一種蓄熱式換熱器及其汽水分離器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種水泥生產(chǎn)過(guò)程余熱利用的蓄熱式換熱器及其汽水分離器，所述換熱器包括低溫工質(zhì)管束、高溫?zé)煔膺M(jìn)口、高溫?zé)煔獬隹凇⒌蜏毓べ|(zhì)入口、低溫工質(zhì)出口和殼體，沿著煙氣的流動(dòng)方向上設(shè)置多個(gè)隔板，將第一孔分為多個(gè)獨(dú)立的通道；沿著殼體豎向的中線向殼體兩側(cè)，隔板之間的距離越來(lái)越小，所述汽水分離器式汽水分離更加徹底。本發(fā)明充分利用水泥生產(chǎn)中的余熱，使其達(dá)到換熱效率最大化，以節(jié)約能源，達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的。
【專利說(shuō)明】一種蓄熱式換熱器及其汽水分離器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高效水泥生產(chǎn)過(guò)程余熱利用的蓄熱式換熱器，屬于F28d的換熱器領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源消耗日益增加，城市大氣質(zhì)量日益惡化的問(wèn)題也越發(fā)突出，節(jié)約能源和減少環(huán)境有害物排放的問(wèn)題迫在眉睫。在常見(jiàn)的熱能動(dòng)力領(lǐng)域中，能耗高、污染嚴(yán)重的主要原因之一是煙氣的排煙溫度過(guò)高，即浪費(fèi)了大量能源，又造成了環(huán)境污染。水泥行業(yè)是一個(gè)高耗能、高污染的行業(yè)。水泥行業(yè)余熱發(fā)電系統(tǒng)可對(duì)尾氣余熱進(jìn)行回收再利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。但是相關(guān)余熱具有間歇性，品質(zhì)差等特點(diǎn)，使得發(fā)電系統(tǒng)的效率低，這些問(wèn)題亟待解決。
[0004]應(yīng)用蓄熱材料可以使各個(gè)行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中不連續(xù)蒸汽變?yōu)檫B續(xù)蒸汽，有利于提高余熱發(fā)電系統(tǒng)的效率。例如，在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有銅冶煉工藝中，熔煉轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生大量富裕蒸汽，但因負(fù)荷波動(dòng)大，大部直接對(duì)空排放，造成大量能源浪費(fèi)，通過(guò)增設(shè)蓄熱器，可使其變?yōu)槠啓C(jī)穩(wěn)定補(bǔ)汽源，充分利用了銅冶煉工藝余熱，實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用。現(xiàn)有余熱利用行業(yè)中的蓄熱器，主要包括各種類型的管殼式換熱器，例如，噴淋式、光管、針翅管、肋片管、熱管等，也可以利用板式換熱器實(shí)現(xiàn)蓄熱和放熱過(guò)程。但是存在的問(wèn)題是，蓄熱和放熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，蓄熱和放熱用換熱器體積大，成本高等，因此針對(duì)蓄熱過(guò)程用換熱設(shè)備的改進(jìn)是有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有水泥行業(yè)余熱利用的蓄熱設(shè)備中存在的問(wèn)題，提出了一種新型的蓄熱式換熱器。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種水泥生產(chǎn)過(guò)程余熱利用的蓄熱式換熱器，所述換熱器包括低溫工質(zhì)管束、高溫?zé)煔膺M(jìn)口、高溫?zé)煔獬隹?、低溫工質(zhì)入口、低溫工質(zhì)出口和殼體，所述換熱器殼體內(nèi)設(shè)置多塊蓄熱材料，所述蓄熱材料為固體蓄熱材料，所述多塊蓄熱材料堆疊在一起，每塊蓄熱材料中設(shè)置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉設(shè)置，所述低溫工質(zhì)管束穿過(guò)第二孔，所述低溫工質(zhì)管束的外徑等于第二孔的直徑，所述多塊蓄熱材料的第一孔形成連通的通道，所述第一孔所形成的通道用于流通水泥生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的煙氣，低溫工質(zhì)管束用于流通低溫工質(zhì)；所述煙氣從高溫?zé)煔馊肟谶M(jìn)入，經(jīng)過(guò)第一孔，然后從高溫?zé)煔獬隹谂懦?，低溫工質(zhì)從低溫工質(zhì)入口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)低溫工質(zhì)管束，然后從低溫工質(zhì)出口排出；低溫工質(zhì)管束在垂直于煙氣的流動(dòng)方向上為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，沿著煙氣流動(dòng)的方向上，低溫工質(zhì)管束的管徑不斷的減少。
[0007]—種水泥生產(chǎn)過(guò)程余熱利用的蓄熱式換熱器，所述換熱器包括低溫工質(zhì)管束、高溫?zé)煔膺M(jìn)口、高溫?zé)煔獬隹凇⒌蜏毓べ|(zhì)入口、低溫工質(zhì)出口和殼體，所述換熱器殼體內(nèi)設(shè)置多塊蓄熱材料，所述蓄熱材料為固體蓄熱材料，所述多塊蓄熱材料堆疊在一起，每塊蓄熱材料中設(shè)置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉設(shè)置，所述低溫工質(zhì)管束穿過(guò)第二孔，所述低溫工質(zhì)管束的外徑等于第二孔的直徑，所述多塊蓄熱材料的第一孔形成連通的通道，所述第一孔所形成的通道用于流通水泥生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的煙氣，低溫工質(zhì)管束用于流通低溫工質(zhì)；所述煙氣從高溫?zé)煔馊肟谶M(jìn)入，經(jīng)過(guò)第一孔，然后從高溫?zé)煔獬隹谂懦?，低溫工質(zhì)從低溫工質(zhì)入口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)低溫工質(zhì)管束，然后從低溫工質(zhì)出口排出；，所述每一塊蓄熱材料為矩形結(jié)構(gòu)，在每塊蓄熱材料中設(shè)置兩排第一孔和一排第二孔，第二孔位于兩排第一孔的中間，兩排第一孔的中心線與中間第二孔的中心線的距離相同，第一孔和第二孔之間構(gòu)成90°設(shè)置，同一排第一孔中的相鄰兩個(gè)孔的圓心之間的距離為L(zhǎng)2，所述L2與第一孔直徑Dl之間的關(guān)系滿足:1.5<L2/D1<2.7。
[0008]一種水泥生產(chǎn)過(guò)程余熱利用的蓄熱式換熱器，所述換熱器包括低溫工質(zhì)管束、高溫?zé)煔膺M(jìn)口、高溫?zé)煔獬隹?、低溫工質(zhì)入口、低溫工質(zhì)出口和殼體，所述換熱器殼體內(nèi)設(shè)置多塊蓄熱材料，所述蓄熱材料為固體蓄熱材料，所述多塊蓄熱材料堆疊在一起，每塊蓄熱材料中設(shè)置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉設(shè)置，所述低溫工質(zhì)管束穿過(guò)第二孔，所述低溫工質(zhì)管束的外徑等于第二孔的直徑，所述多塊蓄熱材料的第一孔形成連通的通道，所述第一孔所形成的通道用于流通水泥生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的煙氣，低溫工質(zhì)管束用于流通低溫工質(zhì)；所述煙氣從高溫?zé)煔馊肟谶M(jìn)入，經(jīng)過(guò)第一孔，然后從高溫?zé)煔獬隹谂懦?，低溫工質(zhì)從低溫工質(zhì)入口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)低溫工質(zhì)管束，然后從低溫工質(zhì)出口排出；沿著煙氣的流動(dòng)方向上設(shè)置多個(gè)隔板，將第一孔分為多個(gè)獨(dú)立的通道；所述在中間空間隔板的距離要大于位于殼體兩側(cè)隔板與殼體的距離。
[0009]一種汽水分離器，包括殼體、分離管、進(jìn)汽管、圓缺孔板一、圓缺孔板二、多孔孔板、連接管和出汽管；
汽水分離器為立式布置，汽水分離器的進(jìn)汽管和出汽管分別布置于分離器的底部與頂部位置，出水管位于殼體底部側(cè)面；分離管分為兩段，兩段之間通過(guò)中間連接管進(jìn)行連接，進(jìn)汽管出口端與出汽管進(jìn)口端分別插入分離器的兩段中，圓缺孔板一和圓缺孔板二設(shè)置在連接管內(nèi)的蒸汽進(jìn)口端和出口端，圓缺孔板開孔口置于連接管異側(cè)，多孔孔板設(shè)置在出汽管端分離管中的第二段中，孔板上開有小孔，小孔呈圓心布置。
[0010]所述連接管的管徑是分離管管徑的0.45-0.55倍，分離管兩端的管徑相同；進(jìn)汽管和出汽管的管徑相同，且為分離管管徑的0.45-0.55倍，進(jìn)汽管伸入分離管第一段的長(zhǎng)度為分離管第一端的長(zhǎng)度的30-45%，出汽管伸入分離管第二段的長(zhǎng)度為分離管第二端的長(zhǎng)度的30-45%，分離管第一段下部與分離器殼體的下部的距離為殼體總長(zhǎng)度的15-20%，分離管第二段上部與分離器殼體的上部的距離為殼體總長(zhǎng)度的15-20% ;圓缺孔板一和圓缺孔板一的圓缺高度為直徑的0.2-0.3倍。
[0011]一種閃蒸系統(tǒng)，所述閃蒸系統(tǒng)包括閃蒸器，所述閃蒸器的蒸汽出口設(shè)置汽水分離器，所述的汽水分離器為前面所述的汽水分離器。
[0012]與現(xiàn)有相比較，本發(fā)明蓄熱式換熱器具有如下的優(yōu)點(diǎn):
I)因?yàn)槭枪腆w蓄熱材料，所以煙氣直接可以通過(guò)蓄熱材料中的第一孔與低溫工質(zhì)進(jìn)行換熱，不需要在換熱器中再設(shè)置煙氣管道，避免了管子的腐蝕，省了管子。
[0013]2)提供了一種新的分體式蓄熱換熱器，方便維護(hù)，節(jié)省成本。[0014]3)本發(fā)明具備了常規(guī)蓄熱系統(tǒng)中的熱罐和冷罐的功能，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)蓄熱材料的吸熱和放熱功能，優(yōu)化了蓄熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少了初期投資和運(yùn)行成本。
[0015]4)本發(fā)明用蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，成本降低。
[0016]5)還能實(shí)現(xiàn)在蓄熱的同時(shí)放熱，極大優(yōu)化了預(yù)熱的利用。
[0017]6)通過(guò)多次試驗(yàn)，優(yōu)化了換熱器的最佳結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)換熱器同時(shí)滿足蓄熱能力以及成本的需要。
[0018]7)通過(guò)設(shè)置隔板，使得整體蓄熱均勻，同時(shí)強(qiáng)化對(duì)流。
[0019]8 )通過(guò)自動(dòng)控制，避免低溫腐蝕，同時(shí)達(dá)到最大的余熱利用效果。
[0020]9)通過(guò)蓄熱材料的厚度或蓄熱能力的變化設(shè)置，在滿足蓄熱需求的情況下節(jié)省了成本。
[0021]10)提供了一種新的蓄熱材料，滿足水泥生產(chǎn)中的余熱利用的需求。
[0022]11)提供了一種新型的分離器，使得汽水分離更加徹底。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明的蓄熱式換熱器中吸熱結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖2是本發(fā)明的蓄熱式換熱器中放熱結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖3是本發(fā)明的蓄熱式換熱器的俯視示意圖；
圖4是圖3的蓄熱式換熱器的左上角局部放大圖；
圖5是本發(fā)明的蓄熱材料的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的示意圖；
圖6是本發(fā)明的蓄熱材料的一個(gè)另一個(gè)【具體實(shí)施方式】的示意圖；
圖7是本發(fā)明的閃蒸系統(tǒng)示意圖；
圖8是本發(fā)明的閃蒸器的示意圖；
圖9是本發(fā)明的汽水分離器的示意圖；
圖10是分離器圓缺孔板的局部示意圖；
圖11是分離器多孔孔板局部示意圖；
圖12是分離器的進(jìn)汽管、出汽管與分離管的連接方式。
[0024]附圖標(biāo)記
1、高溫?zé)煔獬隹冢?、換熱器殼體，3、第一孔，4、豎向隔板，5、高溫?zé)煔膺M(jìn)口，6、豎向隔板，7、豎向隔板，8、工質(zhì)出口，9、低溫工質(zhì)管束，10、工質(zhì)入口，11、進(jìn)口管，12、進(jìn)口聯(lián)箱，13、調(diào)節(jié)閥，14蓄熱材料，15—級(jí)閃蒸器，16—級(jí)蓄熱換熱器，17 二級(jí)閃蒸器，18 二級(jí)蓄熱換熱器，19三級(jí)閃蒸器，20支架，21熱水入口，22蒸汽出口，23熱水出口，24，進(jìn)汽口法蘭，25出水口法蘭，26殼體，27分離管，28進(jìn)汽管，29圓缺孔板一，30連接管，31圓缺孔板二,32多孔孔板，33出汽管，34出汽口法蘭。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0026]如圖1所示，一種水泥生產(chǎn)過(guò)程余熱利用的蓄熱式換熱器，所述換熱器包括低溫工質(zhì)管束9、高溫?zé)煔膺M(jìn)口 5、高溫?zé)煔獬隹?1、低溫工質(zhì)入口 10、低溫工質(zhì)出口 8和殼體2，換熱器殼體2內(nèi)設(shè)置多塊蓄熱材料14，所述多塊蓄熱材料14堆疊在一起，每塊蓄熱材料14中設(shè)置第一孔3和第二孔，第一孔3和第二孔交叉設(shè)置且不相通，所述低溫工質(zhì)管束9穿過(guò)第二孔，所述低溫工質(zhì)管束9的外徑等于第二孔的直徑，所述多塊蓄熱材料的第一孔3形成連通的通道，所述第一孔3所形成的通道用于流通水泥生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的煙氣，第二管束9用于流通低溫工質(zhì)；所述煙氣從高溫?zé)煔?入口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)第一孔3，然后從高溫?zé)煔獬隹?I排出，低溫工質(zhì)從低溫工質(zhì)入口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)低溫工質(zhì)管束9，然后從低溫工質(zhì)出口 8排出。
[0027]蓄熱材料分為多塊，可以方便搬運(yùn)，維護(hù)，例如在某塊蓄熱材料失去蓄熱能力的時(shí)候，方便更換。因?yàn)樾顭岵牧蠟楣腆w蓄熱材料，換熱過(guò)程中不發(fā)生相變，因此煙氣可以直接穿過(guò)蓄熱材料中的第一孔，不需要單獨(dú)在第一孔中設(shè)置管束，節(jié)省了管束。同樣，因?yàn)榈蜏毓べ|(zhì)在管束中流動(dòng)，而煙氣在第一孔中流動(dòng)，煙氣和低溫工質(zhì)無(wú)法直接混合，從而使得各塊蓄熱材料之間不需要非常嚴(yán)密的密封，節(jié)省了成本。
[0028]煙氣經(jīng)過(guò)第一孔3的時(shí)候，蓄熱材料吸收煙氣中的熱量，然后蓄熱介質(zhì)將吸收的熱量傳遞給低溫工質(zhì)管束的低溫工質(zhì)，從而完成換熱過(guò)程。
[0029]煙氣和低溫工質(zhì)可以同時(shí)進(jìn)行流動(dòng)，蓄熱材料在吸收煙氣熱量的同時(shí)，將熱量傳遞給低溫工質(zhì)。
[0030]當(dāng)然作為另一個(gè)選擇，煙氣和低溫工質(zhì)可以不同時(shí)間段分別與蓄熱介質(zhì)進(jìn)行換熱。在吸熱過(guò)程中，高溫?zé)煔庠诘谝豢變?nèi)放熱，蓄熱材料存儲(chǔ)熱量；當(dāng)需要利用儲(chǔ)存的熱量時(shí)，低溫工質(zhì)管束內(nèi)通過(guò)低溫工質(zhì)，吸收蓄熱介質(zhì)的熱量。例如當(dāng)高溫?zé)煔忾g歇性停止時(shí)，蓄熱材料與第二管束內(nèi)的低溫工質(zhì)進(jìn)行放熱反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)過(guò)程余熱的存儲(chǔ)和利用，提高了能源的利用率。
[0031]如圖3-6所示，作為一個(gè)優(yōu)選，所述每一塊蓄熱材料14為立方體結(jié)構(gòu)，在每塊蓄熱材料14中設(shè)置兩排第一孔3和一排第二孔，第二孔位于兩排第一孔3的中間，兩排第一孔3的中心線與中間第二孔的中心線的距離相同，每排第一孔中心線所在的平面與立方體的外表面平行，每排第二孔中心線所在的平面與立方體的外表面平行；第一孔和第二孔之間構(gòu)成90°設(shè)置。如圖4-6所示，其中第一孔3和第二孔中心線之間的距離不能過(guò)大，如果過(guò)大，則會(huì)因?yàn)闊煔鉀](méi)有足夠的熱量，導(dǎo)致蓄熱材料無(wú)法蓄滿熱量，造成蓄熱材料的浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)造成出口 5煙氣的溫度過(guò)低，造成低溫腐蝕；如果距離過(guò)小，則造成蓄熱材料無(wú)法蓄滿足夠的熱量，造成無(wú)法滿足換熱的需求，造成了能源的浪費(fèi)，同理，對(duì)于第一孔與蓄熱材料邊界的最近的距離同樣需要滿足一個(gè)最佳的結(jié)果。因此，本發(fā)明是通過(guò)多個(gè)不同管徑的換熱器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出的最佳的換熱器蓄熱材料的尺寸關(guān)系。
[0032]如圖4所示，其中第一孔的直徑為D1，第二孔的直徑為D2，第一孔的中心線和第二孔的中心線之間的距離為L(zhǎng)2，第一孔的中心線所在的平面距離最近的蓄熱材料的面的距離為L(zhǎng)I，則D1、D2和LI，L2滿足如下公式:
Ll/L2=a*ln(D2/Dl)+b，
D2>D1, L2>L1,
其中In是對(duì)數(shù)函數(shù)，a, b為參數(shù)，其中1.28〈=a〈=l.45，0.37〈=b〈=0.43; 25mm〈=Dl〈=60mm，25mm〈=D2〈=60mm，
L, Dl, D2的單位為mm。
[0033]同一排第一孔中的相鄰兩個(gè)孔的圓心之間的距離為L(zhǎng)3，L3的距離不能過(guò)大，如果過(guò)大會(huì)導(dǎo)致熱量無(wú)法蓄滿，造成蓄熱材料的浪費(fèi)，如果過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致蓄熱材料的蓄熱能力太低，無(wú)法滿足蓄熱需求，會(huì)造成余熱的損失。通過(guò)多次試驗(yàn)，確定的所述L3與第一孔直徑Dl之間的關(guān)系滿足:1.5<L3/D1<2.7，優(yōu)選的，1.9<L3/D1<2.1。
[0034]同理，第二孔之間的距離和第二孔直徑的比例范圍優(yōu)選在1.5-2.7之間，最優(yōu)選為1.9-2.1之間。
[0035]作為優(yōu)選，如圖1-3所示，所述換熱器為立式結(jié)構(gòu)，第一孔3為豎直方向設(shè)置，第二孔為水平方向設(shè)置，在豎直方向上設(shè)置多個(gè)隔板4、6、7，隔板之間以及最外層隔板與殼體的側(cè)壁之間放置多塊蓄熱材料，即將蓄熱材料分為多組，通過(guò)多個(gè)隔板將第一孔分為多個(gè)獨(dú)立的通道。通過(guò)隔板，有利于進(jìn)一步提高煙氣的對(duì)流傳熱性能。同時(shí)豎向隔板4、豎向隔板6和豎向隔板7也是工質(zhì)用換熱管束9的支撐板。
[0036]作為一個(gè)優(yōu)選，沿著殼體豎向的中線向殼體兩側(cè)，隔板之間的距離越來(lái)越小。例如所述隔板形成的中間空間的距離要大于位于殼體兩側(cè)的距離。如圖2所示，其中隔板4、6形成的空間以及6與7形成的空間要大于隔板4與左側(cè)殼體形成的空間，同時(shí)要大于隔板7與右側(cè)殼體形成的空間。主要原因是因?yàn)闅んw兩側(cè)的煙氣的速度要小于中間的速度，通過(guò)隔板的設(shè)置可以是整個(gè)殼體內(nèi)的空氣流動(dòng)速度基本保持一致，從而使得蓄熱材料整體上均勻吸熱。
[0037]作為優(yōu)選，如圖2所示，在上下方向上所述相鄰的低溫工質(zhì)管束9之間設(shè)置彎管結(jié)構(gòu)，從而使低溫工質(zhì)管束在上下方向上構(gòu)成蛇形管結(jié)構(gòu)。
[0038]作為一個(gè)優(yōu)選，沿著煙氣流動(dòng)的方向，所述的蓄熱材料的蓄熱能力逐漸降低。主要原因是沿著煙氣的流動(dòng)方向，煙氣的溫度越來(lái)越低，煙氣的放熱能力逐漸降低，因此不需要高蓄熱能的材料，這樣可以節(jié)省蓄熱材料的成本。
[0039]圖2中低溫工質(zhì)管束是在垂直方向上設(shè)置多根互相平行的并聯(lián)的蛇形管，低溫工質(zhì)沿著垂直方向流動(dòng)，但是低溫工質(zhì)管束的排列方式不限于圖2所示的形式。作為另一種設(shè)置方式，低溫工質(zhì)管束是在水平方向上的多根互相平行的并聯(lián)的管，所述管可以是蛇形管，即同一平面上的管子在端部通過(guò)彎管連接在一起，為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，在不同平面的管子為并聯(lián)結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，所述管子也可以不設(shè)置彎管，即在平面上和垂直方向上的所有管子都為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，如圖6所示，在左右兩側(cè)設(shè)置低溫工質(zhì)管束的集管。當(dāng)然圖6的兩側(cè)的集管可以設(shè)置在殼體外，不限于圖7的設(shè)置方式。
[0040]對(duì)于圖6所示的形式，圖6展示了四塊蓄熱材料。作為一個(gè)優(yōu)選，沿著煙氣流動(dòng)的方向上，第二孔的直徑不斷的減少。主要原因是因?yàn)檠刂鵁煔饬鲃?dòng)的方向，煙氣的溫度不斷的下降，蓄熱材料所存儲(chǔ)熱量也越來(lái)越少，因此通過(guò)減少管徑，來(lái)減少流經(jīng)蓄熱材料的低溫工質(zhì)的流量，從而使得沿著延期的流動(dòng)方向上，低溫工質(zhì)的整體的溫度升高差別不大，使得加熱后的低溫工質(zhì)在混合前的溫度基本保持一致，避免了加熱的溫度的不均勻，同時(shí)也可以避免低溫工質(zhì)管束受熱不均勻而導(dǎo)致局部溫度過(guò)高，影響其使用壽命。
[0041]作為一個(gè)優(yōu)選，沿著煙氣流動(dòng)的方向，所述的第一孔3的中心線和第二孔的中心線之間的距離為L(zhǎng)逐漸減小。主要原因是沿著煙氣的流動(dòng)方向，煙氣的溫度越來(lái)越低，煙氣的放熱能力逐漸降低，因此所需要的蓄熱材料也就越來(lái)越少，這樣可以節(jié)省蓄熱材料的成本。
[0042]針對(duì)上述情況，但是此時(shí)的L數(shù)值也滿足上述的公式?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整a、b兩個(gè)參數(shù)的大小來(lái)調(diào)整L不斷變化的數(shù)值。[0043]作為一個(gè)優(yōu)選，在低溫工質(zhì)管束9的入口上設(shè)置調(diào)節(jié)閥13，用于調(diào)節(jié)進(jìn)入低溫工質(zhì)管束9的介質(zhì)的流量，同時(shí)，在高溫?zé)煔獬隹?I位置上設(shè)置溫度傳感器(沒(méi)有示出)，用于測(cè)量換熱器出口的煙氣的溫度；調(diào)節(jié)閥13、溫度傳感器與中央控制器(沒(méi)有示出)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，中央控制根據(jù)溫度傳感器測(cè)量的溫度的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入低溫工質(zhì)管束9的介質(zhì)的流量。
[0044]如果測(cè)量的溫度低于第一溫度，則中央控制器自動(dòng)減少調(diào)節(jié)閥的開度，如果測(cè)量的溫度高于第二溫度，則中央控制器自動(dòng)增加調(diào)節(jié)閥的開度，其中第二溫度大于第一溫度。
[0045]之所以采取上述措施，主要目的是為了防止低溫腐蝕。因?yàn)槿绻麩煔獬隹跍囟冗^(guò)低，會(huì)造成煙氣溫度低于露點(diǎn)溫度，會(huì)造成對(duì)排煙管道以及換熱器的低溫腐蝕，通過(guò)減少參與換熱的低溫工質(zhì)的流量，來(lái)降低換熱量，提高出口溫度，對(duì)溫度的控制可以避免低溫腐蝕的發(fā)生；同理，如果測(cè)量的溫度高于一定溫度，則表明排煙溫度過(guò)高，會(huì)造成浪費(fèi)，因此，需要增加流體的流量，來(lái)吸收更多的熱量。
[0046]所述蓄熱介質(zhì)是陶瓷材料，所述陶瓷材料的質(zhì)量成分如下:Si0240-43%，
3.1-3.3%Li20、5.5-5.8%Ti02,4.3%Mg0, 7.0-7.3%La203, 0.45-0.55%Ba0,其余的是 Al2O3。
[0047]優(yōu)選的，Si0241%，3.22%Li20、5.85%Ti02,4.3%Mg0, 7.l%La203, 0.5%Ba0,其余的是A1203。
[0048]上述的蓄熱材料是通過(guò)多次試驗(yàn)得到的結(jié)果，在水泥回轉(zhuǎn)窯尾氣溫度下具有非常高的蓄熱能力，完全滿足了水泥生產(chǎn)過(guò)程中的對(duì)余熱的吸收利用。
[0049]對(duì)于蓄熱材料蓄熱能力變化的情況，可以調(diào)整各種成分的含量來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0050]本發(fā)明還公開了一種具有中間蓄熱的多級(jí)蒸汽閃蒸系統(tǒng)。如圖7所示，所述具有中間蓄熱的多級(jí)蒸汽閃蒸系統(tǒng)包括蓄熱換熱器和閃蒸器，所述閃蒸器和蓄熱換熱器交替設(shè)置，煙氣依次通過(guò)蓄熱換熱器和閃蒸器。圖7展示了兩級(jí)蓄熱換熱器和三級(jí)閃蒸器，一級(jí)閃蒸器15，一級(jí)蓄熱器16，二級(jí)閃蒸器17，二級(jí)蓄熱器18，三級(jí)閃蒸器19。但是并不局限于圖7展示，閃蒸器和蓄熱換熱器可以根據(jù)需要設(shè)置，例如可以設(shè)置兩級(jí)蓄熱器和一級(jí)閃蒸器或者設(shè)置一級(jí)蓄熱器和兩級(jí)閃蒸器等。各級(jí)閃蒸器由閃蒸器支架20支撐。各級(jí)蓄熱器由蓄熱器用支架進(jìn)行支撐。
[0051]所述閃蒸器和蓄熱器之間通過(guò)管路和閥門進(jìn)行連接。來(lái)自余熱發(fā)電系統(tǒng)的高溫水自閃蒸器熱水入口 21進(jìn)入一級(jí)閃蒸器15，擴(kuò)容閃蒸后產(chǎn)生一定壓力下的飽和蒸汽自閃蒸器蒸汽出口 22并入到余熱發(fā)電系統(tǒng)。閃蒸器內(nèi)溫度降低的熱水自閃蒸器熱水出口 23排出。一級(jí)閃蒸器15出口的熱水進(jìn)入一級(jí)蓄熱器16吸熱升溫，為第二次閃蒸存儲(chǔ)熱量。一級(jí)蓄熱器16出口熱水進(jìn)入第二級(jí)閃蒸器17。在二級(jí)閃蒸器17中高溫水繼續(xù)閃蒸產(chǎn)生一定壓力下的飽和蒸汽，繼續(xù)并入余熱發(fā)電系統(tǒng)。二級(jí)閃蒸器17中排出的熱水進(jìn)入二級(jí)蓄熱器18，吸熱升溫，為第三次閃蒸儲(chǔ)蓄熱量。自二級(jí)蓄熱器18排出的高溫水進(jìn)入三級(jí)閃蒸器19，繼續(xù)閃蒸產(chǎn)生一定壓力下的飽和蒸汽，該蒸汽繼續(xù)并入余熱發(fā)電系統(tǒng)，為汽輪機(jī)補(bǔ)汽。
[0052]三級(jí)閃蒸器19出口的飽和水進(jìn)入余熱發(fā)電系統(tǒng)用除氧器，與冷凝水一起經(jīng)除氧后由給水泵供給鍋爐，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的熱力循環(huán)。
[0053]優(yōu)選的，所述蓄熱換熱器器采用前面所提到的蓄熱換熱器。
[0054]蓄熱換熱器的煙氣是互相獨(dú)立的，每一級(jí)蓄熱換熱器具有單獨(dú)的進(jìn)口和出口。
[0055]當(dāng)然，作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，通過(guò)設(shè)置中間管道將多級(jí)蓄熱換熱器中的煙氣管道串聯(lián)在一起，煙氣從一級(jí)蓄熱換熱器中進(jìn)行換熱后，在進(jìn)入下一級(jí)蓄熱換熱器進(jìn)行換熱。此種情況下，沿著煙氣的流動(dòng)方向，各級(jí)蓄熱換熱器中的蓄熱材料的蓄熱能力逐漸下降。例如，可以選取不同熔點(diǎn)的中溫鹽基材料來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的蓄熱能力。對(duì)于第一級(jí)蓄熱換熱器，蓄熱材料的熔點(diǎn)210 - 230°C，優(yōu)選是220°C;對(duì)于第二級(jí)蓄熱換熱器，蓄熱材料的熔點(diǎn)130 —1500C，優(yōu)選是140°C，對(duì)于第三級(jí)蓄熱換熱器，蓄熱材料的熔點(diǎn)80 — 90°C，優(yōu)選是95°C。高溫?zé)煔獾娜肟跍囟仍?40°C _300°C范圍內(nèi)。
[0056]在閃蒸器的熱水入口上設(shè)置調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)進(jìn)入?yún)⑴c換熱的熱水的流量，同時(shí)，在高溫?zé)煔獬隹?I位置上設(shè)置溫度傳感器(沒(méi)有示出)，用于測(cè)量換熱器出口的煙氣的溫度；調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器與中央控制器(沒(méi)有示出)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，中央控制根據(jù)溫度傳感器測(cè)量的溫度的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入第一級(jí)閃蒸器的水的流量。
[0057]如果測(cè)量的溫度低于第一溫度，則中央控制器自動(dòng)減少調(diào)節(jié)閥的開度，如果測(cè)量的溫度高于第二溫度，則中央控制器自動(dòng)增加調(diào)節(jié)閥中的的開度，其中第二溫度大于第一溫度。
[0058]之所以采取上述措施，主要目的是為了防止低溫腐蝕。因?yàn)槿绻麩煔獬隹跍囟冗^(guò)低，會(huì)造成煙氣溫度低于露點(diǎn)溫度，會(huì)造成對(duì)排煙管道以及換熱器的低溫腐蝕，通過(guò)減少參與換熱的水的流量，來(lái)降低換熱量，提高出口溫度，對(duì)溫度的控制可以避免低溫腐蝕的發(fā)生；同理，如果測(cè)量的溫度高于一定溫度，則表明排煙溫度過(guò)高，會(huì)造成浪費(fèi)，因此，需要增加流體的流量，來(lái)吸收更多的熱量。
[0059]本發(fā)明還公開了一種如附圖9所示為一種水泥回轉(zhuǎn)窯余熱鍋爐用高效汽水分離器，包括殼體26、分離管27、進(jìn)汽管28、圓缺孔板一 29、圓缺孔板二 31、多孔孔板32、連接管30和出汽管33。
[0060]汽水分離器為立式布置，汽水分離器的進(jìn)汽管28和出汽管33分別布置于分離器的底部與頂部位置，出水管位于殼體26底部側(cè)面。分離管27分為兩段，兩段之間通過(guò)中間連接管30進(jìn)行連接，進(jìn)汽管28出口端與出汽管33進(jìn)口端分別插入分離器27的兩段中，使用鋼條以角焊方式將分離管27與28和33連接，連接方式如附圖12。圓缺孔板一 29和圓缺孔板二 31設(shè)置在連接管30內(nèi)的蒸汽進(jìn)口端和出口端，圓缺孔板開孔口置于連接管異側(cè)，如附圖10所示，這種布置方式使得蒸汽在連接管內(nèi)的流動(dòng)呈流線型，提高分離效率。多孔孔板32設(shè)置在出汽管端分離管33中的第二段中，孔板上開有小孔，小孔呈圓心布置，如圖11所示。
[0061]在濕蒸汽進(jìn)入進(jìn)汽管28后，進(jìn)汽管28出口與分離器27之間存在空間，出進(jìn)汽管的蒸汽在分離器內(nèi)膨脹，蒸汽流速降低，蒸汽中部分水滴由于重力的作用流速也減小，蒸汽在分離管27與進(jìn)汽管28之間的空間中進(jìn)行汽水分離，進(jìn)汽管28與分離管27采用的連接方式中提供了水滴落下的通道，部分水滴在重力的作用下沿分離管內(nèi)壁側(cè)向下流動(dòng)。這個(gè)過(guò)程是蒸汽中汽與水第一次分離。
[0062]進(jìn)汽管端分離器27與連接管30連接，連接管30管徑比分離器27小，連接管30進(jìn)口端設(shè)置圓缺孔板一 29，蒸汽通過(guò)圓缺孔板一 29進(jìn)行節(jié)流，流體的流通面積減小，孔板的節(jié)流作用使得蒸汽的壓力下降，蒸汽流的流速增加，大部分蒸汽擠過(guò)節(jié)流扇形孔，蒸汽流速又因流通面積的增大和流束擴(kuò)散而減小。在連接管30的出口端設(shè)置了一個(gè)與連接管進(jìn)口端相同尺寸的圓缺孔板二 31，擴(kuò)散的蒸汽流束又在此處減速增壓，蒸汽通過(guò)孔板后流通面積再次增大，流束再次擴(kuò)散。這個(gè)過(guò)程中蒸汽流束由于孔板的節(jié)流以及液滴的重量、慣性作用，水分較多地被分離出來(lái)，是蒸汽氣流高效分離的區(qū)段。蒸汽在連接管內(nèi)進(jìn)行第二、第三次汽水分尚。
[0063]連接管30與出汽管端分離管27之間管徑不同，蒸汽從連接管30出來(lái)后流動(dòng)截面積發(fā)生較大變化，流動(dòng)速度增加，流束擴(kuò)散作用增加，在分離管27中再次分離。連接管30出口處設(shè)置一個(gè)多孔孔板32，用于蒸汽中汽與水的多次分離，蒸汽通過(guò)多孔孔板32的多個(gè)小孔后在汽水分離器中較好的分離出干蒸汽與水，實(shí)現(xiàn)蒸汽中汽與水的第四次分離。出汽管33與分離器27之間存在空間，蒸汽在進(jìn)入出汽管33后流動(dòng)截面積發(fā)生變化，蒸汽內(nèi)部的汽與水進(jìn)行再次分離，實(shí)現(xiàn)蒸汽中汽與水的第五次分離。整個(gè)過(guò)程中蒸汽進(jìn)行汽水分離的位置包括進(jìn)汽管與分離管之間、分離管與連接管接口處、圓缺孔板一、圓缺孔板二、多孔孔板以及出汽管與分離管之間。最終分離出來(lái)的水滴由于重力的作用向下流動(dòng)最終通過(guò)出水口排出汽水分尚器外。
[0064]優(yōu)選的，上述分離器設(shè)置在閃蒸器的出口位置上，所述出水口與閃蒸器的出水口連接，用以分離蒸汽和水，避免水進(jìn)入汽輪機(jī)中。
[0065]通過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)，得到最優(yōu)的尺寸關(guān)系。所述連接管30的管徑是分離管27管徑的
0.45-0.55倍，兩段分離管27的管徑相同；進(jìn)汽管28和出汽管33的管徑相同，且為分離管管徑的0.45-0.55倍，進(jìn)汽管伸入分離管第一段的長(zhǎng)度為分離管第一端的長(zhǎng)度的30-45%，出汽管伸入分離管第二段的長(zhǎng)度為分離管第二端的長(zhǎng)度的30-45%，分離管第一段下端與分離器殼體的下部的距離為殼體總長(zhǎng)度的15-20%，分離管第二段上端與分離器殼體的上部的距離為殼體總長(zhǎng)度的15-20% ;圓缺孔板一和圓缺孔板一的圓缺高度a為直徑的0.2-0.3倍。優(yōu)選的，所述的多孔孔板距離分離管第二段下端的距離為第二段總長(zhǎng)度的8-10%。
[0066]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種水泥生產(chǎn)過(guò)程余熱利用的蓄熱式換熱器，所述換熱器包括低溫工質(zhì)管束、高溫?zé)煔膺M(jìn)口、高溫?zé)煔獬隹?、低溫工質(zhì)入口、低溫工質(zhì)出口和殼體，所述換熱器殼體內(nèi)設(shè)置多塊蓄熱材料，所述蓄熱材料為固體蓄熱材料，所述多塊蓄熱材料堆疊在一起，每塊蓄熱材料中設(shè)置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉設(shè)置，所述低溫工質(zhì)管束穿過(guò)第二孔，所述低溫工質(zhì)管束的外徑等于第二孔的直徑，所述多塊蓄熱材料的第一孔形成連通的通道，所述第一孔所形成的通道用于流通水泥生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的煙氣，低溫工質(zhì)管束用于流通低溫工質(zhì)；所述煙氣從高溫?zé)煔馊肟谶M(jìn)入，經(jīng)過(guò)第一孔，然后從高溫?zé)煔獬隹谂懦觯蜏毓べ|(zhì)從低溫工質(zhì)入口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)低溫工質(zhì)管束，然后從低溫工質(zhì)出口排出；沿著煙氣的流動(dòng)方向上設(shè)置多個(gè)隔板，將第一孔分為多個(gè)獨(dú)立的通道；沿著殼體豎向的中線向殼體兩側(cè)，隔板之間的距離越來(lái)越小。
2.一種水泥生產(chǎn)過(guò)程余熱利用的蓄熱式換熱器，所述換熱器包括低溫工質(zhì)管束、高溫?zé)煔膺M(jìn)口、高溫?zé)煔獬隹?、低溫工質(zhì)入口、低溫工質(zhì)出口和殼體，所述換熱器殼體內(nèi)設(shè)置多塊蓄熱材料，所述蓄熱材料為固體蓄熱材料，所述多塊蓄熱材料堆疊在一起，每塊蓄熱材料中設(shè)置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉設(shè)置，所述低溫工質(zhì)管束穿過(guò)第二孔，所述低溫工質(zhì)管束的外徑等于第二孔的直徑，所述多塊蓄熱材料的第一孔形成連通的通道，所述第一孔所形成的通道用于流通水泥生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的煙氣，低溫工質(zhì)管束用于流通低溫工質(zhì)；所述煙氣從高溫?zé)煔馊肟谶M(jìn)入，經(jīng)過(guò)第一孔，然后從高溫?zé)煔獬隹谂懦?，低溫工質(zhì)從低溫工質(zhì)入口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)低溫工質(zhì)管束，然后從低溫工質(zhì)出口排出；低溫工質(zhì)管束在垂直于煙氣的流動(dòng)方向上為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，沿著煙氣流動(dòng)的方向上，低溫工質(zhì)管束的管徑不斷的減少。
3.—種水泥生產(chǎn)過(guò)程余熱利用的蓄熱式換熱器，所述換熱器包括低溫工質(zhì)管束、高溫?zé)煔膺M(jìn)口、高溫?zé)煔獬隹?、低溫工質(zhì)入口、低溫工質(zhì)出口和殼體，所述換熱器殼體內(nèi)設(shè)置多塊蓄熱材料，所述蓄熱材料為固體蓄熱材料，所述多塊蓄熱材料堆疊在一起，每塊蓄熱材料中設(shè)置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉設(shè)置，所述低溫工質(zhì)管束穿過(guò)第二孔，所述低溫工質(zhì)管束的外徑等于第二孔的直徑，所述多塊蓄熱材料的第一孔形成連通的通道，所述第一孔所形成的通道用于流通水泥生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的煙氣，低溫工質(zhì)管束用于流通低溫工質(zhì)；所述煙氣從高溫?zé)煔馊肟谶M(jìn)入，經(jīng)過(guò)第一孔，然后從高溫?zé)煔獬隹谂懦?，低溫工質(zhì)從低溫工質(zhì)入口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)低溫工質(zhì)管束，然后從低溫工質(zhì)出口排出；，所述每一塊蓄熱材料為矩形結(jié)構(gòu)，在每塊蓄熱材料中設(shè)置兩排第一孔和一排第二孔，第二孔位于兩排第一孔的中間，兩排第一孔的中心線與中間第二孔的中心線的距離相同，第一孔和第二孔之間構(gòu)成90°設(shè)置，同一排第一孔中的相鄰兩個(gè)孔的圓心之間的距離為L(zhǎng)2，所述L2與第一孔直徑Dl之間的關(guān)系滿足:1.5<L2/D1<2.7。
4.一種汽水分離器，包括殼體、分離管、進(jìn)汽管、圓缺孔板一、圓缺孔板二、多孔孔板、連接管和出汽管； 汽水分離器為立式布置，汽水分離器的進(jìn)汽管和出汽管分別布置于分離器的底部與頂部位置，出水管位于殼體底部側(cè)面；分離管分為兩段，兩段之間通過(guò)中間連接管進(jìn)行連接，進(jìn)汽管出口端與出汽管進(jìn)口端分別插入分離器的兩段中，圓缺孔板一和圓缺孔板二設(shè)置在連接管內(nèi)的蒸汽進(jìn)口端和出 口端，圓缺孔板開孔口置于連接管異側(cè)，多孔孔板設(shè)置在出汽管端分離管中的第二段中，孔板上開有小孔，小孔呈圓心布置。
5.如權(quán)利要求4所述的汽水分離器，其特征在于，所述連接管的管徑是分離管管徑的.0.45-0.55倍，兩段分離管的管徑相同；進(jìn)汽管和出汽管的管徑相同，且為分離管管徑的.0.45-0.55倍，進(jìn)汽管伸入分離管第一段的長(zhǎng)度為分離管第一端的長(zhǎng)度的30-45%，出汽管伸入分離管第二段的長(zhǎng)度為分離管第二端的長(zhǎng)度的30-45%，分離管第一段下端與分離器殼體的下部的距離為殼體總長(zhǎng)度的15-20%，分離管第二段上端與分離器殼體的上部的距離為殼體總長(zhǎng)度的15-20% ;圓缺孔板一和圓缺孔板一的圓缺高度為直徑的0.2-0.3倍。
6.一種閃蒸系統(tǒng)，所述閃蒸系統(tǒng)包括閃蒸器，所述閃蒸器的蒸汽出口設(shè)置汽水分離器，所述的汽水分離器為權(quán)利要求5或4所述的汽水分離器。
7.—種水泥生產(chǎn)過(guò)程余熱利用的方法，所述方法包括蓄熱式換熱器，所述換熱器包括低溫工質(zhì)管束、高溫?zé)煔膺M(jìn)口、高溫?zé)煔獬隹?、低溫工質(zhì)入口、低溫工質(zhì)出口和殼體，所述換熱器殼體內(nèi)設(shè)置多塊蓄熱材料，所述蓄熱材料為固體蓄熱材料，所述多塊蓄熱材料堆疊在一起，每塊蓄熱材料中設(shè)置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉設(shè)置，所述低溫工質(zhì)管束穿過(guò)第二孔，所述低溫工質(zhì)管束的外徑等于第二孔的直徑，所述多塊蓄熱材料的第一孔形成連通的通道，所述第一孔所形成的通道用于流通水泥生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的煙氣，低溫工質(zhì)管束用于流通低溫工質(zhì)；所述煙氣從高溫?zé)煔馊肟谶M(jìn)入，經(jīng)過(guò)第一孔，然后從高溫?zé)煔獬隹谂懦?，低溫工質(zhì)從低溫工質(zhì)入口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)低溫工質(zhì)管束，然后從低溫工質(zhì)出口排出； 在吸熱過(guò)程中，高溫?zé)煔庠诘谝豢變?nèi)放熱，蓄熱材料存儲(chǔ)熱量；當(dāng)高溫?zé)煔忾g歇性停止時(shí)，低溫工質(zhì)管束內(nèi)通過(guò)低溫工質(zhì)，存儲(chǔ)熱量的蓄熱材料向第二管束內(nèi)的低溫工質(zhì)進(jìn)行放熱，實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)過(guò) 程余熱的存儲(chǔ)和利用。
【文檔編號(hào)】F22B3/04GK103954158SQ201410185334
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】程林, 杜文靜 申請(qǐng)人:山東省能源與環(huán)境研究院