CN112325661A - 一种窑炉余热利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种窑炉余热利用装置，其包括至少两节连接在一起的换热件，换热件的壳体包括套设在一起的外壳和内壳，外壳与内壳之间形成为烟气通道，外壳的中轴线沿第一轴线方向延伸，在烟气通道内设置有两个换热管组，每个换热管组均呈环状布置，内壳的内腔封闭；每个换热管组至少具有一根换热管，换热管沿第一轴线方向往复折返延伸，换热管的两端伸出外壳后形成为冷媒进口和冷媒出口，两个换热管组套设在一起。由于在每节换热件内均设置了两个换热管组，烟气在烟气通道内流过时，通过热传导和辐射、对流的方式将热能传递给冷却管组中的冷却水，能够有效地吸收烟气中的热能，将烟气温度降低到200℃左右。

Description

一种窑炉余热利用装置

技术领域

本发明涉及一种窑炉余热利用装置。

背景技术

在玻璃纤维生产线中，窑炉烟气高达1300℃。目前较为常见的处理方法为，高温烟气通过金属换热器进行热交换后排出，再进行废气处理。此种处理方式需要的高温烟气管道较长，换热器安装在车间上方的井架上，而不锈钢高温烟气管道及井架的造价较高，无形中增加了项目的建设成本。此外，经换热器冷却后的烟气温度仍高达500℃左右，还需要掺入大量的冷风，才能使烟气温度降到废气处理前的200℃左右，大量的烟气余热未得到有效的回收利用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种窑炉余热利用装置，其包括至少两节连接在一起的换热件，每一换热件均包括一壳体，该壳体包括一呈筒状的外壳和一呈筒状的内壳，该外壳套设在该内壳的外周，该外壳与内壳之间形成为烟气通道，该外壳的中轴线沿第一轴线方向延伸，在该烟气通道内设置有两个换热管组，每个换热管组均呈环状布置，该内壳的内腔封闭；

每个换热管组至少具有一根换热管，换热管沿第一轴线方向往复折返延伸，换热管的两端伸出外壳后分别形成为冷媒进口和冷媒出口，两个换热管组套设在一起。具体地，在冷媒进口和冷媒出口均安装有控制阀。本申请中的窑炉余热利用装置用于对玻璃纤维生产线中的窑炉烟气进行处理。

本申请中，多节换热件构成烟气通道，由于在每节换热件内均设置了两个换热管组，烟气在烟气通道内流过时，烟气通过热传导和辐射、对流的方式将热能传递给冷却管组中的冷却水，冷却水吸收烟气中的热能后成为热水或蒸汽后用于其它用途。由于烟气通道由多节换热件组成，将烟气沿流动路径分为若干段，每节换热件中的冷却水均与烟气具有较大的温差，能够有效地吸收烟气中的热能，并可以对每节换热件中的冷却水的温度进行单独控制，可以根据具体的需要来生产热水或蒸汽。

目前，传统的换热器，无论是冷却水与烟气进行逆流换热还是顺流换热，冷却水与烟气的温差会逐渐缩小，降低换热效率，而且无法大规模地安装换热器，只能在某一段烟道上安装换热器，而且只能生产热水。而在本申请中，烟气通道由换热件构成，可以根据烟气温度降低的具体要求来设置相应数量的换热件，以将烟气温度降低到设定的温度。利用本申请，无需掺入冷风，就可以较为方便地将烟气温度降低到200±10℃，以便烟气能够顺利地达到废气处理前的温度要求。

由于每节换热件的换热管的冷媒进口和冷媒出口均伸出外壳，因此可以在冷媒进口和冷媒出口安装控制阀，方便地对每根换热管的流量进行控制，当某根换热管发生泄漏时，可以将该换热管临时关闭，不会对烟气的正常流体和换热造成影响，等到计划停车时，再对泄露的换热管进行维修或更换。而在目前，当换热器发生泄漏时，就需要停止换热器的使用，无法回收烟气余热，需要临时停车对换热器进行检修，或停用换热器，直到计划停车时，再对换热器进行维修。

进一步，为便于换热管组的安装，两个换热管组分别称为第一换热管组和第二换热管组，其中第一换热组抵靠在内壳的径向外侧、并环绕在内壳的径向外侧，第二换热管组抵靠在外壳的径向内侧、并环绕在外壳的径行内侧。

进一步，为减少烟气在烟气通道内流动时，产生较大的流速变化，产生额外的压力消耗，内壳与外壳同轴设置。该设计能够使烟气通道呈环状，烟气在流经烟气通道内时，不会由于烟气通道的流通面积的变化而产生流速变化，从而造成压力消耗。

具体地，每个换热管组至少具有两根换热管，每根换热管的冷媒进口在伸出外壳后连接一冷媒总进管上，每根换热管的冷媒出口在伸出外壳后连接一冷媒总出管上；该冷媒总进管和冷媒总出管均为环绕在该外壳上的环形管，并在该冷媒总进管上设置冷媒总进口，在冷媒总出管上设置有冷媒总出口。

该设计可以有效地避免由于单根换热管的泄露而导致换热效果的急剧下将，或导致需要停车检修。由于每根换热管的冷媒出口和冷媒进口均伸出外壳，因此当某根换热管发生泄漏时，可以将该换热管临时封堵，等到计划停车时，再对泄露的换热管进行检修或更换。由于可以将泄露的换热管临时封堵，不会对烟气的流动和换热造成较大的影响，保证了窑炉余热利用装置的正常运行。

进一步，为减少烟气中所含有的粉尘，沿烟气的流动方向，将最上游的换热件成为首节换热件，该首节换热件沿竖直方向延伸，该首节换热件的下端连接有一旋风分离器。

烟气在经过旋风分离器后，不但可以消除其中的部分粉尘，还可以使烟气沿螺旋方向排出旋风分离器，并保持螺旋转动进入到换热件的烟气通道内，由于烟气在烟气通道内沿螺旋方向在烟气通道内转动，可以延长烟气在烟气通道内的流动时间，提高换热效果。

进一步，该旋风分离器包括沿竖直方向延伸的筒体，在该筒体上连接有进风管和出风管，该出风管沿竖直方向延伸、且出风管的下端伸入到筒体内，在筒体与出风管之间形成进风区，进风管沿切线方向连接到筒体上、并连通进风区；

在出风管内设置有一锥形体，该锥形体的小端朝下插入到出风管内，锥形体与出风管之间的形成环形的出风通道；该出风通道连通首节换热件的烟气通道。

在出风管内设置锥形体后，不但可以使烟气顺利地进入到烟气通道内，还能够保证烟气形成为螺旋风。

具体地，该锥形体与出风管同轴设置。优选地，该锥形体的锥角为15-25°。

该设计能够使锥形体与出风管之间所形成的出风通道的截面均匀，由于烟气沿螺旋路径流经出风通道，截面均匀的出风通道能够对烟气进行稳定的压缩，避免烟气在流经出风通道时产生体积波动，造成压力消耗。

具体地，为便于制作以及安装和拆卸，相邻的两节换热件通过法兰连接起来。

总体而言，本申请具有结构简单、热效率高、分组控制、运用灵活等特点，不仅提高了窑炉烟气热能利用率，同时大大降低了建设成本。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的结构示意图。

图2是换热件的结构示意图。

图3是图2中A-A向的剖面图。

图4是单根换热管的结构示意图。

图5是旋风分离器的结构示意图。

图6是换热件的另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

参阅图1-图5，一种窑炉余热利用装置，其包括12节连接在一起的换热件和旋风换热器50，各换热件按序连接在一起，在图1中，示例性地显示了两节换热件，将两节换热件依次称为第一换热件10和第二换热件20，各换热件的结构相同，以下以第一换热件10为例对换热件的结构进行说明。

第一换热件10包括一壳体，该壳体包括一呈筒状的外壳11和一呈筒状的内壳41，该外壳11套设在该内壳41的外周，内壳与外壳同轴设置。该外壳11与内壳41之间形成为烟气通道110，该外壳的中轴线101沿第一轴线方向X延伸，在该烟气通道110内设置有两个换热管组，每个换热管组均呈环状布置。

内壳41经辐条连接到外壳11上，在附图中，辐条未显示。为避免烟气进入到内壳41中，在内壳41的内腔中焊接有封闭板42，封闭板42将内壳的内腔封闭。

两个换热管组分别称为第一换热管组21和第二换热管组31，其中第一换热组21抵靠在内壳41的径向外侧、并环绕在内壳41的径向外侧，第二换热管组31抵靠在外壳11的径向内侧、并环绕在外壳11的径行内侧。第一换热管组和第二换热管组套设在一起。

第一换热管组21包括四根换热管A，四根换热管A分别称为第一换热管A211、第二换热管A212、第三换热管A213和第四换热管A214。

每根换热管A均沿第一轴线方向往复折返延伸，图4实施例性显示了第一换热管A211的结构图，第一换热管A211的两端分别形成为第一冷媒进口221和第一冷媒出口222。

各换热管A的第一冷媒进口伸出外壳11后连接到第一冷媒总进管26上，在第一冷媒总进管上设置有第一冷媒总进口27。各换热管A的第一冷媒出口伸出外壳11后连接到第一冷媒总出管28上，在第一冷媒总出管上设置有冷媒总出口29。

第一冷媒总进管和第一冷媒总出管均为环绕在该外壳上的环形管。

第二换热管组31包括四根换热管B，四根换热管B分别称为第一换热管B311、第二换热管B312、第三换热管B313和第四换热管B314。换热管B的结构与换热管A的结构相类似，不再赘述。

各换热管B的第二冷媒进口伸出外壳后连接到第二冷媒总进管36上，在第二冷媒总进管上设置有第二冷媒总进口37。各换热管B的第二冷媒出口伸出外壳11后连接到第二冷媒总出管38上，在第二冷媒总出管上设置有冷媒总出口39。

在每根换热管A和换热管B的冷媒进口和冷媒出口均安装有控制阀，以边缘对冷却水的流量进行控制，或关闭相应的换热管。控制阀安装在冷媒出口和冷媒进口伸出外壳的端部上，在附图中，控制阀未显示。

在外壳的上下两端均安装有法兰12。第二换热件20与第一换热件10的结构相同。各换热件经法兰连接在一起。

本实施例中，第二换热件20与第一换热件10沿竖直方向连接在一起，其中第一换热件10位于第二换热件20的下侧，且在烟气的流动方向上，第一换热件10成为首节换热件。在第一换热件的下端连接旋风分离器50。

该旋风分离器50包括沿竖直方向延伸的圆筒51和连接在圆筒51下端的锥形筒52，锥形筒52的下端设置有排渣口53。在该圆筒上连接有进风管55和出风管54，该出风管54沿竖直方向延伸、且出风管54的下端伸入到圆筒内，在圆筒与出风管之间形成进风区57，进风管沿切线方向连接到圆筒上、并连通进风区57。圆筒51和锥形筒52共同形成为筒体。

在出风管54内设置有一锥形体56，该锥形体56的小端朝下插入到出风管内54，锥形体与出风管之间的形成环形的出风通道58；该出风通道58连通第一换热件的烟气通道。该锥形体与出风管同轴设置。

具体在本实施例中，该锥形体的锥角α为20°，可以理解，在其它实施例中，锥形体的锥角α还可以为15°、18°或25°。本实施例能够将烟气温度由1320降低到220℃。

第一换热件10和第二换热件20，均呈直筒状，可以理解，根据需要，换热件还可以制成弯曲状，请参阅图6，图6中的第三换热件60呈弯曲状。

Claims (9)

1.一种窑炉余热利用装置，其特征在于，包括至少两节连接在一起的换热件，每一换热件均包括一壳体，该壳体包括一呈筒状的外壳和一呈筒状的内壳，该外壳套设在该内壳的外周，该外壳与内壳之间形成为烟气通道，该外壳的中轴线沿第一轴线方向延伸，在该烟气通道内设置有两个换热管组，每个换热管组均呈环状布置，该内壳的内腔封闭；

每个换热管组至少具有一根换热管，换热管沿第一轴线方向往复折返延伸，换热管的两端伸出外壳后分别形成为冷媒进口和冷媒出口，两个换热管组套设在一起。

2.根据权利要求1所述的窑炉余热利用装置置，其特征在于，两个换热管组分别称为第一换热管组和第二换热管组，其中第一换热组抵靠在内壳的径向外侧、并环绕在内壳的径向外侧，第二换热管组抵靠在外壳的径向内侧、并环绕在外壳的径行内侧。

3.根据权利要求1所述的窑炉余热利用装置，其特征在于，内壳与外壳同轴设置。

4.根据权利要求1所述的窑炉余热利用装置，其特征在于，

每个换热管组至少具有两根换热管，每根换热管的冷媒进口在伸出外壳后连接一冷媒总进管上，每根换热管的冷媒出口在伸出外壳后连接一冷媒总出管上；该冷媒总进管和冷媒总出管均为环绕在该外壳上的环形管，并在该冷媒总进管上设置冷媒总进口，在冷媒总出管上设置有冷媒总出口。

5.根据权利要求1所述的窑炉余热利用装置，其特征在于，

沿烟气的流动方向，将最上游的换热件成为首节换热件，该首节换热件沿竖直方向延伸，该首节换热件的下端连接有一旋风分离器。

6.根据权利要求5所述的窑炉余热利用装置，其特征在于，

该旋风分离器包括沿竖直方向延伸的筒体，在该筒体上连接有进风管和出风管，该出风管沿竖直方向延伸、且出风管的下端伸入到筒体内，在筒体与出风管之间形成进风区，进风管沿切线方向连接到筒体上、并连通进风区；

在出风管内设置有一锥形体，该锥形体的小端朝下插入到出风管内，锥形体与出风管之间的形成环形的出风通道；该出风通道连通首节换热件的烟气通道。

7.根据权利要求6所述的窑炉余热利用装置，其特征在于，

该锥形体与出风管同轴设置。

8.根据权利要求6所述的窑炉余热利用装置，其特征在于，

该锥形体的锥角为15-25°。

9.根据权利要求1所述的窑炉余热利用装置，其特征在于，相邻的两节换热件通过法兰连接起来。

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