CN116294693A - 一种烟气余热回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟气余热回收装置。其中，箱体采用防腐蚀材料，并以密封胶的方式对接缝处进行处理；换热单元在箱体内沿着烟气流动方向竖立布置，换热单元包含盘管和集水管，盘管由采用薄壁设计的中空管编织成，中空管的壁厚为0.635mm，中空管的两端分别与集水管连接，且靠近烟气入口的集水管的上端封死、下端为中介水出口，靠近烟气出口的集水管的上端为中介水入口、下端封死；换热单元在箱体内所占体积为3％‑5％。该实施方式能够将烟气携带热量转换成可利用的热量，起到“节能减排”的效果。

Description

一种烟气余热回收装置

技术领域

本发明涉及能源利用与节能环保领域，尤其涉及一种烟气余热回收装置。

背景技术

烟气余热是工业余热中的一种，将烟气进行余热回收是促进能源发展的关键技术，是提高余热资源利用率、挖掘节能潜能的一个新途径。

烟气包括但不限于锅炉烟气或含有一定温度的气态，其所蕴含余热资源容量巨大。烟气广泛存在涉及一切用能、用热企业，有锅炉使用即有烟气排放。烟气中可回收利用的热量值，约占其燃料消耗总量的10％-15％，其中可回收率达60％，可以利用的空间大，节能潜力巨大。烟气是一般耗能设备浪费能量的主要途径，比如锅炉排烟耗能大约在15％，而其他设备如印染行业的定型机、烘干机以及窑炉等主要耗能都是通过烟气排放。针对像化工、冶金、钢铁、焦化、供热等等的大宗用热企业来说，余热的回收利用，更是身边亟待开发的宝藏。

数据显示，我国工业领域能源消耗量约占全国能源消耗总量的70％，主要工业产品单位能耗平均比国际先进水平高出30％左右。除了生产工艺相对落后、产业结构不合理等因素外，烟气余热利用率低，也是造成能耗高的重要原因。我国能源利用率仅为33％左右，比发达国家低约10％，至少50％的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。但同时，这也表明，余热资源的回收再利用，或许可以作为一种“新能源”，推动节能减排工作的持续深入。

目前，国内的绝大多数供热厂、燃煤电厂等行业的燃煤锅炉排放烟气，在排放前均已进行了湿法脱硫处理，排放温度降低至45-60℃。含湿量极高，此时的烟接近饱和气通常为的湿烟气，烟气中含有大量水蒸汽以及可溶性盐、SO3、凝胶粉尘、微尘等，均成为雾霾的主要组成。治理污染、节能减排已刻不容缓，同时大量热量随烟气排放，即造成惊人的能量损失和浪费，又造成环境污染。燃气锅炉相对洁净，但含湿量更高，源于燃料成分组成，需要进行有效治理。

目前国内在使用的很多锅炉，排放的烟气具有较高的温度和能量，不仅有一部分显热被浪费，而且还有一部分水蒸气潜热没有利用。烟气中含有水蒸气约16.1％(体积占比成份)，是烟气热量的主要携带者，这部分热量应加以回收。排烟热损失是影响燃气锅炉热效率的主要因素，因而回收烟气中的显热以及潜热资源，达到真正意义上的全热回收，是环境效益和经济利益的双赢。要达到全热回收的目标必须使最终排出的烟气的温度低于其露点温度。以过量空气系数为1.2、温度为200℃的烟气为例，其露点温度约为55℃。当排烟温度降至55℃时，显热已经大部分得以回收，效率提升7.7％，但是潜热还没有被利用。当温度降低到40℃时，约60％的水蒸气潜热被回收，效率提升13.4％。可以看出，露点温度以下仅仅15℃的温降，可以达到极高的热回收效率。

因此，如何系统解决节能和环保的问题就显得十分必要。烟气余热回收是节能的有效技术手段，即降低了高品位能源的消耗，同时也兼顾了环保要求，但是要实现烟气的余热回收技术难度较大。

发明内容

本发明的目的在于：将烟气携带热量转换成可利用的热量，起到“节能减排”的效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种烟气余热回收装置，包括：

箱体，箱体采用防腐蚀材料，并以密封胶的方式对接缝处进行处理；箱体的前侧设置有烟气出口，箱体的后侧设置有烟气入口，烟气出口和烟气入口分别设置有风阀及法兰；

换热单元，换热单元包含盘管和集水管，盘管由采用薄壁设计的中空管编织成，中空管的两端分别与集水管连接，且靠近烟气入口的集水管的上端封死、下端为中介水出口，靠近烟气出口的集水管的上端为中介水入口、下端封死；其中，中空管的内径为6.35-6.5mm，中空管的壁厚为0.635mm，中空管的长度为2.44-7.32米；

其中，换热单元在箱体内沿着烟气流动方向竖立布置，且换热单元在箱体内所占体积为3％-5％。

可选地，盘管由200支中空管排列为1-4层而成，并将中空管依次编织在固定条上，中空管的两端分别与集水管热熔连接；其中，盘管中部设置有至少四根固定条。

可选地，中空管是用改性聚丙烯挤出成型制成的薄壁管。

可选地，集水管的内径为65mm。

可选地，箱体内设置至少两组换热单元，采用并联方式连接各组换热单元，且箱体内的换热单元相互前后交错排列；各组换热单元之间通过至少两个卡条固定，且卡条错落布置；换热单元的盘管采用胶接的方式固定于箱体，换热单元的集水管通过U形卡扣固定在箱体内。

可选地，同一排的换热单元的中介水出口连接于同一根中介水管，同一排的换热单元的中介水入口连接于同一根中介水管，且换热单元与中介水管之间设置有阀门；每根中介水管的一端连接换热接头另一端封死。

可选地，箱体的侧面设置有不锈钢套管，前侧和后侧的中介水管通过不锈钢套管从箱体伸出。

可选地，烟气出口和烟气入口的截面均小于箱体的截面。

可选地，箱体的顶面设置有检修口，箱体的底面是倾角为2°的由后到前向上倾斜的平面，并在底面设置2-3个排水口；箱体的外侧设置保温层，保温层的外侧设置保护壳。

可选地，烟气余热回收装置的压降为35Kpa。

实施本发明的一种烟气余热回收装置，具有以下有益效果：

1)抗腐蚀性能优异，可以在酸露点以下回收烟气热量，不发生腐蚀，能够最大限度利用可回收余热；

2)抗污塞、不结垢，改性聚丙烯的平滑表面有很强的憎水性、不粘性使管壁表面沉积形成的污物或垢层被减少或消除，从而使换热单元(2)的管壁保持洁净，降低了因定期清洗造成的损失；

3)改性聚丙烯的使用温度范围在-30℃～120℃，其单位体积内传热面积大，柔韧性好，可在流体造成冲击和振动条件下长期可靠运行；

4)烟气余热回收装置能够运行稳定、使用寿命长，从而可降低或避免因维修停产而造成的损失，综合经济效益较高；

5)改性聚丙烯能代替稀有金属材质，且价格低于钛合金、铜合金等材料，使得烟气余热回收装置成本较低、经济实用；

6)烟气余热回收装置布置方式灵活，热泵机组的装机容量从几百千瓦到几百兆瓦均能适用，安装简便、使用方便；

7)节能降耗，维修简便，综合经济效益高。

附图说明

图1是本发明实施例的一种烟气余热回收装置的结构示意图一；

图2是本发明实施例的一种烟气余热回收装置的结构示意图二；

图3是本发明实施例的一种烟气余热回收装置的换热单元的排列示意图；

图4是本发明实施例的一种烟气余热回收装置的换热单元的结构示意图；

图5是本发明实施例的一种烟气余热回收装置的局部放大示意图；

图中，1-箱体；11-烟气出口；12-烟气入口；13-风阀；14-检修口；15-排水口；2-换热单元；21-盘管；211-中空管；212-固定条；22-集水管；23-阀门；3-卡条；4-中介水管；41-换热接头。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和2所示，本发明提供了一种烟气余热回收装置，主要包括箱体(1)和换热单元(2)。

继续参见图1和2，箱体(1)的前侧设置有烟气出口(11)，箱体(1)的后侧设置有烟气入口(12)，烟气出口(11)和烟气入口(12)分别设置有风阀(13)及法兰，通过风阀(13)控制烟气流入，通过法兰与外部风道连接；其中，烟气出口(11)和烟气入口(12)的截面均小于箱体(1)的截面，也即，若烟气出口(11)或烟气入口(12)为圆形则烟气出口(11)或烟气入口(12)的直径小于箱体(1)前侧或后侧的最小边长，若烟气出口(11)或烟气入口(12)为四边形则烟气出口(11)或烟气入口(12)的最小边长小于箱体(1)前侧或后侧的最小边长。

此外，如图1所示，箱体(1)的底面为由后到前向上倾斜的平面，其倾角为2°，并在底面上后侧设置2-3个排水口(15)。烟气在通过烟气余热回收装置时，经换热处理烟气中的水蒸气随烟气温度降低而液化为冷凝水，或附着在箱体(1)的内壁、或附着在换热单元(2)上，最终冷凝水汇集到箱体(1)的底面，通过底面后侧设置的排水口(15)便可以将水排出。此外，由于箱体(1)是拼接而成，因此，排水口(15)可以设置在每一节接缝处。

箱体(1)采用防腐蚀材料，并以密封胶的方式对接缝处进行处理。箱体(1)的外侧设置保温层(图中并未示出)，保温层的外侧设置保护壳(图中并未示出)。

如图2所示，箱体(1)的侧面设置有不锈钢套管(图中并未示出)，前侧和后侧的中介水管(4)通过不锈钢套管从箱体(1)伸出，以使中介水管(4)连通外部的中介水。

继续参见图2-4，换热单元(2)包含盘管(21)和集水管(22)，盘管(21)由采用薄壁设计的中空管(211)编织成，中空管(211)的两端分别与集水管(22)连接，且靠近烟气入口(12)的集水管(22)的上端封死、下端为中介水出口，靠近烟气出口(11)的集水管(22)的上端为中介水入口、下端封死。两根集水管(22)虽然各有两个进出口，但是为了内部同程，所以是对角进出，即两根集水管(22)各有一端是封死的。

中空管(211)是用改性聚丙烯挤出成型制成的薄壁管，其长度可以根据需要加工为2.44米至7.32米不等，其壁厚为0.635mm，其内径仅为6.35-6.5mm。盘管(21)由200支中空管(211)排列为1-4层而成，并将中空管(211)依次编织在固定条(212)上，中空管(211)的两端分别与集水管(22)热熔连接；其中，盘管(21)中部设置有至少四根固定条(212)，集水管(22)的内径为65mm。使用非金属换热单元(2)的烟气余热回收装置，设备较轻对基础承重要求低，且设备体积小节省占地面积；并且，能够替代特定工况下不耐腐蚀的金属(钛、不锈钢)和非金属(石墨、陶瓷、氟塑料)换热器，适应各种腐蚀性工况条件下，各种液体、化工气体或燃烧尾气的加热或冷却。

换热单元(2)提供了尽可能大的换热面积、热阻小，换热效率高、速度快，传热均匀，比如用长7.32米、内径6.5mm的中空管(211)制作的换热单元(2)，其有效换热面积达到了约30.8平米((6.5+0.635)*1000*π*7.32*200)。换热单元(2)内部通中介水，烟气所含能量通过换热单元(2)将热能传导给中介水，由于中空管(211)采用薄壁设计，远小于金属材质换热器壁厚，更远远小于氟塑料等其它非金属材质的烟气换热器导热管壁厚，所以导热性更好，由于管壁薄、管径小、换热面积大，所以相同流量下，该换热单元(2)的换热能力更加突出。

以改性聚丙烯为主要材料的换热单元(2)具有如下优点：

1、改性聚丙烯是化学惰性材料，基本对所有常用的化学品和溶剂都呈惰性，几乎能在任何介质中工作，具有出色的防腐特性，因此，以此为主要材料制成的烟气余热回收装置也具有良好的化学稳定性和优异的耐腐蚀性能，可在酸露点以下稳定运行；

2、改性聚丙烯摩擦系数小，表面具有非粘性，不易积灰，抗结垢，容易清洁；

3、改性聚丙烯的使用温度范围在-30℃～120℃，换热温差大，能最大限度的热量回收；

4、具有自润滑特性，耐磨性能良好；

5、优异的柔韧性、抗弯曲疲劳和应力裂纹；

6、使用寿命15年以上，远高于金属材质换热单元(2)的使用年限。

需要注意的是，换热单元(2)在箱体(1)内沿着烟气流动方向竖立布置，且换热单元(2)在箱体(1)内所占体积为3％-5％。所有的换热单元(2)均沿着烟气流动的方向布置，整体烟气压降小，空气流道合理。换热单元(2)密度高，但所占换热器内部空间的体积却很小，仅占3％-5％。

作为一种优选的实施方式，箱体(1)内设置至少两组换热单元(2)，采用并联方式连接各组换热单元(2)，且箱体(1)内的换热单元(2)相互前后交错排列；各组换热单元(2)之间通过至少两个卡条(3)固定，且卡条(3)错落布置；换热单元(2)的集水管(22)通过U形卡扣固定在箱体(1)内。同一排的换热单元(2)的中介水出口(即靠近烟气入口(12)的集水管(22)的下端)连接于同一根中介水管(4)，同一排的换热单元(2)的中介水入口(即靠近烟气出口(11)的集水管(22)的上端)连接于同一根中介水管(4)，每根中介水管(4)的一端连接换热接头(41)另一端封死，且换热单元(2)与中介水管(4)之间设置有阀门(23)，如图5所示。

例如图2的示例，箱体(1)内设置15组换热单元(2)，其中的7组换热单元(2)相对更靠近烟气出口(11)、并使用同一组中介水管(4)，另外8组换热单元(2)相对更靠近烟气入口(12)、并使用另一组中介水管(4)，同时前面的7组换热单元(2)均匀穿插在另外8组换热单元(2)之间，即交错排列。

该烟气余热回收装置布置方式灵活，通过换热单元(2)的组合(例如不同的数量、长度等的组合)，应用规模可大可小，热泵机组的装机容量从几百千瓦到几百兆瓦均能适用，安装简便、使用方便。此外，换热单元(2)的所有连接均采用全热熔方式连接，无焊接、不腐蚀、安全可靠，如集水管(22)与中介水管(4)、中空管(211)与集水管(22)等。

最后，由于烟气余热回收装置在内部采用并联方式连接换热单元(2)，因此其设备压将很小，烟气余热回收装置的压降为35Kpa。

需要说明的是，烟气余热回收装置自身或连接的管道较多，可以根据需要在各处安装压力表等设备，本发明实施例不予限定。

本发明实施例的一种烟气余热回收装置，至少具有如下有益效果：

1)抗腐蚀性能优异，换热单元(2)采用的改性聚丙烯需要具有优异的耐化学性能，除了能与熔融的碱金属和强的氟化介质，以及高于300℃的氢氧化钠反应外，它几乎对所有常用的化学品和溶剂都呈惰性，可以在酸露点以下回收烟气热量，不发生腐蚀，能够最大限度利用可回收余热；

2)抗污塞、不结垢，改性聚丙烯具有平滑的表面使它不易积污形成垢层；对绝大部分介质有良好的化学稳定性使腐蚀产物大量地减少或消失；平滑的表面有很强的憎水性、不粘性使管壁表面沉积形成的污物或垢层被减少或消除，从而使换热单元(2)的管壁保持洁净，降低了因定期清洗造成的损失；

3)改性聚丙烯的使用温度范围在-30℃～120℃，即使温度骤然变化也不会对其使用寿命造成不利影响，其单位体积内传热面积大，柔韧性好，可在流体造成冲击和振动条件下长期可靠运行；

4)改性聚丙烯老化期在二十年以上，由于材质分子中不存在光敏基团，臭氧不能与之作用，因此极耐大气老化，长期在大气中暴露表面亦无任何变化；烟气余热回收装置能够运行稳定、使用寿命长，从而可降低或避免因维修停产而造成的损失，综合经济效益较高；

5)在当前国家大力提倡节能降耗的形势下，改性聚丙烯能代替稀有金属材质，从而可节约大量的稀有金属资源并节约能源的消耗；且改性聚丙烯价格低于钛合金、铜合金等材料，烟气余热回收装置成本较低、经济实用；

6)烟气余热回收装置布置方式灵活，通过调整换热单元(2)可以调整规模大小，热泵机组的装机容量从几百千瓦到几百兆瓦均能适用，安装简便、使用方便、适应范围广；

7)节能降耗，能够有效回收烟气中的余热，且维修简便，综合经济效益高。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种烟气余热回收装置，其特征在于，包括：

箱体(1)，箱体(1)采用防腐蚀材料，并以密封胶的方式对接缝处进行处理；箱体(1)的前侧设置有烟气出口(11)，箱体(1)的后侧设置有烟气入口(12)，烟气出口(11)和烟气入口(12)分别设置有风阀(13)及法兰；

换热单元(2)，换热单元(2)包含盘管(21)和集水管(22)，盘管(21)由采用薄壁设计的中空管(211)编织成，中空管(211)的两端分别与集水管(22)连接，且靠近烟气入口(12)的集水管(22)的上端封死、下端为中介水出口，靠近烟气出口(11)的集水管(22)的上端为中介水入口、下端封死；其中，中空管(211)的内径为6.35-6.5mm，中空管(211)的壁厚为0.635mm，中空管(211)的长度为2.44-7.32米；

其中，换热单元(2)在箱体(1)内沿着烟气流动方向竖立布置，且换热单元(2)在箱体(1)内所占体积为3％-5％。

2.根据权利要求1所述的烟气余热回收装置，其特征在于：

盘管(21)由200支中空管(211)排列为1-4层而成，并将中空管(211)依次编织在固定条(212)上，中空管(211)的两端分别与集水管(22)热熔连接；其中，盘管(21)中部设置有至少四根固定条(212)。

3.根据权利要求1所述的烟气余热回收装置，其特征在于：

中空管(211)是用改性聚丙烯挤出成型制成的薄壁管。

4.根据权利要求1所述的烟气余热回收装置，其特征在于：

集水管(22)的内径为65mm。

5.根据权利要求1所述的烟气余热回收装置，其特征在于：

箱体(1)内设置至少两组换热单元(2)，采用并联方式连接各组换热单元(2)，且箱体(1)内的换热单元(2)相互前后交错排列；各组换热单元(2)之间通过至少两个卡条(3)固定，且卡条(3)错落布置；

换热单元(2)的盘管(21)采用胶接的方式固定于箱体(1)，换热单元(2)的集水管(22)通过U形卡扣固定在箱体(1)内。

6.根据权利要求5所述的烟气余热回收装置，其特征在于：

同一排的换热单元(2)的中介水出口连接于同一根中介水管(4)，同一排的换热单元(2)的中介水入口连接于同一根中介水管(4)，且换热单元(2)与中介水管(4)之间设置有阀门(23)；每根中介水管(4)的一端连接换热接头(41)另一端封死。

7.根据权利要求6所述的烟气余热回收装置，其特征在于：

箱体(1)的侧面设置有不锈钢套管，前侧和后侧的中介水管(4)通过不锈钢套管从箱体(1)伸出。

8.根据权利要求1所述的烟气余热回收装置，其特征在于：

烟气出口(11)和烟气入口(12)的截面均小于箱体(1)的截面。

9.根据权利要求1所述的烟气余热回收装置，其特征在于：

箱体(1)的顶面设置有检修口(14)，箱体(1)的底面是倾角为2°的由后到前向上倾斜的平面，并在底面设置2-3个排水口(15)；

箱体(1)的外侧设置保温层，保温层的外侧设置保护壳。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的烟气余热回收装置，其特征在于：

烟气余热回收装置的压降为35Kpa。

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