專利名稱：一種利用煙氣冷凝熱能的復(fù)合型防腐換熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天然氣鍋爐或燃?xì)庵比紮C(jī)等天然氣利用設(shè)備回收利用煙氣冷凝熱能的換 熱裝置和冷凝式天然氣鍋爐或燃?xì)庵比紮C(jī)等冷凝式天然氣利用設(shè)備用冷凝換熱器。特別涉及 一種利用煙氣冷凝熱能的復(fù)合型防腐換熱裝置及其制造方法，屬于傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化與金屬防腐 技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景目前普通天然氣鍋爐和直燃機(jī)等天然氣利用設(shè)備，排煙溫度均在ioo°c以上，造成能源浪費和對環(huán)境的污染，其熱效率一般低于90%。在天然氣利用設(shè)備尾部增設(shè)煙氣冷凝換熱器，將排煙溫度降到煙氣露點溫度以下，不僅 可以利用排煙顯熱，還可利用天然氣燃燒時產(chǎn)生的大量水蒸氣凝結(jié)時放出的大量潛熱，熱效 率可提高10 20%，理論上，回收水蒸汽潛熱可提高熱效率11%。從而節(jié)約能源，并減少有害 氣體排放，同時凝結(jié)液會溶解吸收排煙中COx、 N0x、 S0x等部分有害氣體，對煙氣還有一定的 凈化作用。因此，研究與開發(fā)煙氣冷凝熱能回收利用裝置，開發(fā)冷凝式天然氣利用設(shè)備或?qū)?普通天然氣利用設(shè)備系統(tǒng)改造為冷凝式系統(tǒng)，是高效利用天然氣、減少環(huán)境污染最有效途徑。 因此，研究開發(fā)煙氣冷凝換熱器或換熱裝置，成為熱科學(xué)和能源環(huán)境工程領(lǐng)域熱點課題。由于水蒸汽凝結(jié)液溶解了煙氣中部分有害氣體，形成含有硝酸根、亞硝酸根、氯酸根、 硫酸根離子的具有較強(qiáng)酸性的腐蝕液，會對換熱器造成腐蝕，影響其使用壽命。同時，冷凝 式天然氣利用設(shè)備通常要求結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、成本低，同時阻力小。因而，冷凝 換熱設(shè)備的防腐技術(shù)與傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化技術(shù)及集成設(shè)計技術(shù)，成為開發(fā)冷凝式天然氣利用設(shè)備 技術(shù)關(guān)鍵。目前，國際上冷凝換熱器或裝置主要采用如鑄鋁、鋁合金、鎳合金、不銹鋼及特氟隆等 材料作為換熱材料。此類換熱設(shè)備加工難度大、成本高、材料導(dǎo)熱能力差不利于設(shè)備緊湊化， 應(yīng)用中占據(jù)空間大，煙氣阻力大以至于設(shè)備系統(tǒng)不能正常運行。同時構(gòu)造理念單一，不能將 此類換熱設(shè)備根據(jù)溫度環(huán)境和腐蝕環(huán)境變化，進(jìn)行分別設(shè)置和優(yōu)化整體構(gòu)造，使得目前此類 產(chǎn)品適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性受到限制。綜合利用不同材料物理化學(xué)性能中的熱傳導(dǎo)性與力學(xué)性能和可加工性及耐蝕性，對不同材 料優(yōu)選和優(yōu)化組合利用，并進(jìn)行形狀結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和表面改性技術(shù)處理，使得此類產(chǎn)品實用 性和經(jīng)濟(jì)性得到根本改善。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種利用煙氣冷凝熱能的復(fù)合型防腐換熱裝置，以回收利用天然氣利用設(shè)備排煙中的顯熱及煙氣中水蒸氣凝結(jié)釋放出的潛熱，強(qiáng)化換熱，進(jìn)一步提高天然氣利 用設(shè)備的熱能利用率和耐久性及經(jīng)濟(jì)性，同時減少污染。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種利用煙氣冷凝熱能的復(fù)合型防腐換熱裝置，其特征在于該裝置包括高溫?zé)煔鈸Q熱 段1和低溫?zé)煔鈸Q熱段2兩個肋片管式換熱段，所述的高溫?zé)煔鈸Q熱段和低溫?zé)煔鈸Q熱段采 用上下串聯(lián)結(jié)構(gòu)；所述的低溫?zé)煔鈸Q熱段包括銅質(zhì)肋片基管和設(shè)置在該基管上的銅質(zhì)肋片組 成，在所述的銅質(zhì)肋片基管外表面和銅質(zhì)肋片表面均依次鍍有鉬酸鈉為穩(wěn)定劑的非晶態(tài)鎳銅 磷化學(xué)復(fù)合鍍層和有機(jī)涂層；高溫?zé)煔鈸Q熱段的肋片基管和肋片與低溫?zé)煔鈸Q熱段中的肋片 基管和肋片采用不同材質(zhì)的材料制作。本發(fā)明所述的有機(jī)涂層采用氟樹脂、聚氨酯或氟碳樹脂涂層。本發(fā)明所述低溫?zé)煔鈸Q熱段的肋片采用整體肋片，在整體肋片中設(shè)有三角形或圓形均壓 孔4。整體肋片上下邊緣為圓弧形，上邊緣圓弧比下邊緣圓弧平緩，肋片基管下部肋片高度 高于肋片基管上部肋片高度。所述的低溫?zé)煔鈸Q熱段的銅質(zhì)肋片基管采用圓管、橢圓管或近 似橢圓管。所述的銅質(zhì)肋片基管和銅質(zhì)肋片采用白銅或紫銅為基材。本發(fā)明所述的高溫?zé)煔鈸Q熱段的肋片基管采用不銹鋼鋁復(fù)合管，肋片采用單體鋁合金肋 片。所述的鋁合金肋片為含硅、錳及鎂的鋁合金肋片。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果①本發(fā)明提供的利用煙氣冷凝熱 能的復(fù)合型防腐換熱裝置，包括分別采用不同材料和不同肋片形式的兩個肋片管式換熱段， 綜合利用不同材料物理化學(xué)性能中的熱傳導(dǎo)性與力學(xué)性能和可加工性及耐蝕性，對不同材料 優(yōu)選和優(yōu)化組合利用，并進(jìn)行形狀結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和表面改性技術(shù)處理，使得此類產(chǎn)品實用性 和經(jīng)濟(jì)性得到根本改善。②在低溫?fù)Q熱段，采用銅材為基材，涂鍍復(fù)合防腐鍍層，不僅發(fā)揮 了銅質(zhì)換熱器卓越的傳熱性能、結(jié)構(gòu)緊湊、易于加工成形等突出優(yōu)點，而且由于本發(fā)明采用 了特殊的防腐鍍膜及其加造工藝，即鉬酸鈉為穩(wěn)定劑的非晶態(tài)鎳銅磷化學(xué)復(fù)合鍍層和有機(jī)涂 層，綜合利用了化學(xué)鍍層和有機(jī)涂層，進(jìn)行優(yōu)勢互補，有效提高其耐腐蝕性能和使用壽命， 且明顯增強(qiáng)了其傳熱性能。③采用適合不同材質(zhì)的強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)、降低流動阻力、易于加工 和節(jié)省材料的肋片形式；④在低溫?fù)Q熱段，將肋片設(shè)計成圓弧形，并在肋片上設(shè)計專門的圓 形或三角形均壓孔，有利于均壓和凝結(jié)液的導(dǎo)流；⑤肋片基管采用橢圓管或近似橢圓管，進(jìn) 一步強(qiáng)化了對流換熱，換熱器的傳熱系數(shù)可提高20 40%。


圖1為本發(fā)明提供的利用煙氣冷凝熱能的復(fù)合型防腐換熱裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。1為 高溫?fù)Q熱段，2為低溫?fù)Q熱段。圖2為高溫?fù)Q熱段結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為低溫?fù)Q熱段結(jié)構(gòu)示意圖。圖4a為低溫?fù)Q熱段肋片管為圓管，肋片中有三角形均壓孔，上、下邊緣采用圓弧形的結(jié) 構(gòu)示意圖。圖4b為低溫?fù)Q熱段肋片管為圓管，肋片中有圓形均壓孔，上、下邊緣釆用圓弧形的結(jié)構(gòu) 示意圖。圖5a為低溫?fù)Q熱段肋片管為橢圓管，肋片中有三角形均壓孔，上、下邊緣采用圓弧形的 結(jié)構(gòu)示意圖。圖5b為低溫?fù)Q熱段肋片管為橢圓管，肋片中有圓形均壓孔，上、下邊緣采用圓弧形的結(jié) 構(gòu)示意圖。圖中l(wèi)一高溫?fù)Q熱段；2 —低溫?fù)Q熱段；3 —肋片；4一均壓孔。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖l本發(fā)明提供的利用煙氣冷凝熱能的復(fù)合型防腐換熱裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置由 兩個肋片管式換熱段組成，即高溫?fù)Q熱段1和低溫?fù)Q熱段2。兩個換熱段實行上下串聯(lián)連接， 煙氣與冷卻用水逆向流動。溫度較高的煙氣先從上部流經(jīng)高溫?fù)Q熱段l，降溫后再流過下部 的低溫?fù)Q熱段2。冷卻水先進(jìn)入下部的低溫?fù)Q熱段，再流過上部的高溫?fù)Q熱段。在低溫?fù)Q熱 段，煙氣中的水蒸氣冷凝，形成含有硝酸根、亞硝酸根、氯酸根和硫酸根離子的酸性腐蝕液， 會對換熱器造成腐蝕，本發(fā)明中在低溫?fù)Q熱段2的肋片基管上采用復(fù)合鍍層，有效地提高了 其耐腐蝕性和使用壽命。高溫?fù)Q熱段1的肋片基管釆用不銹鋼鋁復(fù)合管，即管內(nèi)側(cè)為不銹鋼，管外側(cè)為鋁合金， 肋片采用鋁合金。鋁合金為含硅、錳及鎂的鋁合金。肋片為單體圓肋片。低溫?fù)Q熱段2由銅 質(zhì)肋片基管和銅質(zhì)肋片組成。肋片3為整體肋片。肋片基管及肋片材料采用白銅或紫銅，在 所述的肋片基管外表面和肋片表面均鍍有以鉬酸鈉為穩(wěn)定劑的非晶態(tài)鎳銅磷化學(xué)復(fù)合鍍層和 有機(jī)涂層。即先鍍以鉬酸鈉為穩(wěn)定劑的非晶態(tài)鎳銅磷化學(xué)復(fù)合鍍層，然后再進(jìn)行有機(jī)涂層涂 鍍，即制成帶有非晶態(tài)鎳銅磷化學(xué)復(fù)合鍍層和有機(jī)涂層的復(fù)合防腐冷凝換熱段。有機(jī)涂層采 用氟樹脂、聚氨酯或氟碳樹脂類涂層。肋片基管采用圓管、橢圓管或近似橢圓管；肋片中設(shè)有三角形或圓形均壓孔4;肋片上、 下邊緣為圓弧形，肋片上邊緣圓弧比下邊緣圓弧平緩，肋片基管下部肋片高度高于肋片基管 上部肋片高度，肋片形狀易于使煙氣流動更均勻、阻力小、易于冷凝液的導(dǎo)流，有利于提高 耐溫和耐腐蝕性。在肋片上設(shè)計專門的均壓孔，均壓孔的形狀為三角形或圓形，均壓孔位置 與周圍各肋片基管的圓心等距，使流經(jīng)肋片間煙氣流動均勻和流動阻力減小。本發(fā)明所提供的利用煙氣冷凝熱能的復(fù)合型防腐換熱裝置低溫?fù)Q熱段的制造方法如下1) 以銅材為基材，制成銅質(zhì)肋片管式換熱器,并對其表面進(jìn)行預(yù)處理；2) 對肋片基管外表面和肋片表面，在常壓、溫度為80 9(TC下進(jìn)行以鉬酸鈉為穩(wěn)定劑的非晶態(tài)鎳銅磷化學(xué)復(fù)合鍍；3) 對鍍有以鉬酸鈉為穩(wěn)定劑的非晶態(tài)鎳銅磷化學(xué)復(fù)合鍍的換熱段整體，進(jìn)行有機(jī)涂層 涂鍍，即制成帶有非晶態(tài)鎳銅磷化學(xué)復(fù)合鍍層和有機(jī)涂層的復(fù)合防腐冷凝換熱段。4) 將高溫?fù)Q熱段1和低溫?fù)Q熱段2按圖1的順序組裝在一起，即制成利用煙氣冷凝熱 能的復(fù)合型防腐換熱裝置。實施例l:高溫?fù)Q熱段l采用不銹鋼鋁復(fù)合管和鋁合金肋片。低溫?fù)Q熱段2的肋片基管 和肋片均采用紫銅，肋片基管為圓管，肋片中設(shè)有三角形均壓孔；肋片上、下邊緣為圓弧形， 肋片上邊緣圓弧比下邊緣圓弧平緩，肋片基管上部肋片高度低于下部肋片高度。在肋片基管 外表面和肋片表面均鍍有以鉬酸鈉為穩(wěn)定劑的非晶態(tài)鎳銅磷化學(xué)復(fù)合鍍層，再涂鍍氟樹脂有 機(jī)涂層?；瘜W(xué)鍍膜厚度為20um 、有機(jī)涂層厚為20"ra,耐久年限為8年。實施例2:換熱段l采用不銹鋼鋁復(fù)合管和鋁合金肋片。換熱段2的肋片基管和肋片均 采用紫銅，肋片基管為橢圓管，肋片中設(shè)有三角形均壓孔；肋片上、下邊緣為圓弧形，肋片 上邊緣圓弧比下邊緣圓弧平緩，肋片基管上部肋片高度低于下部肋片高度。在肋片基管外表 面和肋片表面均鍍有以鉬酸鈉為穩(wěn)定劑的非晶態(tài)鎳銅磷化學(xué)復(fù)合鍍層，再涂鍍氟碳樹脂有機(jī) 涂層。化學(xué)鍍膜厚度為30um、有機(jī)涂層厚為30um，耐久年限為10年。實施例3:換熱段1采用不銹鋼鋁復(fù)合管和鋁合金肋片。換熱段2的肋片基管和肋片均 采用紫銅，肋片基管為橢圓管，肋片中設(shè)有圓形均壓孔；肋片上、下邊緣為圓弧形，肋片上 邊緣圓弧比下邊緣圓弧平緩，肋片基管上部肋片高度低于下部肋片高度。在肋片基管外表面 和肋片表面均鍍有以鉬酸鈉為穩(wěn)定劑的非晶態(tài)鎳銅磷化學(xué)復(fù)合鍍層，再涂鍍聚氨酯有機(jī)涂層。 化學(xué)鍍膜厚度為30uni、有機(jī)涂層厚為30ym ，耐久年限為10年。
權(quán)利要求
1.一種利用煙氣冷凝熱能的復(fù)合型防腐換熱裝置，其特征在于該裝置包括高溫?zé)煔鈸Q熱段(1)和低溫?zé)煔鈸Q熱段(2)兩個肋片管式換熱段，所述的高溫?zé)煔鈸Q熱段和低溫?zé)煔鈸Q熱段采用上下串聯(lián)結(jié)構(gòu)；所述的低溫?zé)煔鈸Q熱段包括銅質(zhì)肋片基管和設(shè)置在該基管上的銅質(zhì)肋片組成，在所述的銅質(zhì)肋片基管外表面和銅質(zhì)肋片表面均依次鍍有鉬酸鈉為穩(wěn)定劑的非晶態(tài)鎳銅磷化學(xué)復(fù)合鍍層和有機(jī)涂層；高溫?zé)煔鈸Q熱段(1)的肋片基管和肋片與低溫?zé)煔鈸Q熱段中的肋片基管和肋片采用不同材質(zhì)的材料制作。
2. 按照權(quán)利要求1所述的利用煙氣冷凝熱能的復(fù)合型防腐換熱裝置，其特征在于所述 低溫?zé)煔鈸Q熱段(2)的肋片采用整體肋片，在整體肋片中設(shè)有三角形或圓形均壓孔(4)。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的利用煙氣冷凝熱能的復(fù)合型防腐換熱裝置，其特征在于 在所述的有機(jī)涂層采用氟樹脂、聚氨酯或氟碳樹脂涂層。
4. 按照權(quán)利要求3所述的利用煙氣冷凝熱能的復(fù)合型防腐換熱裝置，其特征在于所述 的低溫?zé)煔鈸Q熱段(2)的整體肋片上下邊緣為圓弧形，上邊緣圓弧比下邊緣圓弧平緩，肋片 基管下部肋片高度高于肋片基管上部肋片高度。
5. 按照權(quán)利要求4所述的利用煙氣冷凝熱能的復(fù)合型防腐換熱裝置，其特征在于所述 的銅質(zhì)肋片基管和銅質(zhì)肋片采用白銅或紫銅為基材。
6. 按照權(quán)利要求5所述的利用煙氣冷凝熱能的復(fù)合型防腐換熱裝置，其特征在于:所述 的低溫?zé)煔鈸Q熱段(2)的肋片基管采用圓管、橢圓管或近似橢圓管。
7. 按照權(quán)利要求1所述的利用煙氣冷凝熱能的復(fù)合型防腐換熱裝置，其特征在于所述 的高溫?zé)煔鈸Q熱段(1)的肋片基管采用不銹鋼鋁復(fù)合管，肋片采用單體鋁合金肋片。
8. 按照權(quán)利要求5所述的利用煙氣冷凝熱能的復(fù)合型防腐換熱裝置，其特征在于所述的鋁合金肋片為含硅、錳及鎂的鋁合金肋片。
全文摘要
一種利用煙氣冷凝熱能的復(fù)合型防腐換熱裝置，屬于傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化與金屬防腐技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括兩個不同材料制成的肋片管式換熱段，分別為高溫?fù)Q熱段和低溫?fù)Q熱段。高溫?fù)Q熱段采用不銹鋼鋁復(fù)合管鋁合金肋片，低溫?fù)Q熱段采用涂鍍復(fù)合防腐鍍層的銅材肋片管。低溫?fù)Q熱段肋片形狀和肋片上的均壓孔有利于煙氣均勻流動和冷凝液的排除；低溫?fù)Q熱段的肋片基管和肋片表面均鍍以鉬酸鈉為穩(wěn)定劑的非晶態(tài)鎳銅磷化學(xué)復(fù)合鍍膜和有機(jī)涂層。該裝置傳熱性能好、流動阻力小、耐溫、耐腐蝕、結(jié)構(gòu)緊湊、易于加工組合，適應(yīng)性強(qiáng)，可用于燃?xì)忮仩t和直燃機(jī)等天然氣利用設(shè)備煙氣熱能回收利用，也可用于冷凝式天然氣鍋爐或燃?xì)庵比紮C(jī)等冷凝式天然氣利用設(shè)備的冷凝換熱器。
文檔編號F28F19/00GK101403580SQ20081022719
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者傅忠誠, 劉貴昌, 史永征, 鵬 徐, 潘樹源, 王隨林, 艾效逸, 全 郭, 閆全英 申請人:北京建筑工程學(xué)院;大連理工大學(xué)