一种烟道换热设备论文和设计-桑海军

全文摘要

本实用新型属于换热器领域，涉及一种烟道换热设备，包括：壳体，其连接在烟道中，其最大过流断面面积大于所述烟道的过流断面面积；换热管，其两端从所述壳体内穿出，使得待加热流体能在流经所述换热管时与所述壳体中流过的烟气进行间接换热。本实用新型的烟道换热设备具有使用寿命长、换热效率高、换热面积小和综合成本低的优势。

主设计要求

1.一种烟道换热设备，其特征在于，包括：壳体，其连接在烟道中，其最大过流断面面积大于所述烟道的过流断面面积；换热管，其两端从所述壳体内穿出，使得待加热流体能在流经所述换热管时与所述壳体中流过的烟气进行间接换热。

设计方案

1.一种烟道换热设备，其特征在于，包括：

壳体，其连接在烟道中，其最大过流断面面积大于所述烟道的过流断面面积；

换热管，其两端从所述壳体内穿出，使得待加热流体能在流经所述换热管时与所述壳体中流过的烟气进行间接换热。

2.根据权利要求1所述的烟道换热设备，其特征在于，所述壳体沿着烟气流动方向依次包括扩径段、定径段和缩径段，其中所述扩径段的径向尺寸沿着烟气流动方向逐渐增加，而所述缩径段的径向尺寸沿着烟气流动方向逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的烟道换热设备，其特征在于，还包括具有出液口、出气口和气液进口的气液分离装置，其出液口和气液进口均与所述换热管相连通，而所述出气口用于输出蒸汽，所述待加热流体为液态流体。

4.根据权利要求3所述的烟道换热设备，其特征在于，所述气液分离装置包括具有所述出液口、出气口和气液进口的收集容器，以及设于所述收集容器内的气液分离器。

5.根据权利要求4所述的烟道换热设备，其特征在于，所述气液分离器内部设有将分离器内气液隔开的挡板。

6.根据权利要求3-5任一项所述的烟道换热设备，其特征在于，还包括供给管和收集管，所述供给管和收集管分别设于所述壳体的下方和上方，其一端通过所述供给管与气液分离器的出液口相连，而另一端通过所述收集管与气液分离器的气液进口相连。

7.根据权利要求6所述的烟道换热设备，其特征在于，每三根所述换热管与一根所述供给管和一根所述收集管共同组成一个换热单元，在所述换热单元中，所述供给管和收集管上均具有阀门，所述换热单元的数量为两个以上，且沿着所述壳体的轴向间隔开。

8.根据权利要求3-5任一项所述的烟道换热设备，其特征在于，还包括设于所述壳体内并扣在所述换热管上的迎风角钢。

9.根据权利要求3-5任一项所述的烟道换热设备，其特征在于，所述换热管由304钢构造。

10.根据权利要求6所述的烟道换热设备，其特征在于，所述换热管沿着径向贯穿所述壳体的定径段。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于换热器领域，涉及一种烟道换热设备，尤其涉及一种用于高温高尘烟气的烟道换热器装置。

背景技术

脱硫废水常规处理技术的末端采用蒸发结晶技术，用热量将废水中的水和固体废弃物分离开，常规的取热方式为除尘器后取热，即：将换热器布置在除尘后和脱硫吸收塔前的烟道中，烟气温度约130℃，通过换热将脱硫前的烟气热量转化成脱硫废水余热闪蒸自结晶零排放系统需要的热量。因环保要求增加的低低温省煤器、消白设备都是用的除尘后和吸收塔前的烟道中的余热，因此，该部分的烟气余热已经利用至极致。而且，脱硫塔前的烟气温度只有95℃左右，已经很难再进行利用。

尽管脱硝反应器后的烟道烟气约350℃温度较高，但是，由于脱硝反应器后的烟道烟气含尘量较大，该部位烟气未经除尘器除尘，通常烟气中含尘量达到25g\/Nm^{3<\/sup>，灰尘容易堆积在换热器中，这严重影响的换热器的使用寿命，导致该换热器的使用寿命骤降。}

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种适用于高温(≥200 ℃)含尘烟气的且使用寿命更高的烟道换热设备。

具体的，本实用新型提供的一种烟道换热设备包括：壳体，其连接在烟道中，其最大过流断面面积大于所述烟道的过流断面面积；换热管，其两端从所述壳体内穿出，使得待加热流体能在流经所述换热管时与所述壳体中流过的烟气进行间接换热。

可选的，所述壳体沿着烟气流动方向依次包括扩径段、定径段和缩径段，其中所述扩径段的径向尺寸沿着烟气流动方向逐渐增加，而所述缩径段的径向尺寸沿着烟气流动方向逐渐减小。

可选的，所述烟道换热设备还包括具有出液口、出气口和气液进口的气液分离装置，其出液口和气液进口均与所述换热管相连通，而所述出气口用于输出蒸汽，所述待加热流体为液态流体，包括水。

可选的，所述气液分离装置包括具有所述出液口、出气口和气液进口的收集容器，以及设于所述收集容器内的气液分离器。

可选的，所述气液分离器内部设有将分离器内气液隔开的挡板。

可选的，还包括供给管和收集管，所述供给管和收集管分别设于所述壳体的下方和上方，其一端通过所述供给管与气液分离器的出液口相连，而另一端通过所述收集管与气液分离器的气液进口相连。

可选的，每三根所述换热管与一根所述供给管和一根所述收集管共同组成一个换热单元，在所述换热单元中，所述供给管和收集管上均具有阀门，所述换热单元的数量为两个以上，且沿着所述壳体的轴向间隔开。

可选的，还包括设于所述壳体内并扣在所述换热管上的迎风角钢。

可选的，所述换热管由304钢构造。

可选的，所述换热管沿着径向贯穿所述壳体的定径段。

本实用新型的技术方案还具有如下的有益效果：

(1)本实用新型的烟道换热设备将其壳体构造成其最大过流断面面积大于所述烟道的过流断面面积，使得高温含尘烟气在经过该壳体产生急变流而降低流速，这一方面可以降低高温含尘烟气中的灰尘对换热管和壳体的冲刷，提高它们及烟道换热设备的使用寿命，另一方面可以为烟气通过烟道换热设备提供更加富余的空间，即便烟气中的灰尘在其内部产生堆积，那么也可以降低它内部堵烟程度的递增速率，保证该烟道换热设备比已有的换热器的换热效率更高。因此，本实用新型的烟道换热设备适用于高温含尘烟气且使用寿命更高。

(2)本实用新型的烟道换热设备可以根据生产需要产生适量的蒸汽，不仅摄取热量少对锅炉的影响小，还能够保证脱硫废水余热闪蒸自结晶零排系统稳定运行。

(3)本实用新型的烟道换热设备改造量少、换热面积小、占地少、综合成本低。

(4)从本实用新型的烟道换热设备流出的烟气流场好，分布均匀，利于设置烟气测点和CEMS。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

图1为本实用新型烟道换热设备的结构示意图；

图2为本实用新型烟道换热设备的换热管结构示意图；

其中，1为烟道换热设备，10为壳体，101为扩径段，102为定径段103 为缩径段，11为烟道，21为收集管，22为换热管，221为迎风角钢，23为支撑装置，24为供给管，30为气液分离装置，31为气液分离器，32为收集容器，33为液位视镜，34为出气口，40为支撑梁。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

针对现在近年来多数电厂脱硫废水无余热可取的情况，发明人设计了一种在高温高尘烟气取热的换热设备，即安装在脱硝反应器后烟道上(烟气温度约350度、烟尘含量约25g\/Nm^{3<\/sup>)的烟道换热设备。}

具体的，如图1所示，为本实用新型的烟道换热设备1包括：壳体10，其连接在烟道11中，其最大过流断面面积大于所述烟道11的过流断面面积；换热管22，其两端从所述壳体10内穿出，使得待加热流体能在流经所述换热管22时与所述壳体10中流过的烟气进行间接换热。在本实施例中，所述待加热流体为除盐水等含水流体，但事实上本段记载的烟道换热设备1可以加热其他流体，比如该待加热流体为蒸汽、空气或无水液体等。

脱硝反应器后烟道11中的烟气具有温度高、流速快、含尘量大的特点，容易使换热管22冲刷磨损出现漏液等故障。本实用新型通过将烟道换热设备 1的壳体10连接在烟道11中，且壳体10的最大过流断面面积大于所述烟道 11的过流断面面积，使烟气流流经换热管22时流速降低，减少烟气对换热管 22的冲刷速度，增大换热效率，避免了上述故障发生。

进一步优选的，所述壳体10沿着烟气流动方向(图1箭头所示方向)依次包括扩径段101、定径段102和缩径段103，其中所述扩径段101的径向尺寸沿着烟气流动方向逐渐增加，而所述缩径段103的径向尺寸沿着烟气流动方向逐渐减小。相比于复杂非规则的壳体而言，主要由扩径段101、定径段 102和缩径段103构造的壳体10具有结构简单紧凑、易于加工制造，且能够有效降低烟气通过时产生的能量损失。

可选的，所述烟道换热设备1还包括具有出液口(未示出)、出气口34 和气液进口(未示出)的气液分离装置30，其出液口和气液进口均与所述换热管22相连通，而所述出气口用于输出蒸汽。需要注意的是，所述出液口和所述气液进口可以为一个口，也可以为两个分开的口。

其中，所述待加热流体为液态流体，所述液态流体包括水，例如，脱盐水、蒸馏水、自来水等，在其它可选的实施例中所述待加热流体可以为其它液态物质，本实用新型在此不做具体限定。

进一步优选的，所述气液分离装置30包括具有所述出液口、出气口和气液进口的收集容器32，以及设于收集容器32内的气液分离器31。

其中，所述收集容器设有液位视镜33和\/或液位仪，用于监测液位。

其中，所述气液分离器31设有挡板，挡板设置在分离器内部，将分离器内气液进行隔开，液体顺着隔板流到分离器下部然后进入烟道换热器内。

进一步优选的，所述气液分离装置30布置在烟道上部或者上部土建支撑梁40上，其例如通过气流惯性作用将换热管22产生的蒸气和水分离，其中，蒸气从出气口排出，液体在重力作用下从出液口重新流至换热管22中再次被加热，通过设置所述气液分离装置30减少了蒸汽夹带液量。

进一步优选的，所述烟道换热设备1还包括供给管24和收集管21，所述供给管24和收集管21分别设于所述壳体10的下方和上方，其一端通过所述供给管24与气液分离器31的出液口相连，而另一端通过所述收集管21与气液分离器31的气液进口相连。其中，所述收集管21和供给管24位于所述壳体10的外部，减少烟气对其的冲刷，延长设备的使用寿命。

具体的，所述气液分离器31中的水流经出液口进入所述供给管24，水通过供给管24均匀分配到换热管22中，经热交换后，水吸收烟气的热量成为蒸汽，蒸汽顺着收集管21进入气液分离器31进行气液分离，分离出的液态水再次流回气液分离器31。

优选的，所述换热管22的数量为多个，其中，所述多个换热管22的间距优选为200-300mm，以达到布置紧凑，换热效率高的目的。

优选的，所述多个换热管22通过支撑装置23固定，从而保证换热管22 在运输、安装及运行时结构的稳定性。

进一步优选的，每三根所述换热管22与一根所述供给管24和一根所述收集管21共同组成一个换热单元，在所述换热单元中，所述供给管24和收集管21上均具有阀门(未示出)，所述换热单元的数量为两个以上，且沿着所述壳体10的轴向间隔开。通过将本实用新型所述换热单元的数量设置为两个以上，且沿着轴向间隔开，以便把本实用新型实施例的烟道换热设备1拆分后再运输。通过在所述供给管24和收集管21上设置阀门，可以方便工作人员根据实际生产需要(如废水量)调整换热面积或调峰。

由于脱硝反应器后烟道11内的烟气温度高，一般在烟道11流场相对稳定的区域内布置1-3个换热单元即可满足生产需要，因此所述换热单元占地面积小。

进一步优选的，所述换热单元的外部壳体10对接处设有例如50mm高的翻边(未示出)。相邻换热单元之间的外壳采用翻边对接，不仅有利于现场的焊接工作，还避免了换热单元在运行过程中因热胀冷缩发生结构变形的情况，此外，翻边增加了壳体10的刚度，无需额外设置加强筋，进一步降低了成本。

本实用新型的烟道换热设备1从所述供给管24进水，从气液分离装置30 的出气口排出蒸汽，避免蒸汽携带冷水利于蒸汽的产生和长距离运输。

进一步优选的，所述换热管22沿着径向贯穿所述壳体10的所述定径段 102。所述定径段102的过流断面面积最大，烟气流速相对其他位置最小，将所述换热管全部设于所述定径段102内，可以使烟气对所述换热管22的冲刷力降到最低。

进一步优选的，所述换热管22的材质为耐磨损的304材质，以减少高温、高速、高含尘量的烟气对换热管的磨损，延长设备使用寿命。

进一步优选的，如图2所示，所述烟道换热设备1还包括设于所述壳体 10内并扣在所述换热管22上的迎风角钢221，其中，箭头所示方向为烟气的流向。

本实用新型通过在换热管的迎风面设置迎风角钢221，可以增大换热效率，减少高温、高速、高含尘量的烟气对换热管的磨损，延长设备使用寿命。

可选的，为了便于监控本实用新型的烟道换热设备1的运行情况，所述烟道换热设备1还包括仪表设备，如：分离器液位计、压力表、温度计等，所述仪表设备的安装及其功能均与现有技术中的相同，本实用新型在此不作具体限定。

下面结合附图对本实用新型一个实施例的烟道换热设备的工作过程作进一步的描述。

将本实用新型的烟道换热设备1的壳体与高温烟道连接，其中，换热设备采用与高温烟道相同的底部支撑方式，只需对原来的支撑结构进行部分加固。当烟气通过烟道换热设备1的壳体时，由于壳体的最大过流断面面积大于所述高温烟道的过流断面面积，因此壳体中的烟气流速降低，当烟气与换热管接触时，烟气与换热管进行换热。

将冷的除盐水送入收集容器32内，除盐水经收集容器32的出液口进入供给管24，然后再均匀分配到换热管22中；烟气经过换热管22时，除盐水吸收烟气的热量成为蒸汽，密度较小的蒸汽顺着收集管21进入气液分离器 31，气液分离器31通过气流的惯性作用将蒸气和水分离，其中，蒸气从出气口输送到脱硫废水余热闪蒸自结晶零排放系统，而液体在重力作用下从出液口重新流至收集容器32中，再次通过供给管24进入换热管22中加热。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

设计图

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