CN114413673A - 一种适用于高尘烟气的蓄热球及蓄热装置 - Google Patents

一种适用于高尘烟气的蓄热球及蓄热装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于高尘烟气的蓄热球及蓄热装置，包括空心球形壳体，空心球形壳体上开设有螺纹通孔；还包括堵头，堵头包括一体成形的螺杆段和压力段；压力段朝向螺杆段的端面与空心球形壳体的外表面形状一致，且压力段朝向螺杆段的端面与空心球形壳体的外表面之间设置有密封圈；本发明通过在蓄热球上开设螺纹通孔并配合堵头可以使得蓄热球的加工工艺简单化，方便操作，避免发生漏焊，提升了蓄热球加工效率，利于实现产业化大批量生产。

Description

一种适用于高尘烟气的蓄热球及蓄热装置
技术领域
本发明属于储热设备技术领域，尤其涉及一种适用于高尘烟气的蓄热球及蓄热装置。
背景技术
蓄热球是储热设备中的常见储热部件，通常在蓄热球内灌装相变储热材料，通过相变储热材料进行吸热或放热来实现储热。目前，现有的蓄热球多采用金属材料制造成壳体，其重量较大，金属蓄热球在使用过程中，其蓄热材料对金属壳材有一定的腐蚀性，长期使用后可能会造成蓄热壳体破坏，使蓄热材料发生泄露而影响使用。而且，金属材料的蓄热球通常具有一个灌装口用来向其内部灌装相变材料，灌装口在灌装完毕后进行焊接，得到蓄热球。
但是，上述的蓄热球加工工艺复杂，特别是在焊接灌装口时，易出现漏焊的情况，导致加工效率不高成品率低，不便于实现产业化大批量生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于高尘烟气的蓄热球及蓄热装置，以简化加工工艺，提升加工效率。
本发明采用以下技术方案：一种适用于高尘烟气的蓄热装置，包括空心罐体，空心罐体的顶部具有烟气进口、底部具有烟气出口；
空心罐体内由上至下安装有若干个横向设置的支架，每个支架上均设置有蓄热单元；蓄热单元有若干个蓄热球组成；
空心罐体内部设置有若干个吹尘器，每个吹尘器的出风口均朝向位于其下方的蓄热单元；
若干个蓄热单元内相变材料的相变点、沿烟气流动方向依次降低，以提升不同蓄热单元的蓄热效率。
进一步地，吹尘器的进气管连接至气源，进气管上安装有加热器。
进一步地，罐体底部为聚灰段，聚灰段侧壁上开设有烟气出口，烟气出口的下方设有灰斗。
进一步地，烟气出口处设置有挡尘机构，挡尘机构包括设置在烟气出口上方的第一挡板和设置在烟气出口下方且横向设置的第二挡板；
第一挡板和第二挡板均有烟气出口向空心罐体内部延伸设置；
第一挡板与竖直方向形成的锐角朝向下方，且锐角为55°～75°。
进一步地，烟气出口连接有排烟管，排烟管与烟气出口的连接部为倾斜段，倾斜段的另一端连接有排放段；
倾斜段的出口高度高于进口高度。
进一步地，空心罐体的顶部、且位于烟气进口和顶层的蓄热单元之间依次设置有导流板和整流格栅。
进一步地，支架上设有若干个通孔，若干个通孔为均匀阵列排布。
进一步地，每个通孔的横截面均为正方形，且正方形的边长小于蓄热球的直径。
本发明的另一种技术方案：一种适用于高尘烟气的蓄热球，适用于上述的蓄热装置，包括空心球形壳体，空心球形壳体上开设有螺纹通孔；
还包括堵头，堵头包括一体成形的螺杆段和压力段；
压力段朝向螺杆段的端面与空心球形壳体的外表面形状一致，且压力段朝向螺杆段的端面与空心球形壳体的外表面之间设置有密封圈。
进一步地，空心球形壳体的内表面具有防腐耐蚀层，空心球形壳体的外表面具有疏油涂层。
本发明的有益效果是：本发明通过在蓄热球上开设螺纹通孔并配合堵头可以使得蓄热球的加工工艺简单化，方便操作，避免发生漏焊，提升了蓄热球加工效率，利于实现产业化大批量生产。
附图说明
图1为本发明实施例一种适用于高尘烟气的蓄热装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中支架的平面结构示意图；
图3为本发明实施例中挡灰机构的结构示意图；
图4为本发明实施例一种适用于高尘烟气的蓄热球的结构示意图。
其中：10.导流板；20.整流格栅；
30.蓄热球；31.堵头；32.密封圈；33.壳体；34.相变材料；
40.支架；50.吹灰器；
60.排烟管；61.第一挡板；62.第二挡板；63.倾斜段；64.排放段；
70.灰斗；80.加热器；90.气源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明公开了一种适用于高尘烟气的蓄热球，如图4所示，包括空心球形壳体33，空心球形壳体33上开设有螺纹通孔；还包括堵头31，堵头31包括一体成形的螺杆段和压力段；压力段朝向螺杆段的端面与空心球形壳体33的外表面形状一致，且压力段朝向螺杆段的端面与空心球形壳体33的外表面之间设置有密封圈32。
本发明通过在蓄热球上开设螺纹通孔并配合堵头可以使得蓄热球的加工工艺简单化，方便操作，避免发生漏焊，提升了蓄热球加工效率，利于实现产业化大批量生产。
在本发明实施例中，空心球形壳体33采用金属材料制成，进而可以提升蓄热球30的耐用性。优选的，可以采用不锈钢材料，例如，304不锈钢、304L不锈钢、316不锈钢、316L不锈钢、301不锈钢或210不锈钢等。并且，在空心球形壳体33的内表面具有防腐耐蚀层，空心球形壳体33的外表面具有疏油涂层。通过防腐耐蚀层可以防止其内表面不会被内部的相变材料腐蚀，避免出现蓄热材料泄露的问题。通过疏油涂层，可以防止高温高油高尘气体中的含碳类易析出物质(如焦油等)与粉尘混合后贴附在蓄热球30的外表面，保持蓄热球30的外表面清洁，保持其蓄热效率。
为保证储放热时长，蓄热球30的尺寸不能过大或过小，尺寸过大时充热时长会增大，储放热功率会减小，当尺寸过小时相变材料会减少，系统显热相对增加，潜热相对减少，总热量会大大减少。
作为一种具体的实现方式，蓄热球30内的防腐耐蚀层的厚度设计为0.01～0.1mm，外部的疏油涂层的厚度设计为0.02～0.1mm。蓄热球30的外径设计为50～80mm，壁厚为1.0～2.0mm。
上述的螺纹通孔同时也作为相变材料的灌装孔，设计尺寸可以为8～1.5mm。堵头31的螺纹段与螺纹通孔配合使用，其长度可以设计为10～15mm。另外，关于密封圈32，其是配合压力段来使用，可以采用耐高温防腐橡胶材质，内径比螺纹段直径大1～1.5mm，外径比内径大10～15mm，厚度为2～3mm，形状与压力段的端面一致。
本发明蓄热球30壳体为金属材质，螺纹通孔和堵头31紧密配合，加工方便，便于大批量生产，并且在壳体内部增设有防腐蚀涂层，避免蓄热材料腐蚀金属壳体，壳体外部也涂有疏油涂层，以防止焦油附着于蓄热球表面而影响储热效率。
另外，在化工、石油、冶金、建材、生物热解等领域经常会产生高温高油高尘气体，其中含有大量的高温焦油、类沥青物质和粉尘等物质，在混合气体中含碳类易析出物质(如焦油、类沥青物质)只有在高温的环境中才能够以气态存在，温度降低或者环境一旦变化，就容易从混合气中析出，之后附着在设备壁面上，部分析出物与气中的粉尘迅速结合，容易堵塞设备。
蓄热球30内多采用一种相变储热材料，在充热时，当烟气进入蓄热装置时，由于前端蓄热球吸热后，烟气温度会降低，因此后端相变储热材料未达到相变温度点，状态可能没有发生变化，仅仅为显热储热，储热效率大大降低。
基于上述原因，本发明还公开了一种适用于高尘烟气的蓄热装置，如图1所示，包括空心罐体，空心罐体的顶部具有烟气进口、底部具有烟气出口；空心罐体内由上至下安装有若干个横向设置的支架40，每个支架40上均设置有蓄热单元；蓄热单元有若干个蓄热球30组成；空心罐体内部设置有若干个吹尘器50，每个吹尘器50的出风口均朝向位于其下方的蓄热单元；若干个蓄热单元内相变材料的相变点、沿烟气流动方向依次降低，以提升不同蓄热单元的蓄热效率。
通过在该蓄热装置中使用上述的蓄热球作30为蓄热单元，可以防止在蓄热球30表面附着焦油等，并且通过设计吹尘器50，可以对蓄热球30的外表面进行及时清理，提升器蓄热效果，再结合具有不同相变点的相变材料设计，可以对高尘高温烟气进行充分的利用，进一步提升蓄热效果。
在本发明实施例中，空心罐体内壁涂有疏油涂层，以保持空心罐体的内壁清洁，保证储热效率，避免空心罐体内部拥堵。空心罐体外部具有保温材料层，保温材料层由内之外依次为内胆层、保温层和外护板层。
可选的，内胆层为金属材料，材料类型可以为304不锈钢、304L不锈钢、316不锈钢、316L不锈钢、301不锈钢或210不锈钢等。保温层的材料为岩棉、玻璃棉、聚氨酯、聚苯乙烯等材料中的任意一种即可，保温层的厚度为70mm～150mm。外护板层选为碳钢、镀锌板或304不锈钢板，厚度为0.5～1.5mm。
在一个实施例中，空心罐体的顶部、且位于烟气进口和顶层的蓄热单元之间依次设置有导流板10和整流格栅20。烟气从烟气进口先经过导流板10，随后在整流格栅20的作用下，将烟气均匀的分布在蓄热单元上，使蓄热单元均匀受热，提高储热效率，减少储热时长。
作为一种具体实现方式，空心罐体内部布置三层蓄热单元，相变储热温度分别定于为高、中、低，相变温度之间相差10～20℃，充完热的烟气从烟气出口流出。每层之间间隔200～300mm，每层蓄热单元上方布置吹尘器50。
高尘烟气经过蓄热单元，当蓄热单元上焦油和粉尘过多时可能堵塞蓄热装置，造成系统压力过大，这时，可打开吹灰系统，压缩空气从气源90经过加热器8后从吹尘器50流出，对储热球床层进行吹扫，防止系统堵塞。
吹尘器50的进气管连接至气源90，进气管上安装有加热器80。通过安装加热器80，将加热后的气源90(通常可以为压缩空气)通过吹尘器50进入到蓄热单元。在工作过程中，还可以在空心罐体内安装压力传感器，通过压力传感器来检测空心罐体内部的系统压力，当系统压力达到一定范围时打开吹尘器50，进行吹灰，放置积灰堵塞该蓄热装置。具体的，吹尘器50可为耙式吹灰器。
在一个实施例中，罐体底部为聚灰段，聚灰段侧壁上开设有烟气出口，烟气出口的下方设有灰斗70，吹尘器50将蓄热单元上的灰可直接吹入灰斗70内部，灰斗70底部设置阀门，灰斗70内的积灰从阀门可直接用拖车拉走或用皮带轮送走。
在本发明实施例中，支架40可以通过焊接的方式焊接在空心罐体的内壁上，每个支架40上设有若干个通孔，若干个通孔为均匀阵列排布，每个通孔的横截面均为正方形，且正方形的边长小于蓄热球30的直径。每个通孔上放置上述的蓄热球30。支架40一方面起支撑作用，一方面可将蓄热球30稳固，防止蓄热球30滚动。
具体的，如图2所示，支架40可以为15～20mm间距的正方形网格结构，进而防止蓄热球30偏移。当然，蓄热球30可以为多层堆放，其余蓄热球30均自然堆放于上部，每层支架40上方可以堆放3～5层蓄热球30，以增加蓄热装置的容量。
在本发明中，为了防止烟尘从烟气出口排出，烟气出口处设置有挡尘机构，挡尘机构包括设置在烟气出口上方的第一挡板61和设置在烟气出口下方且横向设置的第二挡板62；第一挡板61和第二挡板62均有烟气出口向空心罐体内部延伸设置；第一挡板61与竖直方向形成的锐角朝向下方，且锐角为55°～75°。
为了进一步增加烟尘收集效率，烟气出口连接有排烟管60，排烟管60与烟气出口的连接部为倾斜段，倾斜段的另一端连接有排放段64；倾斜段的出口高度高于进口高度。
关于挡尘机构，本发明实施例中通过对空心罐体下部进行几何模型的构建、颗粒-避免碰撞模型的构建，并进行模拟实验与结果分析可以看出，飞灰颗粒入射位置位于烟气出口的中后侧，且历经较大的飞灰颗粒易被收集，而入射位置位于烟气出口前侧的飞灰颗粒随烟气绕过了灰斗70，不易被收集，系统飞灰收集率为38.6％，压降为157Pa。
为了降低烟气中飞灰负荷，同时使入射位置位于烟气出口前侧的大粒径飞灰颗粒能被有效收集，本发明中通过增加第一挡板61使烟气出口前侧的烟气流过灰斗70上方，依靠飞灰颗粒的重力作用将其收集。同时，通过第二挡板62防止灰斗70内的飞灰的二次扬尘，具体设计如图3所示。
通过模拟计算结果可以看出，一方面第一挡板的使用能有效提高烟气中飞灰颗粒的收集率，并且第一挡板与竖直方向的夹角越小，收集率就越高；另一方面第一挡板的使用缩小了烟气的流通面积，局部阻力损失增加，系统压降增大，随着夹角α的减小，压降增加的越大，对于蓄热装置而言，烟气入口高效的除灰对于防止堵塞磨损意义重大。本发明的改造方案，综合考虑飞灰的收集以及系统的经济安全等因素，α宜取值65°左右。当α为65°时，模拟得到蓄热装置中飞灰颗粒收集率最高。通过增加第一挡板，烟气出口前侧烟气中大粒径的飞灰颗粒因重力作用，被灰斗70收集。
为缓解第一挡板对系统压降的影响，将烟气出口的烟道改造成向上倾斜的一段，即为倾斜段。倾斜烟道与水平方的夹角为β。当α为65°时，β分别取值15°、20°、25°、30°进行模拟计算，由计算结果看出，随着倾角β的增大，系统的压力损失逐渐减小，同时飞灰的收集率也略有增加。因此，在改造空间等条件的允许下，倾角β尽可能大一些。
下面以一个具体的实施例来详细说明本发明的蓄热装置。蓄热球30的外径为70mm，壁厚为1.0mm。蓄热球30内防腐蚀涂层的厚度为0.05mm，蓄热球30外疏油涂层的厚度为0.1mm；蓄热球30的壳体材料为304不锈钢，壳体上开设一螺纹通孔，堵头31和密封圈32与所述螺纹通孔配合，罐装的相变材料为Li2CO3和K2CO3，按不同的质量比进行混合，上、中、下储热球的相变储热温度相差15℃。相变材料的填充率为83％。
蓄热装置内设有蓄热单元，蓄热单元为3层，蓄热球30自然堆积在支架40上，每层蓄热单元为3层蓄热球30。罐体外部有一层内胆层，内胆层外部有一层保温层，保温层厚度为80mm。保温层外部有外护板层，外护板层厚度为1.5mm。内胆层为304不锈钢，保温层采用聚氨酯，外护板为304不锈钢板。
当系统压力过低时，高尘高油烟气烟气从烟气进口进入，在导流板10和整流格栅20的作用下，将烟气均布在蓄热单元充热，蓄热球30位于支架40上，充完热的烟气从烟气出口流出。

Claims (10)

1.一种适用于高尘烟气的蓄热装置，其特征在于，包括空心罐体，所述空心罐体的顶部具有烟气进口、底部具有烟气出口；
所述空心罐体内由上至下安装有若干个横向设置的支架(40)，每个所述支架(40)上均设置有蓄热单元；所述蓄热单元有若干个蓄热球(30)组成；
所述空心罐体内部设置有若干个吹尘器(50)，每个所述吹尘器(50)的出风口均朝向位于其下方的蓄热单元；
若干个所述蓄热单元内相变材料的相变点、沿烟气流动方向依次降低，以提升不同蓄热单元的蓄热效率。
2.如权利要求1所述的一种适用于高尘烟气的蓄热装置，其特征在于，所述吹尘器(50)的进气管连接至气源(90)，所述进气管上安装有加热器(80)。
3.如权利要求2所述的一种适用于高尘烟气的蓄热装置，其特征在于，所述罐体底部为聚灰段，所述聚灰段侧壁上开设有所述烟气出口，所述烟气出口的下方设有灰斗(70)。
4.如权利要求1-3任一所述的一种适用于高尘烟气的蓄热装置，其特征在于，所述烟气出口处设置有挡尘机构，所述挡尘机构包括设置在所述烟气出口上方的第一挡板(61)和设置在烟气出口下方且横向设置的第二挡板(62)；
所述第一挡板(61)和第二挡板(62)均有所述烟气出口向所述空心罐体内部延伸设置；
所述第一挡板(61)与竖直方向形成的锐角朝向下方，且所述锐角为55°～75°。
5.如权利要求4所述的一种适用于高尘烟气的蓄热装置，其特征在于，所述烟气出口连接有排烟管(60)，所述排烟管(60)与所述烟气出口的连接部为倾斜段，所述倾斜段的另一端连接有排放段(64)；
所述倾斜段的出口高度高于进口高度。
6.如权利要求5所述的一种适用于高尘烟气的蓄热装置，其特征在于，所述空心罐体的顶部、且位于所述烟气进口和顶层的所述蓄热单元之间依次设置有导流板(10)和整流格栅(20)。
7.如权利要求2或3或5或6所述的一种适用于高尘烟气的蓄热装置，其特征在于，所述支架(40)上设有若干个通孔，若干个所述通孔为均匀阵列排布。
8.如权利要求7所述的一种适用于高尘烟气的蓄热装置，其特征在于，每个所述通孔的横截面均为正方形，且所述正方形的边长小于所述蓄热球(30)的直径。
9.一种适用于高尘烟气的蓄热球，其特征在于，适用于所述权利要求1-8任一所述的蓄热装置，包括空心球形壳体(33)，所述空心球形壳体(33)上开设有螺纹通孔；
还包括堵头(31)，所述堵头(31)包括一体成形的螺杆段和压力段；
所述压力段朝向所述螺杆段的端面与所述空心球形壳体(33)的外表面形状一致，且所述压力段朝向所述螺杆段的端面与所述空心球形壳体(33)的外表面之间设置有密封圈(32)。
10.如权利要求9所述的一种适用于高尘烟气的蓄热球，其特征在于，所述空心球形壳体(33)的内表面具有防腐耐蚀层，所述空心球形壳体(33)的外表面具有疏油涂层。
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