利用烟气低温热的直接气水换热器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种利用烟气低温热的直接气水换热器，该换热器包括器体，在器体壁面上敷设有隔热层，器体上装设有进水管、出水管、控制阀门和烟囱，在器体内设置有烟气通道，而在器体的侧壁上开设有烟气进口，器体内部正对该烟气进口的轴向上设置有烟气均流装置，该均流装置包括截面弯折向上的烟气折板；烟气通道包括穿越烟气折板的通道及烟气折板上方的器体内部空间，在烟气折板上方的器体空间内设置有破碎水滴的花洒装置；进水管的管口和烟囱开口均设置在花洒装置的上方，烟气折板下方设有汇集水滴的热水箱，出水管的管口设置在所述热水箱的下部。本实用新型专利技术换热器优点为：单位体积重量更轻、传热效率更高更稳定、没有结垢问题、结构简单。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种热工设备，更具体地说，本技术涉及一种利用天然气燃烧设备排出的低温余热进行加热的换热器。
技术介绍
面对世界性的能源短缺危机，中国国内单位国民生产总值GDP所消耗的能量远远高于发达国家，甚至高于某些发展中国家的消耗水平，因此高效地利用能源成为一个事关可持续性发展的迫不及待需解决的大问题。其中烟气低温余热利用一直以来成为业界关注的问题。对于上述的技术问题，有中国专利文件86208952.U所公开的一种高效气水换热器是由筒体、若干个双排螺旋管换热器、水循环、蒸气循环、排污设施构成，在筒体外部采取保温措施。据称其为一种安全系数高，供水水质好，节约能源的供热设备，可供给多层建筑及在易燃易爆场所供给高温生活用水的供水设备，亦可用于工厂、机关、宾馆、轮船洗浴及取暖。在此方面还有中国专利文件98231389.6的公开了一种旋流式气水换热器，由烟气进出口、进出水口、及换热管组成，而其大直径的、两端分别装有烟气进口和烟气出口的外换热管和小直径的内换热管为同圆心平行设置，内外换热管两端用圆形环板封闭，外换热管与内换热管之间的圆环形空间焊有旋流导流板。据称该装置能令烟气形成旋流式运动，换热效率高，换热管结构简单，容易制造，节省材料，成本低廉，工作可靠，运行寿命长。可直接用于烟气的热回收或作为热水炉中的一个换热构件，用于采暖或其它需要热水供应的场合。然而，上述已知的气-水换热器通常都采用间壁换热的方式，即烟气通过换热管壁将热量传给冷水，从而将冷水加热后送给用户。这种热交换方式其传系数不高，一般低于80W/(m2℃)。因此在回收温度较低的烟气低温余热时需要布置大量的钢管受热面，钢管受热面除了需要大量钢材外，还会对烟气产生很高流动阻力；间壁换热带来的问题还在于传热面容易结垢，为了防止结垢而不得不经常进行维护或投入水软化剂，或采用去离子等水处理措施。尽管如此，换热器仍然存在长期运行效率下降、换热器寿命较短。因此，普通的气-水换热器难以在回收烟气低温余热的实际工程设计中被采用。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺点，本技术所要达到的技术目的是要提供一种单位体积重量更轻、传热效率更高更稳定、没有结垢问题、结构简单的利用烟气低温热的直接气水换热器。为此，本技术的技术方案是一种利用烟气低温余热的直接气水换热器，该换热器包括器体，在器体壁面上敷设有隔热层，所述器体上装设有进水管、出水管、控制阀门和烟囱，在器体内设置有烟气通道，而在所述器体的侧壁上开设有烟气进口，器体内部正对该烟气进口的轴向上设置有烟气均流装置，该均流装置包括截面弯折向上的烟气折板；所述烟气通道包括穿越所述烟气折板的通道及烟气折板上方的器体内部空间，在烟气折板上方的器体空间内设置有破碎水滴的花洒装置；所述进水管的管口和烟囱开口均设置在所述花洒装置的上方，所述烟气折板下方设有汇集水滴的热水箱，所述出水管的管口设置在所述热水箱的下部。针对传统气水换热器间壁换热存在的缺点，本技术换热器采用了全新理念的结构来实现低温烟气与水媒体间的传热方式，它取消了固体壁面的烟管及间壁，不需要通过固体传热面的中介，而是依靠水和烟气直接接触进行热交换，为了克服烟气与水之间的传热界面太小的问题，本技术独出心裁、别开蹊径，采用正对该烟气进口的轴向上设置均流装置的结构，设置的烟气折板将低温烟气分散引导向上与下落水滴相接触；另一方面，在烟气通道内采用破碎水滴的花洒装置将大团的水媒体分割成为下降速度和流量适当且均匀可控的水滴并形成水滴落场，在水滴落场中的水滴大小适中，既不会被低温烟气带出，也不会因为下落太快、粒径太大而受热不充分导致传热效率不佳，这样，大小适中、落场均匀的水滴在与低温烟气作逆向流动的直接接触中，会产生很大的动态传热比表面积，从而令传热效率大大增加，对于低温烟气也不会形成过大的阻力，能保证传热得以充分稳定进行。而且，由于本技术令水滴瀑布直接接触低温烟气，可以吸收烟气中的水蒸气的冷凝潜热，从而极大地降低排烟温度，最终经过设在器体下部的热水箱及出水管的收集得到高热焓的水媒体。经实验证实，本技术的热效率可高达98％以上，开机后升温速度非常快；又因为省去了炉胆和/或烟管等固体受热面，本技术的换热器的重量只有相同规格换热器的1/10；而且，没有固体受热面会产生的结垢问题，换热器长期使用效率不会下降，无需水处理工序和设备，大大简化了维护工作和成本，运行安全可靠性大大增加，本技术换热器的有效寿命预期可长达20～30年。而且经过实验证明当采用经过处理的洁净的天然气作为燃料时，本专利技术装置中的烟气直接加热的热水经检验符合国家规定的生活卫生用水的水质标准。此外也可以根据用户需要外置二次板式换热器进行二次换热，使经过烟气直接加热的热水在本换热器与二次换热器之间形成闭式循环，通过二次换热器来加热用户用水，二次换热器的另一对相通管口分别与自来水管和供热水管相连接。这样即可绝对保证洗浴水质，彻底消除用户在水质方面的疑虑。但是在采用二次换热方案时，在有烟气中的水蒸气冷凝条件下，在水箱高位液面处须留一个溢流口。亦即为满足对于热水质量的更高要求，本技术的热水输出管经由二次换热器的一对相通管口与所述进水管相互连通，该二次换热器的另一对相通管口分别与自来水管和供热水管相连接。由于具有上述改进的结构，本技术适于采用洁净气体燃料的锅炉或热电联供系统余热锅炉排出的、水蒸气露点不低于60℃的低温烟气在130℃～50℃温度段热量的回收；可以将水加热到水蒸气的露点温度60℃。由于本技术设备采用气水直接接触换热，所以在烟气中水蒸气分压较高时，不仅烟气中水蒸气冷凝潜热大部分都可以被回收利用，使按照低热值计算的天然气化学能利用效率能够达到甚至超过100％，而且有可能使洁净的冷凝水也得到回收利用。为了进一步减小低温烟气的阻力并提高低温余热利用率，本技术所述烟囱开口设在所述器体的顶部，烟囱开口依次向下设置有人字截面的除雾挡板阵列、进水管。这样低温烟气中高温的水沫又能被面积较大、温度较低的除雾挡板捕获，使得热能吸收率得到提高。为进一步强化本技术的气液热交换界面，实现气液界面的微细化、均匀化、动态化，本技术采取如下较具体改进措施所述进水管管壁上开有多排配水小孔；所述花洒装置为栅杆阵列。所述的均流装置具有二块或二块以上平行排列的条状烟气折板，这些烟气折板的位置高度按其相对所述烟气进口的距离呈梯次递降地排列；所述的花洒装置为二层或二层以上结构。对于大股连续水流首先采用多排配水小孔初步分割成为下落涓流，再利用栅杆阵列将下落涓流进一步分割形成弥漫的水滴落场，为了因材制宜和便于工程实施，本技术在同一高度上的多根栅杆平行排列构成单层栅杆阵列，不同高度上的多根栅杆平行排列构成多层栅杆阵列；相邻层上的邻近栅杆之间彼此上下错开。所述烟气折板截面的弯折角度为直角，其折边之一朝上；栅杆的向上侧面为平整表面，其向下侧面为下凸曲面。栅杆的向下侧面为尖角朝下的角钢表面，栅杆的向上侧面为覆盖住角钢槽口的盖板。栅杆的上述结构可以减小烟气上升的阻力、增加逆流直接热交换的水滴的比表面积，为进一步提高操作自动化水平、稳定性、和热效率，自动控制器内热水箱的液面，实现无人值守稳定运行，本技术在出水管口外连接有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用烟气低温热的直接气水换热器，该换热器包括器体（１），在器体（１）壁面上敷设有隔热层，所述器体（１）上装设有进水管（２）、出水管（３）、控制阀门（４）和烟囱（５），在所述器体（１）内设置有烟气通道，其特征在于：在所述器体（１）的侧壁上开设有烟气进口（６），器体（１）内部正对该烟气进口（６）的轴向上设置有烟气均流装置（７），该均流装置（７）包括截面弯折向上的烟气折板（７１）；所述烟气通道包括穿越所述烟气折板（７１）的通道及烟气折板（７１）上方的器体（１）内部空间，在所述烟气折板（７１）上方的器体（１）空间内设置有破碎水滴的花洒装置（８）；所述进水管（２）的管口（２０）和烟囱（５）开口（５０）均设置在所述花洒装置（８）的上方，所述烟气折板（７１）下方设有汇集水滴的热水箱（９），所述出水管（３）的管口（３０）设置在所述热水箱（９）的下部。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：华贲，刘效洲，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]