CN104534894A - 烟气余热资源转换与利用系统 - Google Patents

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曹强
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Abstract

本发明公开一种烟气余热资源转换与利用系统，主要针对传统的烟气余热资源回收利用系统的工业炉窑热效率低、能源消耗大而设计。本发明烟气余热资源转换与利用系统，包括设置在燃烧室与烟囱之间的各烟道上的至少一个烟气-空气热交换器和至少一个烟气-煤气热交换器；所述烟气-空气热交换器的烟气进气口与所述燃烧室的烟气出气口相连通，所述烟气-煤气热交换器的烟气出气口通过烟道与所述烟囱的烟气进气口相连通；所述燃烧室与烟囱之间的烟道内的烟气，首先经过一个烟气-空气热交换器输出，最后烟气经过一个烟气-煤气热交换器输入至所述烟囱。本发明烟气余热资源转换与利用系统，能够有效提高工业炉窑热效率、降低能源消耗。

Description

烟气余热资源转换与利用系统
技术领域
本发明涉及一种工业炉窑领域余热资源利用及高效燃烧应用技术领域，尤其涉及一种烟气余热资源转换与利用系统。
背景技术
烟气余热资源转化与利用是指将在目前条件下有可能回收和重复利用而尚未回收利用的烟气能量(如工业炉窑、烧结工艺等产生的烟气余热资源等)，可以通过有效方法或途径对其进行最大程度的回收转化利用。
众所周知，热效率是衡量工业炉窑等热工系统先进性的一个重要指标，其热效率高低直接关系到炉窑内物料加热能耗的高低，提高工业炉窑热效率即意味着节约燃料、降低加热能耗。目前在国内外提高工业炉窑热效率的措施主要有降低排烟温度、降低空气过剩系数、减少不完全燃烧热损失、减少散热损失等。其中，回收转化烟气中的余热、降低排烟温度是提高工业炉窑热效率、减少燃料消耗的重要技术措施之一。
目前，国内外众多企业虽然已从不同角度开展烟气余热资源回收利用工作，但是尚未达到极限回收循环利用的目标和程度。工业炉窑是冶金、化工、水泥等行业的能源消耗大户，目前尚未做到对烟气余热资源合理转化回收与利用，通常采用空煤气双蓄热燃烧方式或空气单预热方式来回收烟气余热。然而，由于空煤气双蓄热燃烧方式存在投资、运行成本较高，维护难度较大等技术缺陷，而对于热值大于1100kcal/Nm3煤气通常采用空气单预热方式，排烟温度达到380℃以上，理论上讲100℃以上的烟气温度都可以进行回收，但考虑到各种成本因素，一般是把烟气露点作为温度临界值，但200℃以上的烟气余热应回收，所以现有技术仅仅是对烟气余热进行部分回收，回收不够充分。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种能够有效提高工业炉窑热效率、降低能源消耗的烟气余热资源转换与利用系统。
为达到上述目的，本发明烟气余热资源转换与利用系统，包括设置在燃烧室与烟囱之间的各烟道上的至少一个烟气-空气热交换器和至少一个烟气-煤气热交换器；
其中，所述烟气-空气热交换器的烟气进气口与所述燃烧室的烟气出气口相连通，所述烟气-煤气热交换器的烟气出气口通过烟道与所述烟囱的烟气进气口相连通；
所述燃烧室与所述烟囱之间的烟道内的烟气，首先经过一个所述烟气-空气热交换器输出，最后烟气经过一个所述烟气-煤气热交换器输入至所述烟囱。
进一步地，还包括将冷空气送进所述烟气-空气热交换器的鼓风机，所述鼓风机与所述烟气-空气热交换器的空气进气口相连，所述烟气-空气热交换器的空气出气口与所述燃烧室的空气进气口相连。
进一步地，还包括将冷煤气送进所述烟气-煤气热交换器的煤气接点，所述煤气接点与所述烟气-煤气热交换器的煤气进气口相连，所述烟气-煤气热交换器的煤气出气口与所述燃烧室的煤气进气口相连。
具体地，在所述燃烧室与所述烟囱之间的烟道上设有两个烟气-空气热交换器和两个烟气-煤气热交换器，其中所述燃烧室内的烟气依次经过两个所述烟气-空气热交换器、两个所述烟气-煤气热交换器输入至所述烟囱。
具体地，在所述燃烧室与所述烟囱之间的烟道上设有第一烟气-空气热交换器、第二烟气-空气热交换器、第一烟气-煤气热交换器和第二烟气-煤气热交换器，其中所述燃烧室内的烟气依次经过所述第一烟气-空气热交换器、所述第一烟气-煤气热交换器、所述第二烟气-空气热交换器、所述第二烟气-煤气热交换器输入至所述烟囱。
特别地，在所述燃烧室的烟气出气口处的烟道上设有掺冷风机。
特别地，在所述烟囱的烟气进气口处的烟道上设有压力调节阀。
本发明烟气余热资源转换与利用系统的有益效果是：
1)本发明在燃烧室和烟囱之间的烟道上设置至少一个烟气-空气热交换器，采用逆流原理使空气与烟气充分完成热交换过程，烟气余热被转化为预热空气的能量，最大程度的提高了空气预热温度，实现烟气与空气之间余热资源转换利用。
2)本发明在烟气-空气热交换器后设置至少一个烟气-煤气热交换器，采用顺流原理使烟气余热进一步被转化为预热煤气的能量，使烟气温度控制在露点温度上限附近，避免在低于露点温度时烟气对换热器的腐蚀等，同时合理提高了煤气预热温度。
3)本发明设置至少两级热交换器，使烟气温度由650～700℃降至250℃左右，使烟气余热得到最大程度的转化回收，与传统工艺技术相比，工业炉窑等的热效率可提高20％左右。
4)本发明烟气余热资源转换与利用系统，能够使空气温度由20℃预热到500℃左右，煤气温度由20℃预热到200℃左右，燃料节约率可达20％以上，理论燃烧温度可提高50～150℃。
5)本发明烟气余热资源转换与利用系统，能够使燃烧用空气、煤气预热后，体积膨胀、流速加大，使燃烧室内混合物气氛活性增强，可实现贫氧燃烧，从而提高燃烧效率，炉内钢坯的氧化烧损可降低0.1％左右，同时抑制了氮氧化物的生成，燃烧产物中氮氧化物排放量可在原有基础上再减少10％左右。
附图说明
图1是本发明烟气余热资源转换与利用系统的实施例1的结构示意图；
图2是本发明烟气余热资源转换与利用系统的实施例2的结构示意图；
图3为本发明烟气余热资源转换与利用系统的实施例3的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。
实施例1
如图1所示，本实施例中的烟气余热资源转换与利用系统，包括燃烧室1和烟囱6，在所述燃烧室1和烟囱6之间设置一条烟道2，在所述烟道2上设置一个烟气-空气热交换器3和一个烟气-煤气热交换器4，所述的系统还包括压力调节阀5、鼓风机7、煤气接点8和掺冷风机9。
所述的燃烧室1、烟气-空气热交换器3、烟气-煤气热交换器4、压力调节阀5和烟囱6通过烟道2串联，所述燃烧室1燃烧排放的烟气经过所述烟道2依次流经烟气-空气热交换器3、烟气-煤气热交换器4、压力调节阀5，最终流入所述烟囱6排入车间厂房外大气层。
所述鼓风机7将冷空气送入所述烟气-空气热交换器3，冷空气与烟气在热交换器内完成热交换过程，冷空气被预热后经空气管道送入燃烧室1作为助燃空气。为了延长冷空气与烟气对流换热时间、提高对流换热效果，对烟气与空气流动采用逆流方式。
所述煤气接点8将冷煤气送入所述烟气-煤气热交换器4，冷煤气与烟气在热交换器内完成热交换过程，冷煤气被预热后经煤气管道送入燃烧室1供燃烧使用。在合理提高煤气预热温度的前提下，为了避免烟气在低于露点温度时对热交换器腐蚀等影响，对烟气与煤气流动采用顺流方式，使烟气温度控制在露点温度上限附近。
为了平衡所述燃烧室1内的气流压力，在烟囱6前设置压力调节阀5，防止燃烧室1内压力过高时，烟气快速经过热交换器，余热尚未被充分转换利用就排入烟囱6。
为了防止烟气温度过高时烧坏热交换器，对热交换器设置高温保护，在所述的烟气-空气热交换器3与所述燃烧室1之间的烟道上设置掺冷风机9，当烟气超温时报警系统启动、自动向烟道内掺冷风来降低烟气温度，以保护热交换器。
本实施例中的烟气余热资源转换与利用系统，通过设置两级热交换器，使烟气温度由650～700℃降至250℃左右，使烟气余热得到最大程度的转化回收，提高了工业炉窑热效率。
本实施例中的烟气余热资源转换与利用系统，通过所述烟气-空气热交换器3将空气温度由20℃预热到500℃左右，通过所述烟气-煤气热交换器4将煤气温度由20℃预热到200℃左右，从而有效降低燃料消耗量、提高燃料理论燃烧温度。
本实施例中的烟气余热资源转换与利用系统，使燃烧用空气、煤气预热后，因体积膨胀、流速加大，使工业炉窑的燃烧室内混合物气氛活性增强，可实现贫氧燃烧，进而提高燃烧效率、降低燃烧室内钢坯的氧化烧损率，同时抑制了燃烧产物中氮氧化物的排放量。
实施例2
如图2所示，本实施例中的烟气余热资源转换与利用系统，包括燃烧室1和烟囱6，在所述燃烧室1和烟囱6之间设置一条烟道2，在所述烟道2上设置第一烟气-空气热交换器31、第二烟气-空气热交换器32、第一烟气-煤气热交换器41和第二烟气-煤气热交换器42，所述的系统还包括压力调节阀5，鼓风机71和72，煤气接点81和82，以及掺冷风机9。
所述的燃烧室1、第一烟气-空气热交换器31、第二烟气-空气热交换器32、第一烟气-煤气热交换器41、第二烟气-煤气热交换器42和烟囱6通过烟道2串联，所述燃烧室1燃烧排放的烟气经过所述烟道2依次流经第一烟气-空气热交换器31、第二烟气-空气热交换器32、第一烟气-煤气热交换器41、第二烟气-煤气热交换器42和压力调节阀5，最终流入所述烟囱6排入车间厂房外大气层。
所述鼓风机71将冷空气送入所述烟气-空气热交换器31，所述鼓风机72将冷空气送入所述烟气-空气热交换器32，从而使冷空气与烟气在热交换器内完成热交换过程，冷空气被预热后经空气管道送入燃烧室1作为助燃空气。为了延长冷空气与烟气对流换热时间、提高对流换热效果，对烟气与空气流动采用逆流方式。
所述煤气接点81将冷煤气送入所述烟气-煤气热交换器41，所述煤气接点82将冷煤气送入所述烟气-煤气热交换器42，从而使冷煤气与烟气在热交换器内完成热交换过程，冷煤气被预热后经煤气管道送入燃烧室1供燃烧使用。在合理提高煤气预热温度的前提下，为了避免烟气在低于露点温度时对热交换器腐蚀等影响，对烟气与煤气流动采用顺流方式，使烟气温度控制在露点温度上限附近。
所述压力调节阀5设置在所述烟气-煤气热交换器42与所述烟囱6之间的烟道上，用于平衡所述燃烧室1内的气流压力，防止燃烧室1内压力过高时，烟气快速经过热交换器，余热尚未被充分转换利用就排入烟囱6。
所述掺冷风机9设置在所述烟气-空气热交换器31与所述燃烧室1之间的烟道上，用于防止烟气温度过高时烧坏热交换器，对热交换器设置高温保护。当烟气超温时报警系统启动、自动向烟道内掺冷风来降低烟气温度，以保护热交换器。
实施例3
如图3所示，本实施例中的烟气余热资源转换与利用系统，包括燃烧室1和烟囱6，在所述燃烧室1和烟囱6之间设置一条烟道2，在所述烟道2上设置第一烟气-空气热交换器31、第二烟气-空气热交换器32、第一烟气-煤气热交换器41和第二烟气-煤气热交换器42，所述的系统还包括压力调节阀5，鼓风机71和72，煤气接点81和82，以及掺冷风机9。
所述的燃烧室1、第一烟气-空气热交换器31、第一烟气-煤气热交换器41、第二烟气-空气热交换器32、第二烟气-煤气热交换器42和烟囱6通过烟道2串联，所述燃烧室1燃烧排放的烟气经过所述烟道2依次流经第一烟气-空气热交换器31、第一烟气-煤气热交换器41、第二烟气-空气热交换器32、第二烟气-煤气热交换器42和压力调节阀5，最终流入所述烟囱6排入车间厂房外大气层。
所述鼓风机71将冷空气送入所述烟气-空气热交换器31，所述鼓风机72将冷空气送入所述烟气-空气热交换器32，从而使冷空气与烟气在热交换器内完成热交换过程，冷空气被预热后经空气管道送入燃烧室1作为助燃空气。为了延长冷空气与烟气对流换热时间、提高对流换热效果，对烟气与空气流动采用逆流方式。
所述煤气接点81将冷煤气送入所述烟气-煤气热交换器41，所述煤气接点82将冷煤气送入所述烟气-煤气热交换器42，从而使冷煤气与烟气在热交换器内完成热交换过程，冷煤气被预热后经煤气管道送入燃烧室1供燃烧使用。在合理提高煤气预热温度的前提下，为了避免烟气在低于露点温度时对热交换器腐蚀等影响，对烟气与煤气流动采用顺流方式，使烟气温度控制在露点温度上限附近。
所述压力调节阀5设置在所述烟气-煤气热交换器42与所述烟囱6之间的烟道上，用于平衡所述燃烧室1内的气流压力，防止燃烧室1内压力过高时，烟气快速经过热交换器，余热尚未被充分转换利用就排入烟囱6。
所述掺冷风机9设置在所述烟气-空气热交换器31与所述燃烧室1之间的烟道上，用于防止烟气温度过高时烧坏热交换器，对热交换器设置高温保护。当烟气超温时报警系统启动、自动向烟道内掺冷风来降低烟气温度，以保护热交换器。
实施例4
本实施例中的烟气余热资源转换与利用系统，在燃烧室和烟囱之间设置至少两条烟道，各条烟道上设置的热交换器为实施例1至实施例3中的任一设置形式。
除上述实施例1-4之外，在所述燃烧室和所述烟囱之间设置的烟道数以及每条烟道上设置的热交换器数可以根据实际情况进行调整，并不局限于上述实施例中所述的情况。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种烟气余热资源转换与利用系统，其特征在于：包括设置在燃烧室与烟囱之间的各烟道上的至少一个烟气-空气热交换器和至少一个烟气-煤气热交换器；
其中，所述烟气-空气热交换器的烟气进气口与所述燃烧室的烟气出气口相连通，所述烟气-煤气热交换器的烟气出气口通过烟道与所述烟囱的烟气进气口相连通；
所述燃烧室与所述烟囱之间的烟道内的烟气，首先经过一个所述烟气-空气热交换器输出，最后烟气经过一个所述烟气-煤气热交换器输入至所述烟囱。
2.根据权利要求1所述的烟气余热资源转换与利用系统，其特征在于：还包括将冷空气送进所述烟气-空气热交换器的鼓风机，所述鼓风机与所述烟气-空气热交换器的空气进气口相连，所述烟气-空气热交换器的空气出气口与所述燃烧室的空气进气口相连。
3.根据权利要求1所述的烟气余热资源转换与利用系统，其特征在于：还包括将冷煤气送进所述烟气-煤气热交换器的煤气接点，所述煤气接点与所述烟气-煤气热交换器的煤气进气口相连，所述烟气-煤气热交换器的煤气出气口与所述燃烧室的煤气进气口相连。
4.根据权利要求1所述的烟气余热资源转换与利用系统，其特征在于：在所述燃烧室的烟气出气口处的烟道上设有掺冷风机。
5.根据权利要求1所述的烟气余热资源转换与利用系统，其特征在于：在所述烟囱的烟气进气口处的烟道上设有压力调节阀。
6.根据权利要求1所述的烟气余热资源转换与利用系统，其特征在于：在所述燃烧室与所述烟囱之间的烟道上设有两个烟气-空气热交换器和两个烟气-煤气热交换器，其中所述燃烧室内的烟气依次经过两个所述烟气-空气热交换器、两个所述烟气-煤气热交换器输入至所述烟囱。
7.根据权利要求1所述的烟气余热资源转换与利用系统，其特征在于：在所述燃烧室与所述烟囱之间的烟道上设有第一烟气-空气热交换器、第二烟气-空气热交换器、第一烟气-煤气热交换器和第二烟气-煤气热交换器，其中所述燃烧室内的烟气依次经过所述第一烟气-空气热交换器、所述第一烟气-煤气热交换器、所述第二烟气-空气热交换器、所述第二烟气-煤气热交换器输入至所述烟囱。
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