本发明涉及锅炉烟气冷凝器领域，具体涉及一种高效节能的耐腐蚀智能温控震动烟气冷凝系统。
背景技术：
1、锅炉作为工业和民用领域常见的化石能源热能设备，其中化石能源燃烧过程产生的烟气中携带着大量的热能，以及一些有害的气体和颗粒物质。这些烟气余热的浪费和污染物排放对能源资源和环境构成了双重压力。因此，提高乏汽余热利用效率，进而提高锅炉装备能源利用率具有十分重要的工程意义及科学意义。
2、锅炉中的烟气冷凝器等换热装置工作原理是利用温度较低的水或空气冷却烟气，实现降低烟气温度。烟气冷凝器换热面是安装于锅炉尾部烟道下部用于回收烟气余热的一种装置。烟气冷凝器换热面吸收高温烟气的热量，降低了烟气的排烟温度。同时，作为冷却剂的水或空气吸收热量，实现了热量的回收利用。
3、传统锅炉烟气冷凝器以紫铜等金属为基材的翅片管为主要冷凝换热部件，以焊接等方式固定于冷凝器主体上。其中，紫铜等金属翅片管为亲水表面，冷凝液易附着在换热器表面，形成膜状凝结，增加换热热阻，阻碍冷凝换热过程，使冷凝效率大幅降低，进而降低了能源的利用效率。同时，冷凝换热过程中产生的冷凝液呈酸性，其中含有大量cl-、no3-、no2-、so42-等腐蚀性成分，在冷凝液与冷凝换热表面长期接触过程中，冷凝器表面会发生低温腐蚀破坏，致使烟气冷凝器的使用寿命大幅降低。因此，提高烟气冷凝器的换热效率以及增加其防腐性能成为了制约烟气冷凝器发展的重大难题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述技术问题，本技术的目的在于提供一种高效节能的耐腐蚀智能温控震动烟气冷凝系统。
2、本发明主要包括超浸润图案化冷凝子系统、智能温控震动子系统以及液滴发电系统。其中超浸润图案化冷凝子系统包括阵列排列的冷凝翅片管，凝翅片管的表面喷涂疏水性纳米颗粒形成超疏水表面，并在超疏水表面通过激光烧蚀而形成若干三维波纹状的普通疏水波纹线，构成超疏水-普通疏水图案化液滴二极管表面。其中，烧蚀形成普通疏水波纹线能够达到液滴滑动二极管的效果，其原因是：参见图3，在普通疏水波纹线图案上，液滴在波纹线的向心方向(波峰位置)由于三相线匹配而难以向下滑动，而背心方向(波谷位置)则会因三相线失配迁移而容易脱离。当液滴在波谷位置形成时，随着冷凝程度的加深，液滴逐渐长大，由于液滴三相线与疏水图案无法匹配，因此当液滴体积到达临界值后，在重力作用下液滴轻易滑落，最终脱离冷凝器表面。当液滴在波峰位置形成时，由于液滴与疏水图案三相线适配，液滴难以滑落，随着冷凝程度加深，液滴逐渐长大，最终由波峰位置沿着普通疏水图案分流至两侧波谷位置，由波谷位置向下滚动，脱离冷凝表面。因此，超疏水-疏水图案化表面达到液滴二极管冷凝表面的效果。随着普通疏水波纹线的圆弧半径的增大，与普通疏水波纹线相匹配的液滴三相线也随之增加，因此成核凝结形成的液滴的体积也随之增加。所以疏水波纹线的不同圆弧半径，对应的最佳二极管控制效果的液滴体积也不同，具体表现为圆弧半径与液滴半径成正比。
3、所述超疏水-普通疏水图案化液滴二极管表面中，普通疏水区为冷凝过程中冷凝液的形成提供成核位点，同时，通过加工特定的三维波纹状疏水区域，可以使冷凝液滴在达到特定体积后沿特定方向滚落，达到液滴滑动二极管的效果，为冷凝液滴的脱除提供更加稳定可靠的滚落方向及体积。而超疏水区使冷凝液滴在普通疏水区域形成后无法进一步聚合，进而促使冷凝过程为滴状凝结，减小了冷凝液与换热器表面的接触，进而利用液滴难以黏附和聚合诱导弹跳的特性提高了冷凝器表面的防腐特性。同时，由于普通疏水区域具有较高的表面能，因此周边超疏水区域的冷凝液体更倾向于移动至普通疏水区域，达到冷凝液富集和换热面冷凝液定向移除的目的。
4、本发明具体采用的技术方案如下：
5、一种高效节能的耐腐蚀智能温控震动烟气冷凝系统，包括冷凝系统、智能温控震动子系统以及液滴发电系统，所述冷凝系统包括冷凝器内胆以及设置于其外侧的冷凝器外壳，冷凝器内胆的左右两侧壁分别设置有烟气进口和烟气出口，冷凝器内胆内部设置超浸润图案化冷凝子系统；
6、所述超浸润图案化冷凝子系统包括在冷凝器内胆内部设置的多个水平安装且依次串联的冷凝翅片管，冷凝翅片管呈横排竖列阵列排布，第一个冷凝翅片管入口为冷凝剂入口并与冷凝剂进口管连接，最后一个冷凝翅片管出口为冷凝剂排出口并与冷凝剂出口管连接；
7、冷凝翅片管包括基管以及沿其外表面轴向间隔设置的若干翅片，翅片垂直于基管外表面，基管及翅片外表面均具有超疏水表面以及在超疏水表面通过激光烧蚀而形成的若干三维波纹状的普通疏水波纹线；翅片外表面上的普通疏水波纹线在水平方向延伸，并在竖直方向平行排列间隔设置；基管上的普通疏水波纹线在其外表面沿轴向延伸，并在圆周方向均匀间隔平行排列设置；
8、冷凝器内胆外部设置有用于给智能温控震动子系统提供电能的电源；
9、所述液滴发电系统若干液滴发电单元，液滴发电单元与冷凝翅片管一一对应，每个冷凝翅片管正下方均设置一个液滴发电单元，冷凝翅片管上冷凝滴落的液滴能够到达液滴发电单元表面进行自发电产生电能；所有液滴发电单元的电输出通过导线串联在一起，并连接在电源上；
10、所述智能温控震动子系统包括温度感应器、温感震动控制器和弹簧震动器，所述温度感应器用于监测冷凝剂排出口的冷凝剂温度。当冷凝翅片管表面冷凝液滴较多时，会阻碍冷凝翅片管的换热效率，进而使水或空气冷却剂温度降低，当温度感应器检测到冷却剂温度低于临界值时会传输信号给温感震动控制器，通过温感震动控制器反馈并控制弹簧震动器工作，对冷凝器内胆震动，使冷凝翅片管外表面上滴状凝结的大量冷凝液振落，主动加快了冷凝器表面冷凝液的脱除频率，使冷凝器表面的冷凝液存储量瞬间快速减小，提高了烟气相变换热的程度，进而提高了冷凝换热效率。
11、最后，由于冷凝液滴含有诸多离子，具有较高的导电性。液滴发电系统利用冷凝液的高导电性对冷凝液的重力势能进一步收集，将其转化为电能储存于电源内。液滴发电系统巧妙利用冷凝子系统提供体积可控、下落方向可调的冷凝液滴，使冷凝液滴的重力势能可以最大化的转化为电能储存。其主要原理是液滴发电表面利用接触带电和静电感应原理，建立基于界面效应和开关效应的水滴发电机，通过分离后的液滴撞击发电表面产生电荷，实现液滴的重力势能与电能的转换。电路与储能电源相连，将产生的电能导入电源储存。储存电量可以为智能温控震动子系统的震动提供能量输入，进而在无外部功耗和外部引入电路系统的前提下提高冷凝器的冷凝效率及耐腐蚀能力，这一自供能系统具有结构简单的独特优势。
12、进一步地，所述普通疏水波纹线的线宽为100-1000μm，波纹的圆弧半径在3-10mm，相邻两个平行的疏水波纹线间距为3-20mm。随着普通疏水波纹线线宽增加及间距减小，冷凝过程中冷凝液滴的成核位点的相对面积增大，液滴冷凝效率会适当增加，但随着普通疏水波纹线线宽的再次增加及间距再次减小，冷凝过程的滴状凝结状态逐渐转变为膜状凝结状态，最终导致冷凝过程整体换热热阻增大，使整体的冷凝效率降低，同时由于冷凝液与冷凝器接触面积增大，使冷凝器表面的腐蚀机率也增大。因此从整体冷凝器的冷凝效率来看，普通疏水波纹线线宽及间距需要设置合适的取值范围，以保证冷凝器表面冷凝液为滴状凝结状态的同时使具有较高的冷凝效率。
13、进一步地，相邻两个冷凝翅片管之间依次用u型弯管通过焊接的方式连接在一起，按照此方式，实现冷凝翅片管由第一个至最后一个的顺序连接；
14、冷凝器内胆的烟气进口和烟气出口分别用法兰不锈钢真空波纹管与冷凝器外壳的烟气进气口和烟气排烟口连接，其中，所述冷凝器内胆采用铝合金材质，翅片采用紫铜材质，其结构为圆环片状结构。
15、进一步地，弹簧震动器包括震动器电机、曲柄、连杆、震动轴以及弹簧，震动器电机设置于冷凝器外壳顶部外壁上，震动器电机的输出轴与曲柄连接，曲柄再与连杆连接，连杆竖直穿过冷凝器外壳顶部的连接孔并通过轴承与震动轴上端连接，震动轴下端与冷凝器内胆顶部固定连接，所述弹簧两端分别与冷凝器外壳顶部内壁及冷凝器内胆顶部外壁固定连接，且弹簧设置于震动轴的外侧；
16、震动器电机工作，能带动曲柄旋转驱动连杆竖向方向直线运动，震动工作前，连杆位于垂直方向上的最低点；
17、所述温度感应器通过温感震动控制器与弹簧震动器的震动器电机信号连接，温度感应器将监测的温度数据传输给温感震动控制器，当监测的温度低于设定温度时，通过温感震动控制器反馈信号给弹簧震动器的震动器电机进行工作，控制震动轴提拉冷凝器内胆向上运动，给予冷凝器内胆初始位移并压缩弹簧，之后震动器电机停止运行并释放给予冷凝器内胆的拉力，使弹簧带动冷凝器内胆产生上下往复运动，最终促使冷凝翅片管外表面上的冷凝液滴滴落下来。
18、进一步地，冷凝器内胆底部设有冷凝液回收口，冷凝器外壳底部还设置有冷凝液回收池，冷凝液回收口与冷凝液回收池顶部连接，冷凝液回收池用于回收冷凝后的烟气冷凝液；
19、所述液滴发电单元包括两个镜像对称的倾斜发电面板，两个发电面板底部通过v形结构的冷凝液回收槽连接，构成一个发电单元；每个发电单元水平放置在相应一根冷凝翅片管正下方，且发电单元的长度与冷凝翅片管的轴向同向延伸，且冷凝液回收槽的长度大于冷凝翅片管的轴向长度，冷凝液回收槽的两端通过通过焊接的方式与冷凝器内胆内壁连接固定，冷凝液回收槽两端靠近冷凝器内胆内壁的位置处设置有出液孔；
20、其中，冷凝翅片管上冷凝滴落的液滴，下落到发电单元的发电面板表面上实现自发电后，汇集于冷凝液回收槽中，冷凝液回收槽中汇集的液体集中从其两端的出液孔落下，并最终经冷凝液回收口流入至冷凝液回收池进行收集。
21、进一步地，所述发电面板与水平面的倾斜角度是15-60°，优选为25-30°，发电面板最高点与冷凝翅片管最低点之间的竖向距离为5-10cm。
22、进一步地，所述液滴发电单元的结构中，冷凝液回收槽及其两端的发电面板共用一个不锈钢液滴发电基底，基底的底部上表面具有弧形凸起，两个发电面板所在位置的基底上表面设置液滴发电面层，该液滴发电面层与所述弧形凸起对齐拼接在一起，使液滴发电面层表面滴落的液滴能够顺利地滑落至冷凝液回收槽中。
23、进一步地，所述超疏水表面的制备原料包括二氧化钛和氟化物st-110，它们两者的投料比是1～2g：0.9～2ml；
24、在基管或翅片外表面制备超疏水表面以及疏水波纹线的步骤如下：
25、s1：将二氧化钛加入至无水乙醇并超声分散，随后加入氟化物st-110，搅拌均匀，在室温下反应5-7h，通过二氧化钛和st-110的水解缩合制备氟化物-二氧化钛悬浮溶液；
26、s2：以石油醚为溶剂，将聚二甲基硅氧烷pdms和固化剂分散混合，得到pdms混合液；
27、s3：使用喷笔将pdms混合液喷涂在基管或翅片外表面，高温下石油醚快速蒸发，促使pdms固化，在喷涂完成后，保持高温环境加热3-10min，使pdms呈现半固化状态；
28、s4：随后使用喷笔将氟化物-二氧化钛悬浮溶液对基管或翅片外表面喷涂，在喷涂过程中，将基管或翅片置于90-110℃的烘箱中，加快溶剂的蒸发，二氧化钛在基底表面形成微纳结构，制备超疏水涂层，所述的超疏水涂层在空气中的水滴接触角为150°～165°，且滞后角为4-6°，超疏水涂层的厚度为140-270μm；
29、s5：利用飞秒激光对喷涂后的超疏水表面进行烧蚀，通过高温烧蚀破坏超疏水表面的氟化微纳结构，使超疏水表面变为普通疏水表面形成普通疏水涂层，普通疏水涂层在空气中的水滴接触角为80-100°，且滞后角为10-20°，普通疏水涂层的厚度为60-220μm；首先将喷涂后的基管或翅片置于飞秒激光加工区域，使用飞秒激光进行烧蚀加工，其中飞秒激光功率为5-25w，速度为5-20mm/s，通过飞秒激光烧蚀形成多个相互平行的疏水波纹线，疏水波纹线的线宽在100-1000μm之间，波纹的圆弧半径在3-10mm，相邻两个平行的疏水波纹线间距为3-20mm。
30、进一步地，所述冷凝翅片管的制备，还包括基管和翅片的组装喷涂步骤，具体如下：在基管和翅片的超疏水表面-普通疏水表面加工完成后，将翅片等距垂直设置在基管外表面上，采用焊接的方式进行连接；焊接方式将破坏焊接部位超疏水表面-普通疏水表面的特性，由此通过掩膜法将加工完成的超疏水表面-普通疏水表面进行掩膜，暴露焊接部位，通过喷涂方式对焊接部位进行二次超疏水喷涂，使破坏部位进行超疏水修复，实现表面的润湿特性的完整保护。
31、一种高效节能的耐腐蚀智能温控震动烟气冷凝系统，该系统的冷凝方法包括以下步骤：
32、1)将燃烧后的烟气通入至冷凝器内胆的烟气进口中，冷凝水通入至冷凝剂入口中，烟气在冷凝器内胆内部空间中与阵列排布的冷凝翅片管进行换热，经过换热升温后的冷凝水从冷凝剂排出口排出；
33、2)冷凝翅片管上的疏水波纹线作为疏水成核位点，烟气中的易冷凝物质在疏水成核位点上凝结成核；
34、3)随烟气的持续输入，冷凝液在成核位点逐渐增大，由于超疏水表面的存在，冷凝液滴之间相互隔离，形成珠状凝结，冷凝翅片管内的冷凝水温度升高，实现余热的回收利用；
35、4)随着烟气的再度输入，冷凝液滴体积再次增大，冷凝翅片管的表面被大量冷凝液滴覆盖，部分液滴的体积增加达到滚动阻力临界值而滚落；
36、5)同时，随着冷凝液滴体积增大，冷凝翅片管的换热热阻增大、换热效率降低，冷凝翅片管出口冷凝水温度降低；
37、6)当冷凝翅片管出口冷凝水的温度降低到智能温控震动子系统检测温度的临界值及以下时，温度感应器检测出温度信号后，将信号传输给温感震动控制器，通过温感震动控制器反馈并控制弹簧震动器工作，对冷凝器内胆震动，促使冷凝表面珠状凝结冷凝液滴滴落，成核位点脱载，烟气再次持续输入，实现烟气的二次循环冷凝；
38、7)滴落的冷凝液滴中含有大量离子，具有良好的导电性，液滴滴落后落在冷凝翅片管下方的液滴发电单元上，由于液滴的撞击将重力势能转化为电能，电能通过导线导入电源内储存；
39、8)撞击发电表面以后的液滴滚入冷凝液回收槽，由冷凝液回收槽汇集后，流入冷凝器内胆底部的冷凝液回收池内进行回收；
40、9)电源的电源开关控制器保持打开状态，电源电能通过导线传输给智能温控震动子系统，实现整套智能温控震动烟气冷凝系统自供能闭合循环。
41、与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：
42、(1)本发明设计提出超疏水-普通疏水图案化液滴二极管冷凝表面，在保证冷凝器实现滴状凝结的条件下，实现液滴的滚落体积及滚落方向的控制，提高了液滴冷凝成核及脱除过程中的稳定性及可控性；
43、(2)超疏水-疏水图案化液滴二极管冷凝表面与温控震动器的有机结合，加强了液滴的脱除效率，进一步提高了冷凝器的耐腐蚀性及换热效率；
44、(3)超疏水-疏水图案化液滴二极管冷凝表面与液滴发电表面的巧妙结合，通过利用液滴二极管冷凝表面对液滴滴落体积及方向的控制，可以使液滴发电表面的发电效率提升至最佳状态；
45、(4)通过将液滴发电表面与温控震动器设计结合，实现了在无外部功耗的前提下对冷凝子系统冷凝液滴的主动脱除；
46、(5)液滴发电表面的引入，在实现液滴发电的同时，可以对冷凝液实现进一步回收，有效防止冷凝液滴在下落过程中对下部冷凝管道的撞击腐蚀，进一步提升了其耐腐蚀性能。
47、本发明发明通过引入特定超疏水-普通疏水图案化液滴二极管表面实现了冷凝器表面滴状冷凝的液滴冷凝状态，通过与温控震动系统相结合，加快了冷凝器表面冷凝液的脱除速率，解决了传统固定式烟气冷凝系统冷凝液的膜状冷凝及冷凝器表面冷凝液脱离速率低的弊端。相比传统冷凝器大大提高了烟气的能量利用效率，同时也较好的延长了烟气冷凝器的使用寿命。此外，液滴二极管巧妙的将超浸润图案化冷凝子系统与液滴发电系统进一步耦合，利用冷凝子系统为供能子系统提供体积可控、滴落方向可调的冷凝液滴，使液滴发电系统的发电效率最大化。最后，该冷凝设备通过引入震动系统加快了冷凝器表面冷凝液的脱离速率。
48、综上所述，本发明从冷凝系统设计的宏观层面及冷凝表面多尺度结构和润湿性协同调节的表面设计层面双向入手，在无外部能量输入的前提下，创新性地将震动系统与超浸润图案化液滴二极管表面有机地结合在一起，应用于锅炉烟气冷凝器中，提出了一种具有高换热效率和超强防腐性能的新概念锅炉烟气冷凝器。该系统可以在无外部功耗的前提下，利用智能温控震动子系统巧妙地解决了冷凝器防腐性能弱及换热效率低的重大难题，提高了烟气冷凝器的能量利用效率及使用寿命。
1.一种高效节能的耐腐蚀智能温控震动烟气冷凝系统，其特征在于包括冷凝系统、智能温控震动子系统以及液滴发电系统，所述冷凝系统包括冷凝器内胆（3）以及设置于其外侧的冷凝器外壳（4），冷凝器内胆（3）的左右两侧壁分别设置有烟气进口和烟气出口，冷凝器内胆（3）内部设置超浸润图案化冷凝子系统；
2.如权利要求1所述的一种高效节能的耐腐蚀智能温控震动烟气冷凝系统，其特征在于所述普通疏水波纹线（24）的线宽为100-1000 µm，波纹的圆弧半径在3-10 mm，相邻两个平行的普通疏水波纹线（24）间距为3-20 mm。
3.如权利要求1所述的一种高效节能的耐腐蚀智能温控震动烟气冷凝系统，其特征在于相邻两个冷凝翅片管之间依次用u型弯管（13）通过焊接的方式连接在一起，按照此方式，实现冷凝翅片管由第一个至最后一个的顺序连接；
4.如权利要求1所述的一种高效节能的耐腐蚀智能温控震动烟气冷凝系统，其特征在于弹簧震动器（14）包括震动器电机（29）、曲柄（30）、连杆（31）、震动轴（32）以及弹簧（33），震动器电机（29）设置于冷凝器外壳（4）顶部外壁上，震动器电机（29）的输出轴与曲柄（30）连接，曲柄（30）再与连杆（31）连接，连杆（31）竖直穿过冷凝器外壳（4）顶部的连接孔并通过轴承与震动轴（32）上端连接，震动轴（32）下端与冷凝器内胆（3）顶部固定连接，所述弹簧（33）两端分别与冷凝器外壳（4）顶部内壁及冷凝器内胆（3）顶部外壁固定连接，且弹簧（33）设置于震动轴（32）的外侧；
5.如权利要求1所述的一种高效节能的耐腐蚀智能温控震动烟气冷凝系统，其特征在于冷凝器内胆（3）底部设有冷凝液回收口（7），冷凝器外壳（4）底部还设置有冷凝液回收池（8），冷凝液回收口（7）与冷凝液回收池（8）顶部连接，冷凝液回收池（8）用于回收冷凝后的烟气冷凝液；
6.如权利要求5所述的一种高效节能的耐腐蚀智能温控震动烟气冷凝系统，其特征在于所述发电面板与水平面的倾斜角度是15-60°，优选为25-30°，发电面板最高点与冷凝翅片管最低点之间的竖向距离为5-10cm。
7.如权利要求5所述的一种高效节能的耐腐蚀智能温控震动烟气冷凝系统，其特征在于所述液滴发电单元（6）的结构中，冷凝液回收槽及其两端的发电面板共用一个不锈钢液滴发电基底（21），基底的底部上表面具有弧形凸起，两个发电面板所在位置的基底上表面设置液滴发电面层（22），该液滴发电面层与所述弧形凸起对齐拼接在一起，使液滴发电面层表面滴落的液滴能够顺利地滑落至冷凝液回收槽中。
8.如权利要求1所述的一种高效节能的耐腐蚀智能温控震动烟气冷凝系统，其特征在于所述超疏水表面（23）的制备原料包括二氧化钛和氟化物st-110，它们两者的投料比是1~2g：0.9~2ml；
9.如权利要求8所述的一种高效节能的耐腐蚀智能温控震动烟气冷凝系统，其特征在于所述冷凝翅片管的制备，还包括基管（19）和翅片（20）的组装喷涂步骤，具体如下：在基管（19）和翅片（20）的超疏水表面-普通疏水表面加工完成后，将翅片（20）等距垂直设置在基管（19）外表面上，采用焊接的方式进行连接；焊接方式将破坏焊接部位超疏水表面-普通疏水表面的特性，由此通过掩膜法将加工完成的超疏水表面-普通疏水表面进行掩膜，暴露焊接部位，通过喷涂方式对焊接部位进行二次超疏水喷涂，使破坏部位进行超疏水修复，实现表面的润湿特性的完整保护。
10.一种高效节能的耐腐蚀智能温控震动烟气冷凝系统，其特征在于该系统的冷凝方法包括以下步骤：
