[发明专利]分控相变换热系统以及分控相变换热方法

说明书

技术领域

本发明属于安全可控的强化传热技术领域，特别适合应用于锅炉烟气和生产工艺尾气的余热回收利用等领域。

背景技术

在国内外强化传热技术以及专用于余热回收利用的技术中，利用汽体凝结和液体沸腾蒸发换热系数高且温度均匀的特点，开发出许多高效相变换热技术。在降低锅炉排烟温度、回收余热提高热效率方面，常采用热管或其它相变换热技术，通过不同技术方案来控制烟气侧受热面的腐蚀和结灰速度，取得较好的效果。但现有技术在余热回收控制的有效性方面仍有很大的欠缺，所以设备实际使用寿命远达不到计算数据的理想状态。比如现有技术多采用通过对放热装置和吸热装置换热统一控制或仅对放热装置换热控制的方式来控制复合相变参数，由于热容和热阻的影响，特别是对于管路较长的大系统和风烟换热的系统，被控系统时间常数过大，不仅控制参数反应滞后，超调量大，造成吸热装置换热短时或局部失控，而且控制精度和稳定性也较差。特别是由于吸热装置管外烟气的对流换热系数比管内相变换热的换热系数相差极大，而换热管的热阻和热容又相对很小，外管壁温度随管内介质温度变化很快，调节滞后大的控制系统将使换热管的腐蚀几率大增。为此不得不被迫提高排烟温度，放大安全余量，降低了余热回收的效益。也有的相变换热系统使用放热装置或吸热装置流体再循环的方式来控制相变参数，不仅调节特性不好，控制滞后大，而且设备投资大，加大了设备现场布置困难，再循环还显著增加了系统的能耗。另外，传统相变换热技术采用重力自流的回水方式，必然要求冷凝管的位置高于蒸发管，这给现场安装和技术改造带来很大的困难，甚至无法实施。传统相变换热技术排空系统内不凝结气体时，必须要在吸热装置的吸热大于放热装置的放热时使得系统内为正压时才能进行，排空能力受到限制，降低了相变换热系数和系统适应性。封闭式的热管虽然一次性抽真空，但由于介质与金属的化学反应和气体析出等多种原因，封闭管内的不凝结气体逐渐增多，效用逐渐下降。

发明内容

针对现有相变换热技术的不足，本发明提出了一种对放热装置换热和吸热装置换热分别独立控制的分控相变换热技术，不仅提高了换热控制的可靠性和精度，提高了余热回收的效益，也可使得系统应用的适应性得到很大提高，对现场设备改造的布置设计更为灵活，应用范围也更广。

因此，本发明提出一种分控相变换热系统，包括：：通过蒸汽管和冷凝液管相互连通而形成分控相变换热回路的吸热装置和放热装置，其特征是，该系统还包括：气流调节阀及其气流调节阀控制器；液流调节阀及其液流调节阀控制器，该气流调节阀设置在该蒸汽管的管路中并且该气流调节阀的开度可控制，该液流调节阀设置在该冷凝液管的管路中并且该液流调节阀的开度可控制。

在一个实施方式中，在该吸热装置上连接有测量该吸热装置中的气体压力的压力传感器、测量该吸热装置中的气体温度的温度传感器、测量该吸热装置中的液位的液位传感器以及测量该吸热装置的吸热管束的壁温的壁温传感器，该压力传感器和该温度传感器与该气流调节阀控制器通讯相连，该液位传感器和该壁温传感器与该液流调节阀控制器通讯相连。该气流调节阀的开度由该气流调节阀控制器根据该吸热装置的压力和温度来综合控制，该液流调节阀的开度由该液流调节阀控制器根据该吸热装置内的液位和该吸热装置的壁温来综合控制。

在一个实施方式中，该系统还包括设置在该液流调节阀和该放热装置之间的冷凝液管的管路中的、用于使工质液体升压强制循环以及工质液体量平衡的泵。

在一个实施方式中，该系统还包括储液箱，该储液箱的上部气侧通过储液箱气侧连通管以及呼吸管与该放热装置相连通，该储液箱的下部液体侧通过储液箱液体侧连通管连通至在该泵上游的冷凝液管管路。

在一个实施方式中，该系统还包括与该放热装置相连以将该放热装置中汇集的不凝结气体排出该系统的排出装置。

在一个实施方式中，该排出装置包括液封箱、虹吸管和排空管，该液封箱通过该虹吸管和在该虹吸管上游的呼吸管与该放热装置连通，该排空管直通大气或与低压系统或负压系统相连通，其中该虹吸管伸入该液封箱的液面下并在该放热装置内的压力低于该液封箱内压力时形成虹吸水柱，该系统还包括排放阀，该排放阀连接在该放热装置和该储液箱液体侧连通管之间的冷凝液管。

在一个实施方式中，在该虹吸管上游的呼吸管上安装有排空操作用阀门。

在一个实施方式中，该系统还包括设置在该吸热装置的下部的放液阀。

在一个实施方式中，该系统包括与该储液箱连接的补液阀或设置在该气流调节阀到该泵之间的管路上或该放热装置上的补液阀。