專(zhuān)利名稱：熱交換單元的制作方法
熱交換單元本發(fā)明涉及一種設(shè)置為從廢氣中回收能量的熱交換單元以及一種方法，該方法重新裝配(re-fit，改裝)以簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)為例的處理熱源單元，以便將熱源單元轉(zhuǎn)換為聯(lián)合循環(huán)。特別地，但不排他地，本發(fā)明涉及一種與發(fā)電廠相關(guān)聯(lián)的熱交換單元，其通常為設(shè)置為從廢氣中提取熱量的燃?xì)廨啓C(jī)和/或燃?xì)?柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等。用于從這種發(fā)電廠廢氣中回收熱量的熱交換器通常有點(diǎn)大，設(shè)計(jì)比較繁瑣。所以，這些熱交換單元通常設(shè)計(jì)為，以部件形式進(jìn)行運(yùn)輸并現(xiàn)場(chǎng)組裝。另外，沒(méi)有對(duì)熱交換單元的空間進(jìn)行有效優(yōu)化，以及使其與燃?xì)廨啓C(jī)和/或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)直接連接。這些設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致需要額外的占地面積并增加了交通、組裝、測(cè)試和維修的成本。這些困難有時(shí)會(huì)導(dǎo)致操作員選擇簡(jiǎn)單的循環(huán)(無(wú)熱量回收)，該循環(huán)與聯(lián)合循環(huán)相比，效率是相當(dāng)?shù)偷?，其中熱廢氣直接排放到大氣中。從歷史觀點(diǎn)來(lái)看，當(dāng)不注重環(huán)境問(wèn)題且燃料消耗不嚴(yán)重時(shí)，可能已經(jīng)安裝了簡(jiǎn)單循環(huán)發(fā)電廠。在業(yè)內(nèi)還認(rèn)識(shí)到其他問(wèn)題。輸送至熱交換器的發(fā)電廠廢氣的不規(guī)則流動(dòng)分布(例如，在相同管中以120m/s的速度順流，以20m/s的速度逆流)可能會(huì)導(dǎo)致熱交換管、襯里、阻尼器、燃燒器及其他發(fā)電廠設(shè)備損壞。過(guò)度振動(dòng)或振蕩等可能會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞。標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)救方式是，提供更長(zhǎng)的管，這增加了截面積，以允許更高的速度，從而隨距離的增加而自然減小。然而，這還會(huì)導(dǎo)致空間的使用效率較低，成本增加。可替換地，可以使部件明顯更堅(jiān)固，更耐用，但這需要更昂貴的材料和制造，增加了重量。有時(shí)，當(dāng)與離開(kāi)發(fā)電廠的廢氣中存在的熱量相比時(shí)，希望熱交換器轉(zhuǎn)換額外的熱能，以便提高熱交換過(guò)程的輸出。在目前使用的系統(tǒng)中，這通常通過(guò)管燃燒器實(shí)現(xiàn)，在廢氣離開(kāi)發(fā)電廠之后且進(jìn)入熱交換器之前，該管燃燒器對(duì)熱廢氣加熱。然而，可以通過(guò)這種方式獲得的額外輸出的量是有限的；廢氣已處于相對(duì)高的溫度下，該溫度可能接近熱交換器、襯里及內(nèi)部部件的最大溫度容限。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種設(shè)置用于從廢氣中回收能量的熱交換單元。所述熱交換單元大體包括氣體進(jìn)口管，熱交換管連接至氣體進(jìn)口管。熱交換系統(tǒng)的熱交換管列(array)可以位于熱交換管內(nèi)并且可以包圍維修管。所述維修管可以設(shè)置為允許對(duì)所述熱交換系統(tǒng)的至少一部分進(jìn)行檢查和/或維修。在不需要的情況下(例如，當(dāng)所述熱交換單元是蒸汽發(fā)生器時(shí))，所述維修管可以方便地替換旁路。所述維修管可以允許在受控環(huán)境下對(duì)所述熱交換系統(tǒng)進(jìn)行維修和/或檢查，而不需要將熱交換系統(tǒng)定位在建筑物內(nèi)。所述維修管的大小設(shè)置為允許人們進(jìn)入其中，例如，所述維修管的大小設(shè)置為允許人們進(jìn)入維修管檢查其內(nèi)側(cè)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種設(shè)置用于從廢氣中回收能量的熱交換單元。所述熱交換單元可以包括進(jìn)口管，熱交換管連接至進(jìn)口管。熱交換管列可以位于所述熱交換管內(nèi)且所述進(jìn)口管和熱交換管可以具有基本上垂直的縱軸線，使得在使用時(shí)，沿與所述熱交換管的縱軸線基本上垂直的方向?qū)怏w輸送至所述熱交換管。如果所述進(jìn)口管和熱交換管具有基本上垂直的縱軸線，使得在使用時(shí)，沿與所述熱交換管的縱軸線基本上垂直的方向?qū)怏w輸送至所述熱交換管，那么比起替代系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在一些現(xiàn)有系統(tǒng)中，進(jìn)口管的至少一部分設(shè)置有明顯彎曲部分，以便與基本上垂直于進(jìn)口管的其余部分的熱交換管的一端連接。本系統(tǒng)可以比現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)更簡(jiǎn)單且可以使廢氣源和熱交換管之間更容易且更緊密地連接。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種設(shè)置用于從廢氣中回收能量的熱交換單元。所述熱交換單元可以包括進(jìn)口管，熱交換管連接至進(jìn)口管。至少兩個(gè)熱交換管列可以位于所述熱交換管內(nèi)且在所述熱交換管列的至少兩個(gè)之間有加熱機(jī)構(gòu)。例如，所述加熱機(jī)構(gòu)可以是燃燒器或電氣元件。這樣的布置可以允許增強(qiáng)熱量轉(zhuǎn)換。在可能需要熱量轉(zhuǎn)換增加的情況下，這也可能是特別有用的，盡管加熱機(jī)構(gòu)中消耗的額外燃料會(huì)導(dǎo)致潛在的效率損失。要理解的是，第一方面、第二方面及第三方面中的任意一者可以與其他方面的一者或兩者相結(jié)合?？紤]到這一點(diǎn)，下列實(shí)施例可以與上述方面的一者或多者相結(jié)合，其中，所述實(shí)施例中討論的特征同樣存在于所述方面或方面的組合。設(shè)置維修管時(shí)，該維修管可以基本上為圓筒形。就熱交換管列而言，可以提供一種節(jié)省空間的解決方案，由此維修管提供足夠的進(jìn)入空間，但沒(méi)有必要使熱交換單元的大小不必要的增加。在某些實(shí)施例中，所述熱交換管和維修管基本上同軸。同樣，這可以提供一種節(jié)省空間的解決方案，由此熱交換管和熱交換管列只需要要求熱交換單元的大小增加最小量。在某些實(shí)施例中，在所述維修管中設(shè)置用于對(duì)所述熱交換管列進(jìn)行供給和/或排出的管道和集管。在某些實(shí)施例中，所述維修管提供對(duì)所述管道和集管的接近，以便進(jìn)行檢查和維修。這樣，可以在受控環(huán)境下(例如，在沒(méi)有惡劣天氣妨礙工作的情況下)執(zhí)行檢查和維修。另外，所述維修管可以表示，明顯改善了對(duì)管道和集管的接近。在某些實(shí)施例中，所述維修管設(shè)置有基本上經(jīng)過(guò)了所述維修管的全高度的豎直訪問(wèn)裝置。因此，例如，梯子或升降機(jī)可以設(shè)置在所述維修管內(nèi)，以便幫助檢查和/或維修。在某些實(shí)施例中，所述維修管為所述熱交換單元提供結(jié)構(gòu)支撐。這可以減少或消除熱交換管上施加的結(jié)構(gòu)載荷，可以提高所使用材料的靈活性以及熱交換單元作為一個(gè)整體的設(shè)計(jì)的靈活性。在某些實(shí)施例中，所述維修管充當(dāng)經(jīng)由氣體進(jìn)口管輸入的氣體的導(dǎo)流器，以便改變氣流分布。這可以幫助改善氣流分布。在某些實(shí)施例中，所述氣體進(jìn)口管設(shè)置有至少一個(gè)管燃燒器。這可以允許增強(qiáng)熱交換單元中的熱能轉(zhuǎn)換。在某些實(shí)施例中，所述氣體進(jìn)口管定位以切向地將氣體引至所述熱交換管的內(nèi)周緣的一部分。這可以改善氣流分布并減小背壓。具體地說(shuō)，在移動(dòng)穿過(guò)熱交換管之前，切向輸入氣體可以產(chǎn)生以受控方式消耗動(dòng)能的高速循環(huán)氣流。在其他實(shí)施例中，所述氣體進(jìn)口管被定位以引入氣體，使得氣體撞擊氣體進(jìn)口管內(nèi)的分流器。所述維修管的一部分可以提供分流器。在某些實(shí)施例中，第一和第二熱交換管列和所述加熱機(jī)構(gòu)定位使得廢氣在到達(dá)所述加熱機(jī)構(gòu)之前降至250° C至350° C之間的溫度。在某些實(shí)施例中，所述兩個(gè)熱交換管列和所述加熱機(jī)構(gòu)定位使得廢氣在到達(dá)所述加熱機(jī)構(gòu)之前降至大約300° C的溫度。
這樣的布置可以提供一種有效的系統(tǒng)。通過(guò)第一熱交換管列回收經(jīng)由廢氣氣體進(jìn)口管輸入的氣體攜帶的大量熱能。其后，在討論的溫度下，氣體仍然可以足夠熱(在氣體中具有指定的含氧量)以便在加熱機(jī)構(gòu)中燃燒。加熱機(jī)構(gòu)然后可以重新加熱氣體以接近熱交換單元、襯里及內(nèi)部的最大安全溫度容限，因此第二熱交換管列從重新加熱的氣體中回收熱能。第一熱交換管列也可以幫助除去廢氣中的紊流，以便在到達(dá)該(或每個(gè))加熱機(jī)構(gòu)之后流動(dòng)更規(guī)律。技術(shù)人員將理解，紊流可以導(dǎo)致這樣的加熱機(jī)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)潛在地熄滅加熱機(jī)構(gòu)的火焰。在某些實(shí)施例中，所述加熱機(jī)構(gòu)將廢氣的溫度升至700° C至800° C之間。在某些實(shí)施例中，所述加熱機(jī)構(gòu)將廢氣的溫度升至大約760° C。這些溫度可接近熱交換單元中可能使用的材料(比如不銹鋼)的最大溫度容限。在某些實(shí)施例中，所述加熱機(jī)構(gòu)是環(huán)形燃燒器。就其形狀而言，當(dāng)熱交換管是圓柱形時(shí)(具有圓形截面)時(shí)，環(huán)形燃燒器可特別適用。在某些實(shí)施例中，所述氣體進(jìn)口管不具備燃燒器。這可以使所述氣體進(jìn)口管更短，從而潛在地縮短廢氣源和熱交換單元之間的距離，使整個(gè)系統(tǒng)更節(jié)省空間。在某些實(shí)施例中，所述熱交換管列是螺旋形的。這樣的形狀比較方便，因?yàn)樵撔螤钤试S管緊湊延伸。然而，其他形式的管列同樣是可能的。在某些實(shí)施例中，通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生廢氣。在某些實(shí)施例中，所述熱交換單元是直通蒸汽發(fā)生器(once through steamgenerator)ο如與理解的一樣,本發(fā)明的實(shí)施例可以提供一種節(jié)省空間的熱量回收解決方案。因此，利用直通蒸汽發(fā)生器(也稱為節(jié)省空間的技術(shù))是有利的，使得整個(gè)系統(tǒng)具有較小的占地面積。在某些實(shí)施例中，所述熱交換單元基本上是不受氣候影響的。這可以是有利的，因?yàn)榭赡懿恍枰獙峤粨Q單元容納在建筑物內(nèi)。另外，這可以使檢查并維修熱交換單元更容易、更安全。在某些實(shí)施例中，所述熱交換單元的直徑為2. 6m至8m。在某些實(shí)施例中，所述熱交換管基本上為圓筒形。這可能尤其適用于在某些實(shí)施例中使用一個(gè)或多個(gè)螺旋狀熱交換管列，且可以提供節(jié)省空間的解決方案。在某些實(shí)施例中，在安裝時(shí)，所述熱交換管基本上豎直設(shè)置。這可以使所述熱交換管(以及總體來(lái)說(shuō)熱交換單元)更加適用于替代現(xiàn)有排氣管組。另外，可以減少所述熱交換管的占地面積。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種重新裝配處理熱源單元(以簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)為例)以便將熱源單元轉(zhuǎn)換為聯(lián)合循環(huán)的方法，所述方法包括以下步驟I)提供設(shè)置為從廢氣中回收能量的熱交換單元，所述熱交換單元包括進(jìn)口管，熱交換管連接至進(jìn)口管，其中，熱交換管列位于熱交換管內(nèi)；2)將通常進(jìn)行預(yù)裝和測(cè)試的熱交換單元送到所述處理加熱單元的位置；以及3)用所述處理熱源單元替代處理熱源單元的現(xiàn)有排氣管組。在某些實(shí)施例中，所述處理加熱單元是燃?xì)廨啓C(jī)。在某些實(shí)施例中，用于支撐現(xiàn)有排氣管組的底座(foundation )用于支撐所述熱交換單元。這可以降低成本并減少轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。
在某些實(shí)施例中，所述進(jìn)口管和熱交換管具有基本上垂直的縱軸線，使得在使用時(shí)，沿與所述熱交換管的縱軸線基本上垂直的方向?qū)怏w輸送至所述熱交換管。這可以降低熱交換管的高度。也可以減少轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，因?yàn)榇怪边M(jìn)口管與例如同軸進(jìn)口管相比，可以不那么復(fù)雜并更容易進(jìn)行結(jié)構(gòu)支撐。所述方法可以利用根據(jù)本發(fā)明的上述方面的任意方面的熱交換單元。現(xiàn)在將僅通過(guò)實(shí)例的方式參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，其中

圖1為現(xiàn)有技術(shù)熱交換單元的透視圖；圖2為示出了本發(fā)明的實(shí)施例的剖面透視圖；圖3為與圖2中所示的實(shí)施例類(lèi)似的實(shí)施例的平面圖；圖4為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的剖面透視圖；圖5為圖4的實(shí)施例的剖面?zhèn)纫晥D；圖6為與圖4和5中所示的實(shí)施例類(lèi)似的實(shí)施例的平面圖；圖7為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的剖面?zhèn)纫晥D；圖8為圖7的實(shí)施例的剖面透視圖；圖9為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的剖面?zhèn)纫晥D。首先參照?qǐng)D1，現(xiàn)有技術(shù)熱交換單元通常設(shè)置為100。熱交換單元100用于從燃?xì)廨啓C(jī)(未示出)的廢氣中回收熱量?；厥盏臒崃坑糜诋a(chǎn)生驅(qū)動(dòng)發(fā)電汽輪機(jī)(未示出)的高壓蒸汽。熱交換單元100具有廢氣進(jìn)口 102。廢氣進(jìn)口被供應(yīng)有來(lái)自汽輪機(jī)(未示出)的廢氣，但其他實(shí)施例可以使用任何其他類(lèi)型的發(fā)電廠或處理廠的廢氣。熱交換單元100不時(shí)地停止工作，否則會(huì)產(chǎn)生太多廢氣要熱交換單元100處理。在這些場(chǎng)合，分流閥(未示出)可操作用于將進(jìn)入廢氣進(jìn)口 102的一部分或所有廢氣轉(zhuǎn)至廢氣旁路104。然而，當(dāng)熱交換單元100操作時(shí)，分流閥允許廢氣繼續(xù)通過(guò)廢氣旁路104，因此通過(guò)管燃燒器(未示出)。管燃燒器可以用于對(duì)廢氣進(jìn)行加熱，以便在處理后期增強(qiáng)熱量轉(zhuǎn)換。在管燃燒器之外是加熱廢氣的火焰形成室106。火焰形成室106饋送容納一系列管狀熱交換管(未示出)的熱交換室108。水在熱交換管(形成熱交換管列)中循環(huán)，并通過(guò)在熱交換管中蒸發(fā)水分以形成蒸汽而從廢氣中回收熱量。蒸汽收集在汽包(steam drum)110中,用于給蒸汽輪機(jī)供能。最后,廢氣向排氣管組112上傳遞，便于釋放。通常情況下，熱交換管列與設(shè)置來(lái)使流體流過(guò)熱交換管的熱交換系統(tǒng)連接。通常，熱交換系統(tǒng)很大程度上設(shè)置在熱交換單元的外側(cè)。要理解的是，熱交換單元100可以是大型裝置。這可能需要大量現(xiàn)場(chǎng)組裝工作和底座。鑒于裝置的尺寸比較大，模塊化運(yùn)輸可能是設(shè)計(jì)需要的?？赡芤残枰笮徒ㄖ铮员阍谥鲗?dǎo)天氣情況讓情況變得困難和/或危險(xiǎn)的情況下可以執(zhí)行檢查和維修。在某些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，特別是熱交換單元100或類(lèi)似裝置太大或太昂貴時(shí)，完全可以省去熱交換器。當(dāng)沒(méi)有熱交換器時(shí)(即，廢氣排放至大氣中時(shí))，該處理被描述為簡(jiǎn)單循環(huán)。這可能相對(duì)沒(méi)有效率且損害環(huán)境(與對(duì)廢氣進(jìn)行處理以便回收熱量的聯(lián)合循環(huán)相反)。在簡(jiǎn)單循環(huán)處理中，廢氣通常直接進(jìn)入排氣管組，從而浪費(fèi)存儲(chǔ)在氣體中的所有熱能。本發(fā)明的實(shí)施例與諸如熱交換單元100等系統(tǒng)相比可具有許多優(yōu)點(diǎn)。另外，本發(fā)明的實(shí)施例可以特別適用于替代簡(jiǎn)單循環(huán)處理中預(yù)先存在的排氣管組，以建立聯(lián)合循環(huán)處理。
應(yīng)理解，雖然為了方便起見(jiàn)將本發(fā)明的實(shí)施例描述為處理來(lái)自燃?xì)廨啓C(jī)的熱廢氣，但并不旨在于限制。本發(fā)明的實(shí)施例可以用于從其他系統(tǒng)(比如往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)和處理加熱爐或任何其他類(lèi)型的能量源)中回收熱量。還應(yīng)理解，表明本發(fā)明的某些實(shí)施例適用于產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的蒸汽，同時(shí)表明其他實(shí)施例適用于對(duì)單相處理流體(比如加熱應(yīng)用中要使用的油或水)進(jìn)行加熱。盡管這樣，討論的許多特征仍然具有普遍意義且技術(shù)人員易于修改任何技術(shù)中要使用的教導(dǎo)。某些實(shí)施例的特征尤其適用于蒸汽發(fā)生系統(tǒng)并同樣識(shí)別這些特征?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱交換單元通常設(shè)置為214。熱交換單元214具有圓筒形熱交換管216。熱交換管216基本上豎直定位并在其遠(yuǎn)端區(qū)域220(廢氣排出熱交換管的端部區(qū)域)設(shè)置有截頭圓錐形末端218。在其近端區(qū)域221 (廢氣輸入熱交換管的端部區(qū)域)，圓筒形熱交換管216設(shè)置有氣體進(jìn)口管222。氣體進(jìn)口管222和熱交換管216具有基本上垂直的縱軸線，進(jìn)口管222通過(guò)熱交換管216側(cè)壁224上的口孔225直接與熱交換管216連接。另外，氣體進(jìn)口管222被定位以便切向地將氣體引至側(cè)壁224的內(nèi)周緣的一部分。如上文討論的，垂直設(shè)置氣體進(jìn)口管222和熱交換管216并通過(guò)口孔225連接氣體進(jìn)口管222，意味著，沿基本上垂直于熱交換管216的縱軸線的方向?qū)怏w輸送至熱交換管216。然而，要理解的是，這可以在無(wú)需進(jìn)口管222直接與熱交換管216連接的情況下實(shí)現(xiàn)。例如，可以是在氣體進(jìn)口管222和熱交換管216之間使用連接器，假設(shè)連接器基本上不改變氣體流入熱交換管216的方向。因此，可以延長(zhǎng)氣體進(jìn)口管222的縱向長(zhǎng)度，而沒(méi)有必要具有相同的截面尺寸和/或形狀且沒(méi)有必要與此同軸。技術(shù)人員要理解的是，不管無(wú)數(shù)可能的細(xì)微差異，該布置的作用都是沿基本上垂直于熱交換管216的縱軸線的方向?qū)怏w輸送至熱交換管216。這可以使得熱交換單元214及其與處理熱源單元的連接更緊湊、更易于安裝，尤其是與平行于縱軸線將氣體輸送至熱交換管的系統(tǒng)相比。維修管226位于熱交換管216內(nèi)并與此同軸。維修管226包括近端圓柱段228和遠(yuǎn)端圓柱段230。近端圓柱段228的直徑比遠(yuǎn)端圓柱段230的直徑小，且這兩段由截頭圓錐形中間段232連接起來(lái)。近端圓柱段228設(shè)置有從下方進(jìn)入維修管226的門(mén)(未示出)。維修管226還設(shè)置有具有基本上經(jīng)過(guò)維修管226的全高度的豎直接近裝置的室內(nèi)梯子(未示出)。熱交換管216和維修管226的近端圓柱段228限定它們之間的速度損耗室234。熱交換管216和遠(yuǎn)端圓柱段230限定它們之間的熱交換室236。正常情況下，通常為螺旋狀的熱交換管列位于維修管226的遠(yuǎn)端圓柱段230周?chē)臒峤粨Q室236內(nèi)，然而，在圖2中為了清晰起見(jiàn)省略了這種情況。熱交換管列在該實(shí)施例中包括螺旋纏繞的管。熱交換管列的供給和排出位于維修管226內(nèi)。熱交換管列及其供給排出和連接形成了直通蒸汽發(fā)生器的一部分。圖2的實(shí)施例尤其適用于產(chǎn)生蒸汽，而不對(duì)處理流體進(jìn)行加熱。這是因?yàn)闊峤粨Q單元214本身不具備廢氣旁路(反而用維修管226代替)。產(chǎn)生蒸汽通常不需要廢氣旁路(在通常不需要限制產(chǎn)生的蒸汽的量的情況下)。然而，旁路在對(duì)處理流體加熱的情況下是更有利的，以便可以控制加熱過(guò)程。然而，要理解的是，如果旁路設(shè)置在熱交換單元214外部和/或維修管用旁路替換，本實(shí)施例適于與處理流體一起使用。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2和圖3，對(duì)討論中的實(shí)施例的用途進(jìn)行描述。在使用時(shí)，熱交換管216基本上豎直定位。氣體進(jìn)口管222與燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣連接(雖然要理解的是，可以使用其他熱源)以便將廢氣提供給熱交換單元214。因此，通過(guò)氣體進(jìn)口管222將廢氣輸送至速度損耗室234。因?yàn)闅怏w進(jìn)口管222被定位以便切向地將氣體引至側(cè)壁224的內(nèi)周緣的一部分，所以會(huì)產(chǎn)生旋風(fēng)效應(yīng)(如可以通過(guò)示例性廢氣流238的路徑看出)，由此高速流圓周循環(huán)，由近端圓柱段228和熱交換管216的壁引導(dǎo)。這樣，速度會(huì)自然損耗且先前的高速流與較慢的流混合，從而將更均勻的流動(dòng)分布輸送至熱交換室236和熱交換管列。這降低了系統(tǒng)的背壓并由此提高了效率。另外，更均勻的流動(dòng)分布會(huì)減少或消除可能對(duì)熱交換單元214造成的損害。最后，可以降低必須設(shè)計(jì)到熱交換單元214中的流量公差，潛在地降低了設(shè)計(jì)和制造成本，減小了尺寸并減輕了重量。要理解的是，在其他實(shí)施例中，不需要切向地將廢氣引至側(cè)壁224的內(nèi)周緣的一部分。相反，該引入可以簡(jiǎn)單垂直于熱交換管的縱軸線。在這種情況下，近端圓柱段228可以充當(dāng)分流器，其還可以改善氣流分布(特別是在設(shè)置有額外的耗散擋板的情況下)。當(dāng)廢氣穿過(guò)熱交換管列的第一盤(pán)管(coil)時(shí)，進(jìn)一步改善了其流動(dòng)分布。然后通過(guò)熱交換管列回收來(lái)自廢氣的熱量(將其盤(pán)管中的水轉(zhuǎn)換為蒸汽)。最后，廢氣經(jīng)由末端218離開(kāi)熱交換管列214。通過(guò)設(shè)置維修管226及其梯子，使熱交換管列的檢查和維修，以及供應(yīng)和返回該管列和集管變得更容易。維修管列不但提供并改善了進(jìn)入，而且還確保了工作可以在主導(dǎo)天氣情況不阻礙進(jìn)程的情況下進(jìn)行(不管熱交換單元214是否位于建筑物內(nèi))?，F(xiàn)在參照?qǐng)D4，給出了與已討論的特征類(lèi)似的特征，與系列中的參考編號(hào)400 —樣。圖4中所示的熱交換單元414與圖2中所示的熱交換單元相似。具有圓筒形熱交換管416。熱交換管416基本上豎直定位并在其遠(yuǎn)端區(qū)域420 (廢氣排出熱交換管的端部區(qū)域)設(shè)置有截頭圓錐形末端418。在其近端區(qū)域221 (廢氣輸入熱交換管的端部區(qū)域)，圓筒形熱交換管416設(shè)置有氣體進(jìn)口管422。在氣體進(jìn)口管422與熱交換管416連接的點(diǎn)上，基本上垂直于熱交換管416的縱軸線。因此，通過(guò)熱交換管416的側(cè)壁424進(jìn)入。另外，氣體進(jìn)口管422被定位以便切向地將氣體引至側(cè)壁424的內(nèi)周緣的一部分。維修管216沒(méi)有定位在熱交換管416內(nèi)，旁路440與熱交換管416同軸設(shè)置并設(shè)置在熱交換管416內(nèi)。旁路440為圓筒形并通過(guò)在近端區(qū)域421由熱交換管416限定的速度損耗室434上方的支撐件(未示出)懸掛。熱交換管416和旁路440限定其間的熱交換室436。正常情況下，通常為螺旋狀的熱交換管列位于旁路440周?chē)臒峤粨Q室436內(nèi)，然而，在圖4中為了清晰起見(jiàn)省略了這種情況。熱交換管列及其供應(yīng)和返回形成了處理流體加熱系統(tǒng)的一部分。分流管列444位于旁路管440的基底442。分流管列444包括一系列徑向延伸軸446，每隔一定間隔從分流管列444的中心延伸通過(guò)側(cè)壁424。每個(gè)軸446設(shè)置有一對(duì)葉片，即，熱交換葉片448和旁通葉片450 (參見(jiàn)圖6)，每個(gè)葉片延伸了軸446的每個(gè)側(cè)邊并固定為彼此成90°。每個(gè)軸446上的葉片448、450設(shè)置使得每個(gè)軸446沿一個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)，使熱交換葉片448覆蓋并關(guān)閉熱交換室436。然而，沿另一個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)使旁通葉片450覆蓋并關(guān)閉旁路管440。要理解的是，鑒于葉片448、450之間90°的固定角度，當(dāng)關(guān)閉熱交換室436時(shí)，旁路管440打開(kāi)，反之亦然。因此，分流管列444允許氣體全部流過(guò)熱交換室436或旁路管440或分流通過(guò)這兩者。技術(shù)人員將理解的是，在英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)GB0822584. 9中可以看見(jiàn)這里討論的具有分流管列和這類(lèi)旁路管的熱交換器，該申請(qǐng)?jiān)诖送ㄟ^(guò)引用并入。圖4的實(shí)施例尤其適用于給處理流體加熱，因?yàn)闊峤粨Q單元414設(shè)置有旁路管440。所以，可以控制加熱過(guò)程。然而，要理解的是，在蒸汽發(fā)生系統(tǒng)中可以使用本實(shí)施例，其中對(duì)于特定應(yīng)用，需要對(duì)產(chǎn)生的蒸汽的量進(jìn)行控制?，F(xiàn)在參照?qǐng)D4至圖6，對(duì)討論中的實(shí)施例的用途進(jìn)行描述。在使用時(shí)，熱交換管416基本上豎直定位。氣體進(jìn)口管422與燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣連接(雖然要理解的是，可以使用其他熱源)以便將廢氣提供給熱交換單元414。因此，通過(guò)氣體進(jìn)口管422和側(cè)壁424上的口孔425將廢氣輸送至速度損耗室434。因?yàn)闅怏w進(jìn)口管422被定位以便切向地將氣體引至側(cè)壁424的內(nèi)周緣的一部分，所以會(huì)產(chǎn)生旋風(fēng)效應(yīng)(如可以通過(guò)示例性廢氣流438的路徑看出)，由此高速流圓周地循環(huán)，由熱交換管416的側(cè)壁424引導(dǎo)。這樣，速度會(huì)自然損耗且先前的高速流與較慢的流混合，從而將更均勻的流動(dòng)分布輸送至熱交換室436和熱交換管列和/或旁路管440。要理解的是，在其他實(shí)施例中，不需要切向地將廢氣引至側(cè)壁424的內(nèi)周緣的一部分。相反，該引入可以簡(jiǎn)單垂直于熱交換管的縱軸線。在這種情況下，可以設(shè)置耗散擋板以便改善氣流分布。對(duì)分流管列444進(jìn)行控制以便確定廢氣是否通過(guò)熱交換室436和熱交換管列(以便對(duì)處理流體進(jìn)行加熱)或是否通過(guò)旁路管440 (以便對(duì)處理流體進(jìn)行少量加熱或不加熱)。要理解的是，還可以對(duì)分流管列進(jìn)行控制以使廢氣通過(guò)熱交換室436和旁路管440的比例可變。假設(shè)對(duì)分流管列444進(jìn)行控制以使至少一部分廢氣進(jìn)入熱交換室436，當(dāng)通過(guò)熱交換管列的第一盤(pán)管時(shí)，進(jìn)一步改善了其流動(dòng)分布。然后通過(guò)熱交換管列回收來(lái)自廢氣的熱量(對(duì)其盤(pán)管中的處理流體進(jìn)行加熱)。最后，廢氣經(jīng)由末端418離開(kāi)熱交換管列414。如果對(duì)分流管列444進(jìn)行控制以使至少一部分廢氣通過(guò)旁路，那么該廢氣會(huì)通過(guò)旁路管440并經(jīng)由末端418離開(kāi)熱交換管列414?，F(xiàn)在參照?qǐng)D7和圖8，對(duì)于與已討論的特征類(lèi)似的特征給出了系列700中的相似的附圖標(biāo)記。圖7和圖8中所示的熱交換單元714與圖4中所示的熱交換單元相似。具有圓筒形熱交換管716。熱交換管716基本上豎直定位并在其遠(yuǎn)端區(qū)域720 (廢氣排出熱交換管的端部區(qū)域)設(shè)置有截頭圓錐形末端718。在其近端區(qū)域721 (廢氣輸入熱交換管的端部區(qū)域)，圓筒形熱交換管716設(shè)置有氣體進(jìn)口管722。氣體進(jìn)口管722和熱交換管716具有基本上垂直的縱軸線，進(jìn)口管722通過(guò)熱交換管716側(cè)壁724上的口孔725直接與熱交換管716連接。另外，氣體進(jìn)口管722被定位以便切向地將氣體引至側(cè)壁724的內(nèi)周緣的一部分。旁路管740與熱交換管716同軸設(shè)置并設(shè)置在熱交換管716內(nèi)側(cè)。旁路管740為圓筒形并通過(guò)在近端區(qū)域721由熱交換管716限定的速度損耗室734上方的支撐件(未示出)懸掛。熱交換管716和旁路管740限定其間的熱交換室736。第一熱交換管列752和第二熱交換管列754定位在旁路管740 (圖8中為了清晰起見(jiàn)而省略)周?chē)臒峤粨Q室736內(nèi)。在第一熱交換管列752和第二熱交換管列754之間有環(huán)形燃燒器756和形成熱交換室736的一部分的火焰形成室758。第一熱交換管列具有第一進(jìn)口 760和第一出口 762。第二熱交換管列具有第二進(jìn)口 764 (由第一出口 762供應(yīng))和第二出口 766。熱交換管列及其進(jìn)口 760、764和出口 762、766形成處理流體加熱系統(tǒng)的一部分。與前文討論的分流管列444類(lèi)似，分流管列744位于旁路管740的基底742。圖7和圖8的實(shí)施例尤其適用于給處理流體加熱，因?yàn)闊峤粨Q單元714設(shè)置有旁路管740。所以，可以控制加熱過(guò)程。然而，要理解的是，在蒸汽發(fā)生系統(tǒng)中可以使用本實(shí)施例，其中對(duì)于特定應(yīng)用，需要對(duì)產(chǎn)生的蒸汽的量進(jìn)行控制。實(shí)施例也尤其適用于甚至不惜降低效率也需要增強(qiáng)熱量轉(zhuǎn)換的應(yīng)用。這是針對(duì)環(huán)形燃燒器756而言的，可以激活該環(huán)形燃燒器以便對(duì)火焰形成室758中的廢氣重新加熱，在第一熱交換管列752中回收來(lái)自廢氣的熱量。然后在第二熱交換管列754中回收來(lái)自重新加熱的氣體的熱量。在本實(shí)施例中，第一熱交換管列752和第二熱交換管列754以及環(huán)形燃燒器756設(shè)置為，利用用于給熱量回收裝置加襯里的不銹鋼來(lái)最優(yōu)化熱量轉(zhuǎn)換。不銹鋼通常限于760° C的燒制溫度，而不使用更加昂貴的襯里材料或水冷卻。因此，在大致525° C的廢氣進(jìn)入氣體進(jìn)口管722時(shí)通過(guò)第一熱交換管列752降至300° C的情況下可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。在這種情況下，300° C是廢氣中的氧含量足以允許在環(huán)形燃燒室756中燃燒的近似最低溫度。然后在溫度在第二熱交換管列754中降至大致200° C之前，將廢氣加熱至大致760° C(不銹鋼燒制溫度極限)。應(yīng)注意的是，鑒于速度損耗室734和第一熱交換管列752的盤(pán)管提供更好的流動(dòng)分布，在第一熱交換管列752和第二熱交換管列754之間只可能使用環(huán)形燃燒器756?，F(xiàn)在參照?qǐng)D9，為與已討論特征類(lèi)似的特征給出了在系列900中的附圖標(biāo)記。圖9中所示的熱交換單元914與討論的其他實(shí)施例相似，但闡述了可以與那些實(shí)施例合并的附加特征。第一特征是燃燒器管968中的燃燒器(未示出)。燃燒器管968位于氣體進(jìn)口管922和燃?xì)廨啓C(jī)(未示出)的中間?？梢詫?duì)燃燒器管968中的燃燒器進(jìn)行控制以升高來(lái)自燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣的溫度，以便增強(qiáng)熱交換單元914的熱量轉(zhuǎn)換。第二特征是，在熱交換單元914中提供催化劑，以減少一氧化碳和氮氧化物的排放。一氧化碳催化劑970位于熱交換管916的基底972。這里溫度較高，改善了一氧化碳的轉(zhuǎn)換。氮氧化物催化劑974位于熱交換管的上游，這里的溫度較低，更適于氮氧化物的轉(zhuǎn)換。催化劑972和974位于熱交換管916的具有較大截面積的區(qū)域內(nèi)，使得催化劑972和974產(chǎn)生的背壓并不明顯。要理解的是，上述實(shí)施例具有與簡(jiǎn)單循環(huán)處理中預(yù)先存在的排氣管組的外觀和尺寸相似的緊湊設(shè)計(jì)。因此，可以導(dǎo)致相對(duì)較小的破壞，以利用本發(fā)明的實(shí)施例替換此現(xiàn)有排氣管組，以產(chǎn)生聯(lián)合循環(huán)處理。另外，還可以使用預(yù)先存在的排氣管組的底座，以便減少破壞。進(jìn)一步地，在進(jìn)口管和熱交換管具有基本上垂直的縱軸線，使得在使用時(shí)沿與熱交換管的縱軸線基本上垂直的方向?qū)怏w輸送至熱交換管的情況下，可以促使廢氣源和進(jìn)口管快速、簡(jiǎn)易連接。本發(fā)明實(shí)施例的尺寸、形狀和設(shè)計(jì)本身還導(dǎo)致預(yù)組裝和測(cè)試。因此，與需要現(xiàn)場(chǎng)組裝和測(cè)試的圖1中所示的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相比，安裝時(shí)間可以明顯減少。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)置成用于從廢氣中回收能量的熱交換單元，所述熱交換單元包括氣體進(jìn)口管，熱交換管連接至所述氣體進(jìn)口管，其中，熱交換系統(tǒng)的熱交換管列位于圍繞維修管的所述熱交換管內(nèi)，并且其中，所述維修管設(shè)置為允許接近的，以對(duì)所述熱交換系統(tǒng)的至少一部分進(jìn)行檢查和/或維修。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換單元，其中，所述進(jìn)口管和所述熱交換管具有基本上垂直的縱軸線，使得在使用時(shí)，沿與所述熱交換管的所述縱軸線基本上垂直的方向?qū)怏w輸送至所述熱交換管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的熱交換單元，其中，所述熱交換管列通過(guò)至少一個(gè)附加的熱交換管列進(jìn)行補(bǔ)充，二者都位于所述熱交換管內(nèi)，并且其中，加熱機(jī)構(gòu)在所述熱交換管列中的至少兩個(gè)之間。
4.一種設(shè)置成用于從廢氣中回收能量的熱交換單元，所述熱交換單元包括進(jìn)口管，熱交換管連接至所述進(jìn)口管，其中，熱交換管列位于所述熱交換管內(nèi)，并且其中，所述進(jìn)口管和所述熱交換管具有基本上垂直的縱軸線，使得在使用時(shí)，沿與所述熱交換管的縱軸線基本上垂直的方向?qū)怏w輸送至所述熱交換管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱交換單元，其中，所述熱交換管列構(gòu)成熱交換系統(tǒng)的一部分，并且其中，所述熱交換管列包圍維修管，并且其中，所述維修管設(shè)置為允許接近的，以對(duì)所述熱交換系統(tǒng)的至少一部分進(jìn)行檢查和/或維修。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的熱交換單元，其中，所述熱交換管列通過(guò)至少一個(gè)附加的熱交換管列進(jìn)行補(bǔ)充，二者都位于所述熱交換管內(nèi)，并且其中，加熱機(jī)構(gòu)在所述熱交換管列中的至少兩個(gè)之間。
7.一種設(shè)置成用于從廢氣中回收能量的熱交換單元，所述熱交換單元包括進(jìn)口管，熱交換管連接至所述進(jìn)口管，其中，至少兩個(gè)熱交換管列位于所述熱交換管內(nèi)，且加熱機(jī)構(gòu)在所述熱交換管列中的至少兩個(gè)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱交換單元，其中，所述至少兩個(gè)熱交換管列構(gòu)成熱交換系統(tǒng)的一部分，并且其中，所述熱交換管列包圍維修管，并且其中，所述維修管設(shè)置為允許接近的，以對(duì)所述熱交換系統(tǒng)的至少一部分進(jìn)行檢查和/或維修。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的熱交換單元，其中，所述進(jìn)口管和所述熱交換管具有基本上垂直的縱軸線，使得在使用時(shí)，沿與所述熱交換管的縱軸線基本上垂直的方向?qū)怏w輸送至所述熱交換管。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、5或8所述的熱交換單元，其中，所述維修管基本上為圓筒形。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熱交換單元，其中，所述熱交換管和所述維修管基本上同軸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1、5、8、10和11中任一項(xiàng)所述的熱交換單元，其中，在所述維修管中設(shè)置有用于對(duì)所述熱交換管列進(jìn)行供給并從所述熱交換管列進(jìn)行排出的管道和集管。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱 交換單元，其中，所述維修管提供對(duì)所述管道和集管的接近，以進(jìn)行檢查和維修。
14.根據(jù)權(quán)利要求1、5、8及10至13中任一項(xiàng)所述的熱交換單元，其中，所述維修管設(shè)置有基本經(jīng)過(guò)了所述維修管的全高度的豎直接近裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1、5、8及10至14中任一項(xiàng)所述的熱交換單元，其中，所述維修管為所述熱交換單元提供結(jié)構(gòu)支撐。
16.根據(jù)權(quán)利要求1、5、8及10至15中任一項(xiàng)所述的熱交換單元，其中，所述維修管充當(dāng)用于經(jīng)由所述氣體進(jìn)口管輸入的氣體的導(dǎo)流器，以改變氣流分布。
17.根據(jù)權(quán)利要求1、5、8及10至16中任一項(xiàng)所述的熱交換單元，其中，所述氣體進(jìn)口管設(shè)置有至少一個(gè)管式燃燒器。
18.根據(jù)權(quán)利要求2、4及9或10至17中任一項(xiàng)所述的熱交換單元，當(dāng)從屬于權(quán)利要求2時(shí)，其中，所述氣體進(jìn)口管定位成切向地將所述氣體引至所述熱交換管的內(nèi)周緣的一部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求3、6及7或從屬于權(quán)利要求8的權(quán)利要求10至17或從屬于權(quán)利要求9的權(quán)利要求18中任一項(xiàng)所述的熱交換單元，其中，所述兩個(gè)熱交換管列和所述加熱機(jī)構(gòu)定位成使得廢氣在到達(dá)所述加熱機(jī)構(gòu)之前降至250° C至350° C之間的溫度。
20.根據(jù)權(quán)利要求3、6及7或從屬于權(quán)利要求8的權(quán)利要求10至17或從屬于權(quán)利要求9的權(quán)利要求18中任一項(xiàng)所述的熱交換單元，其中，所述兩個(gè)熱交換管列和所述加熱機(jī)構(gòu)定位成使得廢氣在到達(dá)所述加熱機(jī)構(gòu)之前降至大約300° C的溫度。
21.根據(jù)權(quán)利要求3、6及7或從屬于權(quán)利要求8的權(quán)利要求10至17或從屬于權(quán)利要求9的權(quán)利要求18或權(quán)利要求19和20中任一項(xiàng)所述的熱交換單元，其中，所述加熱機(jī)構(gòu)將所述廢氣的溫度升至700° C至80 0° C之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求3、6及7或從屬于權(quán)利要求8的權(quán)利要求10至17或從屬于權(quán)利要求9的權(quán)利要求18或權(quán)利要求19和20中任一項(xiàng)所述的熱交換單元，其中，所述加熱機(jī)構(gòu)將所述廢氣的溫度升至大約760° C。
23.根據(jù)權(quán)利要求3、6及7或從屬于權(quán)利要求8的權(quán)利要求10至17或從屬于權(quán)利要求9的權(quán)利要求18或權(quán)利要求19至22中任一項(xiàng)所述的熱交換單元，其中，所述加熱機(jī)構(gòu)是環(huán)形燃燒器。
24.根據(jù)權(quán)利要求3、6及7或從屬于權(quán)利要求8的權(quán)利要求10至17或從屬于權(quán)利要求9的權(quán)利要求18或權(quán)利要求19至23中任一項(xiàng)所述的熱交換單元，其中，所述氣體進(jìn)口管不設(shè)置有管式燃燒器。
25.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的熱交換單元，其中，通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生所述廢氣。
26.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的熱交換單元，其中，所述熱交換單元是直通蒸汽發(fā)生器。
27.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的熱交換單元，其中，所述熱交換單元基本上是不受氣候影響的。
28.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的熱交換單元，其中，所述熱交換單元的直徑在2.6m至8m之間。
29.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的熱交換單元，其中，所述熱交換管基本上為圓筒形。
30.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的熱交換單元，其中，在安裝時(shí)，所述熱交換管基本上豎直設(shè)置。
31.一種重新裝配處理熱源單元以將所述熱源單元轉(zhuǎn)換為聯(lián)合循環(huán)的方法，包括以下步驟: I)提供設(shè)置為從廢氣中回收能量的熱交換單元，所述熱交換單元包括進(jìn)口管，熱交換管連接至所述進(jìn)口管，其中，熱交換管列位于所述熱交換管內(nèi)； 2)將通常被預(yù)組裝和測(cè)試的所述熱交換單元送到所述處理熱源單元的位置；以及 3)用所述處理熱源單元替換能量產(chǎn)生單元的現(xiàn)有排氣管組。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，用于支撐所述現(xiàn)有排氣管組的底座用于支撐所述熱交換單元。
33.根據(jù)權(quán)利要求31或權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述進(jìn)口管和所述熱交換管連接，以具有基本上垂直的縱軸線，使得在使用時(shí)，沿與所述熱交換管的所述縱軸線基本上垂直的方向?qū)怏w輸送至所述熱交換管。
全文摘要
一種設(shè)置用于從廢氣中回收能量的熱交換單元(214)，所述熱交換單元(214)包括氣體進(jìn)口管(222)，熱交換管(216)連接至氣體進(jìn)口管，其中，熱交換系統(tǒng)的熱交換管列(752、754)位于圍繞維修管的熱交換管(216)內(nèi)，并且其中，所述維修管(226)設(shè)置為允許對(duì)所述熱交換系統(tǒng)的至少一部分進(jìn)行檢查和/或維修。
文檔編號(hào)F28D7/02GK103080688SQ201180036729
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者馬克·威克姆 申請(qǐng)人:熱回收方案有限公司