CN115468153A - 一种利用高温粉尘废气的蒸汽发生-增压-稳压输出系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用高温粉尘废气的蒸汽发生‑增压‑稳压输出系统，包括分别与蒸汽发生‑净化系统(Ⅲ)、与其进气端连接的工作温度≥400℃的高温除尘器系统(Ⅰ)、与其低温废气出气端连接的工作温度≤200℃的低温除尘器保护系统(Ⅱ)和与其低压蒸汽出气端连接的增压‑稳压输出系统(Ⅳ)。另外本发明还具有以下优点：(1)采用管壳式的换热器设计，使换热器效率更高；(2)蒸汽发生器的工作压力小于0.1MPa，为非压力容器；(3)采用螺杆增压器，实现蒸汽压力可调的稳定输出，可以替代低压锅炉的功能。

Description

一种利用高温粉尘废气的蒸汽发生-增压-稳压输出系统
技术领域
本发明属于节能减排-余热蒸汽利用技术领域，涉及一种利用高温粉尘废气的蒸汽发生-增压-稳压输出系统，还涉及一种利用高温粉尘废气的方法。
背景技术
工业生产中，如熔炼、煅烧和干燥等工序均会产生含粉尘的高温废气，此处所说高温废气的温度大于350℃。对工业生产过程中产生的余热进行利用，即符合双碳要求，又利于节能减排和绿色发展。余热锅炉便是常见的余热利用装置，主要有立式、卧式及混合式余热锅炉，通过吸收高温烟气的热量使水受热产生蒸汽，产生的蒸汽可以用于工业生产，进行能量回收。
余热锅炉运行包括水、汽两条循环路线。以水冷壁(膜式壁)锅炉为例，通常，水通过给水泵打入省煤器，在省煤器中吸收来自烟气的热量，水温有一定的升高；随后进入汽包，再进入下降管，在水冷壁进口集箱汇集后，在水冷壁中吸收烟气释放的热量生成汽水混合物，再经水汽上联进入汽包，实现汽水分离。液态的水再次进入下降管，而分离出的饱和蒸汽进入过热器产生过热蒸汽，实现余热能量回收的目的。水冷壁(膜式壁)锅炉中通常水走管程，热气走管外，水在管内以满管自循环形式循环，其原理如图1所示。
常规的余热锅炉采用浸没式结构，也就是换热管束淹没于水中，吸收热量时产生汽水混合物，水实现自然循环，其原理如图2所示。
传统余热锅炉里面会存有大量的高温热水，这种带压力的高温水在锅炉失效时，对外界破坏较大。这些余热锅炉的受热面存在积灰和腐蚀问题，影响焚烧系统运行的连续性与稳定性，同时余热锅炉本体也容易爆管、损坏，成为制约系统运行的薄弱环节。
此外，传统余热锅炉产生压力蒸汽，是属于压力容器的范围，按照《固定式压力容器安全技术监察规程》TSG 21-2016规程7.2的要求，需至少进行1次年度检查。一般小型余热锅炉使用年限不超过10年。
因此，鉴于上述各种传统装置中存在的问题，需要进一步对高温粉尘废气的处理装置进行研究。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决目前常用的膜式壁余热锅炉对于含粉尘的热风，处理效果不佳的问题，提供一种利用高温粉尘废气的蒸汽发生-增压-稳压输出系统以及一种利用高温粉尘废气的方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种利用高温粉尘废气的蒸汽发生-增压-稳压输出系统，所述蒸汽发生-增压-稳压输出系统包括依次相连的高温除尘器系统(Ⅰ)、蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)和增压-稳压输出系统(Ⅳ)，以及与蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)相连的低温除尘器保护系统(Ⅱ)；
所述蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)包括管壳式蒸汽发生换热器16，该蒸汽发生换热器16沿竖直方向从上到下依次设置有一个布膜板19-A和n个布膜折流板19-B，其中布膜板19-A和相邻布膜折流板19-B之间、相邻布膜折流板19-B之间的间距不大于1m，所述蒸汽发生换热器16管壁上还设置有m个膨胀节18，n和m为不小于2的整数；
所述布膜板19-A包括与蒸汽发生换热器内壁密封相连的整板和整板上依次排列设置的圆形花瓣状的布膜孔，其中蒸汽发生换热器的换热管从布膜孔中穿过，H1＝0.01D1～0.04D1，H2＝2～5mm，其中H1为布膜孔的内径与换热管外壁之间的垂直距离、D1为换热管的直径、H2为布膜孔的外径与换热管外壁之间的垂直距离。
所述布膜折流板19-B为沿直线将所述布膜板19-A进行切割，其中被切割部分的弧顶高度为布膜器中整版直径的1/3-1/4，布膜折流板19-B的圆弧部分与换热器内壁密封相连，相邻布膜折流板19-B与换热器内壁形成的空隙分别位于左右两端。
优选的，所述蒸汽发生换热器16中高温气体进气端20与工作温度≤400℃的高温除尘器系统(Ⅰ)中气体出口12相连、低温废气出气端22与工作温度≤200℃的低温除尘器保护系统(Ⅱ)中气体入口8相连；
所述高温除尘器系统(Ⅰ)和低温除尘器保护系统(Ⅱ)中都含有除尘装置4，所述除尘装置4从上到下由设置在除尘器壳体6内的压缩空气反吹管5、除尘组件7和灰斗9构成，所述灰斗9位于除尘组件7正下方，所述灰斗9底部依次设置冷却器10和翻板阀11，所述除尘装置的气体入口8设置在灰斗9侧面、气体出口12设置在除尘装置的上方；
高温除尘器系统(Ⅰ)中所述除尘组件7的耐温能力大于400℃，所述高温除尘器系统(Ⅰ)中除尘组件7为无机纤维袋式除尘组件、金属纤维除尘组件或多孔陶瓷膜除尘组件中的任意一种，所述低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘组件7的耐温能力大于200℃，所述低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘组件7为脉冲反吹袋式除尘组件；
所述低温除尘器保护系统(Ⅱ)的气体出口12连接有为所述蒸汽发生-增压-稳压输出系统提供负压环境的变频引风机17。
优选的，所述高温除尘器系统(Ⅰ)中气体入口8前依次设置有空气调节阀1、第一温度传感器3和第一压力传感器2；
所述高温除尘器系统(Ⅰ)的气体出口12与蒸汽发生换热器16的高温气体进气端(20)之间依次设置有第二压力传感器13、第二温度传感器14以及第一粉尘传感器15；
所述低温除尘器保护系统(Ⅱ)中气体进口8与蒸汽发生换热器16的低温废气出气端22之间依次连接有第三压力传感器25和第三温度传感器24；
所述低温除尘器保护系统(Ⅱ)中气体出口12与变频引风机17之间依次设置有第四温度传感器27、第二粉尘传感器28和第四压力传感器29。
优选的，所述蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)还包括与蒸汽发生换热器16相连的旋风除雾器30；
所述旋风除雾器的旋风内筒31与上锥32之间设置有能够将水蒸气凝结成雾滴的丝网33；
所述旋风除雾器中旋风内筒31的水/水蒸气进口34与蒸汽发生换热器下端的水/水蒸气出口23相连，水/水蒸气出口23与水/水蒸气进口34之间依次设置有第五压力传感器35和第一流量计36；
所述旋风除雾器30中存水罐37侧面上端的第一进水口38与蒸汽发生换热器上端侧面的出水口39相连；
所述旋风除雾器30的存水罐37侧面底端的存水罐出水口40与蒸汽发生换热器16中最上端的膨胀节18相连，最上端的膨胀节18与存水罐出水口40之间依次设置有第六压力传感器41、第二流量计42、第一球阀44、循环水泵45和第二球阀46；
位于所述旋风除雾器30中存水罐37液面上方的第二进水口47与净水罐48相连，第二进水口47与净水罐48之间依次设置有单向阀49、第三球阀50、水泵51和第四球阀52；
所述旋风除雾器30底部设置有用于对存水罐37中的水进行定期更换的外排气动球阀53。
优选的，所述增压-稳压输出系统(Ⅳ)中包含变频器频率不低于8Hz的变频螺杆机60；
所述变频螺杆机60的水蒸气入口61与旋风除雾器30顶部的水蒸气出口54相连，水蒸气出口54与水蒸气入口61之间依次设置有第一电动调节阀55、第五球阀56、第二电动调节阀57、安全阀58和第七压力传感器59；
所述变频螺杆机60的压力气体出口62与应用装置之间依次设置有第八压力传感器63和第五温度传感器64；
所述变频螺杆机60的压力气体出口62与水蒸气入口61之间设置有第三电动调节阀65。
2、一种利用高温粉尘废气的方法，所述方法采用所述上述装置进行，所述方法具体为：
(1)通过空气调节阀1调节与高温粉尘废气混合的空气进入量使高温粉尘废气的温度降低至400℃以下，经过高温除尘器系统(Ⅰ)的除尘装置4除尘后得到干净热气：
(2)所述干净热气进入蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)中的管壳式蒸汽发生换热器16中，热气走管程、水走壳程，产生的不高于200℃的热风进入低温除尘器保护系统(Ⅱ)中的除尘装置4进行进一步除尘处理，待气体含量达标后直接排出；产生的蒸汽进入旋风除雾器60中除去水蒸气中的水滴和雾滴，得到蒸汽；
(3)所述蒸气进入增压-稳压输出系统(Ⅳ)中的变频螺杆机60进行增压处理并实现压力可调的稳定输出。
优选的，在所述蒸汽发生换热器16中设置有布膜板19-A和布膜折流板19-B，换热管固定在布膜板19-A和布膜折流板19-B的孔中间，热气通过换热管内，水通过换热管外壁与孔内壁之间的空隙自上而下流通，水在换热管外壁形成＞1mm厚的水膜，提高换热效率。
优选的，通过第一电动调节阀55、第二电动调节阀57和安全阀58与第七压力传感器59联动调节，实现蒸汽发生换热器16在非压力容器条件下工作，即蒸汽发生换热器工作时蒸汽相对压力小于0.1Mpa；
所述联动调节具体为：第一电动调节阀55的开度大小由第七压力传感器59决定，当第七压力传感器59显示的相对压力＞0.08Mpa时，第一电动调节阀55开度调大，反之调小至关闭；第二电动调节阀57的开度大小由第七压力传感器59决定，当第七压力传感器59显示的相对压力＞0.09Mpa时，第二电动调节阀57开度调大，反之调小至关闭；安全阀58的开关由第七压力传感器59决定，当第七压力传感器59显示的相对压力＞0.095Mpa时，安全阀58开启，反之关闭。
优选的，当旋风除雾器30中产生的蒸汽经过变频螺杆机60增压处理后未能够及时应用排除，为了保证变频螺杆机在大于8Hz的状态下持续运行下、保护变频螺杆机组，延长使用寿命，增压处理后的蒸汽可以通过第三电动调节阀65的作用返回到变频螺杆机之前，第三电动调节阀65开度大小要根据变频螺杆机组60工作频率大于8Hz的要求决定；
如返回的蒸汽造成蒸汽发生换热器16中的压力上升，通过第一电动调节阀55、第二电动调节阀57和安全阀58进行联动调节，使蒸汽发生换热器处于非压力容器的工作范围；
采用变频螺杆机60与第八压力传感器63联动，通过设定第八压力传感器63的压力值，采用变频螺杆机60自动调整工作频率，实现蒸汽压力可调的稳定输出，从而实现0.1～1.4Mpa蒸汽压力的稳定输出。
优选的，所述方法中通过第一压力传感器2和变频引风机17联用确保整个蒸汽发生-增压-稳压输出系统的热风处于负压环境中，具体为：在高温粉尘废弃进入蒸汽发生-增压-稳压输出系统前，将第一压力传感器2设置为一个初始固定值，在处理过程中通过调节变频引风机17确保第一压力传感器2始终保持初始固定值不变；
通过第二压力传感器13与第一压力传感器2之间的压力差来确定高温除尘器系统(Ⅰ)中除尘组件4的堵塞情况，通过第一粉尘传感器15显示的数值来确定高温除尘器系统(Ⅰ)中除尘组件4的完好程度；
通过第四压力传感器29与第三压力传感器25之间的压力差来确定低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘组件4的堵塞情况，通过第二粉尘传感器28显示的数值来确定低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘组件4的完好程度；
所述压缩空气反吹管5将堵塞在除尘组件4上的粉尘反吹回灰斗中。
本发明的有益效果在于：
1、本发明公开的蒸汽发生-增压-稳压输出系统中采用管壳式蒸汽发生换热器，高温热气走管程，水走壳程，能够使水从沿管外壁呈膜状流下，热风与水换热系数高，同时系统存水少，安全性高。
2、本发明公开的蒸汽发生-增压-稳压输出系统中设置了布膜板和布膜折流板，布膜板中花瓣状的布膜孔的设计既能够固定固定换热管，同时保证有足够水量使水呈膜状沿管外壁流下，膜厚度大于1mm，并且布膜均匀，能够使水沿换热管外壁呈膜状流下的同时提高换热效率。
3、本发明公开的蒸汽发生-增压-稳压输出系统在旋风除雾器中设置了丝网，能够净化了蒸汽发生换热器产生的蒸汽，将水蒸气凝结成水滴和雾滴，变成不含雾滴的饱和蒸汽，此饱和蒸汽的压力在0.08Mpa-0.1Mpa之间，可以直接应用回到生产中。
4、本发明公开的蒸汽发生-增压-稳压输出系统中采用变频螺杆机对处理得到的蒸蒸汽进行增压，可以实现0.1～1.4Mpa蒸汽压力的稳定输出。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为水冷壁(膜式壁)锅炉的工作原理图；
图2为浸没式结构的余热锅炉的工作原理图；
图3为本发明蒸汽发生-增压-稳压输出系统的结构示意图；
图4为本发明管壳式蒸汽发生换热器的工作原理图；
图5为本发明高温除尘器系统(Ⅰ)的结构示意图；
图6为本发明低温除尘器保护系统(Ⅱ)的结构示意图；
图7为本发明蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)的结构示意图；
图8为本发明蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)中布膜板(a)和布膜折流板(b)的结构示意图；
图9为本发明布膜板中布膜孔的放大图；
图10为本发明增压-稳压输出系统(Ⅳ)的结构示意图。
附图标记：1为空气调节阀、2为第一压力传感器、3为第一温度传感器、4为除尘装置、5为压缩空气反吹管、6为除尘器壳体、7为除尘组件、8为气体入口、9为灰斗、10为冷却器、11为翻板阀、12为气体出口、13为第二压力传感器、14为第二温度传感器、15为一粉尘传感器、16为蒸汽发生换热器、17为变频引风机、18为膨胀节、19-A为布膜板、19-B为布膜折流板、20为高温气体进气端、21为视镜、22为低温废气出气端、23为水/水蒸气出口、24为第三温度传感器、25为第三压力传感器、26为、27为第四温度传感器、28为第二粉尘传感器、29为第四压力传感器、30为旋风除雾器、31为旋风内筒、32为上锥、33为丝网、34为水/水蒸气进口、35为第五压力传感器、36为第五温度传感器、37为存水罐、38为第一进水口、39为出水口、40为存水罐出水口、41为第六压力传感器、42为第一流量计、44为第一球阀、45为循环水泵、46为第二球阀、47为第二进水口、48为净水罐、49为单向阀、50为第三球阀、51为水泵、52为第四球阀、53为外排气动球阀、54为水蒸气出口、55为第一电动调节阀、56为第五球阀、57为第二电动调节阀、58为安全阀、59为第七压力传感器、60为变频螺杆机、61为水蒸气入口、62为压力气体出口、63为第八压力传感器、64为第五温度传感器、65为第三电动调节阀。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
一种利用高温粉尘废气的蒸汽发生-增压-稳压输出系统的结构图如图3所示，包括依次相连的高温除尘器系统(Ⅰ)、蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)和增压-稳压输出系统(Ⅳ)，以及与蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)相连的低温除尘器保护系统(Ⅱ)，其中高温除尘器系统(Ⅰ)和低温除尘器保护系统(Ⅱ)都包括除尘装置4，蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)包括蒸汽发生换热器16和旋风除雾器30，增压-稳压输出系统(Ⅳ)包括变频螺杆机60。
高温除尘器系统(Ⅰ)的工作温度≤400℃，且其中的除尘装置4中的除尘组件7采用耐400℃以上的材料，对大于2μm的粉尘去除率大于99％，用以纯化高温废气，保证后面的蒸汽发生换热器16性能与稳定运行。通过第二压力传感器13与第一压力传感器2之间的压力差来确定高温除尘器系统(Ⅰ)中除尘组件7的堵塞情况，通过第一粉尘传感器15显示的数值来确定高温除尘器系统(Ⅰ)中除尘组件7的完好程度。
低温除尘器保护系统(Ⅱ)的工作温度≤200℃，低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘装置4中的除尘组件7采用常规脉冲反吹袋式除尘器(耐温能力大于200℃)，起排放保险措施，目的是使外排烟气粉尘达到国家、地方标准或者企业自身要求。低温除尘器的工作温度应该高于外排废气露点。
蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)通过管壳式蒸汽发生换热器16让高温废气和水之间实现热传递，回收高温废气中的热能产生蒸汽，此蒸汽可能会夹带水滴或者雾滴，通过旋风除雾器30中的丝网33后，变成不含雾滴的饱和蒸汽，此饱和蒸汽的压力在0.08Mpa-0.1Mpa之间，可以直接应用回到生产中。本发明提供了一种新结构的蒸汽发生换热器，其原理图如4所示，采用立式管壳式换热器，高温热气走管程，水走壳程。采用特殊的花瓣式布膜器，在换热管外形成自上而下快速流动的水膜，相较于浸没式或满管流类余热锅炉换热效率更高。此外，本发明蒸汽发生换热器16所产生的蒸汽压力可小于0.1Mpa，所以系统不属于压力容器，免除了压力容器的高昂维护与年检费用；亦可根据应用的具体需求，通过螺杆机组能将蒸汽增压到所需的压力，使得所制备的余热回收-蒸汽发生成本更低、应用更广。此外，不含粉尘的热风，与锅炉管壁直接接触，换热较好；对于含粉尘的热风，水冷壁(膜式壁)锅炉需要用莫来石或者碳化硅板将热风与锅炉管隔开，严重影响传热，效果不好。含有粉尘的高温热源气会粘附在换热器的表面，进而影响换热性能。一般采用袋式除尘器进行除尘，但目前常见的滤料纤维，如聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维等，它们的长期使用温度一般都低于300℃，一旦烟气温度高于普通布袋的耐受温度，将出现烧布袋的情况，经济效益不良。金属纤维、无机纤维和无机多孔材料耐受温度较高，可以耐受温度大于400℃，此时高温废气无需降温或者少量配风即可除尘，亦有利于后续余热的高效回收。通过耐高温除尘布袋，将高温烟气能在相对较高的温度(350～450℃)除尘，相较于市面上需低于250℃除尘的热利用率更高。
增压-稳压输出系统(Ⅳ)利用变频螺杆机60对蒸汽发生系统(Ⅲ)产生的蒸汽进行增压，最高可达到1.4Mpa，同时采用变频驱动螺杆机60可以实现稳压输出。
高温除尘器系统(Ⅰ)的结构图如图5所示，包括除尘装置4(从上到下由设置在除尘器壳体6中的压缩空气反吹管5(将堵塞在除尘组件上的灰尘反吹回灰斗中)、除尘组件7和灰斗9构成，其中除尘组件7为无机纤维袋式除尘组件、金属纤维除尘组件或多孔陶瓷膜除尘组件中的任意一种，灰斗9位于除尘组件7正下方，灰斗9底部依次设置冷却器10和翻板阀11，除尘装置的气体入口8设置在灰斗9侧面、气体出口12设置在除尘装置的右上方。
高温粉尘废气进口与高温除尘器系统(Ⅰ)之间依次设置有空气调节阀1、第一温度传感器3和第一压力传感器2。高温粉尘废气在通过气体进口8进入高温除尘器系统(Ⅰ)之前，首先通过与空气混合将温度降低至400℃左右(其中空气的进入量通过空气调节阀1进行调节)。通过自动控制系统，可以实现压力报警，实现第一温度传感器3与空气调节阀1联动，当温度高于设定值时，系统报警并且开启调节阀，让冷空气进入，降低高温废气的温度，保护高温除尘器系统(Ⅰ)中的除尘组件7。
高温除尘器系统(Ⅰ)中除尘装置4的气体出口12与蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)中蒸汽发生换热器16的高温气体进气端20连接，依次配置有第二压力传感器13、第二温度传感器14和第一粉尘传感器15。通过第一压力传感器2与第二压力传感器13的压力差值，判断高温除尘器系统(Ⅰ)中除尘组件堵塞情况；通过第一温度传感器3与第二温度传感器14的温度差值，判断高温除尘器系统(Ⅰ)中除尘装置的保温性能；通过第一粉尘传感器15，判断除尘器是否有破损和泄露。经过高温除尘器系统(Ⅰ)中除尘处理后的得到的干净废气从高温除尘器系统(Ⅰ)中除尘装置4上的气体出口12通过高温气体进气端20进入蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)中的蒸汽发生换热器16，另外除尘组件7上端安装压缩空气脉冲反吹管5可以将除尘组件上的粉尘反吹回与除尘组件7一体成型连接的灰斗9中，灰斗9中的尘土经过下方冷却器10冷却后通过翻板阀11排除。高温除尘器系统(Ⅰ)中除尘组件7为无机纤维袋式除尘组件、金属纤维除尘组件或者多孔陶瓷膜组件中的任意一种，耐温能力大于400℃。
低温除尘器保护系统(Ⅱ)的结构图如图6所示，包括除尘装置4(其结构与工作原理与高温除尘器系统(Ⅰ)中相似)和变频引风机17，经过蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)中蒸汽发生换热器16降温处理的低温废气通过低温废气出气端22进入，低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘装置4的气体出口12与变频引风机17之间依次设置有第四温度传感器27、第二粉尘传感器28和第四压力传感器29。低温除尘器保护系统(Ⅱ)通过自动控制系统可以实现压力报警，实现第三压力传感器25和第三温度传感器24联动，当温度高于设定值时，系统报警并且开启调节阀，让冷空气进入，降低高温废气的温度，保护低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘组件7。通过第三压力传感器25与第四压力传感器29的压力差值，判断低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘组件7的堵塞情况；通过第三温度传感器24与第四温度传感器27的差值，判断低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘装置4的保温性能；通过第二粉尘传感器28，判断低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘组件7是否有破损和泄露。低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘组件4的气体出口12连接有变频引风机17，实现变频调节，保证整个气路在微负压运行(通过第一压力传感器2和变频引风机17联用确保整个蒸汽发生-增压-稳压输出系统处于负压环境中，具体为：在高温粉尘废弃进入蒸汽发生-增压-稳压输出系统前，将第一压力传感器2设置为一个初始固定值，在处理过程中通过调节变频引风机17确保第一压力传感器2始终保持初始固定值不变)，经过低温除尘器保护系统(Ⅱ)净化处理后的低温废气经过检测符合排放标准后，在变频引风机17作用下排出。低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘组件7耐温能力大于200℃，因此可以选择脉冲反吹袋式除尘组件。
蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)的结构图如图7所示，包括管壳式结构的蒸汽发生换热器16和旋风除雾器30。在蒸汽发生换热器16中，热气走管程，水走壳程。蒸汽发生换热器16上部和下部均装配膨胀节18，以消除蒸汽发生换热器16膨胀带来的损害。蒸汽发生换热器16上端通过高温气体进气端20与高温除尘器系统(Ⅰ)中除尘装置4上的气体出口12管道连通，蒸汽发生换热器16上端锥部上封头与换热器筒身通过法兰固定连接，下端锥部下封头与换热器筒身通过法兰固定连接，蒸汽发生换热器16下端的低温废气出气口22与低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘装置1上的气体入口8管道连通。蒸汽发生换热器16中配置布膜板19-A(如图8中a所示，能够使水沿换热管外壁呈膜状流下)和用于布膜、固定换热器、为产生的蒸汽流下通道的布膜折流板19-B(如图8中b所示，用于固定换热器，减小换热管的振动)。布膜板19-A包括整板和其上均匀分布的花瓣状的布膜孔，换热管从布膜孔中穿过进行固定。布膜板19-A密封焊接在蒸汽发生换热器16的壳体上，布膜板19-A上的布膜孔(其结构如图9所示)和换热管的尺寸参数关系为：H1＝0.01D1～0.04D1，H2＝2～5mm，其中H1为布膜孔的内径与换热管的外壁之间的垂直距离、D1为换热管的直径，H2为布膜孔的外径与换热管外壁之间的垂直距离。为了便于有足够的空间让水沿管壁流下，则布膜板19-A上设置的孔圆弧的半径R1等于R2，两者相切，其大小个数由换热管外径和H2决定，布膜板19-A和布膜折流板19-B中，H1的尺寸是为了固定换热管，使其不晃动，H2的尺寸是保证足够量水沿管子自上而下流下，形成连续膜。
布膜折流板19-B用于布膜、固定换热器，同时为产生的蒸汽能够流下提供通道，其数量由蒸汽发生换热器16的长度决定，同时要求相邻两个布膜折流板之间的间距不超过1m、相邻布膜板19-A和布膜折流板19-B之间的间距不超过1m，相邻布膜折流板19-B与换热器内壁形成的空隙分别位于左右两端。布膜折流板19-B与布膜器19A相比，被切割部分的弧顶高度为布膜器整版直径的1/3-1/4。
在旋风除雾器30中，旋风除雾器30中旋风内筒31的水/水蒸气进口34与蒸汽发生换热器16下端侧面的水/水蒸气出口23相连，水/水蒸气出口23与水/水蒸气进口34之间依次设置有第五压力传感器35和第五温度传感器36；存水罐37侧面上端的第一进水口38与蒸汽发生换热器上端侧面的出水口39相连；存水罐37侧面底端的存水罐出水口40与蒸汽发生换热器16中最上端的膨胀节18相连，最上端的膨胀节18与存水罐出水口40之间依次设置有第六压力传感器41、第一流量计42、第一球阀44、循环水泵45和第二球阀46。
为了去除蒸汽中所含的水滴和雾滴，在旋风除雾器30上设置有丝网33；旋风除雾器30包括一体成型的除雾器上锥32、除雾器筒体(其内包含旋风内筒31)、除雾器下锥体Ⅱ、存水直筒和除雾器下锥体Ⅰ，除雾器上锥32上安装便于观察的视镜，除雾器上锥31与旋风内容连接处装配除雾丝网33。旋风除雾器30中存水罐37液面上方的第二进水口47与净水罐48相连，第二进水口47与净水罐48之间依次设置有单向阀49、第三球阀50、水泵51和第四球阀52，用于保证存水罐37中液面的高度；旋风除雾器30底部设置有用于对存水罐37中的水进行定期更换的外排气动球阀53。
旋风除雾器30顶部的水蒸气出口54与变频螺杆机60的水蒸气入口61通过管道连接，且该管道与旋风除雾器30顶部的水蒸气出口54通过法兰固定。变频螺杆机60的水蒸气入口61与旋风除雾器30顶部的水蒸气出口54相连。水蒸气出口54与水蒸气入口61之间依次设置有第一电动调节阀55、第五球阀56、第二电动调节阀57、安全阀58和第七压力传感器59，这些装置通过联动调节来实现蒸汽发生换热器在非压力容器条件下工作，即蒸汽发生换热器工作时蒸汽相对压力小于0.1Mpa，具体的联动调节方法为：第七压力传感器59与第一电动调节阀55联动并决定其开度大小，当压力大于0.09Mpa时，第一电动调节阀55开启，将蒸汽外排，保证蒸汽发生换热器16中的压力低于0.1Mpa；当压力小于0.09Mpa时，关闭第一电动调节阀55。当第七压力传感器59和第六压力传感器41中的任何一个压力大于0.1Mpa时，自动开启第一电动调节阀55，将蒸汽外排，同时自动停止循环水泵45。安全阀设定压力大于0.1Mpa时，自动起跳，保证系统安全球阀56为蒸汽与生产设备相连接的阀门，当生产设备需要蒸汽时，此阀门开启，往外供气。
增压-稳压输出系统(Ⅳ)包括与旋风除雾器30连通的变频螺杆机60(其结构如图10所示)，变频螺杆机60的水蒸气入口61与压力气体出口62之间相连接的管道上安装第三电动调节阀65，第三电动调节阀65始终维持一定开度，以保证变频螺杆机变频器频率不低于8Hz，避免其停机(当旋风除雾器30中产生的蒸汽经过变频螺杆机60增压处理后未能够及时应用排除，为了保证变频螺杆机在大于8Hz的状态下持续运行下、保护变频螺杆机组，延长使用寿命，增压处理后的蒸汽可以通过第三电动调节阀65的作用返回到变频螺杆机之前，第三电动调节阀65开度大小要根据变频螺杆机组60工作频率大于8Hz的要求决定，如返回的蒸汽造成蒸汽发生换热器16中的压力上升，通过第一电动调节阀55、第二电动调节阀57和安全阀58进行联动调节，使蒸汽发生换热器处于非压力容器的工作范围)。变频螺杆机60的气体出口管路上依次安装有第八压力传感器63和第五温度传感器64。旋风除雾器30处理后的蒸汽增压由变频螺杆机60实现，可以将蒸汽压力最高升至8倍，提供1.4Mpa压力的蒸汽。变频螺杆机60与第八压力传感器63联动，通过设定第八压力传感器63的压力值，采用变频螺杆机60自动调整工作频率，实现蒸汽压力可调的稳定输出，从而实现0.1～1.4Mpa蒸汽压力的稳定输出。
综上所述，本发明公开的蒸汽发生-增压-稳压输出系统中采用管壳式蒸汽发生换热器，高温热气走管程，水走壳程，能够使水从沿管外壁呈膜状流下，热风与水换热系数高，同时系统存水少，安全性高；布膜板中花瓣状孔的设计既能够固定固定水管，同时保证有足够水量使水呈膜状沿管外壁流下，膜厚度大于1mm，并且布膜均匀；在旋风除雾器中设置了丝网，能够净化了蒸汽发生换热器产生的蒸汽，将水蒸气凝结成水滴和雾滴；采用变频螺杆机对处理得到的蒸汽进行增压，可以实现0.1～1.4Mpa蒸汽压力的稳定输出。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种利用高温粉尘废气的蒸汽发生-增压-稳压输出系统，其特征在于，所述蒸汽发生-增压-稳压输出系统包括依次相连的高温除尘器系统(Ⅰ)、蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)和增压-稳压输出系统(Ⅳ)，以及与蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)相连的低温除尘器保护系统(Ⅱ)；
所述蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)包括管壳式蒸汽发生换热器(16)，该蒸汽发生换热器(16)沿竖直方向从上到下依次设置有一个布膜板(19-A)和n个布膜折流板(19-B)，其中布膜板(19-A)和相邻布膜折流板(19-B)之间、相邻布膜折流板(19-B)之间的间距不大于1m，所述蒸汽发生换热器(16)管壁上还设置有m个膨胀节(18)，n和m为不小于2的整数；
所述布膜板(19-A)包括与蒸汽发生换热器内壁密封相连的整板和整板上依次排列设置的圆形花瓣状的布膜孔，其中蒸汽发生换热器的换热管从布膜孔中穿过，H1＝0.01D1～0.04D1，H2＝2～5mm，其中H1为布膜孔的内径与换热管外壁之间的垂直距离、D1为换热管的直径、H2为布膜孔的外径与换热管外壁之间的垂直距离；
所述布膜折流板(19-B)为沿直线将所述布膜板(19-A)进行切割，其中被切割部分的弧顶高度为布膜器中整版直径的1/3-1/4，布膜折流板(19-B)的圆弧部分与换热器内壁密封相连，相邻布膜折流板(19-B)与换热器内壁形成的空隙分别位于左右两端。
2.根据权利要求1所述的蒸汽发生-增压-稳压输出系统，其特征在于，所述蒸汽发生换热器(16)中高温气体进气端(20)与工作温度≤400℃的高温除尘器系统(Ⅰ)中气体出口(12)相连、低温废气出气端(22)与工作温度≤200℃的低温除尘器保护系统(Ⅱ)中气体入口(8)相连；
所述高温除尘器系统(Ⅰ)和低温除尘器保护系统(Ⅱ)中都含有除尘装置(4)，所述除尘装置(4)从上到下由设置在除尘器壳体(6)内的压缩空气反吹管(5)、除尘组件(7)和灰斗(9)构成，所述灰斗(9)位于除尘组件(7)正下方，所述灰斗(9)底部依次设置冷却器(10)和翻板阀(11)，所述除尘装置的气体入口(8)设置在灰斗(9)侧面、气体出口(12)设置在除尘装置的上方；
高温除尘器系统(Ⅰ)中所述除尘组件(7)的耐温能力大于400℃，所述高温除尘器系统(Ⅰ)中除尘组件(7)为无机纤维袋式除尘组件、金属纤维除尘组件或多孔陶瓷膜除尘组件中的任意一种，所述低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘组件(7)的耐温能力大于200℃，所述低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘组件(7)为脉冲反吹袋式除尘组件；
所述低温除尘器保护系统(Ⅱ)的气体出口(12)连接有为所述蒸汽发生-增压-稳压输出系统提供负压环境的变频引风机(17)。
3.根据权利要求2所述的蒸汽发生-增压-稳压输出系统，其特征在于，所述高温除尘器系统(Ⅰ)中气体入口(8)前依次设置有空气调节阀(1)、第一温度传感器(3)和第一压力传感器(2)；
所述高温除尘器系统(Ⅰ)的气体出口(12)与蒸汽发生换热器(16)的高温气体进气端(20)之间依次设置有第二压力传感器(13)、第二温度传感器(14)以及第一粉尘传感器(15)；
所述低温除尘器保护系统(Ⅱ)中气体进口(8)与蒸汽发生换热器(16)的低温废气出气端(22)之间依次连接有第三压力传感器(25)和第三温度传感器(24)；
所述低温除尘器保护系统(Ⅱ)中气体出口(12)与变频引风机(17)之间依次设置有第四温度传感器(27)、第二粉尘传感器(28)和第四压力传感器(29)。
4.根据权利要求1所述的蒸汽发生-增压-稳压输出系统，其特征在于，所述蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)还包括与蒸汽发生换热器(16)相连的旋风除雾器(30)；
所述旋风除雾器的旋风内筒(31)与上锥(32)之间设置有能够将水蒸气凝结成雾滴的丝网(33)；
所述旋风除雾器中旋风内筒(31)的水/水蒸气进口(34)与蒸汽发生换热器下端的水/水蒸气出口(23)相连，水/水蒸气出口(23)与水/水蒸气进口(34)之间依次设置有第五压力传感器(35)和第一流量计(36)；
所述旋风除雾器(30)中存水罐(37)侧面上端的第一进水口(38)与蒸汽发生换热器上端侧面的出水口(39)相连；
所述旋风除雾器(30)的存水罐(37)侧面底端的存水罐出水口(40)与蒸汽发生换热器(16)中最上端的膨胀节(18)相连，最上端的膨胀节(18)与存水罐出水口(40)之间依次设置有第六压力传感器(41)、第二流量计(42)、第一球阀(44)、循环水泵(45)和第二球阀(46)；
位于所述旋风除雾器(30)中存水罐(37)液面上方的第二进水口(47)与净水罐(48)相连，第二进水口(47)与净水罐(48)之间依次设置有单向阀(49)、第三球阀(50)、水泵(51)和第四球阀(52)；
所述旋风除雾器(30)底部设置有用于对存水罐(37)中的水进行定期更换的外排气动球阀(53)。
5.根据权利要求1所述的蒸汽发生-增压-稳压输出系统，其特征在于，所述增压-稳压输出系统(Ⅳ)中包含变频器频率不低于8Hz的变频螺杆机(60)；
所述变频螺杆机(60)的水蒸气入口(61)与旋风除雾器(30)顶部的水蒸气出口(54)相连，水蒸气出口(54)与水蒸气入口(61)之间依次设置有第一电动调节阀(55)、第五球阀(56)、第二电动调节阀(57)、安全阀(58)和第七压力传感器(59)；
所述变频螺杆机(60)的压力气体出口(62)与应用装置之间依次设置有第八压力传感器(63)和第五温度传感器(64)；
所述变频螺杆机(60)的压力气体出口(62)与水蒸气入口(61)之间设置有第三电动调节阀(65)。
6.一种利用高温粉尘废气的方法，其特征在于，所述方法采用所述权利要求1～5任一项所述的装置进行，所述方法具体为：
(1)通过空气调节阀(1)调节与高温粉尘废气混合的空气进入量使高温粉尘废气的温度降低至400℃以下，经过高温除尘器系统(Ⅰ)的除尘装置(4)除尘后得到干净热气：
(2)所述干净热气进入蒸汽发生-净化系统(Ⅲ)中的管壳式蒸汽发生换热器(16)中，热气走管程、水走壳程，产生的不高于200℃的热风进入低温除尘器保护系统(Ⅱ)中的除尘装置(4)进行进一步除尘处理，待气体含量达标后直接排出；产生的蒸汽进入旋风除雾器(60)中除去水蒸气中的水滴和雾滴，得到蒸汽；
(3)所述蒸气进入增压-稳压输出系统(Ⅳ)中的变频螺杆机(60)进行增压处理并实现压力可调的稳定输出。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述蒸汽发生换热器(16)中设置有布膜板(19-A)和布膜折流板(19-B)，换热管固定在布膜板(19-A)和布膜折流板(19-B)的孔中间，热气通过换热管内，水通过换热管外壁与孔内壁之间的空隙自上而下流通，水在换热管外壁形成＞1mm厚的水膜，提高换热效率。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过第一电动调节阀(55)、第二电动调节阀(57)和安全阀(58)与第七压力传感器(59)联动调节，实现蒸汽发生换热器(16)在非压力容器条件下工作，即蒸汽发生换热器工作时蒸汽相对压力小于0.1Mpa；
所述联动调节具体为：第一电动调节阀(55)的开度大小由第七压力传感器(59)决定，当第七压力传感器(59)显示的相对压力＞0.08Mpa时，第一电动调节阀(55)开度调大，反之调小至关闭；第二电动调节阀(57)的开度大小由第七压力传感器(59)决定，当第七压力传感器(59)显示的相对压力＞0.09Mpa时，第二电动调节阀(57)开度调大，反之调小至关闭；安全阀(58)的开关由第七压力传感器(59)决定，当第七压力传感器(59)显示的相对压力＞0.095Mpa时，安全阀(58)开启，反之关闭。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当旋风除雾器(30)中产生的蒸汽经过变频螺杆机(60)增压处理后未能够及时应用排除，为了保证变频螺杆机在大于8Hz的状态下持续运行下、保护变频螺杆机组，延长使用寿命，增压处理后的蒸汽可以通过第三电动调节阀(65)的作用返回到变频螺杆机之前，第三电动调节阀(65)开度大小要根据变频螺杆机组(60)工作频率大于8Hz的要求决定；
如返回的蒸汽造成蒸汽发生换热器(16)中的压力上升，通过第一电动调节阀(55)、第二电动调节阀(57)和安全阀(58)进行联动调节，使蒸汽发生换热器处于非压力容器的工作范围；
采用变频螺杆机(60)与第八压力传感器(63)联动，通过设定第八压力传感器(63)的压力值，采用变频螺杆机(60)自动调整工作频率，实现蒸汽压力可调的稳定输出，从而实现0.1～1.4Mpa蒸汽压力的稳定输出。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法中通过第一压力传感器(2)和变频引风机(17)联用确保整个蒸汽发生-增压-稳压输出系统的热风处于负压环境中，具体为：在高温粉尘废弃进入蒸汽发生-增压-稳压输出系统前，将第一压力传感器(2)设置为一个初始固定值，在处理过程中通过调节变频引风机(17)确保第一压力传感器(2)始终保持初始固定值不变；
通过第二压力传感器(13)与第一压力传感器(2)之间的压力差来确定高温除尘器系统(Ⅰ)中除尘组件(4)的堵塞情况，通过第一粉尘传感器(15)显示的数值来确定高温除尘器系统(Ⅰ)中除尘组件(4)的完好程度；
通过第四压力传感器(29)与第三压力传感器(25)之间的压力差来确定低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘组件(4)的堵塞情况，通过第二粉尘传感器(28)显示的数值来确定低温除尘器保护系统(Ⅱ)中除尘组件(4)的完好程度；
所述压缩空气反吹管(5)将堵塞在除尘组件(4)上的粉尘反吹回灰斗中。
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