用于燃气锅炉烟气余热深度回收的换热器、换热系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于燃气锅炉烟气余热深度回收的换热器、换热系统及方法，包括：筒状壳体，其两端均为缩口结构，形成烟气入口和烟气出口；第一固定板和第二固定板，分别设置于筒状壳体的两端的横截面上，且与筒状壳体内壁之间密封设置；第一固定板和第二固定板之间的筒状壳体的侧壁上设置有空气进口和空气出口，空气进口和空气出口之间设置有折流板；换热管，为若干个，其两端分别嵌套于第一固定板和第二固定板上，与筒状壳体共轴设置，换热管的一端与烟气入口连通，另一端与烟气出口连通；布液管，设置于换热管的正上方，与换热管同轴设置，使喷淋液落在换热管上，在换热管上成膜。

Heat exchanger, heat exchange system and method for deep recovery of flue gas residual heat of gas boiler

【技术实现步骤摘要】
用于燃气锅炉烟气余热深度回收的换热器、换热系统及方法
本专利技术属于烟气余热回收
，具体涉及一种用于燃气锅炉烟气余热深度回收的换热器、换热系统及方法。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。燃气锅炉的燃料为天然气，主要成分是甲烷，燃烧过后的烟气主要成分有三种：氮气、水蒸气和二氧化碳。天然气在锅炉里燃烧释放出的热量不会全部被应用，不可避免地要产生一部分损失。其中排烟损失是各项热损失中最大的一项。锅炉的排烟温度一般在110℃-160℃，其烟气中所含大量热量被无效排放，若对烟气排放中的热量加以回收利用可以提高锅炉的热效率，对于节能减排具有重要意义。随着北方清洁能源供热的任务的推广，燃气锅炉得到了广泛的推广应用。同时由于“煤改气”的进行，燃煤锅炉向燃气锅炉进行过渡，但是随之出现的问题有两点：(1)常规的燃气热水锅炉的排烟温度为150-200℃，由于燃气锅炉的燃料为甲烷，燃烧生成的水蒸气含量高，但是排烟温度的过高使得烟气的显热和水蒸气的汽化潜热没有得到的很好的利用。(2)燃气锅炉污染物的排放新标准，自2017年4月1日起，北京新建燃气锅炉的氮氧化物排放浓度不能超过30mg/m3。因此，燃气锅炉不仅要提高锅炉供热效率，还要减少烟气中氮氧化物排放浓度。而提高燃气锅炉的热效率，除了控制合适的鼓风量，保证燃气充分燃烧，同时不使过量空气系数过高以外，回收烟气余热是提高锅炉效率的重要手段。r>现如今对于燃气锅炉的烟气处理有如下方法：一、间壁式换热器：间壁式换热是使用范围较广的天然气烟气余热回收方式，根据冷源不同可分为助燃空气+空气预热器、热网回水+热网回水预热器。以热网回水为低温冷源的烟气余热回收方式，由于热网回水温度多集中在50-55℃，与天然气的露点温度基本相同。无法将烟气温度降低到露点温度以下回收烟气中蕴含的大量潜热。对于以助燃空气为低温冷源的烟气余热回收方式，助燃空气温度一般为环境温度。理论上可以将天然气烟气温度降低至露点以下。但在常压条件下，助燃空气与烟气比热相差较大，冷凝侧与换热侧热容不匹配，在潜热回收阶段，当两者质量流量相同时，空气比热容与烟气比热容不匹配，将导致空气侧温升很大，烟气温度难以降低；二、吸收式热泵，吸收式换热技术适用于各种能级不匹配的大温差换热，降低不可逆损失。因此有学者提出将传统换热技术与吸收式换热技术相结合，利用冷却水将排烟温度降低至环境温度，再通过吸收式热泵将冷却水的低位热量回收。与传统的冷凝技术相比，该技术的适用范围更广，实际热回收效率更高。但吸收式热泵的方法处投资高，占地面积大，回收周期长，并不为大部分锅炉厂所采用。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种用于燃气锅炉烟气余热深度回收的换热器、换热系统及方法。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：本专利技术的一个方面为提供一种用于燃气锅炉烟气余热深度回收的换热器，包括：筒状壳体，其两端均为缩口结构，形成烟气入口和烟气出口；第一固定板和第二固定板，分别设置于筒状壳体的两端的横截面上，且与筒状壳体内壁之间密封设置；第一固定板和第二固定板之间的筒状壳体的侧壁上设置有空气进口和空气出口，空气进口和空气出口之间设置有折流板；换热管，为若干个，其两端分别嵌套于第一固定板和第二固定板上，与筒状壳体共轴设置，换热管的一端与烟气入口连通，另一端与烟气出口连通；布液管，设置于换热管的正上方，与换热管同轴设置，使喷淋液落在换热管上，在换热管上成膜。本专利技术的第二方面为提供一种用于燃气锅炉烟气余热深度回收的换热系统，包括：所述换热器和燃气锅炉，燃气锅炉的烟气出口与换热器的烟气入口连接，换热器的空气出口与燃气锅炉的助燃气体进口连接。燃气锅炉内产生的高温烟气可以直接通入该换热器内进行降温，将预热和加湿后的空气通入燃气锅炉中，提供助燃气体，有利于燃气燃烧，降低氮氧化物的产生。本专利技术的第三方面为提供一种用于燃气锅炉烟气余热深度回收的方法，包括如下步骤：来自燃气锅炉的高温烟气进入蒸发式换热器的换热管内；向换热管上方的布液管内通入冷却液，冷却液从布液管中喷淋而下，落在换热管的外壁，形成液膜；同时向换热管吹扫空气，强化传热；降温后的烟气自换热器流出，预热、加湿后的空气通入燃气锅炉中助燃。本专利技术的有益效果为：布液管中的冷却液在重力作用下自上而下流经每级换热管进行布液，液膜与换热管内的高温烟气进行换热，使得换热管外为相变传热，以降低换热管内的高温烟气的温度。第一固定板和第二固定板分别设置于筒状壳体的两端的横截面上，且与筒状壳体内壁之间密封设置，将第一固定板和第二固定板之间围成密封腔室，在该密封腔室的侧壁上开设空气进口和空气出口，采取横向进风的方式，迎风面的液膜在气流的作用下变薄，减小由热边界层形成的导热热阻，强化水平管外传热；液滴液柱在横掠气流的影响下具有一定水平速度，降至下一级换热管顶时对其有冲击作用，可以强化下一级换热器管顶喷射滞止区的换热。喷淋液在被换热管加热和空气横扫的作用下蒸发，使空气加湿，可以使得换热器内的烟气露点提高，实现烟气的余热深度利用。并且，提高空气湿度减少了空气中的氧气浓度，将该部分空气通入锅炉中作为助燃空气时，可降低天然气燃烧过程NOx生成，从而有效减少燃气锅炉氮氧化物排放。本专利技术的蒸发式换热器适用于中小型燃气锅炉，具有占地面积小，潜热回收率高，造价低的优势，可以有效平衡冷凝与换热侧热负荷，降低烟气温度和氮氧化物排放量，对燃气锅炉烟气的汽化潜热进行回收利用。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术实施例的俯视图结构示意图；图2为图1中A-A方向的固定板的截面图；图3为本专利技术实施例的主视图结构示意图；图4为本专利技术实施例的布液系统的结构示意图；图5为本专利技术实施例的换热器的结构示意图；图6为图1中B-B方向的折流板的截面图。其中：1、烟气入口；2、空气进口；3、空气出口；4、烟气出口；5、冷凝水出口；6、排液口；7、喷淋水；8、折流板；9、除雾器；10、布液管；11、换热管；12、固定板。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于燃气锅炉烟气余热深度回收的换热器，其特征在于：包括：/n筒状壳体，其两端均为缩口结构，形成烟气入口和烟气出口；/n第一固定板和第二固定板，分别设置于筒状壳体的两端的横截面上，且与筒状壳体内壁之间密封设置；/n第一固定板和第二固定板之间的筒状壳体的侧壁上设置有空气进口和空气出口，空气进口和空气出口之间设置有折流板；/n换热管，为若干个，其两端分别嵌套于第一固定板和第二固定板上，与筒状壳体共轴设置，换热管的一端与烟气入口连通，另一端与烟气出口连通；/n布液管，设置于换热管的正上方，与换热管同轴设置，使喷淋液落在换热管上，在换热管上成膜。/n

【技术特征摘要】
1.用于燃气锅炉烟气余热深度回收的换热器，其特征在于：包括：
筒状壳体，其两端均为缩口结构，形成烟气入口和烟气出口；
第一固定板和第二固定板，分别设置于筒状壳体的两端的横截面上，且与筒状壳体内壁之间密封设置；
第一固定板和第二固定板之间的筒状壳体的侧壁上设置有空气进口和空气出口，空气进口和空气出口之间设置有折流板；
换热管，为若干个，其两端分别嵌套于第一固定板和第二固定板上，与筒状壳体共轴设置，换热管的一端与烟气入口连通，另一端与烟气出口连通；
布液管，设置于换热管的正上方，与换热管同轴设置，使喷淋液落在换热管上，在换热管上成膜。


2.根据权利要求1所述的用于燃气锅炉烟气余热深度回收的换热器，其特征在于：所述布液管的顶部开缝，开缝长度与第一固定板和第二固定板之间的距离相等，布液管的底部设置有锯齿状薄片，锯齿方向朝下；布液管与水源连接。


3.根据权利要求1所述的用于燃气锅炉烟气余热深度回收的换热器，其特征在于：所述换热管在筒状壳体内矩阵排列。


4.根据权利要求3所述的用于燃气锅炉烟气余热深度回收的换热器，其特征在于：每列换热管的上方均设置有一个布液管。


5.根据权利要求4所述的用于燃气锅炉烟气余热深度回收的换...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐震，赵亚磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37