CN106731330A - 一种对高温含尘烟气的除尘换热一体化处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种对高温含尘烟气的除尘换热一体化处理装置及方法，属于工业节能环保技术领域。该装置由除尘换热管组成，除尘换热管包括金属滤膜、金属蜂巢骨架和换热管，除尘换热管所在箱体的上箱体为深度换热区，下箱体为除尘换热区，下箱体中，换热管贯穿金属蜂巢骨架，外部包裹致密金属滤膜，上箱体中，换热管贯穿金属蜂巢骨架，外部不包裹致密金属滤膜。高温含尘烟气自下而上通过除尘换热区与深度换热区，空气自上而下通过换热管。该方法突破性地实现了对800℃以上高温含尘烟气的连续除尘与换热一体化，热回收效率可达到90％，除尘效率可达到99％，具有高效净化、换热充分、连续工作、不易积灰等优点。

Description

一种对高温含尘烟气的除尘换热一体化处理装置及方法
技术领域
本发明涉及工业节能环保技术领域，特别是指一种对高温含尘烟气的除尘换热一体化处理装置及方法。
背景技术
随着经济的飞速发展，我国能源消耗量迅猛增长，而能源利用率仅保持较低水平。工业中烟气余热占热量的很大一部分，其中高温烟气排放是最大热损失项，在冶金、石化、建材、电力及其他行业中，常产生高温含尘气体，然而目前高温含尘气体的回收设备和方法均存在一系列的缺陷，其原因在于在高温条件下，换热设备和除尘设备的不足，制约了其应用与发展。
对于传统的换热器而言，处理含尘烟气，换热管易积灰，影响其换热效率及使用寿命，除此之外还存在比表面积小，换热不充分的缺点。对于除尘装备而言，在高温条件下，由于粘滞力有较大变化，细颗粒凝聚现象大为降低，所以对微粒的分离有较高难度，除此之外还存在材料不耐高温，工作不连续的缺点，由于除尘设备的缺陷，烟气除尘不达标所导致的环境污染问题也日益严重。
因此，为更大程度节能，减少污染排放，开发设计出一种对高温含尘烟气实现连续除尘与换热的一体化处理方法和装置意义重大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种对高温含尘烟气的除尘换热一体化处理装置及方法。
该处理装置由除尘换热管组成，除尘换热管包括金属滤膜、金属蜂巢骨架和换热管；除尘换热管所在箱体分为上下两部分，上箱体为深度换热区，下箱体为除尘换热区，换热管贯穿上下箱体，在下箱体中，换热管贯穿金属蜂巢骨架，外部包裹致密金属滤膜，在上箱体中，换热管贯穿金属蜂巢骨架，外部不包裹致密金属滤膜；烟气进口连通下箱体侧面，下箱体与上箱体之间用隔板隔开，隔板被换热管贯穿，烟气出口连通上箱体侧面，空气入口设置在上箱体上部，每列换热管下方通过集管连通，集管两侧贯穿出下箱体，集管一侧为空气出口，另一侧为振荡端，下箱体连通积灰斗。
其中，集管为扁长形，集管振荡端封闭。
换热管内部贯穿由金属蜂巢组成的强化换热结构。
金属滤膜为耐热不锈钢金属丝采用立体斜纹编织方法编织而成的密织过滤材料。
金属蜂巢骨架为耐热不锈钢金属丝编织的具有弹性结构的高孔隙率、大比表面积的金属骨架，其中，孔隙率为0.70-0.95，比表面积为100～2000m2/m3。金属蜂巢骨架一方面起到支撑金属滤膜的骨架作用，一方面其中一部分作为大拓展表面可大幅度强化换热(相当于换热管外的多级肋片拓展表面)，另一部分吸收烟气对流传热的热量以辐射传热的形式与换热管内的空气换热。
在使用过程中，根据工艺要求设计除尘换热管数量、管径、管长、排布、行程、金属蜂巢骨架尺寸及结构以满足处理烟气量的需求，根据工艺要求设计除尘换热区与深度换热区尺寸以满足处理烟气含尘量需求。
此外，在除尘换热区设置积灰传感器，当积灰传感器检测到灰尘含量达到预定值时，使用仓壁振荡器振荡集管振荡端，由于集管与换热管连通，且换热管外部的金属蜂巢骨架具有弹性，通过集管封闭端的振荡进而带动金属滤膜振动，使堆积在金属滤膜外侧的灰尘掉落到积灰斗中。
采用上述装置进行处理的方法，包括除尘换热与深度换热两个阶段，具体过程如下：
高温含尘烟气自下而上通过除尘换热区与深度换热区，空气自上而下通过换热管，在除尘换热区，高温含尘烟气首先流过金属滤膜，一方面烟气中的尘颗粒被金属滤膜拦截，一方面经金属滤膜净化后的烟气经金属蜂巢骨架与换热管内空气进行初步逆流换热，净化并初步换热后的中温烟气在金属蜂巢骨架内经隔板上的开孔流入深度换热区，进一步与换热管内空气进行深度逆流换热，其中，在除尘换热区和深度换热区的换热管外部均设置有金属蜂巢骨架，在除尘换热区金属蜂巢骨架的外部还设置有密织金属滤膜，在深度换热区金属蜂巢骨架的外部不设置金属滤膜，以便净化并深度换热后的空气流出，最终高温空气从换热管下部流出，净化后的烟气从上箱体流出。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明装置及方法具有高效净化、换热充分、连续工作等优点，是高温含尘烟气连续除尘与高效换热的新工艺；本发明采用除尘换热管在除尘换热区实现对高温含尘烟气的净化和初步逆流换热，在深度换热区实现对净化并初步换热后的中温烟气深度逆流换热，同时设计了集管一侧震荡除尘的方法，解决了高温环境下烟气除尘与换热的技术难题。本方法突破性地实现了对800℃以上高温含尘烟气的连续除尘与换热一体化，热回收效率可达到90％，除尘效率可达到99％。本发明克服了传统除尘工艺烟气净化效率低、除尘过程不连续等缺点；传统换热工艺换热效率低、体积大且易积灰等缺点，具有高效净化、换热充分、连续工作、不易积灰等优点。
附图说明
图1为本发明的对高温含尘烟气的除尘换热一体化处理装置除尘换热管结构示意图。
其中：1-金属滤膜；2-金属蜂巢骨架；3-换热管。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的换热工艺换热效率低、体积大且易积灰等问题，提供一种对高温含尘烟气的除尘换热一体化处理装置及方法。
如图1所示，该装置主要由除尘换热管组成，除尘换热管包括金属滤膜1、金属蜂巢骨架2和换热管3；除尘换热管所在箱体分为上下两部分，上箱体为深度换热区，下箱体为除尘换热区，换热管3贯穿上下箱体，在下箱体中，换热管3贯穿金属蜂巢骨架2，外部包裹致密金属滤膜1，在上箱体中，换热管3贯穿金属蜂巢骨架2，外部不包裹致密金属滤膜1；烟气进口连通下箱体侧面，下箱体与上箱体之间用隔板隔开，隔板被换热管3贯穿，烟气出口连通上箱体侧面，空气入口设置在上箱体上部，每列换热管3下方通过集管连通，集管两侧贯穿出下箱体，集管一侧为空气出口，另一侧为振荡端，下箱体连通积灰斗。
采用该装置进行处理的方法主要包括除尘换热与深度换热两个阶段，主要通过除尘换热管实现，该除尘换热管由换热管3贯穿金属蜂巢骨架2，外部密织金属滤膜1组成；高温含尘烟气自下而上通过除尘换热区与深度换热区，空气自上而下通过换热管3，在除尘换热区，高温含尘烟气首先流过金属滤膜1，一方面烟气中的尘颗粒被金属滤膜1拦截，一方面经金属滤膜1净化后的烟气经金属蜂巢骨架2与换热管3内空气进行初步逆流换热，净化并初步换热后的中温烟气在金属蜂巢骨架2内经隔板上的开孔流入深度换热区，进一步与换热管3内空气进行深度逆流换热，其中，在除尘换热区和深度换热区的换热管3外部均设置有金属蜂巢骨架2，在除尘换热区金属蜂巢骨架2的外部还设置有密织金属滤膜1，在深度换热区金属蜂巢骨架的外部不设置金属滤膜1，以便净化并深度换热后的空气流出。
其中，金属滤膜1为耐热不锈钢金属丝采用立体斜纹编织方法编织而成的密织过滤材料。
金属蜂巢骨架2为耐热不锈钢金属丝编织的具有弹性结构的高孔隙率、大比表面积的金属骨架，其中，孔隙率约为0.70～0.95，金属丝直径取0.1～3mm，螺距1～20mm，螺旋直径3～20mm，比表面积即可达到100～2000m2/m3。。
金属蜂巢骨架2一方面起到支撑金属滤膜1的骨架作用，一方面其中一部分作为大拓展表面可大幅度强化换热(相当于换热管外的多级肋片拓展表面)，另一部分吸收烟气对流传热的热量以辐射传热的形式与换热管内的空气换热。
进一步在换热管3内部贯穿由金属蜂巢组成的强化换热结构。
根据工艺要求设计除尘换热管数量、管径、管长、排布、行程、金属蜂巢骨架2尺寸及结构以满足处理烟气量的需求，根据工艺要求设计除尘换热区与深度换热区尺寸以满足处理烟气含尘量需求。
每列换热管3下侧连通扁长形集管，集管的一端为空气出口，另一端为封闭端。
进一步在除尘换热区设置积灰传感器，当积灰传感器检测到灰尘含量达到预定值时，使用仓壁振荡器振荡集管振荡端，由于集管与换热管连通，且换热管3外部的金属蜂巢骨架2具有弹性，通过集管振荡端的振荡进而带动金属滤膜1振动，使堆积在金属滤膜1外侧的灰尘掉落到积灰斗中。
实施例1：
一种对高温含尘烟气的除尘换热一体化处理方法。高温含尘烟气由烟气进口进入装置，进口烟气温度为800℃，流量为1000Nm3/h，烟气中尘粒浓度2000mg/Nm3，尘粒粒径范围约为1.0μm-70μm，烟气通过金属滤膜1将尘粒阻隔在金属滤膜1外，除尘后的烟气进入上箱体，与换热管3逆流换热，烟气通过金属滤膜1内部的金属蜂巢骨架2强化换热，换热后的烟气由烟气出口流动出设备。空气由入口进入换热管3，流量为850Nm3/h，换热管3内部贯穿三维蜂巢，增大表面积从而强化换热，换热后的空气从下箱体侧面的空气出口侧排出。空气出口另一侧同样伸出下箱体，由于其与换热管3连通，通过震荡进而带动金属滤膜1震动，使堆积在金属滤膜1外侧的灰尘掉落到积灰斗中。被加热的空气从常温被加热到650℃，然后送入炉膛进行燃烧，烟气的排出温度350℃，除尘效率可达到为99％。
实施例2：
一种对高温含尘烟气的除尘换热一体化处理方法。高温含尘烟气由烟气进口进入装置，进口烟气温度为1000℃，流量为1000Nm3/h，烟气中尘粒浓度2000mg/Nm3，尘粒粒径范围约为30μm-100μm，烟气通过金属滤膜1将尘粒阻隔在金属滤膜1外，除尘后的烟气进入上箱体，与换热管3逆流换热，烟气通过金属滤膜1内部的金属蜂巢骨架2强化换热，换热后的烟气由烟气出口流动出设备。空气由入口进入换热管3，流量为850Nm3/h，换热管3内部贯穿三维蜂巢，增大表面积从而强化换热，换热后的空气从下箱体侧面的空气出口侧排出。空气出口另一侧同样伸出下箱体，由于其与换热管3连通，通过震荡进而带动金属滤膜1震动，使堆积在金属滤膜1外侧的灰尘掉落到积灰斗中。被加热的空气从常温被加热到800℃，然后送入炉膛进行燃烧，烟气的排出温度400℃，除尘效率可达到为99％。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种对高温含尘烟气的除尘换热一体化处理装置，其特征在于：由除尘换热管组成，除尘换热管包括金属滤膜(1)、金属蜂巢骨架(2)和换热管(3)；除尘换热管所在箱体分为上下两部分，上箱体为深度换热区，下箱体为除尘换热区，换热管(3)贯穿上下箱体，在下箱体中，换热管(3)贯穿金属蜂巢骨架(2)，外部包裹致密金属滤膜(1)，在上箱体中，换热管(3)贯穿金属蜂巢骨架(2)，外部不包裹致密金属滤膜(1)；烟气进口连通下箱体侧面，下箱体与上箱体之间用隔板隔开，隔板被换热管(3)贯穿，烟气出口连通上箱体侧面，空气入口设置在上箱体上部，每列换热管(3)下方通过集管连通，集管两侧贯穿出下箱体，集管一侧为空气出口，另一侧为振荡端，下箱体连通积灰斗。
2.根据权利要求1所述的对高温含尘烟气的除尘换热一体化处理装置，其特征在于：所述集管为扁长形，集管振荡端封闭。
3.根据权利要求1所述的对高温含尘烟气的除尘换热一体化处理装置，其特征在于：所述换热管(3)内部贯穿由金属蜂巢组成的强化换热结构。
4.根据权利要求1所述的对高温含尘烟气的除尘换热一体化处理装置，其特征在于：所述金属滤膜(1)为耐热不锈钢金属丝采用立体斜纹编织方法编织而成的密织过滤材料。
5.根据权利要求1所述的对高温含尘烟气的除尘换热一体化处理装置，其特征在于：所述金属蜂巢骨架(2)为耐热不锈钢金属丝编织的具有弹性结构的高孔隙率、大比表面积的金属骨架，其中，孔隙率为0.70-0.95，比表面积为100～2000m2/m3。
6.根据权利要求1所述的对高温含尘烟气的除尘换热一体化处理装置，其特征在于：在除尘换热区设置积灰传感器，当积灰传感器检测到灰尘含量达到预定值时，使用仓壁振荡器振荡集管振荡端，使堆积在金属滤膜(1)外侧的灰尘掉落到积灰斗中。
7.采用权利要求1-6所述的对高温含尘烟气的除尘换热一体化处理装置进行处理的方法，其特征在于：该方法包括除尘换热与深度换热两个阶段，具体过程如下：
高温含尘烟气自下而上通过除尘换热区与深度换热区，空气自上而下通过换热管(3)，在除尘换热区，高温含尘烟气首先流过金属滤膜(1)，一方面烟气中的尘颗粒被金属滤膜(1)拦截，一方面经金属滤膜(1)净化后的烟气经金属蜂巢骨架(2)与换热管(3)内空气进行初步逆流换热，净化并初步换热后的中温烟气在金属蜂巢骨架(2)内经隔板上的开孔流入深度换热区，进一步与换热管(3)内空气进行深度逆流换热，最终高温空气从换热管(3)下部流出，净化后的烟气从上箱体流出。
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