫?zé)煔鈳С?，也不會因為下落太快、粒徑太大而受熱不充分?dǎo)致傳熱效率不佳，這樣，大小適中、落場均勻的水滴在與低溫?zé)煔庾髂嫦蛄鲃拥闹苯咏佑|中，會產(chǎn)生很大的動態(tài)傳熱比表面積，從而令傳熱效率大大增加，對于低溫?zé)煔庖膊粫纬蛇^大的阻力，能保證傳熱得以充分穩(wěn)定進行。而且，由于本實用新型令水滴瀑布直接接觸低溫?zé)煔?，可以吸收煙氣中的水蒸氣的冷凝潛熱，從而極大地降低排煙溫度，最終經(jīng)過設(shè)在器體下部的熱水箱及出水管的收集得到高熱焓的水媒體。經(jīng)實驗證實，本實用新型的熱效率可高達(dá)98％以上，開機后升溫速度非?？欤挥忠驗槭∪チ藸t膽和/或煙管等固體受熱面，本實用新型的換熱器的重量只有相同規(guī)格換熱器的1/10；而且，沒有固體受熱面會產(chǎn)生的結(jié)垢問題，換熱器長期使用效率不會下降，無需水處理工序和設(shè)備，大大簡化了維護工作和成本，運行安全可靠性大大增加，本實用新型換熱器的有效壽命預(yù)期可長達(dá)20～30年。而且經(jīng)過實驗證明當(dāng)采用經(jīng)過處理的潔凈的天然氣作為燃料時，本發(fā)明裝置中的煙氣直接加熱的熱水經(jīng)檢驗符合國家規(guī)定的生活衛(wèi)生用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。此外也可以根據(jù)用戶需要外置二次板式換熱器進行二次換熱，使經(jīng)過煙氣直接加熱的熱水在本換熱器與二次換熱器之間形成閉式循環(huán)，通過二次換熱器來加熱用戶用水，二次換熱器的另一對相通管口分別與自來水管和供熱水管相連接。這樣即可絕對保證洗浴水質(zhì)，徹底消除用戶在水質(zhì)方面的疑慮。但是在采用二次換熱方案時，在有煙氣中的水蒸氣冷凝條件下，在水箱高位液面處須留一個溢流口。亦即為滿足對于熱水質(zhì)量的更高要求，本實用新型的熱水輸出管經(jīng)由二次換熱器的一對相通管口與所述進水管相互連通，該二次換熱器的另一對相通管口分別與自來水管和供熱水管相連接。
由于具有上述改進的結(jié)構(gòu)，本實用新型適于采用潔凈氣體燃料的鍋爐或熱電聯(lián)供系統(tǒng)余熱鍋爐排出的、水蒸氣露點不低于60℃的低溫?zé)煔庠?30℃～50℃溫度段熱量的回收；可以將水加熱到水蒸氣的露點溫度60℃。
由于本實用新型設(shè)備采用氣水直接接觸換熱，所以在煙氣中水蒸氣分壓較高時，不僅煙氣中水蒸氣冷凝潛熱大部分都可以被回收利用，使按照低熱值計算的天然氣化學(xué)能利用效率能夠達(dá)到甚至超過100％，而且有可能使?jié)崈舻睦淠驳玫交厥绽谩?br> 為了進一步減小低溫?zé)煔獾淖枇Σ⑻岣叩蜏赜酂崂寐剩緦嵱眯滦退鰺焽栝_口設(shè)在所述器體的頂部，煙囪開口依次向下設(shè)置有人字截面的除霧擋板陣列、進水管。這樣低溫?zé)煔庵懈邷氐乃帜鼙幻娣e較大、溫度較低的除霧擋板捕獲，使得熱能吸收率得到提高。
為進一步強化本實用新型的氣液熱交換界面，實現(xiàn)氣液界面的微細(xì)化、均勻化、動態(tài)化，本實用新型采取如下較具體改進措施所述進水管管壁上開有多排配水小孔；所述花灑裝置為柵桿陣列。所述的均流裝置具有二塊或二塊以上平行排列的條狀煙氣折板，這些煙氣折板的位置高度按其相對所述煙氣進口的距離呈梯次遞降地排列；所述的花灑裝置為二層或二層以上結(jié)構(gòu)。對于大股連續(xù)水流首先采用多排配水小孔初步分割成為下落涓流，再利用柵桿陣列將下落涓流進一步分割形成彌漫的水滴落場，為了因材制宜和便于工程實施，本實用新型在同一高度上的多根柵桿平行排列構(gòu)成單層?xùn)艞U陣列，不同高度上的多根柵桿平行排列構(gòu)成多層?xùn)艞U陣列；相鄰層上的鄰近柵桿之間彼此上下錯開。所述煙氣折板截面的彎折角度為直角，其折邊之一朝上；柵桿的向上側(cè)面為平整表面，其向下側(cè)面為下凸曲面。柵桿的向下側(cè)面為尖角朝下的角鋼表面，柵桿的向上側(cè)面為覆蓋住角鋼槽口的蓋板。柵桿的上述結(jié)構(gòu)可以減小煙氣上升的阻力、增加逆流直接熱交換的水滴的比表面積，為進一步提高操作自動化水平、穩(wěn)定性、和熱效率，自動控制器內(nèi)熱水箱的液面，實現(xiàn)無人值守穩(wěn)定運行，本實用新型在出水管口外連接有水泵和熱水輸出管，所述熱水箱和水泵之間設(shè)置有控制液位的電器裝置。所述水泵入口處還設(shè)置有過濾器；所述熱水箱外表敷設(shè)有隔熱層。
以下，結(jié)合具體實施例和附圖對本實用新型的技術(shù)解決方案作進一步說明。

圖1為本實用新型換熱器實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式如圖1，所示為一種利用煙氣低溫?zé)岬闹苯託馑畵Q熱器，該換熱器包括器體1，在器體1壁面上敷設(shè)有隔熱層(未示出)，器體1上裝設(shè)有管壁上開有多排配水小孔21的進水管2、出水管3、控制閥門4和設(shè)在所述器體1頂部的煙囪5，在器體1內(nèi)設(shè)置有煙氣通道，而在器體1的側(cè)壁上開設(shè)有煙氣進口6，器體1內(nèi)部正對該煙氣進口6的軸向上設(shè)置有煙氣均流裝置7，該均流裝置7包括截面彎折向上的煙氣折板71；煙氣通道包括穿越煙氣折板71的通道及煙氣折板71上方的器體1內(nèi)部空間，在煙氣折板71上方的器體1空間內(nèi)設(shè)置有破碎水滴的花灑裝置8；進水管2的管口20和煙囪5開口50均設(shè)置在所述花灑裝置8的上方，煙氣折板7下方設(shè)有匯集水滴的熱水箱9，出水管3的管口30設(shè)置在熱水箱9的下部。煙囪5開口50依次向下設(shè)置有人字截面的除霧擋板陣列10、進水管2。
均流裝置7具有4塊平行排列的條狀煙氣折板71，煙氣折板71截面的彎折角度為直角，其折邊之一朝上；這些煙氣折板71的位置高度按其相對煙氣進口6的距離呈梯次遞降地排列；花灑裝置8為三層?xùn)艞U陣列81結(jié)構(gòu)。在同一高度上的多根所述柵桿81平行排列構(gòu)成單層?xùn)艞U陣列，不同高度上的多根柵桿81平行排列構(gòu)成多層?xùn)艞U陣列；相鄰層上的鄰近柵桿81之間彼此上下錯開。柵桿81的向上側(cè)面為平整表面，其向下側(cè)面為下凸曲面。柵桿81的向下側(cè)面為尖角朝下的角鋼表面，柵桿81的向上側(cè)面為覆蓋住角鋼槽口的蓋板。
在出水管3口外連接有水泵11和熱水輸出管12，熱水箱9和水泵11之間設(shè)置有控制液位的電器裝置(未示出)，在熱水箱9的高位液面處留有一個備用的溢流管口14。
水泵11入口處還設(shè)置有過濾器13；熱水箱9外表敷設(shè)有隔熱層(未示出)。
權(quán)利要求1.一種利用煙氣低溫?zé)岬闹苯託馑畵Q熱器，該換熱器包括器體(1)，在器體(1)壁面上敷設(shè)有隔熱層，所述器體(1)上裝設(shè)有進水管(2)、出水管(3)、控制閥門(4)和煙囪(5)，在所述器體(1)內(nèi)設(shè)置有煙氣通道，其特征在于在所述器體(1)的側(cè)壁上開設(shè)有煙氣進口(6)，器體(1)內(nèi)部正對該煙氣進口(6)的軸向上設(shè)置有煙氣均流裝置(7)，該均流裝置(7)包括截面彎折向上的煙氣折板(71)；所述煙氣通道包括穿越所述煙氣折板(71)的通道及煙氣折板(71)上方的器體(1)內(nèi)部空間，在所述煙氣折板(71)上方的器體(1)空間內(nèi)設(shè)置有破碎水滴的花灑裝置(8)；所述進水管(2)的管口(20)和煙囪(5)開口(50)均設(shè)置在所述花灑裝置(8)的上方，所述煙氣折板(71)下方設(shè)有匯集水滴的熱水箱(9)，所述出水管(3)的管口(30)設(shè)置在所述熱水箱(9)的下部。
2.如權(quán)利要求1所述的利用煙氣低溫?zé)岬闹苯託馑畵Q熱器，其特征在于所述煙囪(5)開口(50)設(shè)在所述器體(1)的頂部，煙囪(5)開口(50)依次向下設(shè)置有人字截面的除霧擋板陣列(10)、進水管(2)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的利用煙氣低溫?zé)岬闹苯託馑畵Q熱器，其特征在于所述進水管(2)管壁上開有多排配水小孔(21)；所述花灑裝置(8)為柵桿(81)陣列。
4.如權(quán)利要求3所述的利用煙氣低溫?zé)岬闹苯託馑畵Q熱器，其特征在于所述的均流裝置(7)具有二塊或二塊以上平行排列的條狀煙氣折板(71)，這些煙氣折板(71)的位置高度按其相對所述煙氣進口(6)的距離呈梯次遞降地排列；所述的花灑裝置(8)為二層或二層以上結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求3所述的利用煙氣低溫?zé)岬闹苯託馑畵Q熱器，其特征在于在同一高度上的多根所述柵桿(81)平行排列構(gòu)成單層?xùn)艞U陣列，不同高度上的多根柵桿(81)平行排列構(gòu)成多層?xùn)艞U陣列；相鄰層上的鄰近柵桿(81)之間彼此上下錯開。
6.如權(quán)利要求3所述的利用煙氣低溫?zé)岬闹苯託馑畵Q熱器，其特征在于所述煙氣折板(71)截面的彎折角度為直角，其折邊之一朝上；所述柵桿(81)的向上側(cè)面為平整表面，其向下側(cè)面為下凸曲面。
7.如權(quán)利要求3所述的利用煙氣低溫?zé)岬闹苯託馑畵Q熱器，其特征在于所述柵桿(81)的向下側(cè)面為尖角朝下的角鋼表面，所述柵桿(81)的向上側(cè)面為覆蓋住角鋼槽口的蓋板。
8.如權(quán)利要求3所述的利用煙氣低溫?zé)岬闹苯託馑畵Q熱器，其特征在于在所述出水管(3)口外連接有水泵(11)和熱水輸出管(12)，所述熱水箱(9)和水泵(11)之間設(shè)置有控制液位的電器裝置。
9.如權(quán)利要求3所述的利用煙氣低溫?zé)岬闹苯託馑畵Q熱器，其特征在于所述水泵(11)入口處還設(shè)置有過濾器(13)；所述熱水箱(9)外表敷設(shè)有隔熱層。
10.如權(quán)利要求3所述的利用煙氣低溫?zé)岬闹苯託馑畵Q熱器，其特征在于所述熱水輸出管(12)經(jīng)由二次換熱器的一對相通管口與所述進水管(2)相互連通，該二次換熱器的另一對相通管口分別與自來水管和供熱水管相連接。
專利摘要本實用新型涉及一種利用煙氣低溫?zé)岬闹苯託馑畵Q熱器，該換熱器包括器體，在器體壁面上敷設(shè)有隔熱層，器體上裝設(shè)有進水管、出水管、控制閥門和煙囪，在器體內(nèi)設(shè)置有煙氣通道，而在器體的側(cè)壁上開設(shè)有煙氣進口，器體內(nèi)部正對該煙氣進口的軸向上設(shè)置有煙氣均流裝置，該均流裝置包括截面彎折向上的煙氣折板；煙氣通道包括穿越煙氣折板的通道及煙氣折板上方的器體內(nèi)部空間，在煙氣折板上方的器體空間內(nèi)設(shè)置有破碎水滴的花灑裝置；進水管的管口和煙囪開口均設(shè)置在花灑裝置的上方，煙氣折板下方設(shè)有匯集水滴的熱水箱，出水管的管口設(shè)置在所述熱水箱的下部。本實用新型換熱器優(yōu)點為單位體積重量更輕、傳熱效率更高更穩(wěn)定、沒有結(jié)垢問題、結(jié)構(gòu)簡單。
文檔編號F24H8/00GK2773551SQ20052005371
公開日2006年4月19日 申請日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月19日
發(fā)明者華賁, 劉效洲 申請人:華南理工大學(xué)