本发明涉及节能环保技术领域，特别涉及一种微旋流烟气余热利用装置。
背景技术：
由于锅炉在运行中所排放的烟气均不同程度的含有硫的成分，硫与烟气中的其它组分会形成硫酸，就会引起锅炉的空预器或换热器受热面发生低温酸露腐蚀，造成锅炉空预器或换热器受热面腐蚀、泄漏、积灰堵塞等问题，直接影响锅炉的热效率及锅炉的安全运行。烟气直接排入大气会导致出口排烟温度高，锅炉尾部受热面负荷大，烟气的余热不能利用等问题，在国家强力推进污染治理，以及着力发展节能环保产业的大背景下，节能减排也是每个企业的首要任务，这就需要一种能够对锅炉烟气的余热进行高效安全的利用装置。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种微旋流烟气余热利用装置，采用微旋流烟气余热利用技术烟气的余热回收，降低了尾部换热器的出口排烟温度，并利用回收的余热加热进入的锅炉的空气，降低了单位产量的燃料消耗，进一步提高锅炉尾部受热面的安全、经济运行，由于使用了微旋流技术，使得换热设备更加高效，同时也减少了设备的换热面积。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种微旋流烟气余热利用装置，所述装置能够利用锅炉烟道内烟气的余热对进入所述锅炉的空气进行加热，所述装置包括换热器，所述换热器包括吸热段和放热段，所述放热段的高度高于所述吸热段的高度，所述吸热段和所述放热段的管腔外周均设置有环形翅片；所述吸热段安装在所述烟道的尾部，烟气经过所述吸热段并加热在所述吸热段内的介质后排出；所述放热段安装在风道内，通过所述风道进入所述锅炉的空气经过所述放热段；所述介质经烟气加热后进入所述放热段内并对空气进行加热，在所述放热段内放热完成的介质回流至所述吸热段；所述介质在所述吸热段和所述放热段的管腔内流动时均能够形成微旋流。
进一步地，在上述的装置中，所述装置还包括有饱和蒸汽连通管和冷凝水自回流管，烟气加热后的所述介质经所述饱和蒸汽连通管进入所述放热段内，在所述放热段内放热完成的介质经所述冷凝水自回流管回流至所述吸热段；所述饱和蒸汽连通管上设置有第一闸阀，与所述第一闸阀连接有安全阀；所述介质为水。
进一步地，在上述的装置中，所述吸热段和所述放热段均由若干竖直平行且间隔设置的换热单元组成，所述吸热段内的所述换热单元与烟气流动的方向垂直设置，所述放热段内的所述换热单元与空气流动的方向垂直设置。
进一步地，在上述的装置中，所述换热单元包括有上主管束、下主管束以及连通所述上主管束和所述下主管束的多个支流管束，所述吸热段的若干所述换热单元的所述上主管束均通过第一集箱管与所述饱和蒸汽连通管的一端连通，所述放热段的若干所述换热单元的所述上主管束均通过第二集箱管与所述饱和蒸汽连通管的另一端连通；
所述吸热段的若干所述换热单元的所述下主管束均通过第三集箱管与所述冷凝水自回流管的一端连通，所述放热段的若干所述换热单元的所述下主管束均通过第四集箱管与所述冷凝水自回流管的另一端连通；
在所述吸热段和所述放热段管腔内，所述支流管束套接有内衬打孔管，所述内衬打孔管的两端与所述支流管束的两端焊接，所述内衬打孔管的管壁上布满通孔，所述通孔呈旋转排列；
每个所述支流管束的外周都沿支流管束的长度方向依次套接有若干所述环形翅片，所述环形翅片上设置有若干由向外表面延伸的沟槽。
进一步地，在上述的装置中，所述支流管束的外径为38mm；所述内衬打孔管的外径为32mm、所述通孔的直径为14mm或16mm，所述通孔为螺旋排列。
进一步地，在上述的装置中，所述冷凝水自回流管包括水平段和竖直段，所述竖直段的上端连接所述放热段，所述竖直段的下端连接所述水平段的一端，所述水平段的另一端连接所述吸热段。
进一步地，在上述的装置中，所述装置还包括有介质进入管，所述介质进入管与所述冷凝水自回流管连通，所述介质进入管上设置有注水水表，在所述注水水表的两侧分别设置有一个第二闸阀。
进一步地，在上述的装置中，所述竖直段包括两根支管和一根主管，两根所述支管的上端与所述放热段连通，二根所述支管的下端汇总后与所述主管的上端连通，所述主管的下端与所述水平段的一端连通，所述水平段的另一端与所述吸热段连通，每根所述支管上均设置有一个第三闸阀，两个所述第三闸阀构成阀门组；所述阀门组用于调节所述冷凝水自回流管内所述介质进入所述吸热段的流量，从而控制所述吸热段的受热面壁面温度在锅炉燃料酸露点温度之上。
进一步地，在上述的装置中，所述装置还包括有烟道进口扩散段和烟道出口收缩段，所述烟道进口扩散段设置在所述吸热段的烟气进入侧，所述烟道出口收缩段设置在所述吸热段的烟气排出侧；所述装置还包括有风道进口扩散段和风道出口收缩段，所述风道进口扩散段设置在所述放热段的空气进入侧，所述风道出口收缩段设置在所述放热段的空气排出侧。
进一步地，在上述的装置中，所述吸热段包括吸热高温段和吸热低温段，烟气依次经过所述吸热高温段和所述吸热低温段；所述放热段包括放热高温段和放热低温段，空气依次经过所述放热低温段和所述放热高温段；所述饱和蒸汽连通管设置有两条，所述冷凝水自回流管设置有两条；烟气加热后的所述吸热高温段内所述介质经一所述饱和蒸汽连通管进入所述放热高温段内，在所述放热高温段内放热完成的介质经一所述冷凝水自回流管回流至所述吸热高温段；烟气加热后的所述吸热低温段内所述介质经另一所述饱和蒸汽连通管进入所述放热低温段内，在所述放热低温段内放热完成的介质经另一所述冷凝水自回流管回流至所述吸热低温段。
分析可知，本发明公开一种微旋流烟气余热利用装置，采用微旋流烟气余热利用技术烟气的余热回收，降低了锅炉烟道的出口排烟温度，并利用回收的余热加热空气，降低了单位产量的燃料消耗，进一步提高锅炉尾部受热面的安全、经济运行。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明一实施例的结构示意图。
图2为本发明一实施例的换热单元的结构示意图。
图3为本发明一实施例的内衬打孔管的立体示意图。
附图标记说明：1烟道；2吸热段；3风道；4放热段；5饱和蒸汽连通管；6冷凝水自回流管；7第一闸阀；8第二闸阀；9内衬打孔管；10通孔；11安全阀；12介质进入管；13注水水表；14第三闸阀；15烟道进口扩散段；16烟道出口收缩段；17吸热高温段；18吸热低温段；19放热高温段；20放热低温段；21风道进口扩散段；22风道出口收缩段；23上主管束；24下主管束；25支流管束；26第一集箱管；27第二集箱管；28第三集箱管；29第四集箱管。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1至图3所示，根据本发明的实施例，提供了一种微旋流烟气余热利用装置，该装置能够利用锅炉烟道1内烟气的余热对空气进行加热，该装置包括换热器，换热器包括吸热段2和放热段4，放热段4的高度高于吸热段2的高度，优选地，放热段4与吸热段2之间的距离为大于等于1米。吸热段2和放热段4的管腔外周均设置有环形翅片，吸热段2安装在烟道1的尾部，烟气经过吸热段2并加热在吸热段2内的介质后排出，放热段4安装在风道3内，通过风道3进入锅炉的空气经过放热段4，介质经烟气加热后进入放热段4内并对空气进行加热，在放热段4内放热完成的介质回流至吸热段2。介质在吸热段2和放热段4内流动时均能够形成微旋流。
进一步地，装置还包括有饱和蒸汽连通管5和冷凝水自回流管6，烟气加热后的介质经饱和蒸汽连通管5进入放热段4内，在放热段4内放热完成的介质经冷凝水自回流管6回流至吸热段2；饱和蒸汽连通管5上设置有第一闸阀7，与第一闸阀7连接有安全阀11，第一闸阀7为常开状态，关闭第一闸阀7能够方便地对安全阀11修理或更换。当饱和蒸汽连通管5压力升高达到预定值时，安全阀11自动开启泄压，饱和蒸汽连通管5内的饱和蒸汽被排大汽，进而防止饱和蒸汽连通管5压力继续升高。当饱和蒸汽连通管5内压力降低到规定值时，安全阀11及时自动关闭，进而防止饱和蒸汽连通管5内介质大量流失。优选地，在吸热段2、饱和蒸汽连通管5、放热段4和冷凝水自回流管6所形成的闭合回路中所流通的介质为经过除盐处理的水。
具体地，烟道1内烟气在经过吸热段2时，对吸热段2内的水进行加热并使其转变为饱和蒸汽，饱和蒸汽通过饱和蒸汽连通管5进入放热段4，在放热段4内饱和蒸汽与经过放热段4内的空气进行热量交换，实现对空气的加热，饱和蒸汽放热后转变为饱和水，饱和水在重力的作用下通过冷凝水自回流管6回流至吸热段2，完成超导吸热放热过程。
进一步地，吸热段2和放热段4均由若干依次重叠设置的换热单元组成，吸热段2内的换热单元与烟气流动的方向垂直设置，放热段4内的换热单元与空气流动的方向垂直设置。如图2所示，换热单元包括有上主管束23、下主管束24以及连通上主管束23和下主管束24的多个支流管束25，支流管束25垂直于上主管束23和下主管束24，吸热段2的若干换热单元的上主管束23均通过第一集箱管26与饱和蒸汽连通管5的一端连通，放热段4的若干换热单元的上主管束23均通过第二集箱管27与饱和蒸汽连通管5的另一端连通，吸热段2的若干换热单元的下主管束24均通过第三集箱管28与冷凝水自回流管6的一端连通，放热段4的若干换热单元的下主管束24均通过第四集箱管29与冷凝水自回流管6的另一端连通。在吸热段2和放热段4的管腔内，支流管束25套接有内衬打孔管9，内衬打孔管9的外壁贴于支流管束25的内壁，内衬打孔管9的两端与支流管束25的两端通过焊接固定。如图3所示，内衬打孔管9的管壁上布满通孔10，通孔10呈螺旋排列，螺旋排列指的是相邻的左右两列的通孔10是上下错开的，具体地，沿内衬打孔管9的轴向在内衬打孔管9上布置有多个平行且间隔设置的通孔组，每个通孔组包括多个沿内衬打孔管9周向在内衬打孔管9上均布的通孔10，即在内衬打孔管9的侧壁展开图上，多个通孔10呈阵列式排列。所有通孔10的圆心均位于螺旋线上，使介质在支流管束25内流动时能够形成微旋流。如此设置能够增加介质与内管壁的热交换面积，有效增加换热效率，传热效果大幅度增加。优选地，冷凝水自回流管6穿过第一集箱管26，在穿过第一集箱管26的冷凝水自回流管6的位置处，冷凝水自回流管6的直径小于第一集箱管26的直径，第一集箱管26能够对冷凝水自回流管6中的介质起到预热作用。
进一步地，支流管束25的外径为38mm、壁厚一般为3.5mm，内衬打孔管9的外径为32mm、壁厚为3mm左右，通孔10的直径为14mm、15mm或16mm，多个通孔10的排列为错位排列，例如多个通孔沿内衬打孔管9的周向分为多列，相邻两列的通孔10不在同一个内衬打孔管9的横截面上。如此设置能够使介质在支流管束25内流动时产生微旋流，进而使支流管束25具有更佳的强化传热效应。
介质在支流管束25内流动的过程中，在内衬打孔管9的作用下，介质在内衬打孔管9内形成若干尺度大小不同的涡旋，进而形成微旋流，更具扰流性，会有效增加换热效率，使传热效果大幅度增加。
为了增加传热效果，在内衬打孔管9的内管壁上设置有若干条凸齿，每条凸齿包括多个凸部，相邻两个凸部之间为通孔10，凸齿沿管壁呈螺旋状分布，相邻两凸齿之间形成有凹槽。凸齿和凹槽在内衬打孔管9的内管壁上共同构成螺纹，使得介质在内衬打孔管9内流动时还能够形成微旋流。如此设置能够增加介质与内管壁的热交换面积，有效增加换热效率，传热效果大幅度增加。
每个支流管束25的外周都沿支流管束25的长度方向依次套接有若干环形翅片，环形翅片上设置有若干由环形翅片的顶端向支流管束25的外表面延伸的沟槽，沟槽促进了烟气在环形翅片间的流动并能够使烟气形成微旋流，提高了换热效果，因此，在传递同样热量的情况下，可节省传热面积，减少金属消耗；由于沟槽促进了烟气在环形翅片间的流动，使得环形翅片之间不易积灰和结垢。
进一步地，饱和蒸汽连通管5设置有两条，冷凝水自回流管6设置有两条，吸热段2包括吸热高温段17和吸热低温段18，烟气依次经过吸热高温段17和吸热低温段18。放热段4包括放热高温段19和放热低温段20，空气依次经过放热低温段20和放热高温段19，即吸热高温段17、一饱和蒸汽连通管5、放热高温段19、一冷凝水自回流管6和吸热高温段17依次连通形成一条用于介质循环的闭合回路，吸热低温段18、另一饱和蒸汽连通管5、放热低温段20、另一冷凝水自回流管6和吸热低温段18依次连通形成另一条用于介质循环的闭合回路。烟气加热后的吸热高温段17内介质经一饱和蒸汽连通管5进入放热高温段19内，在放热高温段19内放热完成的介质经一冷凝水自回流管6回流至吸热高温段17；烟气加热后的吸热低温段18内介质经另一饱和蒸汽连通管5进入放热低温段20内，在放热低温段20内放热完成的介质经另一冷凝水自回流管6回流至吸热低温段18。
进一步地，冷凝水自回流管6包括水平段和竖直段，竖直段的上端连接放热段4，竖直段的下端连接水平段的一端，水平段的另一端连接吸热段2。
进一步地，装置还包括有介质进入管12，介质进入管12与冷凝水自回流管6连通，介质进入管12上设置有注水水表13，在注水水表13的两侧分别设置有一个第二闸阀8。当需要向换热器内补充介质时，打开两个第二闸阀8，利用介质进入管12能够向换热器内补充介质，注水水表13能够测量所补充的介质的量。关闭两个第二闸阀8后能够方便地对注水水表13进行维修或更换。
进一步地，竖直段包括两根支管和一根主管，两根支管的上端与放热段4连通，二根支管的下端汇总后与主管的上端连通，主管的下端与水平段的一端连通，每根支管上均设置有一个第三闸阀14。两根支管、一根主管和两个第三闸阀14组成阀门组用于控制冷凝水自回流管6内介质的流量。该装置还包括壁面温度测试仪，吸热高温段17和吸热低温段18的受热面壁面上均设置有壁温监测点，壁面温度测试仪设置在壁温监测点上，两个壁面温度测试仪分别用于测量吸热高温段17和吸热低温段18管壁的温度。阀门组用于调节冷凝水自回流管6内介质进入吸热段2的流量，进而调节换热器内的压力，实现对吸热高温段17和吸热低温段18管壁温度的调节，从而控制吸热高温段17和吸热低温段18的受热面壁面温度在锅炉燃料酸露点温度之上，保证换热器不结露、不腐蚀。在充分利用烟气余热的同时，也保证了该装置长周期安全运行。
进一步地，装置还包括有烟道进口扩散段15和烟道出口收缩段16，烟道进口扩散段15设置在吸热段2的烟气进入侧，烟道出口收缩段16设置在吸热段2的烟气排出侧；装置还包括有风道进口扩散段21和风道出口收缩段22，风道进口扩散段21设置在放热段4的空气进入侧，风道出口收缩段22设置在放热段4的空气排出侧。
在一实施例中，高温烟气分别加热吸热高温段17和吸热低温段18内的水，吸热高温段17内的水被加热至150℃，吸热低温段18内的水被加热至110℃，从而大幅度降低了排烟温度，使受热面在安全温度下运行，提高了的热效率。吸热高温段17内和放热高温段19所形成的闭合回路内的压力为0.476mpa，吸热低温段18和放热低温段20所形成的另一闭合回路内的压力为0.143mpa。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、微旋流烟气余热利用装置属于静设备，无需外部动力，借助重力，自然循环；
2、利用阀门组控制饱和水的回流速度，使吸热段2的内部压力升高或降低(温度升高或降低)，从而达到控制吸热高温段17和吸热低温段18的管壁温度高于燃料酸露点以上运行；使装置在最大幅度的降低排烟温度的同时，也使得装置长周期安全运行；
3、吸热段2和放热段4分体设计，零活布置；
4、吸热段2和放热段4高低搭配，便于检维修。
本发明公开一种微旋流烟气余热利用装置，采用微旋流烟气余热利用技术烟气的余热回收，降低了锅炉烟道1的出口排烟温度，并利用回收的余热加热风道4内的空气，降低了单位产量的燃料消耗，进一步提高锅炉尾部受热面的安全、经济运行。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种微旋流烟气余热利用装置，所述装置能够利用锅炉烟道内烟气的余热对进入所述锅炉的空气进行加热，其特征在于，
所述装置包括换热器，所述换热器包括吸热段和放热段，所述放热段的高度高于所述吸热段的高度，所述吸热段和所述放热段的管腔外周均设置有环形翅片；
所述吸热段安装在所述烟道的尾部，烟气经过所述吸热段并加热在所述吸热段内的介质后排出；
所述放热段安装在风道内，通过所述风道进入所述锅炉的空气经过所述放热段；
所述介质经烟气加热后进入所述放热段内并对空气进行加热，在所述放热段内放热完成的介质回流至所述吸热段；
所述介质在所述吸热段和所述放热段的管腔内流动时均能够形成微旋流。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述装置还包括有饱和蒸汽连通管和冷凝水自回流管，烟气加热后的所述介质经所述饱和蒸汽连通管进入所述放热段内，在所述放热段内放热完成的介质经所述冷凝水自回流管回流至所述吸热段；
所述饱和蒸汽连通管上设置有第一闸阀，与所述第一闸阀连接有安全阀；
所述介质为水。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述吸热段和所述放热段均由若干竖直平行且间隔设置的换热单元组成，所述吸热段内的所述换热单元与烟气流动的方向垂直设置，所述放热段内的所述换热单元与空气流动的方向垂直设置。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，
所述换热单元包括有上主管束、下主管束以及连通所述上主管束和所述下主管束的多个支流管束，所述吸热段的若干所述换热单元的所述上主管束均通过第一集箱管与所述饱和蒸汽连通管的一端连通，所述放热段的若干所述换热单元的所述上主管束均通过第二集箱管与所述饱和蒸汽连通管的另一端连通；
所述吸热段的若干所述换热单元的所述下主管束均通过第三集箱管与所述冷凝水自回流管的一端连通，所述放热段的若干所述换热单元的所述下主管束均通过第四集箱管与所述冷凝水自回流管的另一端连通；
在所述吸热段和所述放热段管腔内，所述支流管束套接有内衬打孔管，所述内衬打孔管的两端与所述支流管束的两端焊接，所述内衬打孔管的管壁上布满通孔，所述通孔呈旋转排列；
每个所述支流管束的外周都沿支流管束的长度方向依次套接有若干所述环形翅片，所述环形翅片上设置有若干由向外表面延伸的沟槽。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，
所述支流管束的外径为38mm；
所述内衬打孔管的外径为32mm、所述通孔的直径为14mm或16mm，所述通孔为螺旋排列。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述冷凝水自回流管包括水平段和竖直段，所述竖直段的上端连接所述放热段，所述竖直段的下端连接所述水平段的一端，所述水平段的另一端连接所述吸热段。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述装置还包括有介质进入管，所述介质进入管与所述冷凝水自回流管连通，所述介质进入管上设置有注水水表，在所述注水水表的两侧分别设置有一个第二闸阀。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述竖直段包括两根支管和一根主管，两根所述支管的上端与所述放热段连通，二根所述支管的下端汇总后与所述主管的上端连通，所述主管的下端与所述水平段的一端连通，所述水平段的另一端与所述吸热段连通，每根所述支管上均设置有一个第三闸阀，两个所述第三闸阀构成阀门组；
所述阀门组用于调节所述冷凝水自回流管内所述介质进入所述吸热段的流量，从而控制所述吸热段的受热面壁面温度在锅炉燃料酸露点温度之上。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述装置还包括有烟道进口扩散段和烟道出口收缩段，所述烟道进口扩散段设置在所述吸热段的烟气进入侧，所述烟道出口收缩段设置在所述吸热段的烟气排出侧；
所述装置还包括有风道进口扩散段和风道出口收缩段，所述风道进口扩散段设置在所述放热段的空气进入侧，所述风道出口收缩段设置在所述放热段的空气排出侧。
10.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述吸热段包括吸热高温段和吸热低温段，烟气依次经过所述吸热高温段和所述吸热低温段；
所述放热段包括放热高温段和放热低温段，空气依次经过所述放热低温段和所述放热高温段；
所述饱和蒸汽连通管设置有两条，所述冷凝水自回流管设置有两条；
烟气加热后的所述吸热高温段内所述介质经一所述饱和蒸汽连通管进入所述放热高温段内，在所述放热高温段内放热完成的介质经一所述冷凝水自回流管回流至所述吸热高温段；
烟气加热后的所述吸热低温段内所述介质经另一所述饱和蒸汽连通管进入所述放热低温段内，在所述放热低温段内放热完成的介质经另一所述冷凝水自回流管回流至所述吸热低温段。
技术总结
本发明提供一种微旋流烟气余热利用装置，所述装置包括换热器，所述换热器包括吸热段和放热段，所述吸热段安装在所述烟道的尾部，烟气经过所述吸热段并加热在所述吸热段内的介质后排出；所述放热段安装在风道内，通过所述风道进入所述锅炉的空气经过所述放热段；所述介质经烟气加热后进入所述放热段内并对空气进行加热，在所述放热段内放热完成的介质回流至所述吸热段；所述介质在所述吸热段和所述放热段的管腔内流动时均能够形成微旋流。采用微旋流烟气余热利用技术烟气的余热回收，降低了锅炉烟道的出口排烟温度，并利用回收的余热加热空气，降低了单位产量的燃料消耗，进一步提高锅炉尾部受热面的安全、经济运行。
技术研发人员：王永亮
受保护的技术使用者：王永亮
技术研发日：.12.18
技术公布日：.02.21
