CN114484487B - 一种能实现高效换热的烟气换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能实现高效换热的烟气换热系统，包括并行设置的第一主管道和第二主管道、沿主管道的布设方向设置在两个主管道之间的换热通道、设置于换热通道中的多个烟气换热器，每个烟气换热器的侧面底部进水管和侧面顶部出水管分别与两个主管道相连接，所有烟气换热器是以正反接相间的方式接入两个主管道；每个烟气换热器的出水管和进水管上、两个主管道的前端和末端上以及每个主管道上且位于相邻两个烟气换热器之间的位置各安装有一个换热电磁水阀；第一主管道的前端部安装有循环水泵，两个主管道的末端部均与蓄热水箱的进水口相连；每个烟气换热器的出烟侧各安装有一个烟气温度传感器；本发明能够根据上游产气设备产气量大小进行适时调整。

Description

一种能实现高效换热的烟气换热系统

技术领域

本发明涉及烟气余热回收技术领域，特别是涉及一种能实现高效换热的烟气换热系统。

背景技术

双碳战略背景下，走节约能源、发展循环经济的可持续发展之路，已成为企业发展的必然选择，研发和推广能源回收利用技术迫在眉睫。结合生产工艺，通过一系列智能化技术手段将生产过程中产生的余热进行回收再利用，是节约能源、保护资源、的重要手段，同时也可以降低企业的能耗成本，促进企业可持续发展。

烟气余热回收技术已经在工业余热回收领域进行了大量应用，利用烟气换热系统对上游产气设备排放的高温烟气进行换热处理，以将高品质热能进行回收，实现能量再利用、降本增效的目的。但是现有的烟气换热系统难以根据上游产气设备的产气量大小进行适时调整，当上游产气设备的产气量增大时容易导致系统换热不充分，上游产气设备的产气量减少时容易造成散热及循环水压力损失，进而造成能源额外消耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足而提供一种能实现高效换热的烟气换热系统，能够根据上游产气设备产气量大小进行适时调整。

为解决上述技术问题，本发明的内容包括：

一种能实现高效换热的烟气换热系统，包括并行设置的第一主管道和第二主管道、沿两个主管道的布设方向设置在两个主管道之间的换热通道、沿换热通道的走气方向设置于其中的多个烟气换热器，所有的烟气换热器均平行设置；每个烟气换热器长度方向的一侧面底部设置有进水管，长度方向的另一侧面顶部设置有出水管，每个烟气换热器的进水管和出水管分别与第一主管道和第二主管道相连接，并且所有的烟气换热器是以正反接相间的方式接入两个主管道；每个烟气换热器的出水管和进水管上、两个主管道的前端和末端上以及每个主管道上且位于相邻两个烟气换热器之间的位置各安装有一个换热电磁水阀；与第一个烟气换热器的进水管相连的第一主管道的前端部安装有循环水泵，两个主管道的末端部均与蓄热水箱的进水口相连；每个烟气换热器的出烟侧各安装有一个烟气温度传感器；所述系统还包括控制器，并且各个换热电磁水阀和烟气温度传感器均与控制器相连。

进一步的，所述烟气换热器与水平面呈45度角安装。

进一步的，每个烟气换热器的出水管和进水管上的换热电磁水阀以及每个清洗进水管上的清洗电磁水阀均位于换热通道的外部。

进一步的，所述换热通道的进烟口安装有电磁蝶阀，且其出烟口安装有烟气排风扇。

进一步的，所述烟气换热器为扁平长方体形，沿烟气走向的前后两个大端面上均匀设置有多个通烟管，并且所述通烟管均垂直于前后两个大端面。

进一步的，所述烟气换热器的内部竖直焊接有多个交错布置且将烟气换热器的内腔隔成波浪形通道的挡水隔板，该波浪形通道由进水管通向出水管。

进一步的，所述换热通道中还设置有多个喷淋器，喷淋器的数量与烟气换热器的数量一致，并且喷淋器一一对应的设置在烟气换热器的出烟侧上方，每个喷淋器各通过一个清洗进水管与第一主管道相连，并且每个清洗进水管上各安装有一个清洗电磁水阀；各清洗电磁水阀均与控制器相连。

进一步的，所述喷淋器为扁平长方体形，且其面向烟气换热器的底面上均匀开设有多个喷水孔。

本发明的有益效果是：

本发明的烟气换热系统能够将烟气余热通过循环水交换出来，并把收集的热能进行回收，达到能量回收再利用的目的。控制器将换热蝶阀和排风扇开启，烟气进入换热通道，控制器再将换热器各阀组打开，循环水泵开启，循环水依次进入各烟气换热器进行换热。换热通道中各烟气换气器出烟侧旁安装温度传感器，能够实时监测烟气温度，若排出烟气温度过高，控制器将增大循环水泵流量，提高换热效率。同时该烟气换热系统设置喷淋功能，当烟气换热结束后，控制器自动开启喷淋功能，清洗烟气换热器上残留的烟气灰尘，为下一次高效换热做准备。

附图说明

图1是本发明烟气换热系统的结构示意图；

图2是本发明换热通道的外部安装结构示意图；

图3是本发明换热通道的内部安装结构示意图；

图4是本发明烟气换热器的结构示意图；

图5是本发明烟气换热器的剖面图；

图6是本发明喷淋器的结构示意图；

图7是本发明烟气换热的控制流程图；

图8是本发明烟气换热的逻辑控制图；

图中：1、蓄热水箱，2、换热电磁水阀，3、喷淋器，3-1、清洗进水管，3-2、喷水孔，4、烟气换热器，4-1、通烟管，4-2、换热出水管，4-3、换热进水管，4-4、挡水隔板，5、温度传感器，6、换热通道，7、循环水泵，8、清洗电磁水阀，9排风扇，10、第一主管道，11、第二主管道。

具体实施方式

为便于理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

如图1、图2和图3所示，本发明提供了一种能实现高效换热的烟气换热系统，包括并行设置的第一主管道10和第二主管道11、沿主管道的布设方向设置在第一主管道10与第二主管道11之间的换热通道6、沿换热通道6的走气方向设置于其中的多个烟气换热器4，所有的烟气换热器4均平行设置，并且烟气换热器4与水平面呈45度角安装。每个烟气换热器4长度方向的一侧面底部设置有进水管4-3，长度方向的另一侧面顶部设置有出水管4-2，每个烟气换热器4的进水管4-3和出水管4-2分别与第一主管道10和第二主管道11相连接，并且所有的烟气换热器4是以正反接相间的方式接入两个主管道；每个烟气换热器4的出水管4-2和进水管4-3上、第一主管道10的前端和末端上、第二主管道11的前端和末端上以及每个主管道上且位于相邻两个烟气换热器4之间的位置各安装有一个换热电磁水阀2；与第一个烟气换热器4的进水管4-3相连的第一主管道10的前端部安装有循环水泵7，第一主管道10的末端部和第二主管道11的末端部均与蓄热水箱1的进水口相连；每个烟气换热器4的出烟侧各安装有一个烟气温度传感器5；换热通道6中还设置有多个喷淋器3，喷淋器3的数量与烟气换热器4的数量一致，并且喷淋器3一一对应的设置在烟气换热器4的出烟侧上方，每个喷淋器3各通过一个清洗进水管3-1与第一主管道10相连，并且每个清洗进水管3-1上各安装有一个清洗电磁水阀8；系统还包括控制器，并且各个换热电磁水阀2、烟气温度传感器5和清洗电磁水阀8均与控制器相连。

第一主管道10与循环水泵7直接相连，所有喷淋器3的清洗进水管3-1均与第一主管道10直接相连。换热通道6中的多个烟气换热器4是以正反接相间的方式接入两个主管道10，即从靠近循环水泵7（或者换热通道6的进烟口）的第一个烟气换热器4开始，第奇数个烟气换热器4的进水管4-3和出水管4-2分别连接第一主管道10和第二主管道11，第偶数个烟气换热器4的进水管4-3和出水管4-2分别连接第二主管道11和第一主管道10。上述接入方式保证系统布置简洁高效，换热效率高。从循环水泵7通过第一个烟气换热器4的进水管4-3向该烟气换热器4供水开始，循环水从第一个烟气换热器4的出水管4-2流出后再经一段第二主管道11后流入第二个烟气换热器4的进水管4-3，所有烟气换热器4都是从底部的进水管4-3进水并从顶部的出水管4-2出水，直至换热结束后的高温循环水从最后一个烟气换热器4的出水管4-2流入蓄热水箱1中为结束，这样所有的烟气换热器4串联在一起形成了本换热系统的循环水总路径。该循环水总路径上，所有烟气换热器4进水管和出水管上均安装有一个换热电磁水阀2，每个主管道上且位于一个烟气换热器4的进水管4-3（出水管4-2）与相邻烟气换热器4的出水管4-2（进水管4-3）之间的位置也均安装有一个换热电磁水阀2。系统换热过程中，该循环水总路径上的所有换热电磁水阀2均为开启状态。

多个烟气换热器4以正反接相间的方式接入两个主管道，这种接入方式使得本换热系统可以根据换热的需要而关闭第一个烟气换热器4后面的若干个烟气换热器4，而不影响换热系统的正常运行。例如，可以关闭第四个和第五个，关闭第三个和第四个，或者关闭第三个后面的所有换热器，这样通过各换热电磁水阀2的开闭，形成了新的循环水路径。

每个烟气换热器4的出水管4-2和进水管4-3上的换热电磁水阀2以及每个清洗进水管3-1上的清洗电磁水阀8均位于换热通道6的外部。

每个烟气换热器4的出烟侧安装的烟气温度传感器5用于监测通过该烟气换热器4后的烟气温度。换热通道6的进烟口安装有用于控制高温烟气进入通道的电磁蝶阀，且其出烟口安装有用于引流烟气的烟气排风扇9。

如图4和图5所示，烟气换热器4为由六块钢板焊接而成的扁平长方体形，沿烟气走向的前后两个大端面上均匀设置有多个通烟管4-1，并且通烟管4-1均垂直于前后两个大端面。通烟管4-1的设置以及烟气换热器4与水平面呈45度角的安装方式，充分利用热气上升特性，使烟气能够向上迎面穿过通烟管4-1，提高烟气与换热器4的接触面积，提高换热效率，同时通烟管4-1也可起支撑作用。烟气换热器4的内部竖直焊接有多个交错布置且将烟气换热器4的内腔隔成波浪形通道的挡水隔板4-4，该波浪形通道由进水管4-3通向出水管4-2。

烟气换热器4的进水管4-3和出水管4-2上的换热电磁水阀2的开闭可以在换热系统中接入或隔离该烟气换热器4。水流从烟气换热器4的进水管4-3进入其中后，在挡水隔板4-4的作用，沿着波浪形通道布满整个烟气换热器4后，从其出水管4-2排出。该波浪形通道结构及进水方式可以使水流在烟气换热器4中按照最大行程流动，可以最大限度的吸收烟气热量，提高换热效率。

如图6所示，喷淋器3为由六片钢板焊接成的扁平长方体形，且其面向烟气换热器4的底面上均匀开设有多个喷水孔3-2。喷淋器3通过安装有清洗电磁水阀8的清洗进水管3-1连接到与循环水泵7相连的第一主管道10上，清洗电磁水阀8打开，循环水泵7开启，清洗水从喷淋器3的喷水孔3-2向烟气换热器4喷出，喷淋器3的喷水孔3-2与烟气换热器4的通烟管4-1上下一一对应，可以有效的冲洗烟气换热器4的表面及通烟管4-1内部附着的烟尘。

如图7所示为本发明烟气换热系统的智能控制流程，电动蝶阀和排风扇9开启后，高温烟气进入换热通道6，控制器顺序开启循环水路径上的全部换热电磁水阀2，各烟气换热器4顺次接入换热系统：第一主管道10前端上的换热电磁水阀2开启，第二主管道11前端上的换热电磁水阀2关闭；第一个烟气换热器4的进水管4-3和出水管4-2上的换热电磁水阀2均开启，第二主管道11上且位于第一个烟气换热器4的出水管4-2与第二个换热器4的进水管4-3之间的换热电磁水阀2开启，第一主管道10上且位于第一个烟气换热器4的进水管4-3与第二个换热器4的出水管4-2之间的换热电磁水阀关闭；第二个烟气换热器4的进水管4-3和出水管4-2上的换热电磁水阀2均开启，第一主管道10上且位于第二个烟气换热器4的出水管4-2与第三个换热器4的进水管4-3之间的换热电磁水阀2开启，第二主管道11上且位于第二个烟气换热器4的进水管4-3与第三个烟气换热器4的出水管4-2之间的换热电磁水阀2关闭；第三个烟气换热器4的进水管4-3和出水管4-2上的换热电磁水阀2均开启，然后依次类推，直至最后一个烟气换热器4的进水管4-3和出水管4-2上的换热电磁水阀2均开启，如果最后一个烟气换热器4是第偶数个，最终的循环热水从第一主管道10的末端口流入蓄热水箱1，第一主管道10末端上的换热电磁水阀2开启，第二主管道11末端上的换热电磁水阀2关闭；如果最后一个烟气换热器4是第奇数个，最终的循环热水从第二主管道11的末端口流入蓄热水箱1，第二主管道11末端上的换热电磁水阀2开启，第一主管道10末端上的换热电磁水阀2关闭。

开启循环水泵7，并调节循环水泵7的转速，使其满足初始设定流量值后，高温烟气开始与烟气换热器4中的循环水换热，同时各个烟气换热器4出烟侧的温度传感器5开始实时监测流过各自换热器的烟气温度，并将温度信号反馈至控制器。控制器通过通讯接收上游设备产气量信号，对比系统随产气量设定温度值，实时调整循环水泵7的流量和接入烟气换热器4的个数，保证高效换热效率。循环水换热后流入蓄热水箱1中蓄热待用。当烟气换热结束后，控制器关闭循环水泵7及所有换热电磁水阀2，接下来开启清洗电磁水阀8，循环水泵7依次将清洗水泵送至各喷淋器3，对烟气换热器4进行清洗。

首先开启第一主管道10上且位于第一个喷淋器3前面的所有换热电磁水阀2，并开启该喷淋器3的清洗进水管3-1上的清洗电磁水阀8；循环水泵7流量开至最大，对第一个烟气换热器4进行喷淋清洗；第一个烟气换热器4清洗完毕后，关闭第一个喷淋器3的清洗电磁水阀8，然后开启第一主管道10上且位于第二个喷淋器3前面的换热电磁水阀2以及该喷淋器3的清洗电磁水阀8，对第二个烟气换热器4进行喷淋清洗。重复上述动作，按顺序依次对所有烟气换热器4进行清洗。清洗完毕后，控制器关闭循环水泵7、换热电磁水阀2、清洗电磁水阀8、排风扇9等元件，换热结束。

本发明能够根据上游产气设备产气量大小进行适时调整。如图8所示为本发明的烟气换热控制逻辑，控制器通过通讯接收到上游产气设备排气量达到最大值信号，此时如果换热通道6的出口处流过最后一个烟气换热器4的烟气温度高于换热工艺设计值，说明系统换热不充分，控制器将提高循环水泵7的转速，使循环水流量增大，以提高换热效率，直至最后的烟气换热器4处的烟气温度稳定到换热工艺设计值；控制器记录该流量并保持循环水泵7的流量不变。当上游设备产气量减少时，如果换热通道6中某个烟气换热器4处的烟气温度降低到换热工艺设计值时，则该烟气换热器4下游的烟气换热器4的烟气温度会过低，不仅无法换热，还会因为散热及循环水压力损失造成能源额外消耗，因此，控制器将关闭该烟气换热器4及该烟气换热器4下游的所有换热器。

例如，对于如图1所述的全部六个烟气换热器4都投入运行的烟气换热系统，最终的循环热水从第一主管道10的末端口流入蓄热水箱1，第一主管道10末端上的换热电磁水阀2开启，第二主管道11末端上的换热电磁水阀2关闭；如果上游设备产气量减少，第四个烟气换热器4处的烟气温度降低到相应的换热工艺设计值时，则只需要保留前三个烟气换热器4运行，而需要关闭第四至第六个烟气换热器4：即关闭第四至第六个烟气换热器4的进水管4-3和出水管4-2上的所有换热电磁水阀2，开启第二主管道11上且位于第四个烟气换热器4的进水管4-3与第五个烟气换热器4的出水管4-2之间的换热电磁水阀2，开启第二主管道11末端上的换热电磁水阀2，关闭第一主管道10末端上的换热电磁水阀2。

如果只需要第一至第四个烟气换热器4保持运行，而需要关闭第五和第六个烟气换热器4，则关闭第五和第六个烟气换热器4的进水管4-3和出水管4-2上的所有换热电磁水阀2，同时开启第一主管道10上且位于第五个烟气换热器4的进水管4-3与第六个烟气换热器4的出水管4-2之间的换热电磁水阀2，从第四个烟气换热器4出来的循环热水仍然从第一主管道10的末端排入蓄热水箱1。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种能实现高效换热的烟气换热系统，其特征在于：包括并行设置的第一主管道(10)和第二主管道(11)、沿两个主管道的布设方向设置在两个主管道之间的换热通道(6)、沿换热通道(6)的走气方向设置于其中的多个烟气换热器(4)，所有的烟气换热器(4)均平行设置；每个烟气换热器(4)长度方向的一侧面底部设置有进水管(4-3)，长度方向的另一侧面顶部设置有出水管(4-2)，每个烟气换热器(4)的进水管(4-3)和出水管(4-2)分别与第一主管道(10)和第二主管道(11)相连接，并且所有的烟气换热器(4)是以正反接相间的方式接入两个主管道；每个烟气换热器(4)的出水管(4-2)和进水管(4-3)上、两个主管道的前端和末端上以及每个主管道上且位于相邻两个烟气换热器(4)之间的位置各安装有一个换热电磁水阀(2)；每个烟气换热器(4)的出烟侧各安装有一个烟气温度传感器(5)；与第一个烟气换热器(4)的进水管(4-3)相连的第一主管道(10)的前端部安装有循环水泵(7)，两个主管道的末端部均与蓄热水箱(1)的进水口相连；所述系统还包括控制器，并且各个换热电磁水阀(2)和烟气温度传感器(5)均与控制器相连；

所述控制器接收各烟气温度传感器(5)检测到的相应烟气换热器(4)出烟侧的烟气温度值，当某个烟气换热器(4)出烟侧的烟气温度值低于设定的换热工艺设计值时，则关闭该烟气换热器(4)及其下游的所有换热器。

2.根据权利要求1所述的能实现高效换热的烟气换热系统，其特征在于：所述烟气换热器(4)与水平面呈45度角安装。

3.根据权利要求1所述的能实现高效换热的烟气换热系统，其特征在于：每个烟气换热器(4)的出水管(4-2)和进水管(4-3)上的换热电磁水阀(2)以及每个清洗进水管(3-1)上的清洗电磁水阀(8)均位于换热通道(6)的外部。

4.根据权利要求1所述的能实现高效换热的烟气换热系统，其特征在于：所述换热通道(6)的进烟口安装有电磁蝶阀，且其出烟口安装有烟气排风扇(9)。

5.根据权利要求1所述的能实现高效换热的烟气换热系统，其特征在于：所述烟气换热器(4)为扁平长方体形，沿烟气走向的前后两个大端面上均匀设置有多个通烟管(4-1)，并且所述通烟管(4-1)均垂直于前后两个大端面。

6.根据权利要求5所述的能实现高效换热的烟气换热系统，其特征在于：所述烟气换热器(4)的内部竖直焊接有多个交错布置且将烟气换热器(4)的内腔隔成波浪形通道的挡水隔板(4-4)，该波浪形通道由进水管(4-3)通向出水管(4-2)。

7.根据权利要求1所述的能实现高效换热的烟气换热系统，其特征在于：所述换热通道(6)中还设置有多个喷淋器(3)，喷淋器(3)的数量与烟气换热器(4)的数量一致，并且喷淋器(3)一一对应的设置在烟气换热器(4)的出烟侧上方，每个喷淋器(3)各通过一个清洗进水管(3-1)与第一主管道(10)相连，并且每个清洗进水管(3-1)上各安装有一个清洗电磁水阀(8)；各清洗电磁水阀(8)均与控制器相连。

8.根据权利要求7所述的能实现高效换热的烟气换热系统，其特征在于：所述喷淋器(3)为扁平长方体形，且其面向烟气换热器(4)的底面上均匀开设有多个喷水孔(3-2)。

Images