專利名稱：基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煙氣余熱回收系統(tǒng)，特別涉及一種采用傳熱優(yōu)良的液態(tài)金屬對(duì)煙氣余熱進(jìn)行高效回收的系統(tǒng)，它廣泛地適用于各種鍋爐、工業(yè)窯爐、直燃機(jī)中央空調(diào)等設(shè)備產(chǎn)生的煙氣的余熱回收。
背景技術(shù)：
在鋼鐵、冶金、石油、化工、電力等行業(yè)中，存在著豐富的煙氣余熱資源?；厥绽脽煔庥酂幔翘岣吣芰坷寐实耐緩街?。排煙溫度越低，能量利用率越高。目前，工業(yè)燃油、燃?xì)狻⑷济哄仩t設(shè)計(jì)制造時(shí)，為了防止鍋爐尾部受熱面腐蝕和堵灰，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)排煙溫度一般不低于180°C，最高可達(dá)250°C ;而各種工業(yè)窯爐的排煙溫度一般在400-50(TC，有些地方甚至更高。大量熱量隨著煙氣排放到大氣當(dāng)中，不但帶來環(huán)境污染，同時(shí)也造成能源浪費(fèi)，提高了工業(yè)設(shè)備的能耗率和運(yùn)行成本。 目前，公知的煙氣余熱回收多采用換熱器加熱空氣、水等方法進(jìn)行熱能回收。有關(guān)煙氣余熱回收的節(jié)能技術(shù)現(xiàn)在主要有熱管技術(shù)、相變換熱器、低壓省煤器和空氣預(yù)熱器，以及產(chǎn)生低壓蒸汽的余熱鍋爐等。這些技術(shù)雖然都在一定程度上提高了煙氣能量利用率，但也各自存在一些缺點(diǎn)，如熱管技術(shù)吸熱段的溫度較低，低于露點(diǎn)溫度，易積灰腐蝕，造成煙道阻力增大；相變換熱器只能安裝在鍋爐的水平煙道上，安裝的方向性受到了限制，且相變換熱器工作在負(fù)壓區(qū)，易向裝置內(nèi)漏入空氣，嚴(yán)重影響換熱效果；省煤器和空氣預(yù)熱器存在傳熱效率低、易堵塞，維護(hù)不方便、體積大、使用壽命短等問題，在使用上受到一定限制；余熱鍋爐受到水的沸點(diǎn)的限制，只能回收溫度較高的煙氣余熱，不能對(duì)低溫?zé)煔庥酂徇M(jìn)行回收利用。鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在種種不足，高效、靈活的傳熱單元成為當(dāng)前煙氣余熱回收技術(shù)的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種傳熱效率高，適用溫區(qū)廣，耐高溫，體積小，使用壽命長(zhǎng)，安裝維修方便的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)；該煙氣余熱利用系統(tǒng)采用了液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)，利用液態(tài)金屬熱導(dǎo)率高，高出傳統(tǒng)工質(zhì)近兩個(gè)量級(jí)，工作溫區(qū)廣，性質(zhì)穩(wěn)定，表面張力大從而不易泄漏等特點(diǎn)，極大地彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高了煙氣余熱回收的效率。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其由與煙道內(nèi)的煙氣直接或間接進(jìn)行熱交換的換熱器和與水箱內(nèi)的水進(jìn)行熱交換的散熱器組成；所述散熱器的散熱平片內(nèi)設(shè)有微型流道；所述換熱器和散熱平片內(nèi)的微型流道通過安裝于所述微型流道兩出口端的第一連接管和第二連接管相連通，相連通的換熱器、第一連接管、第二連接管和微型流道內(nèi)裝有循環(huán)流動(dòng)的液態(tài)金屬；所述第一連接管或第二連接管上裝有驅(qū)動(dòng)泵，用以驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬在相互連通的換熱器、第一連接管、第二連接管和微型流道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。
所述驅(qū)動(dòng)泵為電磁泵、機(jī)械泵或電潤(rùn)濕泵。所述換熱器、散熱器、第一連接管及第二連接管的材質(zhì)為金、銀、不銹鋼、金剛石、石墨、銅、鈦或陶瓷。所述換熱器為其表面有肋片或無肋片的管式換熱器； 所述散熱器為散熱平片表面有肋片或無肋片的散熱器；所述第一連接管、第二連接管及微型流道的橫截面形狀為圓形、矩形、正方形或三角形，每個(gè)流道長(zhǎng)度為10厘米至100米，其水力直徑為10納米至10厘米。所述的液態(tài)金屬為鎵、鈉、鉀、汞、鎵銦合金、鈉鉀合金或鎵銦合金與鈉鉀合金混合的混合合金。所述水箱可以通過管道連接到供熱設(shè)備或產(chǎn)生蒸汽用以發(fā)電。本發(fā)明的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)采用液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)，由于液態(tài)金屬具有遠(yuǎn)高于非金屬流體如水、空氣乃至其他液體的熱導(dǎo)率，因而將其作為傳熱流體時(shí)，可以加快熱循環(huán)和余熱回收的效率，并可以由較小的體積實(shí)現(xiàn)較好的散熱效果，且不受安裝位置限制；同時(shí)，采用不同的液態(tài)金屬可以用于回收不同溫度的余熱，并且可以實(shí)現(xiàn)顯熱和潛熱的同時(shí)回收；液態(tài)金屬的導(dǎo)電性也決定了它可以采用無運(yùn)動(dòng)部件的電磁泵來驅(qū)動(dòng)，功耗極低；而且，系統(tǒng)內(nèi)液態(tài)金屬進(jìn)行封閉循環(huán)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響；使用該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高效、靈活、可靠、低耗的運(yùn)行。至今，國(guó)內(nèi)外尚無采用液體金屬的煙氣余熱回收系統(tǒng)被提出。


附圖I為本發(fā)明(實(shí)施例I)的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本發(fā)明(實(shí)施例2)的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為本發(fā)明(實(shí)施例3)的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4為本發(fā)明的散熱器6的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明專利附圖I為實(shí)施例I的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為實(shí)施例2的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為實(shí)施例3的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4為本發(fā)明的散熱器的截面示意圖。由圖可知，本發(fā)明提供的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其由與煙道I內(nèi)的煙氣直接或間接進(jìn)行熱交換的換熱器2和與水箱5內(nèi)的水8進(jìn)行熱交換的散熱器6組成；所述散熱器6的散熱平片內(nèi)設(shè)有微型流道；所述換熱器2和散熱平片內(nèi)的微型流道通過安裝于所述微型流道兩出口端的第一連接管31和第二連接管32相連通，相連通的換熱器2、第一連接管31、第二連接管32和微型流道內(nèi)裝有循環(huán)流動(dòng)的液態(tài)金屬7 ;所述第一連接管31或第二連接管32上裝有驅(qū)動(dòng)泵4，用以驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬7在相互連通的換熱器2、第一連接管31、第二連接管32和微型流道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。 所述驅(qū)動(dòng)泵4為電磁泵、機(jī)械泵或電潤(rùn)濕泵。所述換熱器2、散熱器6、第一連接管31及第二連接管32的材質(zhì)為金、銀、不銹鋼、金剛石、石墨、銅、鈦或陶瓷。
所述換熱器2為其表面有肋片或無肋片的管式換熱器；所述散熱器6為散熱平片表面有肋片或無肋片的散熱器；所述第一連接管31、第二連接管32及微型流道的橫截面形狀為圓形、矩形、正方形或三角形，每個(gè)流道長(zhǎng)度為10厘米至100米，其水力直徑為10納米至10厘米。所述的液態(tài)金屬7為鎵、鈉、鉀、汞、鎵銦合金、鈉鉀合金或鎵銦合金與鈉鉀合金混合的混合合金。本發(fā)明的技術(shù)路線可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜的液態(tài)金屬傳熱及儲(chǔ)能、煙氣余熱利用裝置的組合；作為示例，這里僅以最基本的結(jié)構(gòu)加以說明。實(shí)施例I :圖I為本發(fā)明的實(shí)施例I的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。銅管式換熱器2沿?zé)煔鈦砹鞣较虿贾迷跓煹繧內(nèi)與煙氣直接進(jìn)行熱交換，通過截面為圓形的銅制第一連接管31和第二連接管32與布置在水箱5中的不銹鋼散熱器6內(nèi)的微型流道形成循環(huán)通路；第一連接管31或第二連接管32上裝有機(jī)械泵4，用以驅(qū)動(dòng)液態(tài)鎵在相互連通的換熱器2、第一連接管31、第二連接管32和微型流道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)；管式換熱器2中的液態(tài)鎵的流向與煙氣來流方向平行。實(shí)施例2 圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。與實(shí)施例I不同的是，換熱器2在煙道I內(nèi)垂直于煙氣來流方向布置，液態(tài)金屬和煙氣交叉流換熱。鈦制管式換熱器2沿?zé)煔鈦砹鞣较虿贾迷跓煹繧內(nèi)與煙氣直接進(jìn)行熱交換，通過截面為圓形的鈦制第一連接管31和第二連接管32與布置在水箱5中的銅制散熱器6內(nèi)的微型流道形成循環(huán)通路；第一連接管31或第二連接管32上裝有電潤(rùn)濕泵4，用以驅(qū)動(dòng)液態(tài)鎵銦錫合金在相互連通的換熱器2、第一連接管31、第二連接管32和微型流道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)；管式換熱器2中的液態(tài)鎵銦錫合金的流向與煙氣來流方向垂直。實(shí)施例3 圖3為本發(fā)明的實(shí)施例3的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。與實(shí)施例I和實(shí)施例2不同的是，換熱器2布置在煙道I外壁上，液態(tài)金屬和煙氣間接進(jìn)行熱交換。銅制管式換熱器2以螺旋方式布置在煙道I外壁上，通過截面為圓形的銅制第一連接管31和第二連接管32與布置在水箱5 (水箱中裝有水8)中的石墨制散熱器6內(nèi)的微型流道形成循環(huán)通路；第一連接管31或第二連接管32上裝有電磁泵4，用以驅(qū)動(dòng)液態(tài)鎵銦合金在相互連通的換熱器2、第一連接管31、第二連接管32和微型流道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。本發(fā)明的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的高效熱回收。以實(shí)施例I為例，換熱器2沿?zé)煔鈦砹鞣较蛞陨咝喂芊绞讲贾迷跓煹纼?nèi)，換熱器2中的液態(tài)金屬7與煙氣同時(shí)進(jìn)行順流和逆流換熱，除充分利用液態(tài)金屬7的高導(dǎo)熱特性外，進(jìn)一步強(qiáng)化了傳熱。對(duì)于實(shí)施例2,換熱器2垂直于煙氣來流方向以蛇形管方式布置在煙道內(nèi)，換熱器2中的液態(tài)金屬7與煙氣進(jìn)行交叉流換熱，是強(qiáng)化傳熱的另一種方式。對(duì)于實(shí)施例3，由于液態(tài)金屬熱導(dǎo)率高，所以可以不用像其他換熱器那樣布置在煙道中，布置在煙道外同樣可以起到良好的換熱效果。本裝置散熱器內(nèi)的微型流道可通過機(jī)加工或其他成熟技術(shù)做出，之后與驅(qū)動(dòng)泵連接，但在一端留有開口，以便將熔化后的低熔點(diǎn)金屬或其合金(呈液體狀態(tài))沿此開口注入管道和循環(huán)通路中，待整個(gè)流道內(nèi)充好液態(tài)金屬7后，將上述開口予以封裝，即形成內(nèi)部循環(huán)通道為密閉的高效散熱機(jī)構(gòu)。根據(jù)需要，連通管道可由各種金屬等制成，其長(zhǎng)短可根據(jù)需要加以調(diào)整，整個(gè)散熱結(jié)構(gòu)的尺寸可根據(jù)需要制作。最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。采用該煙氣余熱回收系統(tǒng)與煙道和余熱利用裝置的各種位置組合均屬于本發(fā)明涵蓋的范圍。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù) 方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其由與煙道內(nèi)的煙氣直接或間接進(jìn)行熱交換的換熱器和與水箱內(nèi)的水進(jìn)行熱交換的散熱器組成；所述散熱器的散熱平片內(nèi)設(shè)有微型流道；所述換熱器和散熱平片內(nèi)的微型流道通過安裝于所述微型流道兩出口端的第一連接管和第二連接管相連通，相連通的換熱器、第一連接管、第二連接管和微型流道內(nèi)裝有循環(huán)流動(dòng)的液態(tài)金屬；所述第一連接管或第二連接管上裝有驅(qū)動(dòng)泵，用以驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬在相互連通的換熱器、第一連接管、第二連接管和微型流道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。
2.按權(quán)利要求I所述的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)泵為電磁泵、機(jī)械泵或電潤(rùn)濕泵。
3.按權(quán)利要求I所述的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱器為有肋片或無肋片的管式換熱器。
4.按權(quán)利要求I所述的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱器為其表面有肋片或無肋片的管式換熱器；所述散熱器為散熱平片表面有肋片或無肋片的散熱器。
5.按權(quán)利要求I所述的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其特征在于， 所述換熱器、散熱器、第一連接管及第二連接管的材質(zhì)為金、銀、不銹鋼、金剛石、石墨、銅、鈦或陶瓷。
6.按權(quán)利要求I所述的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述第一連接管、第二連接管及微型流道的橫截面形狀為圓形、矩形、正方形或三角形，每個(gè)流道長(zhǎng)度為10厘米至100米，其水力直徑為10納米至10厘米。
7.按權(quán)利要求I所述的基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)，所述的液態(tài)金屬為鎵、鈉、鉀、汞、鎵銦合金、鈉鉀合金或鎵銦合金與鈉鉀合金混合的混合合金。
全文摘要
一種基于液態(tài)金屬傳熱的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其由與煙道內(nèi)的煙氣直接或間接進(jìn)行熱交換的換熱器和與水箱內(nèi)的水進(jìn)行熱交換的散熱器組成；散熱器的散熱平片內(nèi)設(shè)有微型流道；所述換熱器和散熱平片內(nèi)的微型流道通過安裝于所述微型流道兩出口端的第一連接管和第二連接管相連通，相連通的換熱器、第一連接管、第二連接管和微型流道內(nèi)裝有循環(huán)流動(dòng)的液態(tài)金屬；第一連接管或第二連接管上裝有驅(qū)動(dòng)泵，用以驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬在相互連通的換熱器、第一連接管、第二連接管和微型流道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)；具有顯著加快熱循環(huán)和余熱回收的效率，使用較小的體積即可實(shí)現(xiàn)良好的散熱效果，且高效、靈活、可靠和低耗，對(duì)用液態(tài)金屬進(jìn)行煙氣余熱回收的推廣普及具有重要意義。
文檔編號(hào)F28D19/00GK102927843SQ201110231250
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者劉靜, 李海燕 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所