CN105783013A - 高效脱霾废热回收节能减排装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效脱霾废热回收节能减排装置，包括SP换热管、上管板、下管板、内筒体、螺旋板和外筒体；内筒体设有烟气进口管口和内筒体烟气出口管口；下管板连接有带空气进口管口的下管箱，上管板连接有带空气出口管口的上管箱；螺旋板盘旋设置在内筒体的外壁，内筒体的上端与外筒体的上端通过封板及加强肋板连接在一起，外筒体的上段设有外筒体烟气出口管口，其下端连接有带除灰口的灰斗。本装置具有高效换热效率，可以延长设备的结构时间，能对烟气中的尘灰进行高效分离并除灰，有效降低CO2和NOX等的排放量，在同等工况下阻力损失比同类设备小，其体积也小，实现换热与除尘脱霾，降低烟气温度。

Description

高效脱霾废热回收节能减排装置

技术领域

本发明涉及一种在电站锅炉、化工加热炉、生物质锅炉及工业窑炉的烟气余热回收的高效换热及除尘的装置，尤其是涉及一种在生物质锅炉的烟气含尘量大、含水量大的工艺条件下进行工作的高效脱霾废热回收节能减排装置。

背景技术

随着社会的不断发展，人类对不可再生能源的依赖性越来越高，环境的污染也日益严重。为了缓解环境以及社会发展的压力，生物质锅炉越来越受到一些企业的青睐，它不仅解决了不可再生能源危机的影响，也缓解了环境的压力。生物质锅炉的燃料来源是利用秸秆、水稻秆、薪材、木屑、花生壳、瓜子壳、甜菜粕、树皮等所有废弃的农作物，经粉碎混合挤压烘干等工艺，最后制成颗粒状燃料，甚至有的企业把颗粒状燃料再进一步转化成可燃性气体再燃烧。这种燃料不仅来源广泛、清洁，又能解决了缓解污染的问题。为了节省投资成本，一些企业在锅炉尾部的换热面往往采用了常规结构，由于场地条件限制或者设计者经验问题，这种普通结构的换热面由于得不到合理的设计应用，换热效率低而导致体积庞大，耗材量大。生物质锅炉的烟气中含有大量的烟尘，并且由于燃料中的水分过高导致烟气中含有大量的水蒸汽，给锅炉尾部的普通换热面造成磨损、堵灰，使得换热管磨损漏风，或者引风机出力不畅，进一步造成排烟温度虚低，形成恶性循环而导致尾部换热面失效。

为了避免这种情况的出现，锅炉不得不经常性停炉，打开尾部换热面进行清灰，或者维修、更换。这种经常性的维护不仅造成了企业维护费用的急剧增大的直接损失，而且由于企业停产造成了巨大间接损失。因此一种能够同时实现高效换热，又能够有效解决堵灰、磨损和除灰三大问题的设备是迫在眉睫的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的高效、堵灰、磨损和清灰等问题，而提供一种高效脱霾废热回收节能减排装置。

本发明是通过以下技术方案来实现的：高效脱霾废热回收节能减排装置，垂直安装与锅炉的尾部烟道，包括SP换热管、上管板、下管板、内筒体、螺旋板和外筒体，SP换热管内置于内筒体内，SP换热管的上端与上管板连接，下端与下管板连接；内筒体的上端与上管板的外圆连接，下端与膨胀节连接后再与下管板的外圆连接，膨胀节位于SP换热管与内筒体之间；内筒体的上段设有烟气进口管口，烟气进口管口延伸至外筒体外，内筒体的下段设有置于外筒体内的内筒体烟气出口管口；下管板连接有下管箱，下管箱设有延伸至外筒体外的空气进口管口，上管板连接有上管箱，上管箱设有空气出口管口；所述上管板、下管板、SP换热管及内筒体组成换热单元；螺旋板盘旋设置在内筒体的外壁，内筒体的上端与外筒体的上端通过封板及加强肋板连接在一起，外筒体的上段设有外筒体烟气出口管口，其下端连接有带除灰口的灰斗；所述内筒体、螺旋板、灰斗、外筒体组成脱霾单元。

SP换热管与内筒体之间采用膨胀节，可解决两者之间的高温膨胀差问题；内筒体与外筒体之间通过封板及加强肋板连接在一起，可解决两者之间的高温膨胀差问题；烟气自上而下通入内筒体内，并由内筒体烟气出口管口进入内筒体与外筒体之间的通道，最终从外筒体上部的外筒体烟气出口管口处流出，而空气则从下而上由SP换热管向向上，并从空气出口管口流出装置外部。本装置换热单元与脱离单元形成三维变空间的布置方式，而三维变空间指的是由于换热管的特殊形状使得管外的流道是横向多通道，纵向全空间，形成不同截面的管外三维空间不断改变，流体流动无死角，三维变空间的布置可使得装置把传统的碰撞流变为摩擦流，优化了烟气侧的流场，使流场更加合理均匀，在实现全逆流换热的同时又能解决了烟气对SP换热管的磨损，降低阻力损失。在同样的阻力损失下，可以大大提高流体流速，又从工艺手段上进一步提高了换热管的换热效率。螺旋板盘旋设置在内筒体的外壁，使得烟气能够沿着它的方向流动，利用离心力的原理，每旋转一周就把重的烟尘颗粒甩到外筒体的内壁面，受到重力作用的烟尘颗粒顺着外筒体的壁面或螺旋板集中掉落在灰斗，再经除尘口出去。脱霾单元的设置，使得烟气产生了剧烈的紊流，破坏了烟气靠近壁面的边界层流厚度，从换热机理上提高了换热管的换热效率，同时减少了换热管表面结垢的可能性。

所述烟气进口管口与内筒体相切。烟气进口管口与内筒体相切，可保证了烟气进入内筒体局部阻力小。

所述内筒体烟气出口管口设有第一导流板、第一上导流板、第一下导流板，第一导流板、第一上导流板、第一下导流板与内筒体构成导流腔体，第一导流板与内筒体相切。第一导流板、第一上导流板、第一下导流板的设置，可保证烟气从内筒体出来后能沿着内筒体外壁形成旋流。

所述外筒体烟气出口管口设有第二导流板、第二上导流板、第二下导流板，第二导流板、第二上导流板、第二下导流板与外筒体构成导流腔体，第二导流板与外筒体相切，第二下导流板与螺旋板的最上端相切。第二导流板、第二上导流板、第二下导流板的设置，可使得烟气顺利流出设备而不会产生太大的局部阻力。

所述外筒体外壁的设置有耳式支座，耳式支座卡设在所述锅炉尾部烟道内。耳式支座用于将本装置稳固安装在锅炉尾部烟道内。

烟气通过烟气进口管口沿切线方向进入内筒体，烟气走SP换热管外与从空气进口管口进来的空气进行全逆流热交换。放热后的烟气从内筒体烟气出口管口沿切线进入外筒体与内筒体之间的环隙，由于含有比较大的烟尘，因此为了除掉烟气中的烟尘，内筒体外壁设置的螺旋板处于环隙中，使得烟气能够沿着它的方向流动。利用离心力的原理每旋转一圈就把重的烟尘颗粒甩到外筒体的内壁面，受到重力作用的烟尘颗粒顺着外筒体的壁面或者螺旋板集中掉落在灰斗，再经过除灰口出去。当烟气到达外筒体烟气出口管口时，烟气中的烟气已经干净。而走SP换热管内的冷空气经过吸热后经过上管箱直接从空气出口管口1出去。

本发明的优点是：

1、提高热回收效率20-40％，降低排烟温度40-70℃；

2、具有除尘减霾装置，增强除尘能力30-40％，并且消除局部高温区，有效降低CO2和NOX等的排放量，节能环保；

3、同等工况下阻力损失比同类设备小30-70％；

4、同等工况下体积比同类设备小30-70％；

本装置与其他余热回收装置最大的不同点是：它不仅具有了高效换热能力，而且最重要的是它具有了延长设备的结垢时间，并且对烟气中的尘灰进行高效分离，再通过特殊结构进行有效除灰，使得经过该装置的烟气的含尘量大大减小。废热回收装置具有脱霾的特点是利用三维变空间变流场设计减少体积而多出来的空间巧妙融入除尘减霾结构，实现了换热与除尘脱霾有效结合目的。高效脱霾废热回收节能减排装置不仅直接解决了设备磨损、堵灰和除霾的问题，并且间接解决了设备日常的更换、维修、维护的费用。提高了企业的效益，达到国际先进水平，实现综合节能10-25％，有效降低CO2和NOX等的排放量，节能环保。提升电站锅炉、工业锅炉等节能减排创新能力，完善低温烟气高效回收除尘减霾的技术措施，降低锅炉烟气排烟温度，提升锅炉节能效率，减少灰尘排放，改善各行业工业锅炉生产环境。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明实施例中外筒体烟气出口管口的局部示意图；

图4为图3的A向示意图；

图5为本发明实施例中内筒体烟气出口管口的局部示意图；

图6为图5的B向示意图；

图7为本发明实施例中烟气进口管口的局部示意图；

图8为图1中螺旋板的结构示意图。

图中附图标记含义：1、空气出口管口；2、上管箱；3、上管板；4、内筒体；5、内筒体烟气出口管口；6、膨胀节；7、下管箱；8、除灰口；9、外筒体烟气出口管口；10、加强肋板；11、烟气进口管口；12、封板；13、外筒体；14、SP换热管；15、螺旋板；16、耳式支座；17、下管板；18、空气进口管口；19、灰斗，20、第一导流板；21、第一上导流板；22、第一下导流板；23、第二导流板；24、第二上导流板；25、第二下导流板；α、倾角；L、螺距；h、螺高。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例

参阅图1及图2，为一种高效脱霾废热回收节能减排装置，垂直安装与锅炉的尾部烟道，包括SP换热管14、上管板3、下管板17、内筒体4、螺旋板15和外筒体13，SP换热管14内置于内筒体4内，SP换热管14的上端与上管板3连接，下端与下管板17连接；内筒体4的上端与上管板3的外圆连接，下端与膨胀节6连接后再与下管板17的外圆连接，膨胀节6位于SP换热管14与内筒体4之间；内筒体4的上段设有烟气进口管口11，烟气进口管口11延伸至外筒体13外，内筒体4的下段设有置于外筒体13内的内筒体烟气出口管口5；下管板17连接有下管箱7，下管箱7设有延伸至外筒体13外的空气进口管口18，上管板3连接有上管箱2，上管箱2设有空气出口管口1；上管板3、下管板17、SP换热管14及内筒体4组成换热单元；螺旋板15盘旋设置在内筒体4的外壁，内筒体4的上端与外筒体13的上端通过封板12及加强肋板10连接在一起，外筒体13的上段设有外筒体烟气出口管口9，其下端连接有带除灰口8的灰斗19；内筒体4、螺旋板15、灰斗19、外筒体13组成脱霾单元。

SP换热管14，指的是形状特别的和具有螺旋状的换热管，英文全称为：specialspiral。该换热管是根据不同工艺场所需要，通过特制专用机器平台把普通光管加工而成截面为各种形状的变形管，并且加工成的截面形状沿着轴线方向始终保持不变。也称之为异形管。

SP换热管14与内筒体4之间采用膨胀节6，可解决两者之间的高温膨胀差问题；内筒体4与外筒体13之间通过封板12及加强肋板10连接在一起，可解决两者之间的高温膨胀差问题；烟气自上而下通入内筒体4内，并由内筒体烟气出口管口5进入内筒体4与外筒体13之间的通道，最终从外筒体13上部的外筒体烟气出口管口9处流出，而空气则从下而上由SP换热管14向向上，并从空气出口管口1流出装置外部。SP换热管14为若干根换热管形成的管束，空气在管束内流动，管束外为烟气的逆向流动。本装置换热单元与脱离单元形成三维变空间的布置方式，而三维变空间指的是由于换热管的特殊形状使得管外的流道是横向多通道，纵向全空间，形成不同截面的管外三维空间不断改变，流体流动无死角，三维变空间的布置可使得装置把传统的碰撞流变为摩擦流，优化了烟气侧的流场，使流场更加合理均匀，在实现全逆流换热的同时又能解决了烟气对SP换热管14的磨损，降低阻力损失。在同样的阻力损失下，可以大大提高流体流速，又从工艺手段上进一步提高了换热管的换热效率。螺旋板15盘旋设置在内筒体4的外壁，使得烟气能够沿着它的方向流动，利用离心力的原理，每旋转一周就把重的烟尘颗粒甩到外筒体13的内壁面，受到重力作用的烟尘颗粒顺着外筒体13的壁面或螺旋板15集中掉落在灰斗19，再经除尘口出去。脱霾单元的设置，使得烟气产生了剧烈的紊流，破坏了烟气靠近壁面的边界层流厚度，从换热机理上提高了换热管的换热效率，同时减少了换热管表面结垢的可能性。

参阅图7，烟气进口管口11与内筒体4相切。烟气进口管口11与内筒体4相切，可保证了烟气进入内筒体4局部阻力小。

参阅图5及图6，内筒体烟气出口管口5设有第一导流板20、第一上导流板21、第一下导流板22，第一导流板20、第一上导流板21、第一下导流板22与内筒体4构成导流腔体，第一导流板20与内筒体4相切。第一导流板20、第一上导流板21、第一下导流板22的设置，可保证烟气从内筒体4出来后能沿着内筒体4外壁形成旋流。

参阅图3及图4，外筒体烟气出口管口9设有第二导流板23、第二上导流板24、第二下导流板25，第二导流板23、第二上导流板24、第二下导流板25与外筒体13构成导流腔体，第二导流板23与外筒体13相切，第二下导流板25与螺旋板15的最上端相切。二导流板、第二上导流板24、第二下导流板25的设置，可使得烟气顺利流出设备而不会产生太大的局部阻力。

参阅图1及图2，外筒体13外壁的设置有耳式支座16，耳式支座16卡设在锅炉尾部烟道内。耳式支座16用于将本装置稳固安装在锅炉尾部烟道内。

参阅图8，螺旋板15的特性尺寸：螺距L、螺高h与倾角α，均可以根据烟气不同的特性进行调整或更换至最适合参数，所谓的“调整或更换”是指的在设计之前根据不同的烟气特性进行结构参数调整,而不是设计好之后随意调整。

本装置中螺旋板15的特性尺寸的调整为SP换热管14的变形量，其调整可控制冷热流场空间，实现产品系统的管/筒程内外空间可控，通过换热管在一定的螺距L内最大变产生径凸点相接触，形成自支撑，替代了传统的折流支撑板，减少管束的震动，并且减掉采用折流板所产生的耗材量，使得冷热工艺流体(即空气与烟气流体)产生剧烈的紊流，破坏了烟气流体靠近壁面的边界层流厚度，提高了换热效率，减少了结垢的可能性。

本发明的余热利用和脱霾流程如下：

参阅图1及图2，空心箭头为空气的流向，实心箭头为烟气的流向。烟气通过内筒体烟气进口管口11沿切线方向进入内筒体4，烟气走SP换热管14外与从空气进口管口18进来的空气进行全逆流热交换。放热后的烟气从内筒体烟气出口管口5沿切线进入外筒体13与内筒体4之间的环隙，由于含有比较大的烟尘，因此为了除掉烟气中的烟尘，内筒体4外壁设置的螺旋板15处于环隙中，使得烟气能够沿着它的方向流动。根据烟气不同的特性可以调整螺旋板15的螺距L、螺高h、倾角α，螺旋板15最外圈高度与外筒体13之间保持有一定距离，利用离心力的原理每旋转一圈就把重的烟尘颗粒甩到外筒体13的内壁面，受到重力作用的烟尘颗粒顺着外筒体13的壁面或者螺旋板15集中掉落在灰斗19，再经过除灰口8出去。当烟气到达外筒体烟气出口管口9时，烟气中的烟气已经干净。而走SP换热管14内的冷空气经过吸热后经过上管箱2直接从空气出口管口1出去。

本发明的优点是：

1、提高热回收效率20-40％，降低排烟温度40-70℃，普通设备的回收效率只能达到10-20％，排烟温度只能降到150℃；

2、具有除尘减霾装置，增强除尘能力30-40％，并且消除局部高温区，有效降低CO2和NOX等的排放量，节能环保。市场上现有的换热设备不具有该功能；

3、同等工况下阻力损失比同类设备小30-70％，如市场现有设备的阻力位300-500Pa，本发明设备只有150-210Pa；

4、同等工况下体积比同类设备小30-70％，如市场现有设备的体积为60-150m³,本发明设备只有27-45m³

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (5)

1.高效脱霾废热回收节能减排装置，垂直安装与锅炉的尾部烟道，包括SP换热管(14)、上管板(3)、下管板(17)、内筒体(4)、螺旋板(15)和外筒体(13)，其特征在于：SP换热管(14)内置于内筒体(4)内，SP换热管(14)的上端与上管板(3)连接，下端与下管板(17)连接；内筒体(4)的上端与上管板(3)的外圆连接，下端与膨胀节(6)连接后再与下管板(17)的外圆连接，膨胀节(6)位于SP换热管(14)与内筒体(4)之间；内筒体(4)的上段设有烟气进口管口(11)，烟气进口管口(11)延伸至外筒体(13)外，内筒体(4)的下段设有置于外筒体(13)内的内筒体烟气出口管口(5)；下管板(17)连接有下管箱(7)，下管箱(7)设有延伸至外筒体(13)外的空气进口管口(18)，上管板(3)连接有上管箱(2)，上管箱(2)设有空气出口管口(1)；所述上管板(3)、下管板(17)、SP换热管(14)及内筒体(4)组成换热单元；螺旋板(15)盘旋设置在内筒体(4)的外壁，内筒体(4)的上端与外筒体(13)的上端通过封板(12)及加强肋板(10)连接在一起，外筒体(13)的上段设有外筒体烟气出口管口(9)，其下端连接有带除灰口(8)的灰斗(19)；所述内筒体(4)、螺旋板(15)、灰斗(19)、外筒体(13)组成脱霾单元。

2.根据权利要求1所述的高效脱霾废热回收节能减排装置，其特征在于：所述烟气进口管口(11)与内筒体(4)相切。

3.根据权利要求1所述的高效脱霾废热回收节能减排装置，其特征在于：所述内筒体烟气出口管口(5)设有第一导流板(20)、第一上导流板(21)、第一下导流板(22)，第一导流板(20)、第一上导流板(21)、第一下导流板(22)与内筒体(4)构成导流腔体，第一导流板(20)与内筒体(4)相切。

4.根据权利要求1所述的高效脱霾废热回收节能减排装置，其特征在于：所述外筒体烟气出口管口(9)设有第二导流板(23)、第二上导流板(24)、第二下导流板(25)，第二导流板(23)、第二上导流板(24)、第二下导流板(25)，与外筒体(13)构成导流腔体，第二导流板(23)与外筒体(13)相切，第二下导流板(25)与螺旋板(15)的最上端相切。

5.根据权利要求1所述的高效脱霾废热回收节能减排装置，其特征在于：所述外筒体(13)外壁的设置有耳式支座(16)，耳式支座(16)卡设在所述锅炉尾部烟道内。