CN101122446A - 一种连续蓄热式烟气余热回收装置 - Google Patents

Abstract

一种连续蓄热式烟气余热回收装置，属于工业炉窑节能领域。该装置由高耐热高导热材料做成，装置里的气体通道被隔成相互独立的多层空间，烟气和空气(煤气)通道分层交错布置(即在高度方向上，一层烟气通道接一层空气(煤气)通道，交错布置的三明治结构)。每层气流通道都是由高导热率材料做成的蜂窝式孔道。该热回收装置有如下优点：(1)换热速率快：蓄热体热导率高，烟气和空气(煤气)之间能迅速进行热交换；(2)连续工作：供风及排烟不需要换向，系统简单；(3)真正实现极限余热回收：不存在换向时由于容积效应造成的热量和燃料损失；(4)可灵活布置，装置寿命长，且与炉体的关联性较小，降低了故障风险，便于工程管理。

Description

一种连续蓄热式烟气余热回收装置

技术领域：

本发明属于工业炉窑节能领域，涉及高温工业炉窑中的余热回收技术和装置，尤其涉及一种可以连续蓄热式回收烟气余热的技术和装置。

技术背景：

工业炉窑中烟气余热占总热量的很大一部分，节能降耗的关键就是回收并利用好烟气余热。目前，工业炉窑采用的烟气余热回收技术主要包括换热器和蓄热室。然而，这两种技术都存在着不足，制约了其应用和发展。

对换热器而言，其不足主要有：(1)换热器对材质的耐温及抗蚀能力要求高(比如一般由耐热钢做成)，高温段易损坏；(2)空气(煤气)预热温度低，难以充分回收烟气余热；(3)比表面积小，设备庞大，造价高。

为了克服换热器材质要求高，以及换热比表面积小的问题，近年来发展了蓄热回收技术，蓄热回收技术采用热容较大的蓄热体小球或蜂窝体作为热载体，较好地解决了换热器对材质要求高，以及比表面积小的问题，而且能实现低温排烟(接近于露点温度)，得到很好地推广和应用。但是，蓄热室技术在应用中还存在以下问题：(1)周期性不连续工作：烟气放热和空气(煤气)吸热过程周期性切换，造成炉膛压力、温度等波动变化；(2)换向时的容积效应(换向时蓄热室及管道中的煤气及预热空气将随烟气排走)造成燃料和能量的极大浪费；(3)蓄热体在急冷急热的环境中工作，使用寿命短；(4)系统复杂、造价及维护成本高、动力消耗大，换向系统易磨损，且寿命短。

因此，为真正实现极限余热回收，烟气余热回收技术发展的必然趋势是周期性蓄热向连续蓄热的方向发展，开发设计出一种新型高效的连续蓄热式烟气余热回收技术和装置意义重大。

发明内容

本发明目的是为了解决蓄热室技术周期性不连续工作、烟气放热和空气(煤气)吸热过程周期性切换，造成炉膛压力、温度等波动变化，换向时的容积效应造成燃料和能量的浪费，蓄热体在急冷急热的环境中工作使用寿命短，系统复杂、造价及维护成本高、动力消耗大，换向系统易磨损，且寿命短的问题。

一种连续蓄热式烟气余热回收装置的蓄热体，其特征在于：蓄热体由高耐热高导热材料(如碳化硅、氮化硅等)制成，蓄热体中的气体通道被隔成互相独立的多层空间，烟气和空气(煤气)通道分层交错布置(即在高度方向上，一层烟气通道接一层空气(煤气)通道，交错布置的三明治结构)。气流通道是在高导热率材料上开辟的蜂窝式空道，截面可为圆形、正方形、椭圆、六边形或长方形等。工作时，烟气由烟道或烟气总管均匀分配到各个烟气孔道中，经过蓄热体进行放热；空气(煤气)则由空气(煤气)总管连接一个风箱，通过风箱均匀分配到各层的空气(煤气)孔道，进行预热。烟气通道和空气(煤气)通道在蓄热体上整体成型，密封较好，空气(煤气)和烟气不会窜风。根据具体工艺要求，空气(煤气)和烟气的流动方式可以采用逆流、垂直叉流或者错逆流，以此来强化换热，真正实现连续热回收。

特点

1.在由高耐热高导热材料做成的蓄热体上开辟三明治结构的空气(煤气)和烟气通道，导热性能比换热器好得多，但对材质的要求没有换热器要求高；

2.每层通道做成蜂窝式孔道，换热比表面积比换热器大得多；

3.可以连续进行余热回收，克服了蓄热室周期性换向的缺点；

4.蜂窝体孔径的当量直径，空气(煤气)侧为3～30mm，烟气侧为5～50mm；

5.空气(煤气)和烟气的流动方式可以采用逆流、垂直叉流或者错逆流；

6.当烟气量较大，需要较大换热面积时，回收装置能根据需要由2～150个相同规格的烟气和空气(煤气)通道模块组合成一个能满足要求的大型余热回收装置。

工作原理

本余热回收装置由高耐热高导热材料做成，装置里的气体通道被隔成相互独立的多层空间，烟气和空气(煤气)通道分层交错布置(即在高度方向上，一层烟气通道接一层空气(煤气)通道，交错布置的三明治结构)。每层气流通道都是由高导热率材料做成的蜂窝式孔道。其热交换的原理是：高温烟气的热量通过对流及辐射换热传递给高导热高耐热材料。由于高导热材料的热阻很小，热量很快就能传导至空气(煤气)通道一侧，然后，冷空气(煤气)通过对流换热吸收高导热材料传递过来的热量，完成烟气与空气(煤气)间的热量传递。热传递过程连续进行，高温烟气不断放出热量预热空气，完成高温烟气余热的回收。空气(煤气)和烟气的流动方式可以采用逆流、垂直叉流或者错逆流等不同方式。

对于烟气量较小的工业炉窑(如铝保温炉)，烟气余热回收所需的换热面积较小，可以将热回收装置做成一个整体，即在一整块蓄热体上开辟气流通道。当烟气量较大时，需要较大的换热面积，现有工艺不能直接做成整块的大型换热体。这时可以设计适当大小的蓄热体模块。安装热回收装置时，将蓄热体模块拼装组合成大型的连续蓄热式热回收装置。同时要注意模块之间的密封(如设置凹凸咬合，增大窜气通道的阻力)，保证空气(煤气)和烟气通道的独立性。

连续蓄热热回收装置具有如下优点：

1)换热速率快：蓄热体热导率高，烟气和空气(煤气)之间能迅速进行热交换；

2)连续工作：供风及排烟不需要换向，系统简单；

3)真正实现极限余热回收：不存在换向时由于容积效应造成的热量和燃料损失，节能降耗；

4)可灵活布置：烟气和空气(煤气)之间主要通过导热传递热量，采用比表面积很大的蓄热体作为热交换媒介，传热效率高，装置结构紧凑，便于布置；

5)由于无可动设备，装置寿命长，且与炉体的关联性较小，降低了故障风险，便于工程管理。

附图说明

图1是连续蓄热式烟气余热回收装置(错逆流)的原理图

1-热烟气入口；2-热空气(煤气)出口；3-集气箱A；4-冷空气(煤气)入口；5-冷烟气出口；6-集气箱B；7-高导热蓄热体；8-空气(煤气)通道；9-集气箱C；10-烟气通道。

图2是连续蓄热式烟气余热回收装置(垂直叉流)的原理图

图3是连续蓄热式烟气余热回收装置(逆流)的原理图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

实施例1(错逆流)

本连续蓄热式烟气余热回收装置由碳化硅材料做成，直接安装在烟道中。烟气由进口1进入后，均匀分布到各层烟气通道10，经过蓄热体7后直接从烟气出口5排出；同样空气(煤气)由进口4进入后，均匀分到各层空气(煤气)通道中，垂直经过蓄热体后进入集气箱6，再折回往复经过集气箱7，9后由空气(煤气)出口2排出；烟气中的热量通过对流及辐射换热传递给蓄热体，由于高导热材料做成的蓄热体的热阻很小，很快将热量传导至空气(煤气)通道一侧，再由蓄热体将热量通过对流换热传给冷空气(煤气)，完成热回收过程。空气(煤气)入口与烟气出口同在低温端，空气(煤气)出口与烟气入口同在高温端，空气(煤气)行程为2～4，总的流动方向是逆流。

本连续蓄热式烟气余热回收装置结构简单，寿命长，热回收效率高，适用于各种工业炉窑的烟气余热回收。

实施例2(垂直叉流)

本连续蓄热式烟气余热回收装置由氮化硅材料制成，直接安装在烟道中，烟气由进口1进入后，均匀分布到各层烟气通道，经过蓄热体2后直接从烟气出口3排出；同样空气(煤气)由进口4进入后，均匀分到各层空气(煤气)通道中，经过蓄热体后从空气(煤气)出口5排出；烟气中的热量通过对流换热传给蓄热体，蓄热体通过导热将热量传到空气(煤气)通道一侧，再由蓄热体将热量通过对流换热传给冷空气(煤气)，完成热回收过程。

实施例3(逆流)

本连续蓄热式烟气余热回收装置由氮化硅材料做成，直接安装在烟道中，烟气由进口1进入后，均匀分布到各层烟气通道，经过蓄热体2后直接从烟气出口3排出；同样空气(煤气)由进口4进入后，均匀分到各层空气(煤气)通道中，经过蓄热体后从空气(煤气)出口5排出；烟气中的热量通过对流换热传给蓄热体，蓄热体通过导热将热量传到空气(煤气)通道一侧，再由蓄热体将热量通过对流换热传给冷空气(煤气)，完成热回收过程。

Claims (5)

1.一种连续蓄热式烟气余热回收装置，其特征在于回收装置由高耐热高导热材料碳化硅或氮化硅制成，装置里的气体通道被隔成相互独立的多层空间，烟气和空气、煤气通道分层交错布置，即在高度方向上，一层烟气通道接一层空气、煤气通道，交错布置的三明治结构。

2.如权利要求1所述的一种连续蓄热式烟气余热回收装置，其特征在于：每层通道做成蜂窝式蓄热体一样的通道，增大换热面积。

3.如权利要求1或2所述的一种连续蓄热式烟气余热回收装置，其特征在于：蜂窝体孔道截面为圆形、椭圆、方形、六边形及长方形，孔道的当量直径为：空气、煤气侧为3～30mm，烟气侧为5～50mm。

4.如权利要求3所述的一种连续蓄热式烟气余热回收装置，其特征在于：空气、煤气和烟气的流动方式采用逆流或者垂直叉流或者垂直叉流和逆流相结合的混合流。

5.如权利要求4所述的一种连续蓄热式烟气余热回收装置，其特征在于回收装置是根据需要由2～150个相同规格的烟气和空气、煤气通道模块组合成一个能满足要求的大型余热回收装置。

Images