CN102374791A - 一种用于工业炉废气或煤气的余热回收装置 - Google Patents

Abstract

一种用于工业炉废气或煤气的余热回收装置，包括筒状壳体及设置在所述筒状壳体内的热交换部件、吹灰装置及分别与所述热交换部件连接的工质进口集箱和工质出口集箱。所述热交换部件的工作面为膜片式受热面，以破坏所述热交换部件的涡流区从而降低飞灰的粘结程度，所述膜片式受热面的上部对应设置所述吹灰装置，或所述膜片式受热面的上部和中部分别对应设置所述吹灰装置，所述筒状壳体的两端分别设置有工业炉废气/煤气入口及工业炉废气/煤气出口，以保证工业炉废气/煤气能对所述膜片式受热面充分冲刷。本发明有效地解决了粘性灰和极细灰的清除问题，延长了余热回收装置连续投运时间，提高了余热回收装置的换热效率。

Description

一种用于工业炉废气或煤气的余热回收装置

技术领域

本发明涉及一种余热回收装置，特别是一种采用膜片式受热面对含有粘性介质的工业炉窑废气或煤气进行余热回收的余热回收装置。

背景技术

在目前世界出现能源危机的形势下，节能减排是我国的一项长期既定国策。我国存在大量的工业炉窑和煤气生产装置，这些炉窑和装置在运行时会产生具有远远高于环境温度的废气或者高于下一步工艺要求温度的煤气，在废气排放前或者煤气进入下一步工艺前，需要设置换热器把废气或者煤气的温度降下来，从而达到余热回收的目的。

有些工业炉窑废气，比如玻璃生产炉窑废气含有粘性介质，这些粘性介质会粘附在受热面上面，很难用一般吹灰方法清除；有些工业炉窑废气如水泥窑废气和用粉煤气化装置生产的煤气，含有极细的灰，这些灰粘附在受热面的涡流区，逐渐硬化，也很难用一般吹灰方法清除。申请号为“200710133761.4”，名称为“水泥余热回收系统及其余热回收方法”的中国发明申请，公开了一种水泥余热回收系统，其余热回收利用了闪蒸技术，提高了锅炉的热效率，提高了相对窑运转率，但仍然无法解决炉窑废气中的粘性介质和细灰对受热面的粘附问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于工业炉废气或煤气的余热回收装置，能对含有粘性介质的工业炉窑废气或煤气进行余热回收，以解决现有同类余热回收装置存在的连续运行时间短，热回收效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于工业炉废气或煤气的余热回收装置，包括筒状壳体及设置在所述筒状壳体内的热交换部件、吹灰装置及分别与所述热交换部件连接的工质进口集箱和工质出口集箱，所述筒状壳体的两端分别设置有废气/煤气入口及废气/煤气出口，其中，所述热交换部件的工作面为膜片式受热面，所述膜片式受热面设置在所述废气/煤气入口及所述废气/煤气出口之间，所述膜片式受热面的上部对应设置所述吹灰装置，所述膜片式受热面为多个热交换管与多个膜片相间隔连接的膜片式结构，所述热交换管的两端分别与所述工质进口集箱和所述工质出口集箱连接。

上述的余热回收装置，其中，所述膜片与所述热交换管间为角焊缝焊接，所述膜片端部的两个所述角焊缝的最薄处的厚度相加应大于或等于所述膜片的厚度，以保证所述膜片吸收的热量能传递到所述热交换管上。

上述的余热回收装置，其中，所述吹灰装置为能轮流使用水或气体介质进行吹灰的双介质吹灰装置。

上述的余热回收装置，其中，所述吹灰装置包括吹灰枪筒，所述吹灰枪筒的一端设置有吹灰气体入口和吹灰水入口，所述吹灰枪筒内部设置有吹灰气体通道及吹灰水通道，所述吹灰气体入口与所述吹灰气体通道连接，所述吹灰水入口与所述吹灰水通道连接，所述吹灰气体通道及所述吹灰水通道分别沿轴向均匀设置有吹灰气体出口和吹灰水出口，所述吹灰枪筒的筒体上设置有与所述吹灰气体出口和所述吹灰水出口对应的出口孔或出口槽。

上述的余热回收装置，其中，所述吹灰气体出口和所述吹灰水出口处还分别设置具有导向和增速作用的气体出口喷管和水出口喷管。

上述的余热回收装置，其中，所述筒状壳体内部设置有用于支撑所述热交换部件的支撑梁，所述热交换部件包括多片所述膜片式受热面，所述多片膜片式受热面并列均匀立在所述支撑梁上，所述筒状壳体围合在所述热交换部件四周。

上述的余热回收装置，其中，每两片所述膜片式受热面间形成一相对密封的工业炉废气/煤气通道。

上述的余热回收装置，其中，所述热交换部件的多片膜片式受热面为所述热交换管的水平标高一致的顺列布置结构，或所述热交换部件的多片膜片式受热面为所述热交换管的水平标高错开的错列布置结构。

上述的余热回收装置，其中，所述筒状壳体的上端面为所述废气/煤气入口，所述筒状壳体的下端面为所述废气/煤气出口，以保证工业炉废气/煤气能对所述膜片式受热面充分冲刷。

上述的余热回收装置，其中，所述筒状壳体的截面为圆形或矩形。

上述的余热回收装置，其中，所述膜片式受热面的中部还设置有所述吹灰装置。

本发明的技术效果在于：由于受热面采用膜片式结构，破坏了热交换管背面的气流涡流区，也就破坏了灰尘在此处的积灰条件，使整个设备的积灰粘灰情况大为减轻；同时，由于采用双介质吹灰装置，可以轮流使用气体介质和水进行吹灰，有效地解决了粘性灰和极细灰的清除问题，延长了余热回收装置连续投运时间，提高了余热回收装置的换热效率。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A为本发明一实施例的余热回收装置结构示意图(图1C的A-A剖视图)；

图1B为图1A的俯视图；

图1C为图1A的B-B剖视图；

图1D为图1A的I部放大图；

图2A为本发明另一实施例的余热回收装置结构示意图(图2C的A-A剖视图)；

图2B为图2A的俯视图；

图2C为图2A的B-B剖视图；

图3A为本发明的吹灰装置结构示意图；

图3B为图3A的C-C剖视图；

图4A本发明的膜片式受热面顺列布置示意图；

图4B本发明的膜片式受热面错列布置示意图。

其中，附图标记

1筒状壳体

11支撑梁

12支座

13废气/煤气入口

14废气/煤气出口

15内衬钢板

2热交换部件

21膜片式受热面

211热交换管

212膜片

M热交换管涡流区

3吹灰装置

31吹灰枪筒

311出口孔

32吹灰气体入口

33吹灰水入口

34吹灰气体通道

341吹灰气体出口

342气体出口喷管

35吹灰水通道

351吹灰水出口

352水出口喷管

4工质进口集箱

5工质出口集箱

6保温材料层

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1A～图1D，图1A为本发明一实施例的余热回收装置结构示意图(图1C的A-A剖视图)，图1B为图1A的俯视图，图1C为图1A的B-B剖视图，图1D为图1A的I部放大图。本余热回收装置适用于含有粘性介质的工业炉废气或煤气，高温工业炉废气或煤气从余热回收装置上端的废气/煤气入口13进入余热回收装置，然后通过膜片式受热面21，完成热交换过程，降温后的工业炉废气或煤气随后从余热回收装置下端的废气/煤气出口14流出。本发明的用于工业炉废气或煤气的余热回收装置，包括筒状壳体1及设置在所述筒状壳体1内的热交换部件2、吹灰装置3及分别与所述热交换部件2连接的工质进口集箱4和工质出口集箱5。所述筒状壳体1的两端分别设置有废气/煤气入口13及废气/煤气出口14，所述热交换部件2的工作面为膜片式受热面21，以破坏所述热交换部件的涡流区从而降低飞灰的粘结程度，所述膜片式受热面21设置在所述废气/煤气入口13及所述废气/煤气出口14之间，所述膜片式受热面21的上部对应设置所述吹灰装置3，或根据余热回收装置的高度及吹灰装置3的吹灰半径，在所述膜片式受热面21的上部和中部对应设置所述吹灰装置3，为了更好地保证工业炉废气/煤气能对所述立式布置的膜片式受热面21充分冲刷，以提高热交换的效率，可以将所述筒状壳体1的上端面整个设置为所述废气/煤气入口13，将所述筒状壳体1的下端面整个设置为所述废气/煤气出口14。

本发明的所述余热回收装置可分为两种类型：筒状壳体1横断面为矩形(参见图1A～图1D)的余热回收装置适用于废气或煤气压力略大于大气压力的情况；筒状壳体1横断面为圆形(参见图2A～图2C)的余热回收装置适用于废气或煤气压力远大于大气压力的情况。其中，所述膜片式受热面21安装在矩形筒状壳体1或圆形筒身筒状壳体1所围成的空间内(确切地说，当筒状壳体1采用圆形筒身结构时，所述膜片式受热面21可以是被内衬钢板15所围合的)，所述膜片式受热面21两端分别连接所述的工质进口集箱4和工质出口集箱5，所述工质进口集箱4上设有可以和工质进口管道连接的管接头，所述工质出口集箱5上设有可以和工质出口管道连接的管接头，所述矩形筒状壳体1或圆形筒状壳体1一端连接到废气或煤气的入口通道，另一端连接到废气或煤气的出口通道，所述双介质吹灰装置3安装在膜片式受热面21的上方，如果膜片式受热面21的高度超过单套双介质吹灰装置3的有效吹灰距离，可以在膜片式受热面21的上方和中间同时安装双介质吹灰装置3，所述筒状壳体1外部还可设置保温材料层6，所述保温材料层6安装在矩形筒状壳体1或圆形筒状壳体1的外侧，可以有效地遏制设备的散热损失。

所述膜片式受热面21为采用多个热交换管211与多个膜片212相间隔焊接的膜片式结构，所述热交换管211的两端分别与所述工质进口集箱4和所述工质出口集箱5连接。每片膜片式受热面211由热交换管211和膜片212(钢板)连续紧密焊接制成，形成一种类似“钢墙”的结构。所述筒状壳体1内部设置有用于支撑所述热交换部件2的支撑梁11，当筒状壳体1的截面为圆形时，在所述筒状壳体1的内部设置内衬钢板15，以形成矩形废气/煤气通道。当筒状壳体1的截面为矩形时，该内衬钢板15可以与该筒状壳体1为一体结构，也可不必设置内衬钢板15。所述热交换部件2包括多片所述膜片式受热面21，所述多片膜片式受热面21并列均匀立在所述支撑梁11上，所述内衬钢板15围合在所述热交换部件2的四周，每两片所述膜片式受热面21间形成一相对密封的工业炉废气/煤气通道，工业炉废气或煤气流过这些通道时，互相之间并不串通，使在吹灰时，吹灰气流不易扩散，吹灰能量不易衰减，便于取得好的吹灰效果。由于热交换管211迎向气流的背面的热交换管涡流区M处焊有膜片212，就破坏了此处的涡流区，使飞灰不容易粘结在此处，因此可以减少飞灰的粘结程度，由于飞灰的粘结量小，也容易取得良好的吹灰效果。

膜片212两面受到温度高的工业炉废气或煤气冲刷，其根部通过热交换管211金属与温度低的工质连接，所以也参与传热，也起到受热面的作用，与没有膜片212的光管布置结构相比，取得同样的传热量，膜片式结构可以使余热回收装置减少大约40％左右的高度。由于设备体积较小，有利于全套设备的整体布置。所述膜片212通过角焊缝与所述热交换管211紧密焊接在一起，所述膜片212每端的两个所述角焊缝的最薄处的厚度相加应大于或等于所述膜片212的厚度，以保证所述膜片212吸收的热量能传递到所述热交换管211上。

相邻两片膜片式受热面21如果热交换管211的水平标高一致，这种布置方式称为顺列布置(参见图4A)；如果热交换管211的水平标高错开，最佳为错开上下两根热交换管211距离的一半，则称为错列布置(参见图4B)。可根据具体情况选取顺列布置或错列布置。选取顺列布置时，可减少沾灰，对吹灰，清灰有利；选取错列布置时，传热系数大一点，设备高度可以减少一些。

参见图2A～图2C，图2A为本发明另一实施例的余热回收装置结构示意图(图2C的A-A剖视图)，图2B为图2A的俯视图，图2C为图2A的B-B剖视图。本实施例中，除了筒状壳体1的截面形状与前述实施例不同外，其他结构均与前述实施例相同，在此不作赘述，但为方便制造和安装，本发明优选所有的膜片式受热面21的宽度应该相同，为此在本实施例中，当筒状壳体1的截面为圆型结构时，优选在余热回收装置的圆形筒状壳体1内焊上内衬钢板15，所述热交换部件2安置在所述内衬钢板15围合的空间内，以形成利于膜片式受热面21安装的矩形安装空间。

参见图3A及图3B，图3A为本发明的吹灰装置结构示意图，图3B为图3A的C-C剖视图。所述吹灰装置3为双介质吹灰装置，所述双介质吹灰装置能轮流使用水和气体介质进行吹灰，以分别清除粘附在所述热交换部件2上的粘性灰和极细灰。所述吹灰装置3包括吹灰枪筒31，所述吹灰枪筒31的一端设置有吹灰气体入口32和吹灰水入口33，所述吹灰枪筒31内部设置有吹灰气体通道34及吹灰水通道35，所述吹灰气体入口32与所述吹灰气体通道34连接，所述吹灰水入口33与所述吹灰水通道35连接，所述吹灰气体通道34及所述吹灰水通道35分别沿轴向均匀设置有吹灰气体出口341和吹灰水出口351，所述吹灰枪筒31的筒体上设置有与所述吹灰气体出口341和所述吹灰水出口351对应的出口孔311或出口槽。该出口孔311分别对应于所述吹灰气体出口341和所述吹灰水出口351设置，或者对应于所述吹灰气体出口341和所述吹灰水出口351设置出口槽(图未示)。为了更好地实现吹灰效果，还可以在所述吹灰气体出口341和吹灰水出口351处分别设置具有导向和增速作用的气体出口喷管342和水出口喷管352。

余热回收装置最佳为立式布置，其上端为工业炉废气/煤气入口13，下端为工业炉废气/煤气出口14，其流向不变。工质一般为单质，其流程可采取多种方式。比如，可以将工质进口集箱4布置在下端，工质出口集箱5布置在上端，采用逆流布置的方式；也可以将工质进口集箱4布置在上端，工质出口集箱5布置在下端，采用顺流布置的方式；或者在上下集箱中加上隔板，工质在膜片式受热面21中顺次朝上朝下运动的交叉流方式。考虑到磨损的情况，废气或煤气在管间的最小断面，按进出口的平均流速不应大于10m/s；如果工质为水，按进出口的平均流速不应大于1.3m/s，不应小于0.3m/s；如果工质为蒸汽，按进出口的平均流速应在15m/s左右。

在热力计算完成的基础上应对热交换管211，膜片212与工质进口集箱4、工质出口集箱5进行壁温计算，选取热交换管211，膜片212与工质进口集箱4、工质出口集箱5的金属材料时，其抗氧化温度应分别略大于热交换管211、膜片212与工质进口集箱4、工质出口集箱5各自的壁温；其它与废气或煤气接触的零件，比如内衬钢板15、筒状壳体1、支撑梁11，支座12，吹灰枪筒31等，选取它们的金属材料时，其抗氧化温度应略大于其位置处的废气或煤气温度。同时，对承受工质压力的热交换管211与工质进口集箱4、工质出口集箱5，对承受废气或煤气压力的圆形筒状壳体1，还要进行强度计算，对其壁厚进行选择。

吹灰装置3需要根据废气或煤气的不同特点，包括其中所含灰的特性来选取不同的吹灰介质。比如对工业炉窑废气融于水的的粘性灰，可以选择蒸汽和水作为吹灰介质，吹灰时交替使用。对煤气，可采用高压氮气作为运行时吹灰介质，停运时采用水作为清灰介质。运行时两次吹灰的间隔时间，每次吹灰时间的长短，应根据实际运行情况来确定。比如，确定废气或煤气的出口温度高于设计温度20℃时，开始吹灰，直到出口温度降到设计温度时停止吹灰。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于工业炉废气或煤气的余热回收装置，包括筒状壳体及设置在所述筒状壳体内的热交换部件、吹灰装置及分别与所述热交换部件连接的工质进口集箱和工质出口集箱，所述筒状壳体的两端分别设置有废气/煤气入口及废气/煤气出口，其特征在于，所述热交换部件的工作面为膜片式受热面，所述膜片式受热面设置在所述废气/煤气入口及所述废气/煤气出口之间，所述膜片式受热面的上部对应设置所述吹灰装置，所述膜片式受热面为多个热交换管与多个膜片相间隔连接的膜片式结构，所述热交换管的两端分别与所述工质进口集箱和所述工质出口集箱连接。

2.如权利要求1所述的余热回收装置，其特征在于，所述膜片与所述热交换管间为角焊缝焊接，所述膜片端部的两个所述角焊缝的最薄处的厚度相加应大于或等于所述膜片的厚度，以保证所述膜片吸收的热量能传递到所述热交换管上。

3.如权利要求1或2所述的余热回收装置，其特征在于，所述吹灰装置为能轮流使用水或气体介质进行吹灰的双介质吹灰装置。

4.如权利要求3所述的余热回收装置，其特征在于，所述吹灰装置包括吹灰枪筒，所述吹灰枪筒的一端设置有吹灰气体入口和吹灰水入口，所述吹灰枪筒内部设置有吹灰气体通道及吹灰水通道，所述吹灰气体入口与所述吹灰气体通道连接，所述吹灰水入口与所述吹灰水通道连接，所述吹灰气体通道及所述吹灰水通道分别沿轴向均匀设置有吹灰气体出口和吹灰水出口，所述吹灰枪筒的筒体上设置有与所述吹灰气体出口和所述吹灰水出口对应的出口孔或出口槽。

5.如权利要求4所述的余热回收装置，其特征在于，所述吹灰气体出口和所述吹灰水出口处还分别设置具有导向和增速作用的气体出口喷管和水出口喷管。

6.如权利要求1、2、4或5所述的余热回收装置，其特征在于，所述筒状壳体内部设置有用于支撑所述热交换部件的支撑梁，所述热交换部件包括多片所述膜片式受热面，所述多片膜片式受热面并列均匀立在所述支撑梁上，所述筒状壳体围合在所述热交换部件四周。

7.如权利要求6所述的余热回收装置，其特征在于，每两片所述膜片式受热面间形成一相对密封的工业炉废气/煤气通道。

8.如权利要求7所述的余热回收装置，其特征在于，所述热交换部件的多片膜片式受热面为所述热交换管的水平标高一致的顺列布置结构，或所述热交换部件的多片膜片式受热面为所述热交换管的水平标高错开的错列布置结构。

9.如权利要求1、2、4、5、7或8所述的余热回收装置，其特征在于，所述筒状壳体的上端面为所述废气/煤气入口，所述筒状壳体的下端面为所述废气/煤气出口，以保证工业炉废气/煤气能对所述膜片式受热面充分冲刷。

10.如权利要求9所述的余热回收装置，其特征在于，所述筒状壳体的截面为圆形或矩形。

11.如权利要求1、2、4、5、7、8或10所述的余热回收装置，其特征在于，所述膜片式受热面的中部还设置有所述吹灰装置。

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