天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)，包括：爐體，爐體內(nèi)設有用于加熱導熱油的爐膛；換熱盤管，換熱盤管布置于爐膛內(nèi)，流經(jīng)換熱盤管的導熱油在爐膛內(nèi)被加熱；噴嘴，噴嘴設置在爐體的上端壁上，用于將天然氣和助燃空氣噴射到爐膛內(nèi)燃燒放熱；以及煙氣管道，煙氣管道連接于爐體的煙氣出口，用于將煙氣排出至煙囪。該系統(tǒng)進一步在煙氣管道中依次設置第一換熱器和第二換熱器，來自空氣源的空氣流經(jīng)第一換熱器被預熱后輸送至噴嘴，來自天然氣源的天然氣流經(jīng)第二換熱器被預熱后輸送至噴嘴。并且，該系統(tǒng)進一步包括由氟利昂蒸發(fā)器、雙螺桿發(fā)電機以及氟利昂循環(huán)回路構(gòu)成的余熱發(fā)電裝置，以進一步回收利用流經(jīng)第二換熱器后的煙氣余熱。
【專利說明】天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鍋爐余熱利用系統(tǒng)，特別涉及一種導熱油鍋爐余熱利用系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]面對日益嚴峻的環(huán)境問題和能源危機，全世界都在大力提倡節(jié)能減排，尤其是對于耗能和污染都較嚴重的工業(yè)窯爐相關(guān)產(chǎn)業(yè)，如何進行節(jié)能減排改造，已經(jīng)成為本領(lǐng)域技術(shù)人員在設計該類設備時必須要考慮的因素。
[0003]以導熱油鍋爐(熱載體爐)為例，其煙氣出口處的煙氣溫度通常會達到350攝氏度左右。如果將這些高溫煙氣直接排放到環(huán)境中，不但會造成能源浪費還會對環(huán)境造成一定程度的破壞。
[0004]如中國專利200420027889.4號公開的一種帶蒸汽發(fā)生器的有機熱載體爐尾氣余熱回收裝置，其包括與爐體連接的煙道和裝在煙道中的空氣預熱器，空氣預熱器引風機，與煙道出口端連接的煙囪，在爐體與空氣預熱器之間的前段煙道上安裝由殼體、汽包、管板、傳熱管組成的蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器的傳熱管中密封有傳熱工質(zhì)，傳熱管下部位于殼體中，上部通過管板伸入汽包中，蒸汽發(fā)生器的殼體裝在煙道中。排出有機熱載體爐的高溫煙氣先經(jīng)蒸汽發(fā)生器回收余熱，再經(jīng)空氣預熱器進一步回收余熱。然而，該余熱回收裝置未揭示或建議如何利用煙氣余熱對燃料預熱。
[0005]又如中國專利201120203096.3號公開的一種熱載體爐熱量循環(huán)利用裝置，它包括導熱油鍋爐、油泵和反應釜，所述導熱油鍋爐的煙道上設置有換熱器，所述換熱器的液體進口與油泵的出口相連，所述換熱器的液體出口與導熱油鍋爐的導熱油入口相連，所述導熱油鍋爐的導熱油出口與反應釜加熱裝置相連。該熱載體爐熱量循環(huán)利用裝置利用煙氣余熱對導熱油進行預熱，導熱油預熱后再進入導熱油鍋爐加熱。然而，該熱量循環(huán)利用裝置未揭示或建議如何利用煙氣余熱對燃料和空氣進行預熱。
[0006]再如中國專利申請201110199088.0號公開的一種燃油燃氣有機熱載體爐，具有筒體和盤管，所述筒體是橫截面為方形的箱體，所述盤管是由若干直線狀單體管連接而成且整體橫截面為方形的方箱形盤管，該燃油燃氣有機熱載體爐的燃燒室輻射段采用方箱形盤管結(jié)構(gòu)，通過彎制鋼管焊接組裝而成，而且對流段采用若干段蛇形對流管結(jié)構(gòu)，并將空氣預熱器集成于鍋爐本體內(nèi)部。然而，該余熱回收裝置未揭示或建議如何利用煙氣余熱對燃料預熱。
[0007]因此，提供一種能夠充分利用煙氣余熱、提高燃燒效率的天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)成為業(yè)內(nèi)急需解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)，其能夠充分回收利用高溫煙氣余熱、提高燃燒效率。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)，包括:爐體，爐體內(nèi)設有用于加熱導熱油的爐膛；換熱盤管，換熱盤管布置于爐膛內(nèi)，流經(jīng)換熱盤管的導熱油在爐膛內(nèi)被加熱；噴嘴，噴嘴設置在爐體的上端壁上，用于將天然氣和助燃空氣噴射到爐膛內(nèi)燃燒放熱；以及煙氣管道，煙氣管道連接于爐體的煙氣出口，用于將煙氣排出至煙囪。其中，該系統(tǒng)進一步在煙氣管道中依次設置第一換熱器和第二換熱器，來自空氣源的空氣流經(jīng)第一換熱器被預熱后輸送至噴嘴，來自天然氣源的天然氣流經(jīng)第二換熱器被預熱后輸送至噴嘴。
[0010]可選擇地，第一換熱器可以包括外殼、將外殼內(nèi)部空間分隔為逆向平行的煙氣流路和流體流路的中隔板、以及穿設在中隔板中的若干熱管，其中，若干熱管的蒸發(fā)端延伸于煙氣流路中，若干熱管的冷凝端延伸于流體流路中，流經(jīng)第一換熱器的流體流路的空氣與流經(jīng)第一換熱器的煙氣流路的煙氣換熱。
[0011]可選擇地，第二換熱器可以包括外殼、將外殼內(nèi)部空間分隔為逆向平行的煙氣流路和流體流路的中隔板、以及穿設在中隔板中的若干熱管，其中，若干熱管的蒸發(fā)端延伸于煙氣流路中，若干熱管的冷凝端延伸于流體流路中，流經(jīng)第二換熱器的流體流路的天然氣與流經(jīng)第二換熱器的煙氣流路的煙氣換熱。
[0012]可選擇地，第一或第二換熱器還可以為表面式換熱器，即，溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動，通過壁面的導熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進行換熱。
[0013]優(yōu)選地，換熱盤管可以在爐膛內(nèi)布置成包括內(nèi)套筒和外套筒的雙套筒狀，內(nèi)套筒的頂端連接于爐體的上端壁，內(nèi)套筒的底端與爐體的下端壁間隔開，外套筒的頂端與爐體的上端壁間隔開，外套筒的底端連接于爐體的下端壁，從而爐膛內(nèi)的煙氣由內(nèi)套筒的中央?yún)^(qū)域流入內(nèi)套筒與外套筒之間的區(qū)域，再流入外套筒與爐體內(nèi)壁之間的區(qū)域，最后通過設置于爐體底部的煙氣出口流入煙氣管道。
[0014]可選擇地，噴嘴包括天然氣入口以及助燃空氣入口，天然氣入口設置于噴嘴的頂壁，助燃空氣入口設置于噴嘴的側(cè)壁。優(yōu)選地，助燃空氣入口可以沿著切向設置于噴嘴的側(cè)壁，以使助燃空氣和天然氣的混合物以旋流方式噴射至爐膛內(nèi)。
[0015]其中，來自空氣源(比如風機或進氣管道)的20攝氏度左右的室溫空氣，經(jīng)第一換熱器預熱后的溫度設定為250?280攝氏度，優(yōu)選地為260攝氏度左右。
[0016]其中，來自天然氣源(比如燃氣罐或者燃氣管道)的20攝氏度左右的室溫天然氣，經(jīng)第二換熱器預熱后的溫度設定為100?150攝氏度，優(yōu)選地為120攝氏度左右。
[0017]其中，爐體底部的煙氣出口處的煙氣溫度一般為300?400攝氏度，比如350攝氏度左右。經(jīng)過第一換熱器后的煙氣溫度設為130?170攝氏度，比如150攝氏度左右。經(jīng)過第二換熱器后的煙氣溫度設為100?130攝氏度，比如120攝氏度左右。
[0018]優(yōu)選地，可以進一步設置余熱發(fā)電裝置，余熱發(fā)電裝置包括氟利昂蒸發(fā)器、雙螺桿發(fā)電機以及氟利昂循環(huán)回路，氟利昂蒸發(fā)器設置于煙氣管道中并位于第二換熱器與煙囪之間。
[0019]可選擇地，氟利昂蒸發(fā)器可以包括外殼、將外殼內(nèi)部空間分隔為逆向平行的煙氣流路和流體流路的中隔板、以及穿設在中隔板中的若干熱管，其中，熱管的蒸發(fā)端延伸于煙氣流路中，熱管的冷凝端延伸于流體流路中；液態(tài)氟利昂通過氟利昂循環(huán)回路進入氟利昂蒸發(fā)器的流體流路，在與流經(jīng)氟利昂蒸發(fā)器的煙氣流路的煙氣換熱后變成氟利昂蒸汽，氟利昂蒸汽通過氟利昂循環(huán)回路進入雙螺桿發(fā)電機，做功發(fā)電后變?yōu)橐簯B(tài)氟利昂進入下一工作循環(huán)。
[0020]其中，經(jīng)過氟利昂蒸發(fā)器后的煙氣溫度一般設為50?80攝氏度，比如60攝氏度左右。30攝氏度左右的液態(tài)氟利昂，經(jīng)氟利昂蒸發(fā)器后的氟利昂蒸汽溫度設定為100攝氏度左右。
[0021]可選擇地，雙螺桿發(fā)電機可以采用螺桿膨脹機發(fā)電技術(shù)，其工作原理是通過陰陽螺桿槽道中熱流體的體積膨脹，推動陰陽螺桿向相反方向旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)將熱能轉(zhuǎn)換成機械能的做功過程。
[0022]可選擇地，第一 /第二換熱器或氟利昂蒸發(fā)器的熱管內(nèi)的工質(zhì)可以選擇液態(tài)鈉、鉀、萘、水或氨等工質(zhì)。優(yōu)選地，第一換熱器的熱管內(nèi)的工質(zhì)為萘，第二換熱器的熱管內(nèi)的工質(zhì)為水，氟利昂蒸發(fā)器的熱管內(nèi)的工質(zhì)為氨。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:(I)、采用第一換熱器和第二換熱器對空氣和天然氣進行雙預熱，充分提高了熱載體爐的燃料燃燒效率；(2)、采用第一換熱器、第二換熱器、余熱發(fā)電裝置進行三級換熱，充分提高了熱載體爐的煙氣余熱回收率；(3)、換熱盤管在爐膛內(nèi)布置成雙套筒狀，充分提高了熱載體爐的導熱油換熱效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1示出了本發(fā)明天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)的示意圖。

【具體實施方式】
[0025]請參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)包括:爐體100、換熱盤管200、噴嘴300、煙氣管道400、第一換熱器500、第二換熱器600以及煙囪700。
[0026]其中，爐體100內(nèi)設有爐膛120。換熱盤管200布置于爐膛120內(nèi)用于將導熱油送入爐膛內(nèi)加熱。噴嘴300設置在爐體100的上端壁上用于將天然氣和助燃空氣噴射到爐膛內(nèi)燃燒放熱。煙氣管道400 —端連接于爐體100的煙氣出口 140而另一端連接于煙囪700。
[0027]其中，第一換熱器500及第二換熱器600間隔布置在煙氣管道400中，且位于爐體100的煙氣出口 140與煙囪700之間。第一換熱器500包括煙氣入口 501、煙氣出口 502、空氣入口 503和空氣出口 504。來自空氣源的空氣通過空氣入口 503進入第一換熱器500內(nèi)與通過煙氣入口 501進入第一換熱器500內(nèi)的高溫煙氣換熱，被預熱的空氣通過空氣出口504輸送至噴嘴300的助燃空氣入口 301，經(jīng)過一級換熱的煙氣通過煙氣出口 502流向第二換熱器600。第二換熱器600包括煙氣入口 601、煙氣出口 602、天然氣入口 603和天然氣出口 604。來自天然氣源的天然氣通過天然氣入口 603進入第二換熱器600內(nèi)與通過煙氣入口 601進入第二換熱器600內(nèi)的煙氣換熱，被預熱的天然氣通過天然氣出口 604輸送至噴嘴300的天然氣入口 302，經(jīng)過二級換熱的煙氣通過煙氣出口 602流向煙囪700。
[0028]作為一種非限制性實施方式,第一換熱器500包括外殼、將外殼內(nèi)部空間分隔為逆向平行的煙氣流路和空氣流路的中隔板(未圖示)、以及穿設在中隔板中的若干熱管(未圖示)，其中，若干熱管的蒸發(fā)端延伸于煙氣流路中，若干熱管的冷凝端延伸于空氣流路中，其中，第一換熱器的熱管內(nèi)的工質(zhì)為萘。同樣，第二換熱器600包括外殼、將外殼內(nèi)部空間分隔為逆向平行的煙氣流路和天然氣流路的中隔板(未圖示)、以及穿設在中隔板中的若干熱管(未圖示)，其中，若干熱管的蒸發(fā)端延伸于煙氣流路中，若干熱管的冷凝端延伸于天然氣流路中，其中，第二換熱器的熱管內(nèi)的工質(zhì)為水。
[0029]作為另一種非限制性實施方式，換熱盤管200在爐膛內(nèi)布置成包括內(nèi)套筒210和外套筒220的雙套筒狀。內(nèi)套筒210的頂端連接于爐體的上端壁，內(nèi)套筒210的底端與爐體的下端壁間隔開。外套筒220的頂端與爐體的上端壁間隔開，外套筒220的底端連接于爐體的下端壁。從而，爐膛120內(nèi)的煙氣由內(nèi)套筒210的中央?yún)^(qū)域流入內(nèi)套筒210與外套筒220之間的區(qū)域，再流入外套筒220與爐體100內(nèi)壁之間的區(qū)域，最后通過設置于爐體底部的煙氣出口 140流入煙氣管道400。
[0030]作為又一種非限制性實施方式，該系統(tǒng)進一步設置余熱發(fā)電裝置，余熱發(fā)電裝置包括氟利昂蒸發(fā)器800、雙螺桿發(fā)電機900以及氟利昂循環(huán)回路890，氟利昂蒸發(fā)器800設置于煙氣管道400中并位于第二換熱器600與煙囪700之間。氟利昂蒸發(fā)器800包括外殼、將外殼內(nèi)部空間分隔為逆向平行的煙氣流路和流體流路的中隔板(未圖示)、以及穿設在中隔板中的若干熱管(未圖示)，熱管的蒸發(fā)端延伸于煙氣流路中，熱管的冷凝端延伸于流體流路中，其中，氟利昂蒸發(fā)器的熱管內(nèi)的工質(zhì)為氨。來自氟利昂循環(huán)回路890的液態(tài)氟利昂通過氟利昂蒸發(fā)器800的氟利昂入口 803進入氟利昂蒸發(fā)器800的流體流路。來自第二換熱器600的煙氣通過氟利昂蒸發(fā)器800的煙氣入口 801進入氟利昂蒸發(fā)器800的煙氣流路。液態(tài)氟利昂與煙氣換熱后變成氟利昂蒸汽從氟利昂蒸發(fā)器800的氟利昂出口 804通過氟利昂循環(huán)回路890進入雙螺桿發(fā)電機900。煙氣與液態(tài)氟利昂換熱后溫度進一步降低并通過氟利昂蒸發(fā)器800的煙氣出口 802流向煙囪700。氟利昂蒸汽在雙螺桿發(fā)電機900中做功發(fā)電后變?yōu)橐簯B(tài)氟利昂進入下一工作循環(huán)。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的節(jié)能系統(tǒng)，爐體底部的煙氣出口 140處的煙氣溫度一般為350攝氏度左右。經(jīng)過第一換熱器后的煙氣溫度為150攝氏度左右。經(jīng)過第二換熱器后的煙氣溫度為120攝氏度左右。經(jīng)過第二換熱器后的煙氣溫度為120攝氏度左右。經(jīng)過氟利昂蒸發(fā)器后的煙氣溫度為60攝氏度左右。來自空氣源(比如風機或進氣管道)的20攝氏度左右的室溫空氣，經(jīng)第一換熱器預熱后溫度上升為260攝氏度左右。來自天然氣源(比如燃氣罐或者燃氣管道)的20攝氏度左右的室溫天然氣，經(jīng)第二換熱器預熱后溫度上升為120攝氏度左右。來自氟利昂循環(huán)回路的30攝氏度左右的液態(tài)氟利昂，經(jīng)氟利昂蒸發(fā)器后的氟利昂蒸汽溫度為100攝氏度左右。從而，該系統(tǒng)在節(jié)能利用了煙氣余熱的同時，充分提高了燃燒效率。
[0032]盡管在此已詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但要理解的是本發(fā)明并不局限于這里詳細描述和示出的具體結(jié)構(gòu)，在不偏離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的情況下可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員實現(xiàn)其它的變型和變體。例如，第一或第二換熱器采用諸如表面換熱器之類的其它類型換熱器，或者，換熱盤管在爐膛內(nèi)布置成三層或更多層套筒狀。此外，系統(tǒng)各處的溫度或壓力等參數(shù)可以根據(jù)具體使用條件在本發(fā)明所公開的范圍內(nèi)適當選取。
【權(quán)利要求】
1.一種天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)，包括: 爐體，所述爐體內(nèi)設有用于加熱導熱油的爐膛； 換熱盤管，所述換熱盤管布置于所述爐膛內(nèi)，流經(jīng)所述換熱盤管的導熱油在所述爐膛內(nèi)被加熱； 噴嘴，所述噴嘴設置在所述爐體的上端壁上，用于將天然氣和助燃空氣噴射到所述爐膛內(nèi)燃燒放熱；以及 煙氣管道，所述煙氣管道連接于所述爐體的煙氣出口，用于將煙氣排出至煙囪； 其特征在于: 進一步在所述煙氣管道中依次設置第一換熱器和第二換熱器，來自空氣源的空氣流經(jīng)所述第一換熱器被預熱后輸送至所述噴嘴，來自天然氣源的天然氣流經(jīng)所述第二換熱器被預熱后輸送至所述噴嘴。
2.如權(quán)利要求1所述的天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)，其特征在于，所述第一換熱器包括外殼、將所述外殼內(nèi)部空間分隔為逆向平行的煙氣流路和流體流路的中隔板、以及穿設在所述中隔板中的若干熱管，其中，所述若干熱管的蒸發(fā)端延伸于所述煙氣流路中，所述若干熱管的冷凝端延伸于所述流體流路中，流經(jīng)所述第一換熱器的流體流路的空氣與流經(jīng)所述第一換熱器的煙氣流路的煙氣換熱。
3.如權(quán)利要求2所述的天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)，其特征在于，所述第一換熱器的熱管內(nèi)的工質(zhì)為萘。
4.如權(quán)利要求1所述的天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)，其特征在于，所述第二換熱器包括外殼、將所述外殼內(nèi)部空間分隔為逆向平行的煙氣流路和流體流路的中隔板、以及穿設在所述中隔板中的若干熱管，其中，所述若干熱管的蒸發(fā)端延伸于所述煙氣流路中，所述若干熱管的冷凝端延伸于所述流體流路中，流經(jīng)所述第二換熱器的流體流路的天然氣與流經(jīng)所述第二換熱器的煙氣流路的煙氣換熱。
5.如權(quán)利要求4所述的天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)，其特征在于，所述第二換熱器的熱管內(nèi)的工質(zhì)為水。
6.如權(quán)利要求1所述的天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱盤管在所述爐膛內(nèi)布置成包括內(nèi)套筒和外套筒的雙套筒狀，所述內(nèi)套筒的頂端連接于所述爐體的上端壁，所述內(nèi)套筒的底端與所述爐體的下端壁間隔開，所述外套筒的頂端與所述爐體的上端壁間隔開，所述外套筒的底端連接于所述爐體的下端壁，從而所述爐膛內(nèi)的煙氣由所述內(nèi)套筒的中央?yún)^(qū)域流入所述內(nèi)套筒與所述外套筒之間的區(qū)域，再流入所述外套筒與所述爐體內(nèi)壁之間的區(qū)域，最后通過設置于所述爐體底部的煙氣出口流入所述煙氣管道。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)，其特征在于，進一步設置余熱發(fā)電裝置，所述余熱發(fā)電裝置包括氟利昂蒸發(fā)器、雙螺桿發(fā)電機以及氟利昂循環(huán)回路。
8.如權(quán)利要求7所述的天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)，其特征在于，所述氟利昂蒸發(fā)器設置于所述煙氣管道中并位于所述第二換熱器與所述煙囪之間。
9.如權(quán)利要求8所述的天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)，其特征在于，所述氟利昂蒸發(fā)器包括外殼、將外殼內(nèi)部空間分隔為逆向平行的煙氣流路和流體流路的中隔板、以及穿設在中隔板中的若干熱管，其中，熱管的蒸發(fā)端延伸于煙氣流路中，熱管的冷凝端延伸于流體流路中；液態(tài)氟利昂通過所述氟利昂循環(huán)回路進入所述氟利昂蒸發(fā)器的流體流路，在與流經(jīng)所述氟利昂蒸發(fā)器的煙氣流路的煙氣換熱后變成氟利昂蒸汽，氟利昂蒸汽通過所述氟利昂循環(huán)回路進入所述雙螺桿發(fā)電機，做功發(fā)電后變?yōu)橐簯B(tài)氟利昂進入下一工作循環(huán)。
10.如權(quán)利要求9所述的天然氣導熱油鍋爐余熱綜合利用系統(tǒng)，其特征在于，所述氟利昂蒸發(fā)器的熱管內(nèi)的工質(zhì)為氨。
【文檔編號】F24H7/00GK104279754SQ201410505968
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】劉效洲, 蘇曉鍵, 李瑞宇 申請人:廣東工業(yè)大學