CN104677125B - 热煤气熔铝炉节能燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热煤气熔铝炉节能燃烧系统，包括：炉体、喷嘴、烟气管道、第一换热器及第二换热器。第一换热器设有第一空气口和第二空气口，第二换热器设有第三空气口和第四空气口。其中，第一空气口、第二空气口、第三空气口和第四空气口中的任意二个空气口构成的一对组合中除了相邻二个空气口构成的组合之外的任意一对组合通过连通管连接，剩余二个空气口中的任一个作为冷空气入口而另一个作为热空气出口，使得助燃空气先在第一换热器和第二换热器中的任一个内与烟气进行顺流热交换或逆流热交换，再于第一换热器和第二换热器中的另一个内与烟气进行逆流热交换或顺流热交换，预热后的助燃空气经由管线输送至喷嘴助燃。

Description

热煤气熔铝炉节能燃烧系统

技术领域

本发明涉及一种锅炉余热利用系统，特别涉及一种熔铝炉余热利用系统。

背景技术

面对日益严峻的环境问题和能源危机，全世界都在大力提倡节能减排。尤其是对于耗能和污染都较严重的工业窑炉相关产业而言，如何进行节能减排改造，已经成为本领域技术人员在设计该类设备时必须要考虑的因素。

以熔铝炉为例，其烟气出口处的烟气温度通常会达到1000摄氏度左右。如果将这些高温烟气直接排放到环境中，不但会造成能源浪费还会对环境造成一定程度的破坏。

如中国专利201220327875.9号公开的一种利用热管技术换热系统在熔铝炉上的节能装置，其包括壳体和热管，热管包括束热端和束冷端，束热端上套有护套，热管束热端的壳体上设有高温烟气入口和烟气出口，热管束冷端的壳体上设有助燃风入口和助燃风出口。然而，该熔铝炉上的节能装置未揭示或建议如何适用于燃烧热煤气的情况，也未揭示或建议如何解决热煤气和预热空气过热的情况。

又如中国专利申请201310359790.8号公开的一种熔铝炉余热利用系统，其包括：炉体，炉体内设有炉膛；喷嘴，喷嘴设置在炉体的一侧端壁上；以及烟气管道，烟气管道连接于炉体的另一侧端壁上以将炉膛内产生的烟气排出至烟囱。其中，熔铝炉余热利用系统还包括沿烟气管道的烟气流动方向依次布置的用于使烟气管道的烟气与不同的流体分别进行热交换的高温换热器、中温换热器以及蒸发器。同样，该熔铝炉余热利用系统未揭示或建议如何适用于燃烧热煤气的情况，也未揭示或建议如何解决热煤气和预热空气过热的情况。

因此，提供一种能够充分利用烟气余热并充分保障系统部件不过热的热煤气熔铝炉节能燃烧系统成为业内急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种热煤气熔铝炉节能燃烧系统，其能够充分回收利用高温烟气余热、并能够保障系统部件不会过热损坏。

根据本发明的一个方面，提供一种热煤气熔铝炉节能燃烧系统，包括：炉体，炉体内设有炉膛；喷嘴，喷嘴设置在炉体的一侧端壁上用于将热煤气和助燃空气喷射至炉膛内燃烧放热；以及烟气管道，烟气管道连接于炉体的另一侧端壁上以将炉膛内产生的烟气排出至烟囱。该系统还包括第一换热器和第二换热器，第一换热器设有第一空气口和第二空气口，第二换热器设有第三空气口和第四空气口，其中，第一空气口、第二空气口、第三空气口、第四空气口沿烟气管道的烟气流动方向依次布置。其中，第一空气口、第二空气口、第三空气口和第四空气口中的任意二个构成的一对组合中除了相邻二个构成的组合之外的任意一对组合通过连通管连接，第一空气口、第二空气口、第三空气口和第四空气口中的剩余二个中的任一个作为冷空气入口而另一个作为热空气出口，使得助燃空气先在第一换热器和第二换热器中的任一个内与烟气进行顺流热交换或逆流热交换，再于第一换热器和第二换热器中的另一个内与烟气进行逆流热交换或顺流热交换，预热后的助燃空气经由管线输送至喷嘴助燃。

其中，所谓的顺流热交换和逆流热交换是指空气从入口到出口的大致流动方向与烟气从入口到出口的大致流动方向相同和相反的两种换热方式。

可选择地，第一空气口与第四空气口直接通过连通管连接，第二空气口作为冷空气入口，第三空气口作为热空气出口，使得助燃空气先在第一换热器内与烟气进行逆流热交换，再于第二换热器内与烟气进行逆流热交换。

可选择地，第一空气口与第四空气口直接通过连通管连接，第三空气口作为冷空气入口，第二空气口作为热空气出口，使得助燃空气先在第二换热器内与烟气进行顺流热交换，再于第一换热器内与烟气进行顺流热交换。

可选择地，第二空气口与第四空气口直接通过连通管连接，第一空气口作为冷空气入口，第三空气口作为热空气出口，使得助燃空气先在第一换热器内与烟气进行顺流热交换，再于第二换热器内与烟气进行逆流热交换。

可选择地，第二空气口与第四空气口直接通过连通管连接，第三空气口作为冷空气入口，第一空气口作为热空气出口，使得助燃空气先在第二换热器内与烟气进行顺流热交换，再于第一换热器内与烟气进行逆流热交换。

可选择地，第一空气口与第三空气口直接通过连通管连接，第二空气口作为冷空气入口，第四空气口作为热空气出口，使得助燃空气先在第一换热器内与烟气进行逆流热交换，再于第二换热器内与烟气进行顺流热交换。

可选择地，第一空气口与第三空气口直接通过连通管连接，第四空气口作为冷空气入口，第二空气口作为热空气出口，使得助燃空气先在第二换热器内与烟气进行逆流热交换，再于第一换热器内与烟气进行顺流热交换。

优选地，热煤气熔铝炉节能燃烧系统可以进一步包括混合器，混合器设有热煤气入口、预热助燃空气入口以及第一混合气出口，预热助燃空气入口通过管线与第一换热器和第二换热器中的热空气出口连通，第一混合气出口通过管线与喷嘴连通。

更优选地，热煤气熔铝炉节能燃烧系统可以进一步包括引射器以及空气压缩机，引射器包括第一混合气入口、第二混合气出口以及压缩空气入口，第一混合气入口通过管线与第一混合气出口连通，第二混合气出口通过管线与喷嘴连通，空气压缩机通过管线与压缩空气入口连通用于将少量压缩空气输送至引射器内，使得引射器内形成负压以引射(负压自吸)混合器中的第一混合气。

可选择地，烟气管道包括至少一段竖向管道，热煤气熔铝炉节能燃烧系统还包括平行于至少一段竖向管道的横截面设置的筛板以及布置于筛板上方的陶瓷球过滤层用于过滤烟气中的灰尘。比如，可以包括二段竖向管道，每段竖向管道均设置筛板和陶瓷球过滤层。

可选择地，第一换热器可以包括设置于烟气管道内的第一换热盘管，第一换热盘管的两端分别形成第一空气口和第二空气口，在烟气管道内的烟气流动方向上，第二空气口位于第一空气口的下游。第二换热器可以包括设置于烟气管道内的第二换热盘管，第二换热盘管的两端分别形成第三空气口和第四空气口，在烟气管道内的烟气流动方向上，第四空气口位于第三空气口的下游。

可选择地，第一换热器或第二换热器还可以独立于烟气管道设置，比如，第一换热器或第二换热器可以为单独的表面式换热器，即，温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。

可选择地，第一换热器可以包括外壳、将外壳内部空间分隔为平行的烟气流路和空气流路的中隔板、以及穿设在中隔板中的若干热管，其中，每个热管的蒸发端延伸于烟气流路中，每个热管的冷凝端延伸于空气流路中，烟气流路串联于烟气管道中，空气流路的两端分别形成第一空气口和第二空气口，在烟气管道内的烟气流动方向上，第二空气口位于第一空气口的下游。第二换热器可以包括外壳、将外壳内部空间分隔为平行的烟气流路和空气流路的中隔板、以及穿设在中隔板中的若干热管，其中，每个热管的蒸发端延伸于烟气流路中，每个热管的冷凝端延伸于空气流路中，烟气流路串联于烟气管道中，空气流路的两端分别形成第三空气口和第四空气口，在烟气管道内的烟气流动方向上，第四空气口位于第三空气口的下游。其中，第一换热器和第二换热器的热管内的工质可以选为适用于1000摄氏度以上工况的液态钠或钾等工质。

可选择地，第一换热器和第二换热器可以采用以上几种不同类型换热器的任意组合，比如第一换热器采用热管式，第二换热器采用第二换热盘管式。

可选择地，烟气管道于至少一段竖向管道的下方进一步设置集灰槽用于收集烟气中落下的灰尘。

可选择地，进一步在第一换热盘管和/或第二换热盘管的下方设置集灰槽用于收集烟气中落下的灰尘。

可选择地，混合器中可以设有旋流风机以加强热煤气与助燃空气的混合。

本发明的有益效果是：(1)、针对热煤气熔铝炉烟气温度通常为1000摄氏度左右的情况，采用第一换热器和第二换热器进行两级换热，并通过特定的连接方式，使得助燃空气在第一换热器和第二换热器中交叉进行顺流热交换和/或逆流热交换，一方面提高了换热效率，另一方面避免了第一换热器和/或第二换热器出现过热的情况，延长了换热器的使用寿命；(2)、针对热煤气温度通常为300摄氏度左右而经换热器预热后的空气温度通常可达到600摄氏度左右的情况，采用引射器和空气压缩机进行负压引射来替代普通风机，解决了由于燃气和空气温度过高而导致普通风机会过热损坏的问题；以及(3)、针对热煤气未经冷却净化从而烟气中焦油和/或灰尘含量较高的情况，采用筛板和陶瓷球过滤层用于过滤烟气中的焦油和/或灰尘，使得烟气达到规定的排放标准。

附图说明

图1示出了本发明的一种实施方式的热煤气熔铝炉节能燃烧系统的示意图。

图2示出了本发明的另一种实施方式的热煤气熔铝炉节能燃烧系统的示意图。

具体实施方式

请参照图1，根据本发明的一种非限制性实施方式，热煤气熔铝炉节能燃烧系统包括：炉体100、喷嘴120、烟气管道150、第一换热器200、第二换热器300、混合器400、引射器500以及空气压缩机600。

炉体100内设有炉膛(未图示)。喷嘴120设置在炉体100的一侧端壁上用于将热煤气和助燃空气的混合气喷射至炉膛内燃烧放热。烟气管道150连接于炉体100的另一侧端壁上以将炉膛内产生的烟气排出至烟囱(未图示)。

在该非限制性实施方式中，烟气管道150包括一段竖向管道155，该热煤气熔铝炉节能燃烧系统还包括平行于竖向管道155的横截面设置的筛板170以及布置于筛板170上方的陶瓷球过滤层180，用于过滤烟气中的灰尘和/或焦油。在竖向管道155的下方进一步设置集灰槽156用于收集烟气中落下的灰尘。

在该非限制性实施方式中，第一换热器200构造为设置于烟气管道150内的第一换热盘管，第一换热盘管的两端分别形成第一空气口201和第二空气口202，在烟气管道内的烟气流动方向上，第二空气口202位于第一空气口201的下游。

在该非限制性实施方式中，第二换热器300构造为设置于烟气管道150内的第二换热盘管，第二换热盘管的两端分别形成第三空气口301和第四空气口302，在烟气管道内的烟气流动方向上，第四空气口302位于第三空气口301的下游。

并且，在第一换热盘管和第二换热盘管的下方分别设置集灰槽158、159用于收集烟气中落下的灰尘。

在该非限制性实施方式中，第二空气口202与第四空气口302直接通过连通管203连接，第一空气口201作为冷空气入口，第三空气口301作为热空气出口，使得来自风机700的20摄氏度左右的助燃空气先从第一空气口(冷空气入口)201进入第一换热器(第一换热盘管)200内与烟气进行顺流热交换，再通过连通管203进入第二换热器(第二换热盘管)300内与烟气进行逆流热交换。预热后的助燃空气从第三空气口(热空气出口)301经由管线输送至喷嘴120助燃。

混合器400设置于第三空气口(热空气出口)301与喷嘴120之间的管线上。混合器400设有热煤气入口401、预热助燃空气入口402以及第一混合气出口403。预热助燃空气入口402通过管线与第三空气口(热空气出口)301连通，第一混合气出口403通过管线与喷嘴120连通。

在该非限制性实施方式中，进一步包括引射器500和空气压缩机600。引射器500设置于第一混合气出口403与喷嘴120之间的管线上。引射器500包括压缩空气入口501、第一混合气入口502、以及第二混合气出口503。第一混合气入口502通过管线与第一混合气出口403连通，第二混合气出口503通过管线与喷嘴120连通。空气压缩机600通过管线与压缩空气入口501连通用于将少量压缩空气输送至引射器500内，使得引射器500内形成负压，从而混合器400中的第一混合气被负压吸入引射器500，进而输送至喷嘴120。

作为一种可替代实施方式，请参照图2，其它构造与图1所示相同，不同之处在于：第一换热器200和第二换热器300是串联于烟气管道150中的相对于烟气管道150独立的装置，并且管线的连接方式也有所不同。

在该可替代实施方式中，第一空气口201与第四空气口302直接通过连通管203连接，第二空气口202作为冷空气入口，第三空气口301作为热空气出口，使得助燃空气先在第一换热器200内与烟气进行逆流热交换，再于第二换热器300内与烟气进行逆流热交换。

在该可替代实施方式中，第一换热器200和第二换热器300选用热管式换热器。

具体地，第一换热器200包括外壳、将外壳内部空间分隔为平行的烟气流路和空气流路的中隔板(未图示)、以及穿设在中隔板中的若干热管(未图示)，其中，每个热管的蒸发端延伸于烟气流路中，每个热管的冷凝端延伸于空气流路中，烟气流路串联于烟气管道中，空气流路的两端分别形成第一空气口201和第二空气口202，在烟气管道150内的烟气流动方向上，第二空气口202位于第一空气口201的下游。同样，第二换热器300包括外壳、将外壳内部空间分隔为平行的烟气流路和空气流路的中隔板、以及穿设在中隔板中的若干热管，其中，每个热管的蒸发端延伸于烟气流路中，每个热管的冷凝端延伸于空气流路中，烟气流路串联于烟气管道中，空气流路的两端分别形成第三空气口301和第四空气口302，在烟气管道内的烟气流动方向上，第四空气口302位于第三空气口301的下游。其中，第一换热器和第二换热器的热管内的工质选为液态钠。

作为另一种可替代实施方式，根据图1或图2所示构造变型为：第一空气口与第四空气口直接通过连通管连接，第三空气口作为冷空气入口，第二空气口作为热空气出口，使得助燃空气先在第二换热器内与烟气进行顺流热交换，再于第一换热器内与烟气进行顺流热交换。

作为另一种可替代实施方式，根据图1或图2所示构造变型为：第二空气口与第四空气口直接通过连通管连接，第三空气口作为冷空气入口，第一空气口作为热空气出口，使得助燃空气先在第二换热器内与烟气进行顺流热交换，再于第一换热器内与烟气进行逆流热交换。

作为另一种可替代实施方式，根据图1或图2所示构造变型为：第一空气口与第三空气口直接通过连通管连接，第二空气口作为冷空气入口，第四空气口作为热空气出口，使得助燃空气先在第一换热器内与烟气进行逆流热交换，再于第二换热器内与烟气进行顺流热交换。

作为另一种可替代实施方式，根据图1或图2所示构造变型为：第一空气口与第三空气口直接通过连通管连接，第四空气口作为冷空气入口，第二空气口作为热空气出口，使得助燃空气先在第二换热器内与烟气进行逆流热交换，再于第一换热器内与烟气进行顺流热交换。

尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。例如，混合器中可以设有旋流风机以加强热煤气与助燃空气的混合，或者该系统可以省去某些部件，比如引射器、陶瓷球过滤层、集灰槽等。此外，系统各处的温度或压力等参数可以根据具体使用条件在本发明所公开的范围内适当选取。

Claims (7)

1.一种热煤气熔铝炉节能燃烧系统，包括：

炉体，所述炉体内设有炉膛；

喷嘴，所述喷嘴设置在所述炉体的一侧端壁上用于将热煤气和助燃空气喷射至所述炉膛内燃烧放热；以及

烟气管道，所述烟气管道连接于所述炉体的另一侧端壁上以将所述炉膛内产生的烟气排出至烟囱；

其特征在于：

所述热煤气熔铝炉节能燃烧系统还包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器设有第一空气口和第二空气口，所述第二换热器设有第三空气口和第四空气口，其中，所述第一空气口、所述第二空气口、所述第三空气口、所述第四空气口沿所述烟气管道的烟气流动方向依次布置；

并且，所述第一空气口、所述第二空气口、所述第三空气口和所述第四空气口中的任意二个构成的一对组合中除了相邻二个构成的组合之外的任意一对组合通过连通管连接，所述第一空气口、所述第二空气口、所述第三空气口和所述第四空气口中的剩余二个中的任一个作为冷空气入口而另一个作为热空气出口，使得助燃空气先在所述第一换热器和所述第二换热器中的任一个内与烟气进行顺流热交换或逆流热交换，再于所述第一换热器和所述第二换热器中的另一个内与烟气进行逆流热交换或顺流热交换，预热后的助燃空气经由管线输送至所述喷嘴助燃；

所述热煤气熔铝炉节能燃烧系统进一步包括混合器、引射器以及空气压缩机，所述混合器设有热煤气入口、预热助燃空气入口以及第一混合气出口，所述预热助燃空气入口通过管线与所述第一换热器和所述第二换热器中的所述热空气出口连通，所述第一混合气出口通过管线与所述喷嘴连通；所述引射器包括第一混合气入口、第二混合气出口以及压缩空气入口，所述第一混合气入口通过管线与所述第一混合气出口连通，所述第二混合气出口通过管线与所述喷嘴连通，所述空气压缩机通过管线与所述压缩空气入口连通用于将压缩空气输送至所述引射器内，使得所述引射器内形成负压以引射所述混合器中的第一混合气；

所述烟气管道包括至少一段竖向管道，所述热煤气熔铝炉节能燃烧系统还包括平行于所述至少一段竖向管道的横截面设置的筛板以及布置于所述筛板上方的陶瓷球过滤层；

所述第一换热器包括设置于所述烟气管道内的第一换热盘管，所述第二换热器包括设置于所述烟气管道内的第二换热盘管，在所述第一换热盘管和/或所述第二换热盘管的下方设置有集灰槽。

2.如权利要求1所述的热煤气熔铝炉节能燃烧系统，其特征在于，所述第一空气口与所述第四空气口直接通过连通管连接，所述第二空气口作为冷空气入口，所述第三空气口作为热空气出口，使得助燃空气先在所述第一换热器内与烟气进行逆流热交换，再于所述第二换热器内与烟气进行逆流热交换。

3.如权利要求1所述的热煤气熔铝炉节能燃烧系统，其特征在于，所述第一空气口与所述第四空气口直接通过连通管连接，所述第三空气口作为冷空气入口，所述第二空气口作为热空气出口，使得助燃空气先在所述第二换热器内与烟气进行顺流热交换，再于所述第一换热器内与烟气进行顺流热交换。

4.如权利要求1所述的热煤气熔铝炉节能燃烧系统，其特征在于，所述第二空气口与所述第四空气口直接通过连通管连接，所述第一空气口作为冷空气入口，所述第三空气口作为热空气出口，使得助燃空气先在所述第一换热器内与烟气进行顺流热交换，再于所述第二换热器内与烟气进行逆流热交换。

5.如权利要求1所述的热煤气熔铝炉节能燃烧系统，其特征在于，所述第二空气口与所述第四空气口直接通过连通管连接，所述第三空气口作为冷空气入口，所述第一空气口作为热空气出口，使得助燃空气先在所述第二换热器内与烟气进行顺流热交换，再于所述第一换热器内与烟气进行逆流热交换。

6.如权利要求1所述的热煤气熔铝炉节能燃烧系统，其特征在于，所述第一空气口与所述第三空气口直接通过连通管连接，所述第二空气口作为冷空气入口，所述第四空气口作为热空气出口，使得助燃空气先在所述第一换热器内与烟气进行逆流热交换，再于所述第二换热器内与烟气进行顺流热交换。

7.如权利要求1所述的热煤气熔铝炉节能燃烧系统，其特征在于，所述第一空气口与所述第三空气口直接通过连通管连接，所述第四空气口作为冷空气入口，所述第二空气口作为热空气出口，使得助燃空气先在所述第二换热器内与烟气进行逆流热交换，再于所述第一换热器内与烟气进行顺流热交换。