CN109297312A - 一种分离式相变烟气换热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种分离式相变烟气换热系统，包括连接热风炉的煤气换热器和空气换热器，所述热风炉的烟道穿过烟气换热组件连通有烟囱；所述烟气换热组件分别通过第一热交换管路和第二热交换管路连接所述煤气换热器和所述空气换热器，所述烟道上设置有监测组件，所述监测组件连接有控制系统，所述控制系统通过调节所述烟气换热组件的热交换效率保证烟气温度始终高于露点，本申请公开的烟道上设置有用于实时监控烟气的监测组件，控制系统通过监测组件的检测结果调节烟气换热组件的热交换面积，从而保证烟气换热后适中保持在露点以上，防止烟气中的SOx与凝结的水蒸气反应生成酸性物质腐蚀热交换组件，保证设备的寿命。

Description

一种分离式相变烟气换热系统
技术领域
本发明涉及高炉烟气热交换系统，特别涉及一种分离式相变烟气换热系统。
背景技术
在高炉生产铁水的过程中，热风炉会产生大量烟气，烟气的温度一般高达200℃以上，为了减少热量排放，一般通过双预热器利用烟气的余热，对空气和煤气进行预热。
所预热的高炉煤气及流经双预热器的烟气含有SOx等腐蚀物质，其含量受高炉使用燃料的改变及热风炉运行工况的变化而波动，因此，烟气中腐蚀物质的露点温度也随之变化，很难控制。当烟气达到露点时，水蒸气凝结与SOx反应生成酸性物质腐蚀双预热器，造成露点腐蚀影响设备寿命。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种分离式相变烟气换热系统，烟道上设置有用于实时监控烟气的监测组件，控制系统通过监测组件的检测结果调节烟气换热组件的热交换面积，从而保证烟气换热后适中保持在露点以上，防止烟气中的SOx与凝结的水蒸气反应生成酸性物质腐蚀热交换组件，保证设备的寿命。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是有鉴于此，本申请提供一种分离式相变烟气换热系统，包括连接热风炉的煤气换热器和空气换热器，所述热风炉的烟道穿过可调节热交换效率的烟气换热组件连通有烟囱；所述烟气换热组件分别通过第一热交换管路和第二热交换管路连接所述煤气换热器和所述空气换热器，所述烟道上设置有监测组件，所述监测组件连接有控制系统，所述控制系统通过调节所述烟气换热组件的热交换效率保证烟气温度始终高于露点。
优选的，所述监测组件包括烟气量传感器和第一温度传感器，所述烟气量传感器和第一温度传感器设置于所述热风炉与所述烟气换热组件之间的烟道上，所述烟气量传感器和第一温度传感器连接有控制系统。
优选的，所述监测组件还包括色谱成分分析仪和第二温度传感器，所述色谱成分分析仪和第二温度传感器设置于所述烟气换热组件和所述烟囱之间的烟道上。
优选的，所述烟气换热组件包括第一换热段和第二换热段，所述第一换热段和第二换热段至少包括一个结构相同的烟气换热模块，相邻的所述烟气换热模块依次联通。
优选的，所述第一换热段与所述热风炉一侧的烟道连通，所述第二换热段与烟囱一侧的烟道连通，所述第一换热段送出的烟气温度大于所述第二换热段送出的烟气温度。
优选的，第一换热段通过第一热交换管路连接所述煤气换热器，所述第二换热段通过第二热交换管路连接空气换热器。
优选的，所述烟气换热模块包括若干依次排列的立式翅片蒸发管，所述立式翅片蒸发管的底部联通有分布器，所述分布器的一端连接第一热交换管路或第二热交换管路，所述立式翅片蒸发管上端联通有设置在煤气换热器和空气换热器内的立式翅片冷凝管，所述立式翅片冷凝管分别通过第一热交换管路和第二热交换管路与第一换热段和第二换热段中的所述烟气换热模块形成热交换回路，所述烟气换热模块内密封存储有循环介质。
优选的，所述分布器上分布有若干个分流孔，每一分流孔对应连接一个立式翅片蒸发管，所述分布器内另一端设置有可往复移动的堵头，所述堵头连接有电控调节机构，所述电控调节机构电连接所述控制系统。
优选的，所述立式翅片蒸发管上设置有第三温度传感器，所述第三温度传感器电连接所述控制系统，所述第三温度传感器用于检测立式翅片蒸发管上的温度。
本申请与现有技术相比，其详细说明如下：
本申请公开了一种分离式相变烟气换热系统，包括可以调节换热效率的烟气换热组件，该系统中的烟道上设置有监测组件，可以实时检测送入烟气换热组件和送出烟气换热组件的烟气状态，控制系统通过实际检测结果调节所述烟气换热组件的热交换效率保证烟气温度始终高于露点，防止烟气换热后低于露点，凝结在烟气换热组件表面对烟气换热组件造成腐蚀。
所述烟气量传感器用于实时监测烟气流量，第一温度传感器用于检测烟气从加热炉排出时的温度，当烟气量较大或第一温度传感器检测的温度值较高时，控制系统控制电控调节机构收缩，堵头后退，分布器内更多的分流孔与第一热交换管路或第二热交换管路联通，增加烟气换热模块的有效换热面积。
色谱成分分析仪用于检测烟气热交换降温后的色谱，实时监测烟气中SOx的浓度，根据SOx的浓度判断计算露点范围，或直接检测烟气是否低于露点生成酸雾，第二温度传感器用于检测烟气热交换降温后的温度，与色谱成分分析仪检测色谱推断露点范围相比较，判断换热后的烟气是否达到露点，用于如换热后的烟气接近露点，控制系统控制电控调节机构伸出，堵头前进，分布器内更少的分流孔与第一热交换管路或第二热交换管路联通，减少烟气换热模块的有效换热面积，烟气换热量减少，烟气排出温度升高，避免烟气换热后低于露点形成酸雾腐蚀烟气换热模块。
煤气换热器和空气换热器分别通过第一热交换管路和第二热交换管路连接有独立的烟气换热模块，烟气依次经过这些相互连通且独立的烟气换热模块形成第一换热段和第二换热段，控制系统可以分别调节第一换热段和第二换热段中的烟气换热模块的热交换面积，保证煤气换热器单位时间内交换的热能大于空气换热器单位时间内交换的热能，使高炉煤气换热后温度高于助燃空气换热后的温度。
附图说明
图1为本发明的系统示意图；
图2为本发明中烟气换热模块(501)与煤气换热器(1)的回路结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图所示，一种分离式相变烟气换热系统，包括煤气换热器(1)、空气换热器(2)、热风炉(3)和烟气换热组件(5)，其中：
所述煤气换热器(1)连接有高炉煤气管路(11)，所述空气换热器(2)连接有助燃空气管路(21)；煤气换热器(1)和空气换热器(2)连接热风炉(3)，高炉煤气管路(11)通入的高炉煤气经煤气换热器(1)预热后，送入热风炉(3)；助燃空气管路(21)通入的助燃空气经空气换热器(2)预热后，送入热风炉(3)。高炉煤气与助燃空气混合燃烧后生成温度高于200摄氏度的烟气，从热风炉(3)上联通的烟道(4)排出。
烟气从烟道(4)送入烟气换热组件(5)，经烟气换热组件(5)换热后从烟囱(6)排出。具体的，所述烟气换热组件(5)分别通过第一热交换管路(7)和第二热交换管路(8)连接所述煤气换热器(1)和所述空气换热器(2)，烟气在烟气换热组件(5)中分别与第一热交换管路(7)和第二热交换管路(8)中的循环介质产生热交换，第一热交换管路(7)和第二热交换管路(8)中的循环介质受热升温产生相变形成高温蒸汽，分别进入煤气换热器(1)和空气换热器(2)，高炉煤气和助燃空气分别与煤气换热器(1)和空气换热器(2)中高温蒸汽产生热交换，预热高炉煤气和助燃空气，高温蒸汽遇冷冷凝产生相变，形成液体送回烟气换热组件(5)循环。
所述烟气换热组件(5)包括若干个结构相同的烟气换热模块(501)，相邻的所述烟气换热模块(501)依次联通，烟气依次经过若干个烟气换热模块(501)换热后以较低的温度排出。
沿着烟道(4)送入的烟气的流动方向，所述烟气换热组件(5)分为烟气温度较高的第一换热段(502)和烟气温度较低的第二换热段(503)，所述第一换热段(502)与所述热风炉(3)一侧的烟道(4)连通，所述第二换热段(503)与烟囱(6)一侧的烟道(4)连通。
从热风炉(3)送出的烟气首先经过第一换热段(502)与第一热交换管路(7)中的循环介质进行热交换，烟气温度下降后再经过第二换热段(503)与第二热交换管路(8)中的循环介质进行热交换，因此所述第一换热段(502)送出的烟气温度大于所述第二换热段(503)送出的烟气温度。由于烟气首先与第一热交换管路(7)进行热交换再与第二热交换管路(8)进行热交换，因此第一热交换管路(7)中的循环介质温度相对第二热交换管路(8)中的循环介质温度较高，使高炉煤气预热至较高的温度，使助燃空气预热至相对较低的温度。
所述第一换热段(502)和所述第二换热段(503)分别至少包括一个烟气换热模块(501)。所述烟气换热模块(501)包括若干依次排列的立式翅片蒸发管(504)，所述立式翅片蒸发管(504)分别通过第一热交换管路(7)和第二热交换管路(8)连接煤气换热器(1)和空气换热器(2)，所述煤气换热器(1)和所述空气换热器(2)包括若干平行设置的立式翅片冷凝管(505)，所述立式翅片冷凝管(505)和立式翅片蒸发管(504)通过第一热交换管路(7)或第二热交换管路(8)形成热交换回路。参考图2，所述煤气换热器(1)的立式翅片冷凝管(505)和立式翅片蒸发管(504)通过第一热交换管路(7)与烟气换热模块(501)形成热交换回路。所述煤气换热器(1)中的立式翅片冷凝管(505)与空气换热器(2)的立式翅片冷凝管(505)结构相同，因此附图中并未示出。
所述立式翅片蒸发管(504)的底部设置有分布器(506)，所述分布器(506)连接在第一热交换管路(7)或第二热交换管路(8)上。所述分布器(506)上分布有若干个分流孔(507)，每一所述分流孔(507)分别对应联通一个立式翅片蒸发管(504)。所述分布器(506)的一端连接所述第一热交换管路(7)或第二热交换管路(8)，所述分布器的另一端设置有电控调节机构(509)，所述电控调节机构(509)的末端设置有堵头(508)，所述电控调节机构(509)电连接所述控制系统(9)。
控制系统(9)可以控制电控调节机构(509)伸缩，带动堵头(508)在分布器(506)内移动，从而控制与第一热交换管路(7)或第二热交换管路(8)联通的立式翅片蒸发管(504)个数，进而调节烟气换热模块(501)的热交换面积。
具体的，所述烟道(4)上设置有监测组件，所述监测组件连接有控制系统(9)。
所述监测组件包括设置于所述热风炉(3)与所述烟气换热组件(5)之间的烟道(4)上的烟气量传感器(41)和第一温度传感器(42)，以及设置于所述烟气换热组件(5)和所述烟囱(6)之间的烟道(4)上的色谱成分分析仪(43)和第二温度传感器(44)。
所述烟气量传感器(41)、第一温度传感器(42)、色谱成分分析仪(43)和第二温度传感器(44)连接有控制系统(9)。所述烟气量传感器(41)用于实时监测烟气流量，第一温度传感器用于检测烟气从加热炉(3)排出时的温度，当烟气量较大或第一温度传感器检测的温度值较高时，控制系统(9)控制电控调节机构(509)收缩，堵头(508)后退，分布器(506)内更多的分流孔(507)与第一热交换管路(7)或第二热交换管路(8)联通，增加烟气换热模块(501)的有效换热面积。
色谱成分分析仪(43)用于检测烟气热交换降温后的色谱，实时监测烟气中SOx的浓度，根据SOx的浓度判断计算露点范围，或直接检测烟气是否低于露点生成酸雾，第二温度传感器(44)用于检测烟气热交换降温后的温度，与色谱成分分析仪(43)检测色谱推断露点范围相比较，判断换热后的烟气是否达到露点，用于如换热后的烟气接近露点，控制系统(9)控制电控调节机构(509)伸出，堵头(508)前进，分布器(506)内更少的分流孔(507)与第一热交换管路(7)或第二热交换管路(8)联通，减少烟气换热模块(501)的有效换热面积，烟气换热量减少，烟气排出温度升高，避免烟气换热后低于露点形成酸雾腐蚀烟气换热模块(501)。
所述立式翅片蒸发管(504)上设置有第三温度传感器(510)，所述第三温度传感器(510)电连接所述控制系统(9)，所述第三温度传感器(510)用于检测立式翅片蒸发管(504)上的温度，相较于检测烟气温度，第三温度传感器可以监测立式翅片蒸发管(504)表面的温度，防止立式翅片蒸发管(504)表面温度过低，烟气在立式翅片蒸发管(504)表面冷凝形成酸雾，当第三温度传感器(510)检测的立式翅片蒸发管(504)上的温度，接近露点，控制系统(9)控制电控调节机构(509)伸出，堵头(508)前进，分布器(506)内更少的分流孔(507)与第一热交换管路(7)或第二热交换管路(8)联通，每一参与热交换的立式翅片蒸发管(504)表面吸收热量增加，立式翅片蒸发管(504)表面温度升高，避免烟气换热过程中在立式翅片蒸发管(504)表面冷凝形成酸雾腐蚀烟气换热模块(501)。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，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 (9)

1.一种分离式相变烟气换热系统，其特征在于，包括连接热风炉(3)的煤气换热器(1)和空气换热器(2)，所述热风炉(3)的烟道(4)穿过可调节热交换效率的烟气换热组件(5)连通有烟囱(6)；所述烟气换热组件(5)分别通过第一热交换管路(7)和第二热交换管路(8)连接所述煤气换热器(1)和所述空气换热器(2)，所述烟道(4)上设置有监测组件，所述监测组件连接有控制系统(9)，所述控制系统(9)通过调节所述烟气换热组件(5)的热交换效率保证烟气温度始终高于露点。
2.根据权利要求1所述的一种分离式相变烟气换热系统，其特征在于，所述监测组件包括烟气量传感器(41)和第一温度传感器(42)，所述烟气量传感器(41)和第一温度传感器(42)设置于所述热风炉(3)与所述烟气换热组件(5)之间的烟道(4)上，所述烟气量传感器(41)和第一温度传感器(42)连接有控制系统(9)。
3.根据权利要求2所述的一种分离式相变烟气换热系统，其特征在于，所述监测组件还包括色谱成分分析仪(43)和第二温度传感器(44)，所述色谱成分分析仪(43)和第二温度传感器(44)设置于所述烟气换热组件(5)和所述烟囱(6)之间的烟道(4)上。
4.根据权利要求1所述的一种分离式相变烟气换热系统，其特征在于，所述烟气换热组件(5)包括第一换热段(502)和第二换热段(503)，所述第一换热段(502)和第二换热段(503)至少包括一个结构相同的烟气换热模块(501)，相邻的所述烟气换热模块(501)依次联通。
5.根据权利要求4所述的一种分离式相变烟气换热系统，其特征在于，所述第一换热段(502)与所述热风炉(3)一侧的烟道(4)连通，所述第二换热段(503)与烟囱(6)一侧的烟道(4)连通，所述第一换热段(502)送出的烟气温度大于所述第二换热段(503)送出的烟气温度。
6.根据权利要求4所述的一种分离式相变烟气换热系统，其特征在于，第一换热段(502)通过第一热交换管路(7)连接所述煤气换热器(1)，所述第二换热段(503)通过第二热交换管路(8)连接空气换热器(2)。
7.根据权利要求4所述的一种分离式相变烟气换热系统，其特征在于，所述烟气换热模块(501)包括若干依次排列的立式翅片蒸发管(504)，所述立式翅片蒸发管(504)的底部联通有分布器(506)，所述分布器(506)的一端连接第一热交换管路(7)或第二热交换管路(8)，所述立式翅片蒸发管(504)上端联通有设置在煤气换热器(1)和空气换热器(2)内的立式翅片冷凝管(505)，所述立式翅片冷凝管(505)分别通过第一热交换管路(7)和第二热交换管路(8)与第一换热段(502)和第二换热段(503)中的所述烟气换热模块(501)形成热交换回路，所述烟气换热模块(501)内密封存储有循环介质。
8.根据权利要求7所述的一种分离式相变烟气换热系统，其特征在于，所述分布器(506)上分布有若干个分流孔(507)，每一分流孔(507)对应连接一个立式翅片蒸发管(504)，所述分布器(506)内另一端设置有可往复移动的堵头(508)，所述堵头(508)连接有电控调节机构(509)，所述电控调节机构(509)电连接所述控制系统(9)。
9.根据权利要求8所述的一种分离式相变烟气换热系统，其特征在于，所述立式翅片蒸发管(504)上设置有第三温度传感器(510)，所述第三温度传感器(510)电连接所述控制系统(9)，所述第三温度传感器(510)用于检测立式翅片蒸发管(504)上的温度。
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