CN103604113B - 一种与静电除尘器一体化的新型管屏式水管换热器 - Google Patents

Abstract

一种与静电除尘器一体化的新型管屏式水管换热器，所述管屏式水管换热器由多排管屏组成，每排管屏由两端的换热器集箱和连通两端的换热器集箱的多个换热管束组成，相邻管屏两端的换热器集箱管端之间通过大直径弯头连接形成相邻管屏的工质连通，所述每个管屏的换热管束布置于除尘器的进口扩展段中段内的烟道结构中；本发明换热器不占用静电除尘器入口前的其他有效空间，能合理利用烟气余热，降低烟尘比电阻，从而提高电除尘器效率，具有结构简洁、紧凑，可实现模块化生产、拼装，现场安装极为方便的特点。

Description

一种与静电除尘器一体化的新型管屏式水管换热器

技术领域

本发明涉及燃煤锅炉烟气余热利用技术领域，具体涉及一种与静电除尘器一体化的新型管屏式水管换热器。

背景技术

煤炭是我国最主要的一次能源，燃煤发电在我国电力生产中占最主要的地位，所以，提高燃煤机组的发电效率、降低煤炭能源消耗，对我国的节能减排具有重要意义。烟气余热损失是燃煤锅炉热损失中最主要的一项，占大中型锅炉输入热量的4～8%，占锅炉总热损失的80%左右。通常情况下，燃煤锅炉的排烟温度每升高12℃，其排烟热损失增加约1%。

现在，静电除尘技术已经广泛应用于燃煤锅炉的烟尘治理行业。然而，静电除尘器进口的烟气温度通常较高，导致进入高压静电收尘电场中烟气的粉尘比电阻增大，降低了静电除尘效率，使现有静电除尘器无法满足逐渐提高的环保要求（20～30mg/m³），很难达到国家新的烟气排放标准。

可见，燃煤锅炉排烟温度偏高，不仅造成烟气余热的巨大浪费，而且降低了电除尘器的除尘效率，使其不能达到理想的除尘效果，最后导致排放烟气的含尘量很难达到国家标准要求。所以，降低燃煤锅炉的排烟温度，对烟气的余热进行利用，既可以提高燃煤电厂效率，也可以提升电除尘器的除尘效率，从而达到节能、环保的双重效益。

现有的烟气余热利用技术，其换热器均布置在除尘器前或除尘器后的水平或垂直烟道内，但是，有些情况下，受空间所限，烟道布置极其紧凑，在空气预热器和除尘器入口的喇叭口之间缺少烟道直段布置余热回收装置；有时虽然设计有烟道直段，但是，由于烟道直段上方布置了脱硝反应器，余热回收装置受到极大限制，尤其不利于现有电厂的改造，有鉴于此，我们提出了一种与静电除尘器一体化的新型管屏式水管换热器。

现有的烟气余热利用技术，绝大多数采用水管式换热器，其换热器均为蛇形管束结构，通过数量巨大的180度弯头连接而成，不仅换热器结构复杂，而且大量的180度占据庞大的空间。现有的烟气余热利用技术中，也有采用热管式换热器的，但是和水管换热器相比，热管换热器蒸发吸热段金属耗量相当，但是增加了冷凝放热段，致使结构复杂，体积庞大，成本较高，而且，热管换热器的换热管内的工作液体一旦充填完成，其金属壁温就不再变化，无法根据锅炉燃烧煤种的变化而调节，很难适应国内燃煤电厂煤种多变，导致烟气酸露点经常变化的特殊情况。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种与静电除尘器一体化的新型管屏式水管换热器，该换热器不占用静电除尘器入口前的其他有效空间，结构紧凑，可实现模块化生产、拼装，现场安装、拆卸极为方便，不仅能合理利用烟气余热，降低烟尘比电阻和烟气体积及烟气流速，从而在节能的同时，提高静电除尘器的除尘效率。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种与静电除尘器一体化的新型管屏式水管换热器，所述管屏式水管换热器由多个管屏组成，每个管屏由两端的换热器集箱4和连通两端换热器集箱4的多排换热管束5组成，相邻管屏两端的换热器集箱4管端之间通过大直径弯头6连接形成相邻管屏的工质连通，所述每个管屏的换热管束5布置于除尘器喇叭形入口的中段2内的烟道结构中。

所述多个管屏水平或垂直布置在静电除尘器喇叭形入口的中段3内的烟道结构中，和每个管屏相对应的方形或矩形烟道隔板直接焊接在每排管屏的换热管束5上并和管屏整装出厂，现场拼装、焊接时，后面管屏的方形烟道隔板紧贴前面烟道隔板的外侧，部分重叠后以整圈焊接。

所述换热管束5采用H型翅片管、螺旋形翅片管或针形翅片管扩展受热面，所述的扩展受热面的翅片间距沿烟气流动方向从前向后依次递减。所述每个管屏上的换热管束5为1～4排，每个管屏上的换热管束5采用相同直径、相同长度的直管。

所述管屏上的换热管束5沿烟气流动方向从前向后采用不同直径但相同长度的直管，其管径从前向后依次增加。

所述管屏式水管换热器相邻管屏的换热器集箱4管径沿烟气流动方向从前向后随着换热管束5管径的依次增大而逐渐增大，后面管屏的大直径换热器集箱4需经缩颈工艺之后再通过大直径弯头6和前面管屏的换热器集箱4端部实现等径连接。

所述换热器沿烟气流动方向的尾部布置有导流装置9，所述导流装置9包括一排水平布置的光管9-1，在光管9-1的前端即迎风面上沿每个光管9-1的轴向上焊接有上下导流方向导流板9-2，在光管9-1的后端即背风面焊接有竖直方向的多个左右导流方向导流板9-3。在所述换热器的尾部布置有导流装置，该导流装置具有良好的导流作用，使换热器出口的气流具有良好的扩散性，气流扩散方向与换热器后的喇叭口后段的扩展方向相同。

所述管屏式水管换热器每个管屏的换热器集箱4最高处均设置自动放气阀，以排除可能积存的气体。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

（1）本发明换热器布置于除尘器的喇叭形入口段，可以充分利用静电除尘器进口的烟道空间，不增加额外的占地空间。

（2）本发明换热器布置于除尘器的喇叭形入口段，吸收烟气热量，可用于加热火电机组回热系统的凝结水，同时，在烟气进入高压静电收尘电场之前对烟气进行降温，使进入高压静电收尘电场的待处理烟气的体积流量得以降低，从而使得静电高压收尘电场烟气通道内的烟气流速得以降低。同时，由于烟温降低，烟尘的比电阻降低，进而能够提高电除尘器的除尘效率，使除尘效果满足日益严格的环保要求。

（3）本发明和传统使用的含有标准弯头的蛇形管束结构相比，以数量极少的大直径弯头替代为数众多的小直径标准弯头，其结构安全可靠性大幅度提高。本发明的管屏式水管换热器消除了多管圈蛇形管180度弯头占据的大量空间，结构紧凑，可实现模块化生产、拼装，现场安装、拆卸极为方便，布置于静电除尘器喇叭形入口段的狭窄空间，实现和静电除尘器的一体化，不占用其他有效空间。

（4）沿烟气流动方向，通过增大换热管的直径和/或减小扩展受热面的翅片间距，从而减小烟气流通截面积，使换热器内前后烟气流速均匀，可以实现沿烟气流动方向上的等流速设计，以适应后面几排管屏的管束随着烟气温度降低和进口管内工质温度较低所带来的烟气流速降低飞灰容易沉积、管壁金属温度降低易于发生酸的凝结以及飞灰和凝酸的耦合沾污等不良状况，改善后排管束的自清灰能力，提高管束传热的有效性。

（5）每排管屏由两端集箱和若干排相同直径、相同长度的直管换热管束构成，直管没有焊缝，停炉检修或运行时，可以对直管进行电磁导波离线或在线检验，对磨损和腐蚀造成局部面积损耗可能引起的管子爆漏事故可以实现预防预警，有效避免磨损或腐蚀引起的水管爆漏导致水流堵塞除尘器的飞灰泄放阀而引起的强迫性停炉事故。

(6)所述换热器的尾部布置有导流装置，该导流装置结构简单、布置紧凑，并具有良好的导流作用，使换热器出口的气流具有良好的扩散性，烟气扩散流向与换热器后的喇叭口后段的扩展方向相同。

（7）本发明换热管束在方形或矩形烟道中有良好的分流、导流和均流作用，部分替代了除尘器进口内部原有设计中必须设置的均流装置。

附图说明

图1为本发明新型管屏式水管换热器的立体结构示意图。

图2为本发明新型管屏式水管换热器的侧视图。

图3为图2沿的A-A向的剖面图。

图4为本发明新型管屏式水管换热器的尾部导流装置的侧视图。

图5为本发明新型管屏式水管换热器的尾部导流装置的立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1、图2所示，本发明一种与静电除尘器一体化的新型管屏式水管换热器，所述管屏式水管换热器由多个管屏组成，每个管屏由两端的换热器集箱4和连通两端换热器集箱4的多排换热管束5组成，相邻管屏两端的换热器集箱4管端之间通过大直径弯头6连接形成相邻管屏的工质连通，所述每个管屏的换热管束5布置于除尘器喇叭形入口的中段2内的烟道结构中。

作为本发明的优选实施方式，所述多个管屏水平或垂直布置在静电除尘器喇叭形入口的中段3内的烟道结构中，和每个管屏相对应的方形或矩形烟道隔板直接焊接在每排管屏的换热管束5上并和管屏整装出厂，现场拼装、焊接时，后面管屏的方形烟道隔板紧贴前面烟道隔板的外侧，部分重叠后以整圈焊接。本实施例多个管屏水平布置在静电除尘器喇叭形入口的中段3内的烟道结构中。

作为本发明的优选实施方式，所述换热管束5可以采用H型翅片管、螺旋形翅片管或针形翅片管扩展受热面，所述的扩展受热面的翅片间距沿烟气流动方向从前向后依次递减。从而减小烟气流通的截面积，进而使换热器内沿烟气流动方向烟气流速尽量相等，有利于换热和导流。如图3所示，本实施例采用H型翅片管。

所述管屏排数根据换热需求、空间限制等实际情况来确定，所述每个管屏上的换热管束5为1～4排，每个管屏上的换热管束5采用相同直径、相同长度的直管。本实施例每个管屏上的换热管束5为4排。

作为本发明的优选实施方式，所述管屏上的换热管束5也可以沿烟气流动方向从前向后采用不同直径但相同长度的直管，其管径从前向后依次增加。比如从前到后每排管屏可分别依次采用Φ32、Φ38、Φ42、Φ45、Φ48、Φ51等不同管径的管束结构，并结合从前向后翅片间距依次递减，以确保因烟气温度降低导致后面管屏烟气流速迅速衰减引起的严重积灰，改善后排管束的自清灰能力，并保证合适的烟气流速。提高管束传热的有效性。

相应的，所述管屏式水管换热器相邻管屏的换热器集箱4管径沿烟气流动方向从前向后随着换热管束5管径的依次增大而逐渐增大，后面管屏的大直径换热器集箱4需经缩颈工艺之后再通过大直径弯头6和前面管屏的换热器集箱4端部实现等径连接。

如图4和图5所示，作为本发明的优选实施方式，所述换热器沿烟气流动方向的尾部布置有导流装置9，所述导流装置9包括一排水平布置的光管9-1，在光管9-1的前端即迎风面上沿每个光管9-1的轴向上焊接有上下导流方向导流板9-2，在光管9-1的后端即背风面焊接有竖直方向的多个左右导流方向导流板9-3。在所述换热器的尾部布置有导流装置，该导流装置具有良好的导流作用，使换热器出口的气流具有良好的扩散性，气流扩散方向与换热器后的喇叭口后段的扩展方向相同。

作为本发明的优选实施方式，所述管屏式水管换热器每个管屏的换热器集箱4最高处均设置自动放气阀，以排除可能积存的气体。

本发明的工作原理为：如图1和图2所示，运行时，水从一侧换热器集箱4的换热器进水口7流入各个换热管束5，然后在烟道另外一侧的换热器集箱4内汇合，再通过连接弯头流入前面一个管屏，依次从后排管屏向前排管屏流动，最后从换热器集箱4的出水口8流出。整个换热器的总水流程和烟气流动方向呈逆流布置，烟气从除尘器喇叭形入口的前段1流向烟气从除尘器喇叭形入口的中段2，再流向烟气从除尘器喇叭形入口的后端3，水从后向前依次流过各个管屏，完成换热。

本发明的布置方法为：将除尘器喇叭形入口的中段平整为沿水平中心线水平的等截面烟道，即将除尘器喇叭形入口的中段扩展为方形烟道结构，在改造后的除尘器中间水平段布置换热管束5，然后每排换热管束5的两端连通换热器集箱4，最后将相邻的换热器集箱4之间通过大直径弯头6连接。

针对国内燃煤机组所燃用煤种的煤质多变导致烟气酸露点经常变化的情况，本发明新型管屏式水管换热器可以通过工质再循环等措施来调整工质温度，进而改变金属管壁温度，从而有效避免低温腐蚀的问题。

Claims (5)

1.一种与静电除尘器一体化的新型管屏式水管换热器，其特征在于：所述管屏式水管换热器由多个管屏组成，每个管屏由两端的换热器集箱(4)和连通两端换热器集箱(4)的多排换热管束(5)组成，相邻管屏两端的换热器集箱(4)管端之间通过大直径弯头(6)连接形成相邻管屏的工质连通，所述每个管屏的换热管束(5)布置于除尘器喇叭形入口的中段(2)内的烟道结构中；所述换热器沿烟气流动方向的尾部布置有导流装置(9)，所述导流装置(9)包括一排水平布置的光管(9-1)，在光管(9-1)的前端即迎风面上沿每个光管(9-1)的轴向上焊接有上下导流方向导流板(9-2)，在光管(9-1)的后端即背风面焊接有竖直方向的多个左右导流方向导流板(9-3)；所述多个管屏水平或垂直布置在静电除尘器喇叭形入口的中段(2)内的烟道结构中，和每个管屏相对应的方形烟道隔板直接焊接在每排管屏的换热管束(5)上并和管屏整装出厂，现场拼装、焊接时，后面管屏的方形烟道隔板紧贴前面烟道隔板的外侧，部分重叠后以整圈焊接；所述换热管束(5)采用H型翅片管、螺旋形翅片管或针形翅片管扩展受热面，所述的扩展受热面的翅片间距沿烟气流动方向从前向后依次递减。

2.根据权利要求1所述的一种与静电除尘器一体化的新型管屏式水管换热器，其特征在于：所述每个管屏上的换热管束(5)为1～4排，每个管屏上的换热管束(5)采用相同直径、相同长度的直管。

3.根据权利要求1所述的一种与静电除尘器一体化的新型管屏式水管换热器，其特征在于：所述管屏上的换热管束(5)沿烟气流动方向从前向后采用不同直径但相同长度的直管，其管径从前向后依次增加。

4.根据权利要求3所述的一种与静电除尘器一体化的新型管屏式水管换热器，其特征在于：所述管屏式水管换热器相邻管屏的换热器集箱(4)管径沿烟气流动方向从前向后随着换热管束(5)管径的依次增大而逐渐增大，后面管屏的大直径换热器集箱(4)需经缩颈工艺之后再通过大直径弯头(6)和前面管屏的换热器集箱(4)端部实现等径连接。

5.根据权利要求1所述的一种与静电除尘器一体化的新型管屏式水管换热器，其特征在于：所述管屏式水管换热器每个管屏的换热器集箱(4)最高处均设置自动放气阀，以排除可能积存的气体。