專利名稱：一種接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥绽孟到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于以液體、氣體為燃料的熱能、動力系統(tǒng)的煙氣余熱深度回收利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種直接接觸式的低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥绽孟到y(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著中國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，能源中柴(重)油、天然氣的消耗量與所占比例迅速增加。燃油、燃?xì)忮仩t、燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)以及大型內(nèi)燃機(jī)余熱鍋爐出口的排煙溫度一般為 160 180°C之間或更高。此時的煙氣溫度低，能流密度小，不再具有做功能力或熱利用經(jīng)濟(jì)價值，是現(xiàn)階段尚未充分回收利用的廢棄能量。在能源問題日益成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展瓶頸的今天，深度回收再利用這部分煙氣的低溫余熱，將其作為二次能源資源化利用，已成為節(jié)能工作最具潛力的部分之一。柴(重)油(主要成分碳、氫及其化合物)、天然氣(主要成分為甲烷)燃燒后的煙氣，較燃煤設(shè)備煙氣的含濕量大，水蒸汽潛熱多，且更清潔，熱回收更容易；同時燃油、燃?xì)忮仩t與動力裝置的單位熱值(GJ)的價格比煤貴，使用成本高，該類燃料煙氣熱回收利用的經(jīng)濟(jì)性更好。以燃?xì)忮仩t為例，天然氣的主要成分是甲烷CH4，是一種清潔燃料，燃燒后的排煙中含有大量水蒸汽。煙氣溫度高時，排煙中的水蒸汽以氣態(tài)形式存在，如果使其全部或部分降冷凝到露點(diǎn)溫度以下時，會釋放出大量汽化潛熱，天然氣的燃料利用率就會迅速增力卩。理論燃燒時，在煙氣中水蒸汽未冷凝的條件下，排煙溫度每降低10°c，天然氣的利用率大約可以提高1%，但煙氣中水蒸汽冷凝或部分冷凝時，就可以大大提高天然氣的利用率。比如當(dāng)煙氣溫度從80°c降低到60°C時，燃料的利用率大約能提高8%，可見深度溫降，冷凝回收煙氣中水蒸汽的潛熱，對燃油、燃?xì)獾葻崮?、動力裝置排煙余熱回收具有重要意義。煙氣余熱的回收現(xiàn)在一般采用熱管、翅片管、管殼式、板式換熱器等間壁式換熱器的形式。煙氣在這些換熱器表面的熱阻大，傳熱系數(shù)經(jīng)過強(qiáng)化后的范圍是K = 30 200W/ m2 · °C，且低溫?zé)煔獾膫鳠釡夭钚。厝辉斐蔁煔庥酂峄厥赵O(shè)備的體積巨大、造價高，應(yīng)用受限。中國專利ZL200910014905. 3公開了一種鍋爐深度降低排煙溫度余熱利用系統(tǒng)， 很明顯該專利采用的是間壁式換熱器的結(jié)構(gòu)形式。公開的說明書中提到“將煙氣冷凝到露點(diǎn)以下”是個很不明確的提法，因?yàn)楫?dāng)煙氣中只要有0.005% (50ppm)左右SO2時，煙氣的酸露點(diǎn)即可高達(dá)150°C，而煙氣中水蒸汽的露點(diǎn)一般才在80°C左右。酸在換熱器表面冷凝實(shí)際上是一個不斷濃縮積累的過程，為了防止酸腐蝕，該專利不得不采用了搪瓷、鎳基滲層的換熱元件或耐腐蝕的鋼材。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為克服了現(xiàn)有間壁式煙氣余熱回收設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用過程中普遍存在的傳熱系數(shù)低、體積大、阻力損失大的不足，提出一種接觸式的低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥绽孟到y(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)深度回收利用以液體、氣體為燃料的熱能、動力系統(tǒng)的低溫?zé)煔庥酂幔?尤其是具有回收這些燃料的煙氣中所含水蒸汽的潛熱功能。本發(fā)明提出的一種接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥绽孟到y(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥兆酉到y(tǒng)、熱量存貯與水質(zhì)保持凈化子系統(tǒng)和余熱輸出利用子系統(tǒng)三個部分；該接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥兆酉到y(tǒng)主要由帶多功能翅片的擋水冷凝器、布水器、接觸式噴淋塔、噴淋泵所組成；該熱量存貯與水質(zhì)保持凈化子系統(tǒng)主要由熱水沉降蓄水箱、排污管、溢流管、循環(huán)泵、全自動水質(zhì)測量控制保持器所組成；該余熱輸出利用子系統(tǒng)主要由板式換熱器和給水泵所組成；其中，帶有多功能翅片的擋水冷凝器和布水器分別依次安裝在接觸式噴淋塔內(nèi)，噴淋泵的出口通過管道與擋水冷凝器相連，噴淋泵的入口通過管道與熱水沉降蓄水箱下部的出水口相連；排污管與熱水沉降蓄水箱底部的排污口相連通，溢流管與熱水沉降蓄水箱頂部的溢流口相連通；循環(huán)泵通過管道連接于熱水沉降蓄水箱下部的進(jìn)水口與板式換熱器的熱水出口之間；全自動水質(zhì)測量控制保持器通過管道連接于熱水沉降蓄水箱上部的出水口與板式換熱器的熱水進(jìn)口之間；用戶的回水管通過管道與板式換熱器的用戶側(cè)進(jìn)水口相連；給水泵通過管道連接于用戶供水管與板式換熱器的用戶側(cè)出水口之間。本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果本發(fā)明滿足了低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥盏囊螅蓪煔獾臏囟壤淠綗煔庵兴羝穆饵c(diǎn)以下，減弱了冷凝酸液凝結(jié)積累于換熱器表面而對設(shè)備的腐蝕，同時可凈化煙氣， 提供了一種可安裝于燃油、燃?xì)忮仩t與熱能、動力裝置尾部煙道的，具有減弱腐蝕與凈化煙氣功能的直接接觸式的低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥绽醚b置及其系統(tǒng)。本發(fā)明采取直接接觸換熱的方式，噴嘴噴出的以液(霧)滴形式存在的水粒子具有很大的表面積，可實(shí)現(xiàn)與煙氣的充分接觸，水粒子表面與煙氣間進(jìn)行熱量與質(zhì)量的耦合傳遞過程，綜合傳熱系數(shù)可達(dá)到K = 2000 20000W/m2· °C。因此，回收相同的熱量，直接接觸式煙氣余熱回收裝置的體積要比間壁式換熱器小得多，可以直接安裝于原系統(tǒng)的煙道尾部上，更便于工程的安裝實(shí)施。本發(fā)明在一定程度上避免了中國專利ZL200910014905. 3在回收煙氣余熱時，酸露在換熱器表面濃縮積累，腐蝕嚴(yán)重，不得不采用高性能防腐材料的不足。在系統(tǒng)中，擋水冷凝器的多功能翅片阻擋下來的煙氣帶水與冷凝器及其翅片表面上不斷產(chǎn)生的凝水，都有利于稀釋酸露，減弱腐蝕。尤其是利用噴淋過程對煙道進(jìn)行清洗沖刷，減弱了煙道的酸腐蝕。煙氣中水蒸汽的凝結(jié)水不斷地補(bǔ)充到熱水沉降蓄水箱中，對水中已溶解吸收的酸具有稀釋作用，且通過溢流管可將水不斷的排除，酸在系統(tǒng)中不累積，濃度不增加。
圖1為本發(fā)明的實(shí)施例一的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的A-A剖示圖。圖3為圖1的B-B剖示圖。圖4為圖2的C-C剖示圖。圖5為圖2的D-D剖示圖。圖6為全自動水質(zhì)測量控制保持器的結(jié)構(gòu)示意圖
圖7為本發(fā)明的實(shí)施例二的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施實(shí)例來說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、功能，工作原理與過程本發(fā)明提出的一種接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥绽孟到y(tǒng)實(shí)施例一，如圖1所示，該系統(tǒng)包括接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥兆酉到y(tǒng)、熱量存貯與水質(zhì)保持凈化子系統(tǒng)和余熱輸出利用子系統(tǒng)三個部分；其中，接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥兆酉到y(tǒng)主要由帶多功能翅片的擋水冷凝器1、布水器2、接觸式噴淋塔3、噴淋泵4所組成；熱量存貯與水質(zhì)保持凈化子系統(tǒng)主要由熱水沉降蓄水箱5、排污管6、溢流管7、循環(huán)泵8、全自動水質(zhì)測量控制保持器9所組成；余熱輸出利用子系統(tǒng)主要由板式換熱器10和給水泵11所組成；其中，帶有多功能翅片的擋水冷凝器1和布水器2依次安裝在接觸式噴淋塔3的內(nèi)部，噴淋泵4的出口通過管道與擋水冷凝器1相連，噴淋泵4的入口通過管道與熱水沉降蓄水箱5下部的出水口相連；排污管6與熱水沉降蓄水箱5底部的排污口相連通，溢流管7與熱水沉降蓄水箱 5頂部的溢流口相連通；循環(huán)泵8通過管道連接于熱水沉降蓄水箱5下部的進(jìn)水口與板式換熱器10的熱水出口 B之間；全自動水質(zhì)測量控制保持器9通過管道連接于熱水沉降蓄水箱5上部的出水口與板式換熱器10的熱水進(jìn)口 A之間；板式換熱器10位于熱量存貯與保持凈化子系統(tǒng)和余熱輸出利用子系統(tǒng)之間交換熱量，位于熱量存貯與水質(zhì)保持凈化子系統(tǒng)一側(cè)板式換熱器的熱水進(jìn)、出口分別為A、B，位于余熱輸出利用一側(cè)(用戶側(cè))板式換熱器 10的進(jìn)、出水口分別為C、D ；用戶的回水管通過管道與板式換熱器10的用戶側(cè)進(jìn)水口 C相連；給水泵11通過管道連接于用戶供水管與板式換熱器10的用戶側(cè)出水口 D之間。本實(shí)施實(shí)例系統(tǒng)中所包含的三個子系統(tǒng)的各設(shè)備的結(jié)構(gòu)與功能分別詳細(xì)說明如下本實(shí)施例中以多功能翅片的擋水冷凝器1、布水器2、接觸式噴淋塔3、噴淋泵4組成的接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥兆酉到y(tǒng)，其特征是以立式直接接觸塔3作為低溫?zé)煔庥酂峄厥盏闹黧w設(shè)備，接觸式噴淋塔3的內(nèi)部從上至下依次布置擋水冷凝器1、布水器2。帶有多功能翅片的擋水冷凝器1結(jié)構(gòu)如圖2所示(為圖1的A-A剖面圖)，由冷凝器入口管21、冷凝盤管22、波紋翅片23、冷凝器出口管24以及導(dǎo)流板25組成。其中，冷凝器入口管21是系統(tǒng)中吸收煙氣余熱用水的入口總管，冷凝器出口管24為出口總管，冷凝器入口管、冷凝器出口管分別連接在冷凝盤管的兩端口，冷凝盤管22呈“S”形，冷凝盤管22 外部套有呈以“〈”或“ ”形結(jié)構(gòu)的多功能波紋板翅片23，冷凝盤管22外部的多功能波紋板翅片23的形狀如剖面圖4、5所示，圖4為圖2的C-C剖面中翅片23的外觀結(jié)構(gòu)形狀，圖 5為圖2的C-C剖面中翅片表面上具有的小波紋形狀，為翅片的細(xì)部結(jié)構(gòu)，；導(dǎo)流板25為二次曲線形板，安裝在接觸式噴淋塔內(nèi)壁上，冷凝盤管的四周。布水器2如圖3所示(為圖1的B-B剖面圖)，由布水器入口立管31、布水干管 32、布水支管33以及噴嘴34組成。其中，布水器入口立管31連接于冷凝器出口管24與布水干管32之間，各個布水支管33間并聯(lián)于布水干管32，布水支管33為相互平行布置，每一個布水支管上平均布置若干個噴嘴34，圖中虛線圓所示為各噴嘴的噴水區(qū)域邊界35。接觸式噴淋塔3的上部從上至下依次布置帶有多功能翅片的擋水冷凝器1、布水器2。接觸式噴淋塔3連接于煙道出口 12和煙囪進(jìn)口 13之間。接觸式噴淋塔3基板為碳鋼材質(zhì)，內(nèi)刷防腐漆并且噴涂耐高溫的聚脲防腐層3mm，外表面為30mm厚的硅酸鋁或巖棉板的保溫結(jié)構(gòu)層。本實(shí)施例的直接接觸塔為立式結(jié)構(gòu)，該直接接觸塔的進(jìn)口為漸擴(kuò)結(jié)構(gòu)，出口為漸縮結(jié)構(gòu)，直接接觸塔本體橫截面為圓形、矩形或類似圓形、矩形。噴淋泵4為常規(guī)的柱塞式高壓水泵，通過管道連接于冷凝器入口管21與熱水沉降蓄水箱5下部的出水口之間。本發(fā)明中以帶有多功能翅片的擋水冷凝器1、布水器2、接觸式噴淋塔3、噴淋泵4 組成的接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥兆酉到y(tǒng)的功能為當(dāng)帶有一定余熱(180°C以下)的低溫?zé)煔馔ㄟ^接觸式噴淋塔3時，來自于熱水沉降蓄水箱5的低于煙氣水蒸汽露點(diǎn)溫度(80°C 左右)的約70°C的水，經(jīng)噴淋泵4提升壓力后，先經(jīng)過帶有多功能翅片的擋水冷凝器1的盤管，再經(jīng)布水器2 (水順序流經(jīng)布水器入口立管31、布水干管32、布水支管33以及噴嘴 34)后，在壓力的作用下由不銹鋼Y-l、BTL或FL型的水粒子噴嘴34，噴淋于接觸式噴淋塔 3中。噴淋的水粒子的粒徑分布范圍為100 μ π! Imm之間，噴水張角70 100°之間，噴水邊界35(如圖3中虛線圓所示)的直徑為0. 3 0. 5m，可對接觸塔式噴淋塔3橫截面的 95%以上的面積實(shí)現(xiàn)覆蓋，位于內(nèi)圈相鄰噴嘴的噴水區(qū)域邊界35之間有0. 05 0. Olm的重疊覆蓋區(qū)。由于噴淋的霧化、破碎作用，水粒子表面在塔中與煙氣具有很大的接觸表面積 (相對于間壁式換熱器的傳熱方式)，利于煙氣與水粒子的液滴表面間的對流傳熱，煙氣的高溫使液滴表面的一部分水氣化蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)了接觸式熱、質(zhì)耦合蒸發(fā)冷凝傳熱，煙氣余熱被大量地快速地吸收；同時亦由于煙氣與水粒子表面間的巨大接觸面積，也使煙氣中的污染物很容易地被吸附溶解。吸收了熱量與煙氣污染物的水粒子中較大的液滴(溫度約90°C) 絕大部分降落于煙道下部的熱水沉降蓄水箱5中，由噴淋泵4再次送入布水器2中，并由噴嘴34噴出，使吸收煙氣余熱的用水完成循環(huán)，煙氣余熱得到回收。煙氣的余熱回收深度則由噴淋水的溫度、液滴破碎、霧化接觸傳熱傳質(zhì)過程共同決定。這一過程不僅回收了煙氣的顯熱，同時回收了煙氣中的水蒸汽潛熱，還對煙氣具有凈化洗滌，對設(shè)備沖洗較少腐蝕的作用。煙氣余熱回收過程為熱、質(zhì)耦合傳遞過程，綜合傳熱系數(shù)大，與間壁式換熱器比較，具有體積小，阻力損失小的特點(diǎn)，對原有熱力系統(tǒng)的運(yùn)行與煙氣的排放過程影響很小，可有效地深度回收低溫?zé)煔庥酂帷１景l(fā)明的接觸式噴淋塔3上部安裝有帶多功能翅片的擋水冷凝器1。雖然通過噴嘴的形式與噴口的大小可控制水粒子液滴的粒徑分布，使參與熱、質(zhì)耦合蒸發(fā)、冷凝接觸式傳熱過程的絕大多數(shù)的較大直徑的水粒子落入煙 下部的熱水沉降蓄水箱中，但仍會有少部分小粒徑的水粒子在煙氣曳力的帶動下，隨煙氣流動的方向一起運(yùn)動，遇到接觸式噴淋塔3上部的擋水冷凝器1，冷凝盤管22中的水溫低于煙氣中水蒸汽的冷凝溫度，煙氣中的水蒸汽在盤管表面與多功能波紋翅片23翅片表面再度被冷凝釋熱，實(shí)現(xiàn)了煙氣余熱的二次深度回收。煙氣經(jīng)過擋水冷凝器1后，煙氣在煙囪進(jìn)口 13處的相對濕度可能為100%， 但與初始時的(未進(jìn)入接觸式噴淋塔前的)煙氣相比，絕對濕度還是被降低了。直接接觸式傳熱過程屬于煙氣余熱深度冷凝熱回收過程(煙氣的降焓、降溫過程)，凝水量大于蒸發(fā)量，系統(tǒng)運(yùn)行過程中不僅不需要對系統(tǒng)補(bǔ)水，還需要將多余的冷凝水及時排除。本發(fā)明中的擋水冷凝器1的翅片特征為多功能波紋翅片23。多功能波紋翅片是將帶有小波紋的鋁箔板彎折成折角為“ < ”形或“ ”形的外觀結(jié)構(gòu)形狀，外套于S形冷凝盤管22表面。翅片的多功能特性體現(xiàn)在三方面(1)強(qiáng)化冷凝傳熱功能翅片擴(kuò)大了盤管的外表面積，減小熱阻，盤管內(nèi)70°C的水使煙氣內(nèi)的水蒸汽進(jìn)一步冷凝，煙氣溫度可降低到 80°C以下；( 擋水功能煙氣及其攜帶的小水粒子自下而上經(jīng)過接觸式冷凝器時，如圖4 所示的，翅片與煙氣流動方向夾角為45°，且中間有折角，翅片的阻擋會改變煙氣的流動方向，與煙氣一起做同向運(yùn)動的水粒子由于具有一定的動量，在慣性的作用下，會撞在波紋形狀的翅片板上，被攔截下來；C3)導(dǎo)流排水功能翅片板的表面還有小波紋，是凝水與被擋下的水粒子的排水通道，如圖5所示。凝結(jié)、積聚于擋水板表面的水滴，停留于翅片上有利于減小翅片表面的熱阻，強(qiáng)化傳熱。水滴匯集到在擋水翅片板的下端，依靠重力的作用可形成二次淋水。淋水溫度低于煙氣溫度，相當(dāng)于加大了噴淋水量，有利于低溫?zé)煔庥酂岬幕厥?。本發(fā)明中的導(dǎo)流板25為二次曲線形板。導(dǎo)流板呈二次曲線形有利于減小導(dǎo)流時煙氣的阻力損失。導(dǎo)流板將煙氣集中于接觸式噴淋塔3的擋水冷凝器1的換熱主流區(qū)域， 避免了煙氣在擋水冷凝器1與接觸式噴淋塔3之間的空隙產(chǎn)生非換熱的直接流動(煙氣的短路現(xiàn)象)，從而有利于提高低溫?zé)煔馀c擋水冷凝器1間的換熱效率。因此，在接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥兆酉到y(tǒng)中，通過接觸式噴淋塔3實(shí)現(xiàn)了低溫?zé)煔庥酂岬纳疃葻峄厥展δ?，通過擋水冷凝器1保證了低溫?zé)煔庥酂峄厥者^程的高效率。本發(fā)明中以熱水沉降蓄水箱5、排污管6、溢流管7、循環(huán)泵8、全自動水質(zhì)測量控制保持器9為核心設(shè)備的熱量存貯與水質(zhì)保持凈化子系統(tǒng)。其功能在于以熱水沉降蓄水箱5 容納儲存吸收了低溫?zé)煔庥酂岬臒崴?，沉降吸附于熱水中的煙氣雜質(zhì)。排污管6接于熱水沉降蓄水箱5的下部；溢流管7接于熱水沉降蓄水箱5的上部；循環(huán)泵8通過管道連接于熱水沉降蓄水箱5下部的進(jìn)水口與板式換熱器10的熱水出口 B之間；全自動水質(zhì)測量控制保持器9通過管道連接于熱水沉降蓄水箱5上部的出水口與板式換熱器10的熱水進(jìn)口 A之間。熱水沉降蓄水箱5為普通保溫水箱，外表面為30mm厚的硅酸鋁或巖棉板的保溫結(jié)構(gòu)層，材質(zhì)為不銹鋼。其中，排污管6與熱水沉降蓄水箱5的底部排水口相連通，溢流管7 與熱水沉降蓄水箱5的上部出水口相連通。排污管6連接于熱水沉降蓄水箱5的底部。溢流管7連接于熱水沉降蓄水箱5的頂部。循環(huán)泵8連接于熱水沉降蓄水箱5下部與板式換熱器10的熱水出口 B之間，采用立式或臥式具有防腐功能的高溫水泵產(chǎn)品。全自動水質(zhì)測量控制保持器9如圖6所示，采用KTS-QZW型全自動水質(zhì)測量控制保持器，由微處理控制器41、數(shù)據(jù)線42、電磁式水質(zhì)PH值測量儀43、Y型過濾器44、投藥儀 45、加藥管46、藥液罐47、加藥口 48與加藥計(jì)量泵49組成。其中，微處理控制器41通過數(shù)據(jù)線42分別與電磁式水質(zhì)PH值測量儀43、Y型過濾器44相連接；電磁式水質(zhì)PH值測量儀43、Y型過濾器44與投藥儀45依序采用法蘭連接，通過管道連接于熱水沉降蓄水箱5上部的出水口與板式換熱器10的熱水進(jìn)口 A之間； 藥液罐47上部具有加藥口 48 ；加藥計(jì)量泵49通過加藥管46連接于藥液罐47與微處理控制器41之間，微處理控制器41與投藥儀45之間亦連接有加藥管46。本發(fā)明的全自動水質(zhì)測量控制保持器9具有水質(zhì)的測量、加藥維持水質(zhì)穩(wěn)定與過濾功能，具有減弱酸腐蝕，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性的功能。電磁式水質(zhì)PH值測量儀43可測量熱水的PH值，并將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線42傳遞給微處理控制器41。微處理控制器41自動將測量值與設(shè)定值進(jìn)行比對，根據(jù)比對的結(jié)果判斷是否對系統(tǒng)進(jìn)行加化學(xué)藥劑處理。由于熱水酸性較小，故采用Mgh和MgO的混合物作為氧化劑，MgO或Mg(OH)2作為中和劑，中和水中的酸性物質(zhì)，溶解水中的懸浮物和固形物，使水質(zhì)達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求?；瘜W(xué)藥劑于加藥口 48投入，在藥液罐47內(nèi)儲存。加藥計(jì)量泵49根據(jù)微處理控制器41的指令通過加藥管46定量的將化學(xué)藥劑由藥液罐47加到投藥儀45中，投藥儀45利于藥劑與熱水的混合，使熱水的PH值維持在7 9之間。Y型過濾器44可實(shí)現(xiàn)對熱水中的雜質(zhì)顆粒與懸浮物的過濾功能，微處理控制器41可根據(jù)獲得的壓差信號來確定Y型過濾器的效果與清洗時間。板式換熱器10采用等截面積的BR型不銹鋼板、鈦板的波紋板式換熱器產(chǎn)品。本發(fā)明中以熱水沉降蓄水箱5、排污管6、溢流管7、循環(huán)泵8、全自動水質(zhì)測量控制保持器9為核心設(shè)備的熱量存貯與水質(zhì)保持凈化子系統(tǒng)的功能為在接觸式噴淋塔3內(nèi)，水粒子經(jīng)過直接接觸傳熱過程溫度由70°C升到90°C，并落入熱水沉降蓄水箱5中。熱水沉降蓄水箱5為外表面具有30mm厚的硅酸鋁或巖棉板的保溫結(jié)構(gòu)層的不銹鋼保溫水箱。熱水沉降蓄水箱5的功能為蓄存熱水——滿足接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥兆酉到y(tǒng)連續(xù)供水， 穩(wěn)定獲取的低溫?zé)煔庥酂岬囊笠约皾M足余熱輸出利用子系統(tǒng)向外界熱用戶連續(xù)穩(wěn)定輸出熱量的要求，是聯(lián)系煙氣余熱深度回收與利用之間的關(guān)鍵設(shè)備；沉降在接觸式傳熱過程中吸附于熱水中的煙氣雜質(zhì)；溢流在接觸式傳熱過程中冷凝的煙氣中的水蒸氣。吸收了低溫?zé)煔庥酂崧淙霟崴两敌钏?中的90°C熱水通過連接在熱水沉降蓄水箱5上部的管道流出、經(jīng)過全自動水質(zhì)測量控制保持器9進(jìn)入板式換熱器10的A入口。90°C的熱水在換熱器中溫降到70°C后由板式換熱器10的出口 B流出，在循環(huán)泵8的加壓作用下回到熱水沉降蓄水箱5。熱水沉降蓄水箱5的底部具有排污管6，便于排除沉降于水箱底部的煙氣雜質(zhì)與不溶于水的中和產(chǎn)物(鎂的硫酸鹽或亞硫酸鹽)。熱水沉降蓄水箱5的頂部具有溢流管7， 溢流排除系統(tǒng)中由于煙氣冷凝而產(chǎn)生的富余水量。因此，在熱量存貯與水質(zhì)保持凈化子系統(tǒng)中，通過熱水沉降蓄水箱5實(shí)現(xiàn)了熱量的存貯，通過全自動水質(zhì)測量控制保持器9實(shí)現(xiàn)了熱水循環(huán)過程的水質(zhì)保持凈化子功能。本發(fā)明中以板式換熱器10、給水泵11組成的余熱輸出利用子系統(tǒng)。其中，給水泵 11采用立式或臥式的高溫水泵產(chǎn)品。本發(fā)明中以板式換熱器10、給水泵11組成的余熱輸出利用子系統(tǒng)的功能為熱用戶65°C的回水由板式換熱器10的入水口 C進(jìn)入換熱器，經(jīng)過換熱器，被換熱器另一側(cè)A入口流入的90°C，B出口流出的70°C熱水加熱后，由板式換熱器10的出水口 D流出，水溫升為85°C，并由給水泵11送至熱用戶，供用戶使用。從而將獲得的熱量輸出，實(shí)現(xiàn)了回收的低溫?zé)煔庥酂岬睦茫瑫r也降低了熱水沉降蓄水箱的水溫，使其低于煙氣中水蒸汽的露點(diǎn)溫度，為深度回收煙氣余熱創(chuàng)造條件。因此，在余熱輸出利用子系統(tǒng)中，通過板式板式換熱器10獲得用戶所需的熱量， 由給水泵11實(shí)現(xiàn)了獲取的低溫?zé)煔庥酂嵋詿崴男问较驘嵊脩魝?cè)輸出的功能。本發(fā)明的接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥绽孟到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式比較簡單，針對低溫?zé)煔庥酂岬奶攸c(diǎn)，適宜于低溫?zé)煔庥酂岬纳疃忍崛∨c利用?？砂惭b于燃油、燃?xì)忮仩t與熱動力裝置尾部煙道。接觸式噴淋塔的結(jié)構(gòu)形式易于實(shí)現(xiàn)深度回收低溫?zé)煔庥酂嵯到y(tǒng)的工程實(shí)施。本發(fā)明在工作時，實(shí)現(xiàn)了低溫?zé)煔庥酂岬纳疃然厥张c利用，其工作原理與過程如下以帶有多功能翅片的擋水冷凝器1、布水器2、接觸式噴淋塔3、噴淋泵4為核心設(shè)備的接觸式低溫?zé)煔庥酂峄厥兆酉到y(tǒng)是低溫?zé)煔庥酂峄厥盏闹黧w部分，安裝于液體、氣體為燃料的熱能與動力系統(tǒng)的煙道出口 12和煙囪進(jìn)口 13之間。熱能與動力系統(tǒng)排出的 160 180°C煙氣通過煙道進(jìn)入接觸式噴淋塔3內(nèi)部時，與布水器噴嘴噴淋出的70°C的液 (霧)滴狀態(tài)的水粒子逆向運(yùn)動，并相互直接接觸。由噴嘴噴出的水粒子的覆蓋區(qū)域范圍的邊界如圖3中的35所示，水粒子的表面積增大了水與煙氣的接觸面積，強(qiáng)化了水與煙氣的對流傳熱，使煙氣的溫度降低，煙氣的顯熱被液(霧)滴形式的水粒子吸收；由于液體與氣體燃料中含有大量的水蒸汽，雖然煙氣的溫度高于常壓下水的汽化溫度(沸點(diǎn))，強(qiáng)烈的傳熱會使液滴表面得水一部分汽化蒸發(fā)，但水的溫度低于煙氣中所含水蒸汽的露點(diǎn)溫度(常壓下，計(jì)算天然氣燃燒后的理論煙氣水蒸汽的露點(diǎn)溫度為80°C左右)，可以通過控制噴淋水的溫度，噴水量，液滴破碎、霧化程度，使煙氣中水蒸汽的冷凝量大于水向煙氣中的蒸發(fā)量，煙氣中水蒸汽被冷凝的多，向煙氣中蒸發(fā)的水少，結(jié)果是煙氣中水蒸汽的潛熱也被水粒子吸收。因此在接觸式熱、質(zhì)耦合冷凝傳熱過程中，綜合傳熱系數(shù)大，煙氣余熱被大量地快速地吸收到水粒子中，水粒子在重力的作用下，落入煙囪下部的熱水沉降蓄水箱5中，水箱中的水溫最終可達(dá)90°C以上，實(shí)現(xiàn)了低溫?zé)煔庥酂岣咝У纳疃葻峄厥铡?60 180°C煙氣經(jīng)過接觸式冷凝傳熱后溫度降為80°C左右。由于煙氣的曳力作用，會攜帶少量小的液(霧)態(tài)的水粒子，與煙氣一起繼續(xù)向煙囪上部運(yùn)動。為提高煙氣余熱回收的效率，需對這部分水粒子及其攜帶的熱量進(jìn)行再回收。因此，在接觸式噴淋塔的頂部設(shè)有如圖2所示的擋水冷凝器1，擋水冷凝器1為帶有多功能翅片的盤管。隨煙氣一起做同向運(yùn)動的水粒子由于具有一定的動量，在慣性的作用下，會撞在擋水冷凝器波紋形狀的翅片板上，被攔截下來；在擋水板表面有三角形或正弦形的小波紋，是排水的通道，利于排除凝結(jié)、積聚于擋水板表面的水粒子，在擋水翅片板的下端水粒子形成水滴，依靠重力的作用形成二次淋水。淋水溫度低于煙氣溫度，相當(dāng)于加大了噴淋水量?？梢娪捎趽跛淠?1的存在，不僅減少了噴淋水丟失可能帶來的水量與熱量的雙重?fù)p失，還提高了煙氣余熱回收的效率，從而實(shí)現(xiàn)了煙氣余熱的深度熱回收。二次曲線形的導(dǎo)流板25是提高煙氣與擋水冷凝器1換熱效率的重要部件。導(dǎo)流板25將煙氣集中于直接接觸塔的擋水冷凝器1的主要換熱區(qū)域，避免了煙氣在擋水冷凝器1與直接接觸塔3之間的空隙流過，未參與冷凝換熱過程，形成煙氣的短路的現(xiàn)象。在低溫?zé)煔庥酂岬玫缴疃葻峄厥盏耐瑫r，煙氣中的污染物(如灰塵顆粒、302力05(等)也會被吸附、溶解在水中，實(shí)現(xiàn)了對煙氣的洗滌與凈化。由于煙氣中水蒸汽被冷凝下來，系統(tǒng)中的多余水量會自動溢流排除。在上述子系統(tǒng)的工作過程中160 180°C煙氣溫度降低到80°C以下，并得到了洗滌凈化。噴入70°C的熱水通過直接接觸式傳熱過程，溫度被提升至90°C，回收了低溫?zé)煔獾挠酂?。以熱水沉降蓄水?、排污管6、溢流管7、循環(huán)泵8、全自動水質(zhì)測量控制保持器9 為核心設(shè)備組成的熱量存貯與保持凈化子系統(tǒng)，是聯(lián)系煙氣余熱深度回收與利用的中介。熱水沉降蓄水箱5的蓄存熱量作用體現(xiàn)在可存儲一定的量的熱水，有利于系統(tǒng)持續(xù)的穩(wěn)定運(yùn)行。90°C的熱水在熱水沉降蓄水箱5上部流出，經(jīng)過全自動水質(zhì)測量控制保持器9進(jìn)入板式換熱器10的A入口，使熱水的水溫由90°C降為70°C，溫降后的熱水由板式換熱器10的出口 B流出，在循環(huán)泵8的加壓作用下回到熱水沉降蓄水箱5，從而完成熱媒側(cè)的循環(huán)。熱水沉降蓄水箱5的沉降作用是使煙氣中的灰塵顆粒與中和作用得到的不溶于水的硫酸鎂與亞硫酸鎂等鹽類能夠沉降于水箱的底部，通過排污管6將排出；熱水沉降蓄水箱5上部的溢流管7，可自動溢流排除煙氣中由于水蒸汽冷凝而產(chǎn)生的富余水量。其中，全自動水質(zhì)測量控制保持器9可控制保持水質(zhì)與維持酸堿度的穩(wěn)定性。它通過Y型過濾器濾除水中的固體顆粒雜質(zhì)與懸浮物；通過電磁式水質(zhì)PH值測量儀43自動測量水的酸堿度，將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線42傳遞給微處理控制器41。微處理控制器41自動將測量值與設(shè)定值進(jìn)行比對，自動對系統(tǒng)進(jìn)行加藥處理，使水的PH值維持在7 9之間，使設(shè)備保持在安全穩(wěn)定運(yùn)行的工況條件下，吸附、溶解在水中的污染物在系統(tǒng)中也不會累積。在本子系統(tǒng)的工作過程中，吸收了低溫?zé)煔庥酂岬闹?0°C熱水，經(jīng)換熱器后溫度降為70°C，其溫度低于煙氣中水蒸汽的露點(diǎn)溫度，為深度回收低溫?zé)煔庥酂岬闹苯咏佑|式冷凝熱回收過程提供低溫度水；同時控制了水質(zhì)，利于大系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定的工作。板式換熱器10、給水泵11組成的余熱輸出利用子系統(tǒng)，是將獲得的熱量向熱用戶輸出，完成了低溫?zé)煔庥酂岬睦?。在子系統(tǒng)工作過程中，熱用戶的回水溫度為65°C，經(jīng)換熱器加熱后，向熱用戶輸出的水溫為85°C，此溫度參數(shù)可滿足絕大多數(shù)工業(yè)與民用建筑供熱的參數(shù)需求?？梢姡ㄟ^以上三個子系統(tǒng)的聯(lián)合有序運(yùn)行工作，實(shí)施本發(fā)明時，可實(shí)現(xiàn)低溫?zé)煔庥酂崤欧艜r的深度熱回收與利用。本發(fā)明提出的一種接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥绽孟到y(tǒng)實(shí)施例二，如圖7所示。本實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一基本相同，與實(shí)施實(shí)例一的區(qū)別在于安裝于液體、氣體為燃料的熱能與動力系統(tǒng)的煙道出口 12和煙囪進(jìn)口 13之間的接觸式噴淋塔為臥式結(jié)構(gòu)。實(shí)施例一的煙氣流動方向與噴淋的液(霧)滴的流動方向相反，為逆流形式。實(shí)施例一中的逆流工況的傳熱溫差大，傳熱效率最高；實(shí)施例二中的煙氣流動方向與噴淋的水粒子的流動方向相互交叉，為叉流形式，傳熱效率要差一些，但實(shí)施例二的優(yōu)點(diǎn)在于在工程實(shí)際應(yīng)用中，不僅便于布置接觸式噴淋塔，還可以通過增加布水器的布水支管33的排數(shù)來實(shí)現(xiàn)低溫?zé)煔獾母疃鹊睦淠龘Q熱。若實(shí)施例二與實(shí)施例一相比較，在噴淋水溫一致的條件下，實(shí)施例二達(dá)到與實(shí)施例一的逆流直接接觸換熱方式相同的煙氣熱回收深度，傳熱效率要差一些，設(shè)備尺寸會大一些。實(shí)施例二與實(shí)施例一的系統(tǒng)工作過程基本相同。
權(quán)利要求
1.一種接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥绽孟到y(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥兆酉到y(tǒng)、熱量存貯與水質(zhì)保持凈化子系統(tǒng)和余熱輸出利用子系統(tǒng)三個部分；該接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥兆酉到y(tǒng)主要由帶多功能翅片的擋水冷凝器、布水器、接觸式噴淋塔、噴淋泵所組成；該熱量存貯與水質(zhì)保持凈化子系統(tǒng)主要由熱水沉降蓄水箱、排污管、溢流管、循環(huán)泵、全自動水質(zhì)測量控制保持器所組成；該余熱輸出利用子系統(tǒng)主要由板式換熱器和給水泵所組成；其中，帶有多功能翅片的擋水冷凝器和布水器分別依次安裝在接觸式噴淋塔內(nèi)，噴淋泵的出口通過管道與擋水冷凝器相連，噴淋泵的入口通過管道與熱水沉降蓄水箱下部的出水口相連；排污管與熱水沉降蓄水箱底部的排污口相連通，溢流管與熱水沉降蓄水箱頂部的溢流口相連通；循環(huán)泵通過管道連接于熱水沉降蓄水箱下部的進(jìn)水口與板式換熱器的熱水出口之間；全自動水質(zhì)測量控制保持器通過管道連接于熱水沉降蓄水箱上部的出水口與板式換熱器的熱水進(jìn)口之間；用戶的回水管通過管道與板式換熱器的用戶側(cè)進(jìn)水口相連；給水泵通過管道連接于用戶供水管與板式換熱器的用戶側(cè)出水口之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多功能翅片的擋水冷凝器由冷凝器入口管、冷凝盤管、波紋翅片、冷凝器出口管以及導(dǎo)流板組成；其中，所述冷凝盤管呈“S” 形，冷凝器入口管、冷凝器出口管分別連接在冷凝盤管的兩端口，所述多功能波紋板翅片呈 “<”或“ ”形外觀結(jié)構(gòu)，套固在冷凝盤管外部，導(dǎo)流板為二次曲線形板，安裝在接觸式噴淋塔內(nèi)壁上，冷凝盤管的四周。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述布水器由布水器入口立管、布水干管、 布水支管以及噴嘴組成；其中，布水器入口立管連接于冷凝器出口管與布水干管之間，各個布水支管間并聯(lián)于布水干管，布水支管為相互平行布置，每一個布水支管上平均布置若干個噴嘴。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接觸式噴淋塔壁基板為碳鋼材質(zhì)，該基板的內(nèi)表面設(shè)有防腐層，外表面設(shè)有保溫結(jié)構(gòu)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的直接接觸塔為立式或臥式結(jié)構(gòu)；該直接接觸塔的進(jìn)口為漸擴(kuò)結(jié)構(gòu)，出口為漸縮結(jié)構(gòu)，直接接觸塔本體橫截面為圓形、矩形或類似圓形、矩形，煙氣流動方向與噴淋的液、霧滴的流動方向?yàn)槟媪餍问交虿媪餍问健?br>
全文摘要
本發(fā)明涉及一種接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥绽孟到y(tǒng)，屬于煙氣余熱深度回收利用技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥兆酉到y(tǒng)、熱量存貯與水質(zhì)保持凈化子系統(tǒng)和余熱輸出利用子系統(tǒng)三個部分；該接觸式低溫?zé)煔庥酂嵘疃然厥兆酉到y(tǒng)主要由帶多功能翅片的擋水冷凝器、布水器、接觸式噴淋塔、噴淋泵所組成；該熱量存貯與水質(zhì)保持凈化子系統(tǒng)主要由熱水沉降蓄水箱、排污管、溢流管、循環(huán)泵、全自動水質(zhì)測量控制保持器所組成；該余熱輸出利用子系統(tǒng)主要由板式換熱器和給水泵所組成。利用本發(fā)明不僅回收了煙氣顯熱，還回收了液、氣燃料煙氣中存在的大量水蒸汽潛熱，對煙氣具有洗滌凈化，對設(shè)備與煙道具有沖洗、減弱酸腐蝕的作用。
文檔編號B01D53/18GK102168888SQ20111004680
公開日2011年8月31日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者吳華新, 張寅平, 楊曉西, 王馨, 秦貫豐, 邵友元 申請人:東莞理工學(xué)院, 清華大學(xué)