CN108534564B - 一种高温烟气急冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温烟气急冷装置，包括烟气输入机构以及位于换热炉中的急冷机构，烟气输入机构包括连通烟气源头、换热炉下端的烟道，急冷机构包括自上而下设置在换热炉内的分散盘、填料单元、积液池以及实现急冷液体循环的循环单元，循环单元包括与积液池连通的换热器、驱动急冷液体流动的电磁泵，电磁泵一端与换热器联通，电磁泵另一端与分散盘连通；填料单元包括散热筒以及填充在散热筒中换热球，其中散热筒顶面、底面均为镂空设置的；分散盘包括盘状主体，盘状主体包括与电磁泵连通的主管以及若干与主管连通的支管，支管分布在主管的轴向两侧。本发明意在提供一种能有效降低能耗和生产成本的高温烟气急冷装置。

Description

一种高温烟气急冷装置

技术领域

本发明涉及工业生产用冷却领域，具体涉及一种冷却介质分散装置。

背景技术

在工业生产中，很多领域都会涉及到利用温度控制烟气反应进度。

以乙炔的生产为例，其终止反应的温度在1300℃，这就需要在换热炉中将烟气温度降到合适的范围。目前这个过程是通过喷入急冷水来实现的，但是，这种方式存在以下问题：

1、首先，喷入的大量急冷水变成水蒸汽导致烟气发生组分的变化，使其烟气流量骤然增大，不仅对乙炔的品质产生影响，且加重了下游设备的处理压力，对设备造成的腐蚀情况也更加严重；

2、其次，喷入的急冷水形成的水蒸汽到最终排空，在此期间蕴含的大量潜热无法回收，造成较大的能量浪费；

3、再次，由此造成的用水开销也是一笔不小的数字，加重了化工企业生产的成本开支却不能产生任何积极有益的影响。

因此我司采取措施，对烟气进行高效率的余热回收利用，能有效降低能耗和生产成本，对企业生产创收有一定帮助，从而实现更好的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明意在提供一种能有效降低能耗和生产成本的高温烟气急冷装置。

基础方案：一种高温烟气急冷装置，包括换热炉，还包括烟气输入机构以及位于换热炉中的急冷机构，烟气输入机构包括连通烟气源头、换热炉下端的烟道，急冷机构包括自上而下设置在换热炉内的分散盘、填料单元、积液池以及实现急冷液体循环的循环单元，循环单元包括与积液池连通的换热器、驱动急冷液体流动的电磁泵，电磁泵一端与换热器联通，电磁泵另一端与分散盘连通；填料单元包括散热筒以及填充在散热筒中换热球，其中散热筒顶面、底面均为镂空设置的；分散盘包括盘状主体，盘状主体包括与电磁泵连通的主管以及若干与主管连通的支管，支管分布在主管的轴向两侧，每根支管上均开有若干分流孔。

本发明的效果：

1、烟道设置在换热炉下端与烟气源头之间，烟气具有上升的特性，如此设置下，烟气很容易就自接入段出发经过换热炉下端从换热炉上端出去，不会在接入段中聚积，从而有效保证高温烟气急冷的正常进行。

2、散热筒、换热球位于急冷液体以及烟气行进的路径上，散热筒用于容纳换热球，换热球填充在散热筒中，换热球之间形成若干孔隙、流道，不仅能够将急冷液体、烟气进行全面的分流、分散，增大急冷液体与烟气的接触面积，而且能够阻挡行进的急冷液体、烟气，降低急冷液体、烟气行进速度的同时还增加了急冷液体、烟气的行进路径，保证急冷液体、烟气的热交换时间，从而大大提升急冷液体、烟气的热交换效率。

3、镂空设置的散热筒顶面、底面利于急冷液体、烟气进入并通过，并且将急冷液体、烟气进行初步分散，增大了两者大面积接触的可能。

4、换热球本身是球形的，球形的物件拥有较大的比表面积，这就利于增大了急冷液体与烟气的接触面积，同时球形的物件堆积时流动性好、不会出现满铺的情况，从而必然为急冷液体、烟气的流动、通过流出空间。

5、盘状主体与换热炉内腔形状匹配，从而使得换热炉内各处均能够得到急冷液体的喷淋，保证了急冷液体与烟气的接触面积，使得换热炉内的烟气反应快速得到整体的控制。

6、分流孔能够供支管中的急冷液体流出，本发明中主管用于将急冷液体沿主管轴向进行扩散，而支管则将从主管中获取的急冷液体沿着主管的径向进行扩散、分散。

7、循环单元的设置不仅能够实现急冷液体的不断循环，使得高温烟气与急冷液体不断进行热交换，还能够使得急冷液体通过换热器与水等进行热交换、或者用于预热燃气等，从而使得整个装置的热效率提高。

进一步，烟道包括沿轴向与烟气源头连通的接入段、直径小于接入段的收缩段以及位于接入段、收缩段之间的过渡段，过渡段呈缩孔状。根据伯努利原理，缩孔状的设置不仅能够为收缩段与接入段连接处进行过渡，还能够使得收缩段处的压强小于接入段的压强，收缩段处烟气的流速大于接入段中烟气的流速，从而提高烟气的流通效率，避免烟气在接入段聚积。

进一步，所述换热球为耐高温陶瓷球，所述换热球的直径为1.5-2.5cm。耐高温陶瓷球具有耐高温高压，吸水率低，化学性能稳定的特点,能经受酸、碱及其它有机溶剂的腐蚀，并能经受生产过程中出现的温度变化，该尺寸设定下的换热球既能有效增加急冷液体与烟气的接触面积，又能够为急冷液体以及烟气留足流通空间，从多个方面提升热交换的效率。

进一步，填料单元为三个且沿着换热炉内壁自上而下依次设置。层层设置的填料单元将急冷液体分散为若干液滴，并且大大降低了急冷液体的下行速度、烟气的上行速度，并增大了急冷液体与烟气的接触面积，从而保证了急冷液体与烟气的热交换的效率。

进一步，填料单元还包括若干周向分布在换热炉内壁的支撑片，其中支撑片一端可拆卸在换热炉内壁上，支撑片另一端可与散热筒底面相抵。支撑片的设置利于实现散热筒的安装固定。

进一步，填料单元还包括周向设置在散热筒上端的外沿，外沿向下弯曲形成凹槽。通过设置外沿、凹槽既可以辅助进行散热筒的固定，还能够利于实现散热筒的搬运。

进一步，所述支撑片呈圆弧状，若干支撑片构成圆环。如此设置既能够方便支撑片的安装固定，又能够与散热筒配合，使得散热筒成为烟气上行的唯一通道，保证了烟气与急冷液体的充分接触并进行热交换。

进一步，每根支管上的分流孔自内向外直径越来越大。支管内端处的水流压力最大，如此设置是为了确保支管各处的分流孔中液体流量保持相对均匀，进而使得整个盘状主体各处的流出的液体保持均匀。

进一步，所述主管包括与电磁泵连通的进液段以及位于与进液段连通的分流段，支管设置在分流段上。如此设置，方便实现主管的安装拆卸，大大方便了液体分散盘的使用和更换。

进一步，循环单元还包括与积液池连通的储液罐一以及连通分散盘、电磁泵的储液罐二。储液罐一、储液罐二的设置保证了急冷液体的供应、储藏，利于急冷液体的高效率循环。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1中急冷机构的结构示意图；

图3为图1中填料单元的结构示意图；

图4为图1中分散盘的结构示意图；

图5为图4的俯视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：散热筒10、换热球11、外沿12、支撑片13、底面14、换热炉20、积液池21、储液罐一22、换热器23、电磁泵24、接入段30、收缩段31、过渡段32、烟气源头34、分散盘40、支管41、分流孔42、法兰盘43、托架44。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例基本如附图1所示：

一种高温烟气急冷装置，包括换热炉20，还包括烟气输入机构以及位于换热炉20中的急冷机构，烟气输入机构包括连通烟气源头34、换热炉20下端的烟道，急冷机构包括自上而下设置在换热炉20内的分散盘40、填料单元、积液池21以及实现急冷液体循环的循环单元，循环单元包括与积液池21连通的换热器23、驱动急冷液体流动的电磁泵24、与积液池21连通的储液罐一22以及连通分散盘40、电磁泵24的储液罐二，储液罐一22、储液罐二的设置保证了急冷液体的供应、储藏，利于急冷液体的高效率循环；电磁泵24一端与换热器23联通，电磁泵24另一端与分散盘40连通；烟道包括沿轴向与烟气源头34连通的接入段30、直径小于接入段30的收缩段31以及位于接入段30、收缩段31之间的过渡段32，过渡段32呈缩孔状；根据伯努利原理，缩孔状的设置不仅能够为收缩段31与接入段30连接处进行过渡，还能够使得收缩段31处的压强小于接入段30的压强，收缩段31处烟气的流速大于接入段30中烟气的流速，从而提高烟气的流通效率，避免烟气在接入段30聚积。

如图3所示，填料单元包括散热筒10以及填充在散热筒10中换热球11，换热球11为耐高温陶瓷球，耐高温陶瓷球具有耐高温高压，吸水率低，化学性能稳定的特点,能经受酸、碱及其它有机溶剂的腐蚀，并能经受生产过程中出现的温度变化，换热球11的直径为2cm，该尺寸设定下的换热球11既能有效增加急冷液体与烟气的接触面积，又能够为急冷液体以及烟气留足流通空间，从多个方面提升热交换的效率。

其中散热筒10顶面、底面14均为镂空设置的，利于急冷液体、烟气进入并通过，并且将急冷液体、烟气进行初步分散，增大了两者大面积接触的可能。

如图2所示，散热筒10、换热球11位于急冷液体以及烟气行进的路径上，填料单元为三个且沿着换热炉20内壁自上而下依次设置，层层设置的填料单元将急冷液体分散为若干液滴，并且大大降低了急冷液体的下行速度、烟气的上行速度，并增大了急冷液体与烟气的接触面积，从而保证了急冷液体与烟气的热交换的效率；散热筒10用于容纳换热球11，换热球11填充在散热筒10中，换热球11之间形成若干孔隙、流道，不仅能够将急冷液体、烟气进行全面的分流、分散，增大急冷液体与烟气的接触面积，而且能够阻挡行进的急冷液体、烟气，降低急冷液体、烟气行进速度的同时还增加了急冷液体、烟气的行进路径，保证急冷液体、烟气的热交换时间，从而大大提升急冷液体、烟气的热交换效率。

填料单元还包括若干周向分布在换热炉20内壁的支撑片13，其中支撑片13一端可拆卸在换热炉20内壁上，支撑片13另一端可与散热筒10底面14相抵，支撑片13呈圆弧状，若干支撑片13构成圆环，支撑片13的设置利于实现散热筒10的安装固定，如此设置既能够方便支撑片13的安装固定，又能够与散热筒10配合，使得散热筒10成为烟气上行的唯一通道，保证了烟气与急冷液体的充分接触并进行热交换。

填料单元还包括周向设置在散热筒10上端的外沿12，外沿12向下弯曲形成凹槽；通过设置外沿12、凹槽既可以辅助进行散热筒10的固定，还能够利于实现散热筒10的搬运。

本实施例中的急冷液体为液态金属，由质量分数为镓37％，铟22％，铋18.6％，铝3％，铁2％，镁2.4％和锡15％组成合金；合金熔点为3℃，运动黏性小，具有良好的流动换热能力。

如图4所示，分散盘40包括盘状主体，盘状主体与换热炉20内腔形状匹配，从而使得换热炉20内各处均能够得到急冷液体的喷淋，保证了急冷液体与烟气的接触面积；

盘状主体包括主管以及若干与主管连通的支管41，主管包括位于换热炉20内的分流段以及与分流段连通的进液段，分流段与进液段之间为法兰连接，先将分流段与进液段各自固定在一个法兰盘43上，然后在两个法兰盘43之间加上法兰垫，最后用螺栓将两个法兰盘43拉紧，即可实现法兰连接，通过法兰连接实现分流段以及进液段之间的连接固定，方便快捷而且稳定可靠，方便实现主管的安装拆卸，大大方便了液体分散盘40的使用和更换；如图5所示，还包括固定在换热炉20内壁上的托架44，托架44与分流段的尾端通过螺栓锁紧固定，通过设置托架44的方式，便于盘状主体的快速安装以及拆卸。

支管41分布在分流段的轴向两侧，支管41沿着主管等间距的分布。如此设置，能够保证换热炉20内各处喷淋到的液体保持相对一致，从而使得烟气均匀散热；支管41还垂直于分流段，支管41内端与主管连通，支管41外端则为封闭的且与换热炉20内壁之间相抵，每根支管41上均开有若干分流孔42，分流孔42能够供支管41中的急冷液体流出，分流孔42均迎向烟气前进的方向。如此设置，能够保证急冷液体与烟气充分对流、接触，从而提高急冷液体的热效率，主管用于将急冷液体沿主管轴向进行扩散，而支管41则将从主管中获取的急冷液体沿着主管的径向进行扩散、分散。

需要注意的是，每根支管41上的分流孔42自内向外直径越来越大。支管41内端处的水流压力最大，如此设置是为了确保支管41各处的分流孔42中液体流量保持相对均匀，进而使得整个盘状主体各处的流出的液体保持均匀。分流孔42处安装有喷头，喷头转动密封在分流孔42处，喷头内端与支管41连通，喷头外端周向沿切线方向开有喷孔，当急冷液体自喷孔喷出时，会反向作用于喷头，喷头受到力矩作用产生转动，进而使得喷出的急冷液体更加均匀且范围更广。

散热筒10与换热炉20内壁之间还设置有弹簧，而最下方的散热筒10与积液池21之间设有导向叶片，其中部分导向叶片上安装有第一永磁体，其中第一永磁体外端为N极，散热筒10底部同样设置有第二永磁体，第二永磁体下端为N极；当高温烟气通过导向叶片时能够被导向叶片进行分散向上行进，导向叶片也因此转动起来，这个过程中第一永磁体、第二永磁体不断相斥，并配合上升的高温烟气，使得散热筒10发生水平方向、竖直方向的晃动，不仅能够利于液态金属的分布更加均匀，也能够将快速流动的烟气的部分动能进行转化，避免高温烟气未与液态金属充分换热就脱离换热炉20，而且晃动的散热筒10也能够使得散热筒10内的换热球11发生晃动，使得散热筒10中部的换热球11向两端转移，两端的换热球11向散热筒10中部靠近，如此能够带动液态金属在散热筒10内进行局部循环，并能引导高温烟气在换热球11层与层之间进行流通，改变了原有的高温烟气在竖直方向直来直往的流通方式，增加了新的散热维度，加强液态金属与高温烟气的充分接触。

使用时，将液态金属输送至换热炉20中，液态金属自上而下行进经过散热筒10，烟气很容易就自接入段30出发经过换热炉20下端从换热炉20上端出去，不会在接入段30中聚积，期间烟气自下而上经过散热筒10，散热筒10的作用是充分和烟气、液态金属接触，增大换热面积，使液态金属与烟气更加充分的换热。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种高温烟气急冷装置，包括换热炉，其特征在于：还包括烟气输入机构以及位于换热炉中的急冷机构，烟气输入机构包括连通烟气源头、换热炉下端的烟道，急冷机构包括自上而下设置在换热炉内的分散盘、填料单元、积液池以及实现急冷液体循环的循环单元，循环单元包括与积液池连通的换热器、驱动急冷液体流动的电磁泵，电磁泵一端与换热器联通，电磁泵另一端与分散盘连通；填料单元包括散热筒以及填充在散热筒中换热球，其中散热筒顶面、底面均为镂空设置的；分散盘包括盘状主体，盘状主体包括与电磁泵连通的主管以及若干与主管连通的支管，支管分布在主管的轴向两侧，每根支管上均开有若干分流孔；散热筒与换热炉内壁之间还设置有弹簧，最下方的散热筒与积液池之间设有导向叶片，其中部分导向叶片上安装有第一永磁体，其中第一永磁体外端为N极，散热筒底部同样设置有第二永磁体，第二永磁体下端为N极。

2.根据权利要求1所述的一种高温烟气急冷装置，其特征在于：烟道包括沿轴向与烟气源头连通的接入段、直径小于接入段的收缩段以及位于接入段、收缩段之间的过渡段，过渡段呈缩孔状。

3.根据权利要求1或2所述的一种高温烟气急冷装置，其特征在于：所述换热球为耐高温陶瓷球，所述换热球的直径为1.5-2.5cm。

4.根据权利要求3所述的一种高温烟气急冷装置，其特征在于：填料单元为三个且沿着换热炉内壁自上而下依次设置。

5.根据权利要求1或2所述的一种高温烟气急冷装置，其特征在于：填料单元还包括若干周向分布在换热炉内壁的支撑片，其中支撑片一端可拆卸在换热炉内壁上，支撑片另一端可与散热筒底面相抵。

6.根据权利要求1所述的一种高温烟气急冷装置，其特征在于：填料单元还包括周向设置在散热筒上端的外沿，外沿向下弯曲形成凹槽。

7.根据权利要求5所述的一种高温烟气急冷装置，其特征在于：所述支撑片呈圆弧状，若干支撑片构成圆环。

8.根据权利要求1或2所述的一种高温烟气急冷装置，其特征在于：每根支管上的分流孔自内向外直径越来越大。

9.根据权利要求1或2所述的一种高温烟气急冷装置，其特征在于：所述主管包括与电磁泵连通的进液段以及与进液段连通的分流段，支管设置在分流段上。

10.根据权利要求1或2所述的一种高温烟气急冷装置，其特征在于：循环单元还包括与积液池连通的储液罐一以及连通分散盘、电磁泵的储液罐二。