1、 能源前沿技术之余热利用p 螺旋板式换热器的原理u螺旋板换热器用连续螺旋状的支撑板支持换热管，使壳程介质从壳程入口进入时，沿螺旋板形成的螺旋通道斜向前进，将传统的横向折流方式变成纵向螺旋折流方式，在降低壳程阻力的同时，大大强化传热效果。u流道呈同心状，具有一定数量的定距柱。流体在较低雷诺数时，也可以产生湍流。可以获得较大的传热系数，且不易结垢。2-1-1 螺旋板式换热器2-1 余热换热器能源前沿技术之余热利用p 螺旋板式换热器标准uJB/TQ螺旋式换热器制造技术条件uJB/T 4723不可拆螺旋板式换热器型式与基本参数uJB/T6919螺旋板式换热器性能试验方法uJB/T4751螺旋板式换热器
2、2-1-1 螺旋板式换热器2-1 余热换热器能源前沿技术之余热利用p 螺旋板式换热器分类uI型螺旋板式换热器：螺旋通道的端面采用焊接密封，因而具有较高的密封性。适用于对流传热，主要用于液-液流体的传热，在液-液交换中还可以用于加热和冷却高粘度液体。uII型可拆式螺旋板式换热器：螺旋通道两端交错焊死，两端面的密封采用顶盖加垫片的密封结构，螺旋体由两端分别进行机械清洗。适用有粘性、有沉淀液体的液-液交换，以及气-液，蒸汽冷凝，使用压力在1.6MPa。2-1-1 螺旋板式换热器2-1 余热换热器能源前沿技术之余热利用p 螺旋板式换热器的优点1.流道内容易形成湍流，传热系数高2.传热温差小，散热损失小
3、3.流道内不易堵塞，流道长度形状灵活，适应各种流体4.温差应力小5.无泄漏，降低工作危险6.结构紧凑，占用空间少，清洗方便p 螺旋板式换热器的缺点1.承受能力和直径受限制2.检修难度大3.热流体或冷流体的进出口温差小2-1-1 螺旋板式换热器2-1 余热换热器能源前沿技术之余热利用p 套管式换热器原理2-1-2 套管式换热器2-1 余热换热器能源前沿技术之余热利用冷溶液热溶液p 套管式换热器原理2-1-2 套管式换热器2-1 余热换热器能源前沿技术之余热利用p 套管式换热器的优点1.适当选择两管的管径，两流体均可得到较高的流速，而且两流体可以为布置为逆流和顺流。2.套管式换热器构造较简单，能耐
4、高压，传热面积可根据需要增减，应用方便。3.热流体或冷流体的进出口温差大p 套管式换热器的缺点1.管间接头多，易泄露，2.占地较大，3.单位传热面消耗的金属量大。2-1-2 套管式换热器2-1 余热换热器能源前沿技术之余热利用p热管工作原理u热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热 的元件，一般由管壳、吸液芯、工质组成。u 热管可分为蒸发段、绝热段和冷凝段三个部分，通过蒸发冷凝换热。当工质在蒸发段蒸发时，其气液交界面下凹，形成许多弯月形液面，产生毛细压力，液态工质在管芯毛细压力和重力等的回流动力作用下又返回蒸发段。u 热管式换热器具有输热能力大、均温性能优良、传热方向可逆、热流密度可变、适应环
5、境能力较强、阻力损失较小等优点，所以热管式换热器能较大限度的回收利用低品位余热。2-1-3 热管换热器2-1 余热换热器能源前沿技术之余热利用p热管分类u按其工作温度可分为：低温、中温及高温热管低温热管的工质有丙酮、氨、氟里昂等；中温热管的常用工质有：水、萘（C10H8）等，水的工作温度为90 250，萘的工作温度为280 400；高温热管的常用工质有：钠、钾等液态金属，工作温度一般在450 以上。u按工质回流的动力可分为：吸液芯热管、重力热管或两相闭式热虹吸管、重力辅助热管、旋转式热管、分离型热管、电流体动力学热管、电渗透热管等。u根据热管翅片与管壳的连接方式可分为：穿片式热管、镍铬合金钎焊
6、热管、高频绕焊热管。2-1-3 热管换热器2-1 余热换热器能源前沿技术之余热利用p热管分类u按照流体的不同种类可分为：气-气型热管式换热器，气-液型热管式换热器，液-液型热管式换热器；u按照热管式换热器的结构型式可分为：整体式、分离式、回转式和组合式。2-1-3 热管换热器2-1 余热换热器能源前沿技术之余热利用p热管式换热器的特性1.由于热管是利用工质的相变换热来传递热量，因此热管具有很大的传热能力和传热效率。另外，热管还具有优良的等温性、热流密度可变性、热流方向的可逆性、热二极管与热开关性、恒温特性以及对环境的广泛适应性等一系列优点。2-1-3 热管换热器2-1 余热换热器能源前沿技术之
7、余热利用p热管式换热器的特性2.由于热管式换热器自身特性的原因，其可以在不改变冷热流体入口温度的条件下，增大了冷热流体换热的平均温压；因此热管式换热器的传热性能好于常规管壳式换热器3.热管式换热器中热管元件的蒸发段和冷凝段的长度形式可以独立确定，两种流体被隔板隔开，彼此互不掺混。其这种特点可以适用于温度、流量及清洁程度相差悬殊的两种流体间的换热。4.在热管式换热器中，当热管元件的某一端局部损坏时，仅仅是该热管元件失效而停止传热，并且单根热管元件损坏后更换方便，不会影响换热器整体。因此，热管式换热器结构形式好于常规管壳式换热器。2-1-3 热管换热器2-1 余热换热器能源前沿技术之余热利用p 热
8、管技术在工业余热回收中的应用u热管式空气预热器、热管式省煤器和热管式余热锅炉。1.热管式空气预热器是常见的气-气型热管式换热器，它是利用排烟余热，预热进入炉子的助燃空气，不仅可以节约燃料，提高燃料的利用率，还可以减轻对环境的污染。2.热管式省煤器属于气-液型热管式换热器，在工业锅炉或工业窑炉中，采用热管式省煤器利用烟气的热量预热锅炉给水或是提供生活用热水。3.热管式余热锅炉通常称为热管蒸汽发生器，热管式余热锅炉在热管冷侧外表面通过的流体是由进入的给水产生蒸汽，可以说是气-气型热管式换热器，也可以说是气-液型热管式换热器。能源前沿技术之余热利用热管式空气预热器2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利
9、用p 回收高温排气和可燃性废气余热的常用方法是利用余热锅炉生产蒸汽。余热锅炉的原理和普通锅炉是相似的，也包括省煤器、蒸发受热面和过热器等部分。但由于余热锅炉的热源多样而分散，各处热源温度水平有高也有低，往往不能像普通锅炉那样组成一个整体，其布置必须满足生产工艺的要求，而采用分散布置；又因为不用炉膛，所以有时外形更类似于换热器。p 水泥窑余热锅炉水泥窑余热锅炉凝结水泵锅炉给水泵除氧器冷凝器发电机汽轮机窑头余热锅炉粉尘分离器窑尾预热器回转窑冷却机窑尾余热锅炉去窑头电除尘器去生料烘干窑尾高温风机2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用p 水泥窑余热锅炉水泥窑余热锅炉2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利
10、用p 水泥窑余热锅炉水泥窑余热锅炉2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用p 玻璃窑余热锅炉玻璃窑余热锅炉2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用p 玻璃窑余热锅炉玻璃窑余热锅炉2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用p 烧结余热锅炉烧结余热锅炉2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用p 硅铁余热锅炉2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用p 化肥造气余热锅炉2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用p 船舶柴油机余热锅炉2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用p 积灰和低温腐蚀问题u 烟气中存在飞灰和烟尘造成换热面积灰影响换热器性能和效率甚至导致换热器失效。u 燃料中含硫时，燃料燃烧后所产生的含硫化合物与水
11、结合后，一旦温度低于露点温度，就会对受热面金属产生严重腐蚀作用，影响换热器运行甚至导致换热器报废。2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用u 丙烯腈废水焚烧余热锅炉的积灰和低温腐蚀p 积灰和低温腐蚀问题u 丙烯腈废水焚烧余热锅炉原流程2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用p 积灰和低温腐蚀问题u 改造后的丙烯腈废水焚烧余热锅炉2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用29p冷凝式余热锅炉2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用u工作原理 目前小型燃气锅炉排烟温度较高（制约因素：出水温度、烟速、对流换热面积）蒸汽、热水锅炉：200200250250、150150180180之间 常规省煤器：将烟温降到1
12、30130；排烟中水蒸气带热损失占整个排烟热损失55755575 排烟温度6060，其中的水蒸气潜热才能回收。排烟（利用）温度愈低，回收热量愈多。总热效率提高10101515以上：降至露点前，显热回收可提高锅炉热效率2 25 5；烟气冷却到露点温度以下，潜热的回收，热效率又可提高。30u分类 按冷凝换热器类型分 直接接触换热型：水通过喷嘴以逆流方式流入热烟气中，水蒸发吸热，同时冷却烟气，但被加热的水被污染喷淋冷凝式。间接换热型：烟气与被加热介质不直接接触。被加热介质不被污染脉冲冷凝式 同时带接触和间壁型p冷凝式余热锅炉2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用31u接触式换热器的冷凝式锅炉n喷淋冷
13、凝式n结构 冷凝换热器：喷淋式n工作原理 喷淋式热交换器中，喷淋水阶梯式下落并穿过小孔与烟气逆向流动。烟气和水直接接触，因而既有热交换又有质交换。p冷凝式余热锅炉2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用32 特点：烟气与喷淋水直接接触，水充分吸收烟气排热或工业余热；利于环境保护：冷凝换热器既是废热回收设备，又是高效除尘器、消声器 换热器与酸性喷淋水长期接触：腐蚀严重，使用寿命较短；一般用铸铁、铝合金或不锈钢制作。p冷凝式余热锅炉2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用u接触式换热器的冷凝式锅炉33 高效节能天然气锅炉 结构 燃烧器喷头：安在沿燃烧室内壁切线方向处。冷凝换热器：在锅炉壳体上方外侧，与
14、排烟管连接。面对烟气通入侧，换热器内的进水管径向设多排喷水小孔。p冷凝式余热锅炉2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用u接触式换热器的冷凝式锅炉34 高效节能天然气锅炉 工作原理 当锅炉工作时，进水和烟气直接进行热质交换。n特点n结构简单、制造容易、生产成本低，n排烟温度降至2575间，热效率（低热）100p冷凝式余热锅炉2-2 余热锅炉能源前沿技术之余热利用u接触式换热器的冷凝式锅炉35 脉冲冷凝锅炉 工作原理燃气与空气通过各自阀门进入燃烧室被点燃，燃烧产生膨胀压力使进气阀关闭。产生的烟气在脉冲管内高速流动并放热冷却（40-45），燃烧室里形成负压，进气阀开启，新的空气、燃气被吸入。同时由于
15、换热器尾部结构原因使高温烟气运动受阻，压力急剧升高产生反射波，折回燃烧室，使燃烧室中混合气体自燃。如此反复。p冷凝式余热锅炉2-2 余热锅炉u间接换热器的冷凝式锅炉能源前沿技术之余热利用36空气燃气燃气空气p冷凝式余热锅炉2-2 余热锅炉u间接换热器的冷凝式锅炉能源前沿技术之余热利用37 Gasunie冷凝锅炉 结构 主换热器：烟气以大约120150的温度离开，冷凝换热器：离开的烟温大约为40-50 。（锅炉回水温度较低）风机：布在烟道出口，将烟气从锅炉中抽出p冷凝式余热锅炉2-2 余热锅炉u间接换热器的冷凝式锅炉能源前沿技术之余热利用38 Gasunie冷凝锅炉n特点n在烟温最低区域引入锅炉
16、回水，以获得最大凝结热n烟气、凝结水同向流动冷凝热效率高。n冷凝换热器材料必须抗腐蚀。两个换热器可使用不同的材料。n必须安装风机排除烟气。p冷凝式余热锅炉2-2 余热锅炉u间接换热器的冷凝式锅炉能源前沿技术之余热利用39 英国Remeha冷凝锅炉 主换热器：普通铸铁 副换热器：铝制光管和肋片管 集水箱：相当于锅筒p冷凝式余热锅炉2-2 余热锅炉u间接换热器的冷凝式锅炉能源前沿技术之余热利用40nTricentrol冷凝锅炉n一种独特的铸铝换热器，热烟气在管内向上流动，而被冷凝的烟气在管外向下流动。p冷凝式余热锅炉2-2 余热锅炉u间接换热器的冷凝式锅炉能源前沿技术之余热利用41 间接式冷凝锅炉
17、特点 只能冷凝大部分水蒸气，热效率低于直接式的；冷凝换热器、烟道、烟囱防腐；冷凝水中和处理、排除；增加换热器使烟气侧流阻增加，需配排烟风机。p冷凝式余热锅炉2-2 余热锅炉u间接换热器的冷凝式锅炉能源前沿技术之余热利用2-3 凝结水回收能源前沿技术之余热利用p 凝结水回收利用u 一般蒸汽冷凝水回收时平均温度为60-80，锅炉补给水平均温度一般为10-30，利用蒸汽冷凝水代替锅炉软水作为锅炉补给水，无疑提高了锅炉补给水温度。u 软化水（除盐水），即可以减少水处理及原水费用；u 改善锅炉/蒸汽发生器给水水质，减少排污量，保护环境；2-3 凝结水回收能源前沿技术之余热利用p 凝结水的利用方式1.还原
18、利用：理论上凝结水是优质的软化水，实际上由于铁锈及蒸汽带水的影响，会使水质有所变化。一般情况下，凝结水可直接作为低压锅炉的给水或简单的净化处理再利用。2.换热利用：在凝结水有可能混入腐蚀性污染物时，可以采用间接换热方式利用其能量。一般当凝结水被污染的可能极大，而所需处理费用又很高时，就应利用换热器加热炉给水和其他流体。p 凝结水的利用方式3.闪蒸利用：处于饱和状态的冷凝水一旦排至低压区，就会产生闪蒸汽。由于闪蒸汽从闪蒸前的高温凝结水中带走大量的汽化热，所以有利用价值。有时可根据需要创造闪蒸的条件，即形成凝结水的闪蒸利用。1-3 凝结水回收能源前沿技术之余热利用p 凝结水回收利用基本原则1.对于
19、用户较多，且用汽参数不同得复杂凝结水，需合理设计回收系统；2.对于加热有毒或者有强腐蚀性溶液的凝结水，可将其用于间接加热需加热的流体；3.对于含油凝结水，需要进行除油处理，其水质符合锅炉给水标准要求方可返回锅炉。p 凝结水回收利用系统1.开式凝结水回收利用系统2.闭式凝结水回收利用系统1-3 凝结水回收能源前沿技术之余热利用能源前沿技术之余热利用自来水冷凝水箱软水箱软水处理交换器锅炉除氧器低 压 用汽设 备中 压 用汽设 备高 压 用汽设 备7米减温减压器开式凝结水回收利用系统能源前沿技术之余热利用闭式凝结水回收利用系统自来水软水箱锅炉低压用汽设备中压用汽设备高压用汽设备减温减压器压力集水罐P
20、1P1P2P2除氧器蒸汽p 凝结水热能利用方式1.利用凝结水的显热，采用热交换的方式，利用过热或饱和凝结水的显热加热给水、采暖等；2.针对压力较高的凝结水，利用闪蒸罐和凝结水箱分离出二次蒸汽，然后将二次蒸汽和低压凝结水分别加以利用。p 二次蒸汽的热能利用方式：1.将二次蒸汽直接接入低压管网供低压用汽设备使用，利用汽-水换热器活蒸汽采暖设备利用汽化潜热。2.通过喷射加压器将二次蒸汽升压，送入中压蒸汽管网2-3 凝结水回收能源前沿技术之余热利用 蒸汽作为一种清洁、安全的载能体在各行各业中被广泛应用。蒸汽在各用汽设备中放出汽化潜热后，变为近乎同温同压下的饱和凝结水，由于蒸汽的使用压力大于大气压力，所
21、以凝结水所具有的热量可达蒸汽全热量的2030，且压力、温度越高的凝结水具有的热量就越多，占蒸汽总热量的比例也就越大。p工程案例蒸汽、冷凝水基本参数：蒸汽供应量：70万吨/年 冷凝水温度：75度以上 冷凝水水量：50万吨/年 冷凝水电导率：100us/cm2-3 凝结水回收能源前沿技术之余热利用u蒸汽冷凝水基本条件将原铸铁管道更换为钢塑复合管，解决凝水管道再污染问题；新增板式换热器，将冷凝水与除盐水进行换热，以提高除盐水的温 度，降低锅炉运行能耗；冷凝水经过板换后与自来水混合，然后进入脱盐水水处理系统，故蒸汽凝结水及热量无损失，达到了节能、节水降耗的目的。u项目技术方案p工程案例2-3 凝结水回
22、收能源前沿技术之余热利用板式换热器蒸汽锅炉蒸汽锅炉换热换热6075 冷凝水箱冷凝水箱原水箱原水箱中间水箱中间水箱除盐水箱除盐水箱水处理水处理冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水一次侧一次侧二次侧二次侧30 75 30 50 冷进冷进热出热出热进热进冷出冷出p工程案例2-3 凝结水回收能源前沿技术之余热利用u项目系统流程图 本项目按冷凝水回收率70%计算，年可回收蒸汽冷凝水50万吨作为板式换热器一次侧热水源。按水温为75度，为经过板换二次侧的脱盐水提温，冷凝水经过板换后水温为25度与自来水混合后，然后进入脱盐水水处理系统，故蒸汽凝结水及热量无损失。项目节能量：每年按蒸汽使用单位用能300天，每天24小时计算
23、，1、年回收蒸汽冷凝水50万吨；2、年回收余热1.05105GJ，折合标准煤3580tce。p工程案例2-3 凝结水回收能源前沿技术之余热利用u项目节能收益p 全热交换器原理全热交换器原理1.1.通过介质两侧水蒸气分压差通过介质两侧水蒸气分压差进行湿度交换。进行湿度交换。2.高湿侧的水蒸气被吸湿剂吸收,通过纸纤维的毛细管作用向低湿侧放2-3 全热换热器能源前沿技术之余热利用p 套管式换热器原理2-1-2 套管式换热器2-1 余热换热器能源前沿技术之余热利用冷溶液热溶液p热管工作原理u热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热 的元件，一般由管壳、吸液芯、工质组成。u 热管可分为蒸发段、绝热段和冷
24、凝段三个部分，通过蒸发冷凝换热。当工质在蒸发段蒸发时，其气液交界面下凹，形成许多弯月形液面，产生毛细压力，液态工质在管芯毛细压力和重力等的回流动力作用下又返回蒸发段。u 热管式换热器具有输热能力大、均温性能优良、传热方向可逆、热流密度可变、适应环境能力较强、阻力损失较小等优点，所以热管式换热器能较大限度的回收利用低品位余热。2-1-3 热管换热器2-1 余热换热器能源前沿技术之余热利用p热管分类u按其工作温度可分为：低温、中温及高温热管低温热管的工质有丙酮、氨、氟里昂等；中温热管的常用工质有：水、萘（C10H8）等，水的工作温度为90 250，萘的工作温度为280 400；高温热管的常用工质有
25、：钠、钾等液态金属，工作温度一般在450 以上。u按工质回流的动力可分为：吸液芯热管、重力热管或两相闭式热虹吸管、重力辅助热管、旋转式热管、分离型热管、电流体动力学热管、电渗透热管等。u根据热管翅片与管壳的连接方式可分为：穿片式热管、镍铬合金钎焊热管、高频绕焊热管。2-1-3 热管换热器2-1 余热换热器能源前沿技术之余热利用57 脉冲冷凝锅炉 工作原理燃气与空气通过各自阀门进入燃烧室被点燃，燃烧产生膨胀压力使进气阀关闭。产生的烟气在脉冲管内高速流动并放热冷却（40-45），燃烧室里形成负压，进气阀开启，新的空气、燃气被吸入。同时由于换热器尾部结构原因使高温烟气运动受阻，压力急剧升高产生反射波
26、，折回燃烧室，使燃烧室中混合气体自燃。如此反复。p冷凝式余热锅炉2-2 余热锅炉u间接换热器的冷凝式锅炉能源前沿技术之余热利用58 间接式冷凝锅炉特点 只能冷凝大部分水蒸气，热效率低于直接式的；冷凝换热器、烟道、烟囱防腐；冷凝水中和处理、排除；增加换热器使烟气侧流阻增加，需配排烟风机。p冷凝式余热锅炉2-2 余热锅炉u间接换热器的冷凝式锅炉能源前沿技术之余热利用2-3 凝结水回收能源前沿技术之余热利用p 凝结水回收利用u 一般蒸汽冷凝水回收时平均温度为60-80，锅炉补给水平均温度一般为10-30，利用蒸汽冷凝水代替锅炉软水作为锅炉补给水，无疑提高了锅炉补给水温度。u 软化水（除盐水），即可以
27、减少水处理及原水费用；u 改善锅炉/蒸汽发生器给水水质，减少排污量，保护环境；2-3 凝结水回收能源前沿技术之余热利用p 凝结水的利用方式1.还原利用：理论上凝结水是优质的软化水，实际上由于铁锈及蒸汽带水的影响，会使水质有所变化。一般情况下，凝结水可直接作为低压锅炉的给水或简单的净化处理再利用。2.换热利用：在凝结水有可能混入腐蚀性污染物时，可以采用间接换热方式利用其能量。一般当凝结水被污染的可能极大，而所需处理费用又很高时，就应利用换热器加热炉给水和其他流体。p 全热交换器原理全热交换器原理1.1.通过介质两侧水蒸气分压差通过介质两侧水蒸气分压差进行湿度交换。进行湿度交换。2.高湿侧的水蒸气被吸湿剂吸收,通过纸纤维的毛细管作用向低湿侧放2-3 全热换热器能源前沿技术之余热利用
