一种自循环喷淋热回收装置及系统

技术领域

本发明人属于天然气集注储存领域，涉及一种再生塔的热回收，尤其涉及一种自循环喷淋热回收装置及系统。

背景技术

天然气储气库需要周期性地进行注气和采气，而在采气过程中存在天然气压力降低的过程，若此时天然气中含水量较大则容易出现冰堵问题，且冷凝水存在会加速后续管道、设备的腐蚀；因此需要对天然气进行脱水处理。

在低温分离法脱水与溶剂吸收法脱水工艺中，需要消耗热能用于在EG再生塔中加热低温EG富液使其浓缩，同时产生的大量高温尾气，该尾气含有大量过热水蒸气，且含有少量乙二醇及不溶性烃类气体，整体附带大量热能，直接排放形成热能浪费，且排放过程需要使用灼烧炉灼烧，产生额外能源消耗。

为了节能、降低热排放和减少需要灼烧的尾气流量，现目前有采用余热回收的方式对尾气中蕴含的热量进行回收，且使得水蒸气冷凝减少尾气余量，从而降低灼烧炉能源消耗。

申请号为202010277296.7的发明专利申请就公开了一种燃煤锅炉烟气消白及余热回收系统，同时也公开了一种燃煤锅炉烟气消白及余热回收方法，其包括烟气引风机，溶液再生塔，石灰石粉混搅槽，消石灰混搅槽，再生喷淋泵，溶液净化供液泵，脱硫塔，吸收喷淋泵，净化溶液回流泵，溶液吸收塔，增压风机，烟囱，沉淀槽洗涤水喷淋泵，沉淀洗涤槽，溶液净化浓缩槽，吸收质结晶体溶解槽，碳酸钠混搅槽，碳酸钙洗涤槽，母液浓缩槽，氯化钠晶体洗涤槽，母液冷却槽，硝酸钾晶体洗涤槽。通过喷淋，吸收脱硫后排烟中的水蒸气，由于溶液的饱和温度高于相同水蒸气分压力下纯水的饱和温度，所以在吸收烟气携带的水蒸气过程中，溶液还会释放吸收热，提高烟气温度，经过喷淋吸收，烟气不仅携带的水蒸气减少，而且温度也得到提升，使得烟气的相对湿度大幅降低，从而在与环境冷空气混合时，减少甚至完全消除水汽凝结，实现消白排放，同时，因为溶液的饱和温度高于相同水蒸气分压力下纯水的饱和温度，溶液吸收水蒸气时可以获得比烟气温度更高的吸收温度，从而提升烟气余热的品位。

但是，如上述发明专利一样，现有技术中，由于生产负荷不稳定及工艺控制等需要，自EG再生塔产生的高温尾气具有一定的过热度，且其产生的流量、过热度均会发生较大波动，为后续热回收带来较大困难。尤其是尾气过热度较大时，容易在热回收换热器中产生液-气换热模式，其换热系数低，占用换热面积大，使得热回收换热设备整体换热效率降低（液-气换热系数约100，液-水相变换热系数约2000，液-液换热系数约1000）

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有技术中存在的尾气过热度较大时容易在热回收换热器中产生液-气换热模式、从而造成回收换热设备整体换热效率降低的技术问题，本发明提供一种自循环喷淋热回收装置及系统。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种自循环喷淋热回收装置，包括筒体、设置于筒体内的换热管，换热管包括上层的换热管、下层的换热管，筒体一侧通过前端盖设置有进气管、出气管，进气管、上层的换热管和出气管依次连通；筒体上一前一后分别设置有回水管、进水管，进水管、筒体内与换热管外之间的腔室、回水管依次连通；

筒体上远离前端盖的一端设置有后端盖，后端盖内设置有多孔板，多孔板上设置有疏松过滤材料，上层的换热管、下层的换热管通过多孔板、疏松过滤材料连通。

进一步地，筒体在前端盖处设置有隔板，换热管穿过隔板上的通孔后与进气管或出气管连通。

进一步地，进气管上设置有雾化喷头、温度传感器接头、压力传感器接头。

进一步地，后端盖上设置有连通管接头、分水接头。

进一步地，出气管上设置有冷凝水排水口。

一种自循环喷淋热回收系统，包括底座，底座上设置有热回收装置、控制模块、增压水泵、缓存水箱，热回收装置高于缓存水箱；

热回收装置为上述的自循环喷淋热回收装置，热回收装置通过热回收装置的支座安装于底座上，热回收装置的连通管接头通过连通管与缓存水箱的连通接头连通，热回收装置的分水接头通过分液管与缓存水箱的分水接头连通，缓存水箱的排水接头与排水管连通；

缓存水箱的液位传感器接头上安装有液位传感器，缓存水箱的喷水接头通过引水管与增压水泵的进口端连通，增压水泵的出口端通过喷淋管与热回收装置的雾化喷头相连；

控制模块通过信号线分别与液位传感器、排水电磁阀、喷淋电磁单向阀、增压水泵电连接。

进一步地，缓存水箱与排水管之间的管路上设置有排水电磁阀，喷淋管上设置有喷淋电磁单向阀；排水电磁阀、喷淋电磁单向阀均通过信号线与控制模块电连接。

进一步地，热回收装置的温度传感器接头、压力传感器接头上分别安装有温度传感器、压力传感器，温度传感器、压力传感器均通过信号线与控制模块电连接。

进一步地，系统运行时，自热回收装置的进气口通入高温过热尾气，尾气通过热回收装置的进气管时依次经过雾化喷头、温度传感器、压力传感器，此时控制模块根据温度、压力分析尾气过热度，并控制喷淋电磁单向阀开启、增压水泵以相应的频率运行，从而将缓存水箱中的冷凝式经过引水管、喷淋管输送至自热回收装置的雾化喷头，最终雾化喷出与尾气混合；雾化喷出的冷凝水在高温尾气的作用下快速蒸发吸热，尾气温度降低，过热尾气变成饱和尾气或湿蒸汽后进入自热回收装置的前端盖内部，控制模块通过压力传感器、温度传感器实时监测尾气过热度情况，当尾气过热度增大时，控制增压水泵转速增大，反之则减小增压水泵的转速。

进一步地，系统启动时，缓存水箱中通过液位传感器检测到无冷凝水，此时控制模块持续检测缓存水箱中的液位，不控制喷淋；待检测到缓存水箱中冷凝水足够之后，再控制增压水泵开启；

若检测到缓存水箱中水位较低，停止喷淋；反之，当缓存水箱中冷凝水较多时，控制开启排水电磁阀，将多余冷凝水通过排水管排出系统；

系统运行过程中，若增压水泵不工作时，则控制喷淋电磁单向阀关闭，以防止前端高压尾气通过喷淋支路进入缓存水箱。

本发明的有益效果如下：

1.本发明中，通过采集相应的压力、温度、液位信号，控制泵体、阀体开闭等，实现对过热蒸汽的雾化喷淋冷却，充分消除通入尾气的过热度，使其在后续热回收换热过程中，基本以换热系数更高的液-液换热、液-水相变换热形成进行，从而整体提升换热装置的效率。同时，采用外部系统，将尾气中水蒸气冷凝水进行收集，经过控制等用于对过热尾气的雾化喷淋，不需要额外接入供水系统。此外，控制模块基于雾化喷淋后的尾气压力、温度等进行分析，确定其过热度状态，可以调整水泵工作频率进而控制喷淋流量，形成智能化控制模式，使得系统随时处于高效换热状态。

2.本发明中，设置有雾化喷头，采用雾化喷淋方式，在高温过热尾气进入热回收换热装置前，将其过热度充分降低和消除，使得后续换热过程高效，整体提升换热效率。

3.本发明中，设置有中间水分离结构，中间分离的冷凝水通过外部系统进行循环雾化喷淋作用，形成自循环模式，无须外部接入水管。

4.本发明中，通过采集进口处雾化喷淋后的温度、压力，计算喷淋后的尾气过热度；同时通过液位传感器，结合缓存水箱液位情况，综合控制增压水泵的工作喷淋，从而控制喷淋量，最终实现控制喷淋后尾气的过热度的作用。

附图说明

图1是本发明的系统的主视图；

图2是本发明的系统的俯视图；

图3是本发明的系统的立体图；

图4是本发明的装置的俯视图；

图5是本发明的装置的剖视图；

图6是本发明的装置的局部剖视图；

图7是本发明的缓存水箱的结构示意图；

其中，附图标记为：

排水电磁阀1，喷淋电磁单向阀2，增压水泵3，4-分液管，控制模块5，连通管6，排水管7，压力传感器8，温度传感器9，热回收装置10，引水管11，喷淋管12，液位传感器13，底座14，缓存水箱15，支座10-1，筒体10-2，换热管10-3，进气管10-4，前端盖10-5，隔板10-6，后端盖10-7，疏松过滤材料10-8，多孔板10-9，出气管10-10，雾化喷头10-11，10-12进气口，温度传感器接头10-13，压力传感器接头10-14，连通管接头10-15，分水接头10-16，进水管10-17，回水管10-18，冷凝水排水口10-19，出气口10-20，15-1箱体，排水接头15-2，喷水接头15-3，分水接头15-4，连通接头15-5，液位传感器接头15-6。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种自循环喷淋热回收系统，如图1至图7所示，系统主要设置有热回收装置10，该热回收装置10包括筒体10-2、设置于筒体10-2内的换热管10-3，换热管10-3包括上层的换热管10-3、下层的换热管10-3，筒体10-2一侧通过前端盖10-5设置有进气管10-4、出气管10-10，进气管10-4、上层的换热管10-3和出气管10-10依次连通；筒体10-2上一前一后分别设置有回水管10-18、进水管10-17，进水管10-17、筒体10-2内与换热管10-3外之间的腔室、回水管（10-18）依次连通；

筒体10-2上远离前端盖10-5的一端设置有后端盖10-7，后端盖10-7内设置有多孔板10-9，多孔板10-9上设置有疏松过滤材料10-8，上层的换热管10-3、下层的换热管10-3通过多孔板10-9、疏松过滤材料10-8连通。

热回收装置10通过支座10-1安装于底座14上，此外底座14上还安装有控制模块5、增压水泵3、缓存水箱15，且热回收装置10的高度高于缓存水箱15。热回收装置10的温度传感器接头10-13、压力传感器接头10-14上分别安装有温度传感器9、压力传感器8，且温度传感器9、压力传感器8的信号线接入控制模块5。热回收装置10上还设置有连通管接头10-15、分水接头10-16，连通管接头10-15通过连通管6与缓存水箱15的连通接头15-5相连，分水接头10-16通过分液管4与缓存水箱15的分水接头15-4相连。缓存水箱15的排水接头15-2上安装有排水电磁阀1，进一步与排水管7相连；缓存水箱15的喷水接头15-3通过引水管11与增压水泵3的进口端相连，而在增压水泵3的出口端安装有喷淋电磁单向阀2，并通过喷淋管12与热回收装置10的雾化喷头10-11相连。液位传感器13通过液位传感器接头15-6安装于缓存水箱15，且信号线接入控制模块5。控制模块5接出控制线，分别与排水电磁阀1、喷淋电磁单向阀2、增压水泵3相连，以控制其开关。

如图1至图7所示，系统运行时，自10-12进气口通入高温过热尾气，尾气通过进气管10-4时依次经过雾化喷头10-11、温度传感器9、压力传感器8，此时控制模块5根据温度、压力分析尾气过热度，并控制喷淋电磁单向阀2开启、增压水泵3以相应的频率运行，从而将缓存水箱15中的冷凝式经过引水管11、喷淋管12输送至雾化喷头10-11，最终雾化喷出与尾气混合。雾化喷出的冷凝水在高温尾气的作用下快速蒸发吸热，而尾气温度降低，从而过热尾气变成饱和尾气甚至是湿蒸汽，之后进入前端盖10-5内部。控制模块5通过压力传感器8、温度传感器9实时监测尾气过热度情况，当尾气过热度增大时，控制增压水泵3转速增大，使得尾气温度进一步降低，流量增大喷淋量不足导致过热度升高时，同样可以控制增压水泵3转速增大，使得尾气温度进一步降低；反之可以减小增压水泵3的转速使其喷淋量降低。

如图1至图7所示，系统启动时，缓存水箱15中通过液位传感器13检测可能无冷凝水，此时控制模块5持续检测缓存水箱15中的液位，不控制喷淋；待检测到缓存水箱15中冷凝水足够之后，再控制增压水泵3开启。进一步的，在系统工作过程中，若检测缓存水箱15中水位较低，仍然停止喷淋；反之，当缓存水箱15中冷凝水较多时，控制开启排水电磁阀1，将多余冷凝水通过排水管7排出系统。系统运行过程中，若增压水泵3不工作时，则控制喷淋电磁单向阀2关闭，以防止前端高压尾气通过喷淋支路进入缓存水箱15等。

装置工作时，通过进气管10-4通入前端盖10-5内的尾气，在隔板10-6的隔断作用下，仅能进入位于筒体10-2上部的换热管10-3；同时，外部热回收循环水经进水管10-17进入筒体10-2内且位于换热管10-3外，与换热管内部的尾气、冷凝水等进行换热，最终经回水管10-18排出设备。经过上部换热管10-3热回收后的尾气产生部分冷凝水，尾气与冷凝水混合物进入后端盖10-7内部。此后，在压力及重力作用下，尾气及冷凝水向下运动，由于疏松过滤材料10-8、多孔板10-9的存在，尾气成分穿越疏松过滤材料10-8、多孔板10-9后进入位于筒体10-2下部的换热管10-3，而冷凝水则被疏松过滤材料10-8、多孔板10-9阻挡后聚集于后端盖10-7底部的分水接头10-16处。

如图5所示，进入位于筒体10-2下部的换热管10-3内部的尾气，进一步与位于换热管10-3外的热回收循环水进行热交换，尾气中剩余水蒸气发生相变被冷凝，最终同尾气中气体成分一并进入出气管10-10，而其中的冷凝水则自冷凝水排水口10-19排出设备，剩余少量不溶、不凝性尾气经过出气口10-20排入后续处理设备。

如图1至图3所示，缓存水箱15与热回收装置10之间通过连通管6进行连通，从而使得缓存水箱15内部压力与后端盖10-7内部的压力达到平衡；基于此，经后端盖10-7中的疏松过滤材料10-8、多孔板10-9过滤出的冷凝水，可以在重力作用下，通过分水接头10-16、分液管4进入缓存水箱15。更进一步的，当增压水泵3工作自缓存水箱15中吸收冷凝水时，可以通过连通管6迅速补充和稳定缓存水箱15中的压力，而不至于因泵水、分液管4被水密封而使得缓存水箱15中压力过低，从而增大泵功率；同时，也可以避免位于后端盖10-7、分液管4中的冷凝水被完全吸入缓存水箱15的瞬间时产生大的压力脉动甚至是水锤效应。