CN201819196U - 一种烟气热回收用涡流热泵及热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种结构简单、节能环保、热回收利用率高的烟气热回收涡流热泵及热回收系统。热回收系统包括烟气热回收用涡流热泵(11)、换热器(13)、加压风机(21)或者同时具有冷端负压风机(30)和排烟负压风机(25)，涡流热泵(11)包括涡流管壳体(12)，涡流管壳体(12)上设有涡流室(6)、与涡流室(6)连通的进气端(2)、冷出气端(1)、热出气端(3)，冷出气端(1)、热出气端(3)分别位于涡流管壳体(12)的两端，热出气端(3)处设有针阀(4)，涡流室(6)的内壁沿蜗壳的切线方向设有积灰腔(7)，积灰腔(7)的外部设有与外界相通的排灰排酸口(5)。本实用新型可广泛应用于烟气余热回收利用领域。

Description

一种烟气热回收用涡流热泵及热回收系统
技术领域
本实用新型涉及一种热回收技术，尤其涉及针对锅炉、熔炉等有较高排烟温度的烟气中的热量进行回收的涡流热泵及热回收系统。
背景技术
锅炉、熔炉冶炼炉、窑炉是高热高耗能设备，其排烟温度远高于环境温度。目前已经有了一些成熟的热回收技术，如在锅炉上大量使用的省煤器、余热锅炉与预热器以及在熔炉上使用的蓄热体空气预热器、燃料预热器等。
对于燃油、燃气、燃煤锅炉在设计制造时，为了防止锅炉尾部受热面腐蚀和堵灰，排烟温度一般不低于180℃，最高可达250℃，高温烟气排放不但造成大量热能浪费，同时也污染了环境。为了回收浪费的热量，锅炉的排烟经常使用省煤器对锅炉的补水进行预热升温，或安装预热器对锅炉的送风或进入锅炉的燃料进行预热。但是，为了防止部件的腐蚀，热回收后的排烟温度依然要高于酸露点温度一般地，燃煤、燃油不小于130℃，而燃气不小于100℃，该温度依然比大气温度高出很多，因此热量的浪费依然严重。而排烟热损失是锅炉的主要热损失来源，因此降低排烟热损失有利于提高其热效率。
对于熔炉而言，其排烟温度通常更高。虽然目前的采用蓄热体等方式的空气预热器、燃料蓄热器已经得到普遍使用，但同样基于防止腐蚀的原因，排烟温度的极限为酸露点，排烟热量的浪费依然较为严重。同样，排烟热损失也是熔炉的重要能量损失来源，降低其热损失有利于提高其热效率。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、节能环保、热回收利用率高的烟气热回收用涡流热泵及热回收系统。
本实用新型的烟气热回收用涡流热泵所采用的技术方案是：本实用新型的烟气热回收用涡流热泵包括涡流管壳体，所述涡流管壳体上设有涡流室、与所述涡流室连通的进气端、冷出气端、热出气端，所述冷出气端、所述热出气端分别位于所述涡流管壳体的两端，所述热出气端处设有针阀，所述涡流室的内壁沿蜗壳的切线方向设有积灰腔，所述积灰腔的外部设有与外界相通的排灰排酸口。
所述针阀能对所述热出气端的出口开度进行调节。
本实用新型的烟气热回收系统所采用的第一种技术方案是：本实用新型的烟气热回收系统包括烟气热回收用涡流热泵、加压风机、换热器，烟气热回收用涡流热泵包括涡流管壳体，所述涡流管壳体上设有涡流室、与所述涡流室连通的进气端、冷出气端、热出气端，所述冷出气端、所述热出气端分别位于所述涡流管壳体的两端，所述热出气端处设有针阀，所述涡流室的内壁沿蜗壳的切线方向设有积灰腔，所述积灰腔的外部设有与外界相通的排灰排酸口，所述加压风机的出口与所述涡流热泵的所述进气端之间通过待处理烟气管道相连接，所述涡流热泵的所述冷出气端连接冷烟气管道，所述涡流热泵的所述热出气端与所述换热器的热侧烟气进口通过热烟气管道相连接，所述换热器的热侧烟气出口连接排烟管道，所述换热器的冷侧连接预热管道，所述涡流热泵的所述排灰排酸口连接排灰排酸管道。
所述针阀能对所述热出气端的出口开度进行调节。
所述待处理烟气管道与所述排烟管道之间连接第一旁通截止阀，所述热烟气管道与所述排烟管道之间连接第二旁通截止阀，所述待处理烟气管道上于所述涡流热泵的所述进气端处设有第一截止阀，所述热烟气管道上于所述换热器的热侧烟气进口处设有第二截止阀，所述排烟管道上于所述换热器的热侧烟气出口处设有第三截止阀，所述排灰排酸管道上设有排烟排酸阀。
所述换热器为烟气-水换热器或烟气-空气换热器。
本实用新型的烟气热回收系统所采用的第二种技术方案是：本实用新型的烟气热回收系统包括烟气热回收用涡流热泵、冷端负压风机、排烟负压风机、换热器，烟气热回收用涡流热泵包括涡流管壳体，所述涡流管壳体上设有涡流室、与所述涡流室连通的进气端、冷出气端、热出气端，所述冷出气端、所述热出气端分别位于所述涡流管壳体的两端，所述热出气端处设有针阀，所述涡流室的内壁沿蜗壳的切线方向设有积灰腔，所述积灰腔的外部设有与外界相通的排灰排酸口，所述涡流热泵的所述进气端连接待处理烟气管道，所述涡流热泵的所述冷出气端与所述冷端负压风机之间连接冷烟气管道，所述涡流热泵的所述热出气端与所述换热器的热侧烟气进口通过热烟气管道相连接，所述换热器的热侧烟气出口与所述排烟负压风机之间连接排烟管道，所述换热器的冷侧连接预热管道，所述涡流热泵的所述排灰排酸口连接排灰排酸管道。
所述针阀能对所述热出气端的出口开度进行调节。
所述待处理烟气管道与所述排烟管道之间连接第一旁通截止阀，所述热烟气管道与所述排烟管道之间连接第二旁通截止阀，所述待处理烟气管道上于所述涡流热泵的所述进气端处设有第一截止阀，所述热烟气管道上于所述换热器的热侧烟气进口处设有第二截止阀，所述排烟管道上于所述换热器的热侧烟气出口处设有第三截止阀，所述排灰排酸管道上设有排烟排酸阀。
所述换热器为烟气-水换热器或烟气-空气换热器。
本实用新型的有益效果是：由于本实用新型所述烟气热回收用涡流热泵及热回收系统对传统的涡流热泵进行了改进，使之适合烟气的特点，可以从接近酸露点的烟气中吸收热量并升高回收后的温度，即能将通常情况下对达到酸露点温度无法进行热回收的烟气的部分根据涡流效应进行温度提升，降低烟气的热损失，有利于温度提升后烟气的进一步热回收，同时起到对烟气进行除灰和除酸的作用，以较小的代价提高了能量的利用率，可以产生明显的经济效益，故本实用新型结构简单、节能环保、热回收利用率高。
附图说明
图1是本实用新型的烟气热回收涡流热泵的主视图；
图2是图1所示烟气热回收涡流热泵的俯视图；
图3是图1所示烟气热回收涡流热泵的左视图；
图4是图3所示烟气热回收涡流热泵的A-A断面结构示意图；
图5是图4所示烟气热回收涡流热泵的B-B断面结构示意图；
图6是本实用新型实施例一的烟气热回收系统的结构示意图；
图7是本实用新型实施例二的烟气热回收系统的结构示意图。
具体实施方式
实施例一：
如图1～图6所示，本实施例的烟气热回收系统包括烟气热回收用涡流热泵11、加压风机21、换热器13，所述烟气热回收用涡流热泵11包括涡流管壳体12，所述涡流管壳体12上设有涡流室6、与所述涡流室6连通的进气端2、冷出气端1、热出气端3，所述冷出气端1、所述热出气端3分别位于所述涡流管壳体12的两端，所述热出气端3处设有针阀4，所述针阀4能对所述热出气端3的出口开度进行调节，控制所述针阀4的开度，可调节冷烟气9与热烟气10的流量比例及温度，从而可以控制热烟气10的温度与酸露点的温度差，从而控制空气热回收的温度与热量，所述涡流室6的内壁沿蜗壳的切线方向设有积灰腔7，所述积灰腔7的外部设有与外界相通的排灰排酸口5，所述积灰腔7起到了收集烟尘及析出硫酸的双重重要作用，从而降低了热烟气10的含酸量，可通过开启所述排烟排酸阀15进行定时或不定时的排灰及排酸，考虑到灰尘和酸腐蚀，所述涡流热泵11可使用陶瓷等耐腐蚀、耐磨材料制造；所述加压风机21的出口与所述涡流热泵11的所述进气端2之间通过待处理烟气管道22相连接，所述涡流热泵11的所述冷出气端1连接冷烟气管道17，所述涡流热泵11的所述热出气端3与所述换热器13的热侧烟气进口通过热烟气管道26相连接，所述换热器13的热侧烟气出口连接排烟管道24，所述换热器13的冷侧连接预热管道29，所述涡流热泵11的所述排灰排酸口5连接排灰排酸管道16；所述待处理烟气管道22与所述排烟管道24之间连接第一旁通截止阀23，所述热烟气管道26与所述排烟管道24之间连接第二旁通截止阀20，所述待处理烟气管道22上于所述涡流热泵11的所述进气端2处设有第一截止阀19，所述热烟气管道26上于所述换热器13的热侧烟气进口处设有第二截止阀18，所述排烟管道24上于所述换热器13的热侧烟气出口处设有第三截止阀28，所述排灰排酸管道16上设有排烟排酸阀15，所述换热器13为烟气-水换热器。
所述涡流热泵11的工作过程及原理如下：当无法用传统方法进行热回收的待处理烟气8(温度达到酸露点即含气态酸量已经达到饱和)经过加压后从所述进气端2进入所述涡流热泵11，在所述涡流室6中产生高速旋转的涡流；由于烟气中烟尘的比重比气体大，故烟尘将沿所述涡流室6的壁面在所述涡流室6末端的所述积灰腔7中聚集；进行除灰后的烟气沿所述涡流管壳体12的内壁面继续旋转到所述热出气端3的所述针阀4处，一部分烟气从所述针阀4与所述热出气端3形成的缝隙处排出，另一部分烟气在所述热出气端3处被所述针阀4阻挡，在所述涡流管壳体12的轴线中心反向所述冷出气端1方向旋转流动，从所述冷出气端1排出；根据涡流原理，在所述涡流管壳体12的轴线中心向所述冷出气端1流动的烟气将其能量不断传递给沿管壁向所述热出气端3流动的烟气，因此向所述热出气端3流动的烟气越接近所述针阀4处温度越高，最后被排出一部分，成为热烟气10；而沿所述涡流管壳体12的轴线中心的烟气越接近所述冷出气端1处温度越低，在从所述冷出气端1排出时达到最低温度，成为冷烟气9；在此过程中，由于向所述冷出气端1流动的烟气的温度降低，其中的水蒸气会析出并与SO2气体结合形成密度较高的硫酸液体，硫酸液体又被卷入向所述热出气端3流动的热气流而可能重新气化形成水蒸气和SO2气体，但是，由于流向所述冷出气端1的烟气和流向所述热出气端3的烟气越靠近冷端温度越低，两者的温差也越大，故流向所述冷出气端1的烟气析出的酸液也越多，而由于越接近所述冷出气端1的流向所述热出气端3的烟气其含酸饱和程度越大，故流向所述冷出气端1的烟气析出的硫酸进入流向所述热出气端3的烟气后重新蒸发的酸也越少，未蒸发的液态酸在经过所述积灰腔7时被所述积灰腔7收集，因此，从所述冷出气端1排出的冷烟气9的温度达到酸露点，而最终排出所述热出气端3的热烟气10的温度将高于酸露点即含气态酸量不饱和，因此，热烟气10的温度与待处理烟气8相比其温度更高，且其酸露点更低，具有进一步热回收的可能。
本实施例的烟气热回收系统工作过程如下：待处理烟气8被所述加压风机21加压，通过所述待处理烟气管道22进入所述涡流热泵11中，其中部分烟气温度升高成为热烟气10进入所述换热器13，为烟气-水换热器的冷侧预热管道29内的水27加热以制取热水或蒸汽，其余烟气成为冷烟气9排出所述涡流热泵11进行进一步处理；在所述涡流热泵11由于维修等原因停用时，可打开所述第一旁通截止阀23并关闭所述第一截止阀19、所述第二旁通截止阀20、所述第三截止阀28，将待处理烟气8直接排到所述排烟管道24中；在所述换热器13由于维修等原因停用时，可打开所述第二旁通截止阀20并关闭所述第二截止阀18、所述第三截止阀28，将热烟气10直接排到所述排烟管道24中。
实施例二：
如图1～图5、图7所示，本实施例的烟气热回收系统包括烟气热回收用涡流热泵11、冷端负压风机30、排烟负压风机25、换热器13，所述涡流热泵11同实施例一的特征相同，所述涡流热泵11的所述进气端2连接待处理烟气管道22，所述涡流热泵11的所述冷出气端1与所述冷端负压风机30之间连接冷烟气管道17，所述涡流热泵11的所述热出气端3与所述换热器13的热侧烟气进口通过热烟气管道26相连接，所述换热器13的热侧烟气出口与所述排烟负压风机25之间连接排烟管道24，所述换热器13的冷侧连接预热管道29，所述涡流热泵11的所述排灰排酸口5连接排灰排酸管道16，所述待处理烟气管道22与所述排烟管道24之间连接第一旁通截止阀23，所述热烟气管道26与所述排烟管道24之间连接第二旁通截止阀20，所述待处理烟气管道22上于所述涡流热泵11的所述进气端2处设有第一截止阀19，所述热烟气管道26上于所述换热器13的热侧烟气进口处设有第二截止阀18，所述排烟管道24上于所述换热器13的热侧烟气出口处设有第三截止阀28，所述排灰排酸管道16上设有排烟排酸阀15，所述换热器13为烟气-空气换热器。
本实施例的烟气热回收系统工作过程如下：开启所述冷端负压风机30、所述排烟负压风机25，待处理烟气8通过所述待处理烟气管道22进入所述涡流热泵11中，其中部分烟气温度升高成为热烟气10进入所述换热器13，为烟气-水换热器的冷侧预热管道29内的空气31预热，其余烟气成为冷烟气9被所述排烟负压风机25抽出所述涡流热泵11进行进一步处理；在所述涡流热泵11由于维修等原因停用时，可可打开所述第一旁通截止阀23并关闭所述第一截止阀19、所述第二旁通截止阀20、所述第三截止阀28，将待处理烟气8直接抽到所述排烟管道24中；在所述换热器13由于维修等原因停用时，可打开所述第二旁通截止阀20并关闭所述第二截止阀18、所述第三截止阀28，将热烟气10直接抽到所述排烟管道24中。
本实用新型对传统的涡流热泵进行了改进，使之适合烟气的特点，可以从接近酸露点的烟气中吸收热量并升高回收后的温度，即能将通常情况下对达到酸露点温度无法进行热回收的烟气的部分根据涡流效应进行温度提升，降低烟气的热损失，有利于温度提升后烟气的进一步热回收，同时起到对烟气进行除灰和除酸的作用，以较小的代价提高了能量的利用率，可以产生明显的经济效益，因此本实用新型结构简单、节能环保、热回收利用率高。
本实用新型可广泛应用于烟气余热回收利用领域。

Claims (7)

1.一种烟气热回收用涡流热泵，包括涡流管壳体(12)，其特征在于：所述涡流管壳体(12)上设有涡流室(6)、与所述涡流室(6)连通的进气端(2)、冷出气端(1)、热出气端(3)，所述冷出气端(1)、所述热出气端(3)分别位于所述涡流管壳体(12)的两端，所述热出气端(3)处设有针阀(4)，所述涡流室(6)的内壁沿蜗壳的切线方向设有积灰腔(7)，所述积灰腔(7)的外部设有与外界相通的排灰排酸口(5)。
2.一种热回收系统，其特征在于：包括权利要求1所述的烟气热回收用涡流热泵(11)、加压风机(21)、换热器(13)，所述加压风机(21)的出口与所述涡流热泵(11)的所述进气端(2)之间通过待处理烟气管道(22)相连接，所述涡流热泵(11)的所述冷出气端(1)连接冷烟气管道(17)，所述涡流热泵(11)的所述热出气端(3)与所述换热器(13)的热侧烟气进口通过热烟气管道(26)相连接，所述换热器(13)的热侧烟气出口连接排烟管道(24)，所述换热器(13)的冷侧连接预热管道(29)，所述涡流热泵(11)的所述排灰排酸口(5)连接排灰排酸管道(16)。
3.根据权利要求2所述的热回收系统，其特征在于：所述待处理烟气管道(22)与所述排烟管道(24)之间连接第一旁通截止阀(23)，所述热烟气管道(26)与所述排烟管道(24)之间连接第二旁通截止阀(20)，所述待处理烟气管道(22)上于所述涡流热泵(11)的所述进气端(2)处设有第一截止阀(19)，所述热烟气管道(26)上于所述换热器(13)的热侧烟气进口处设有第二截止阀(18)，所述排烟管道(24)上于所述换热器(13)的热侧烟气出口处设有第三截止阀(28)，所述排灰排酸管道(16)上设有排烟排酸阀(15)。
4.根据权利要求2所述的热回收系统，其特征在于：所述换热器(13)为烟气-水换热器或烟气-空气换热器。
5.一种热回收系统，其特征在于：包括权利要求1所述的烟气热回收用涡流 热泵(11)、冷端负压风机(30)、排烟负压风机(25)、换热器(13)，所述涡流热泵(11)的所述进气端(2)连接待处理烟气管道(22)，所述涡流热泵(11)的所述冷出气端(1)与所述冷端负压风机(30)之间连接冷烟气管道(17)，所述涡流热泵(11)的所述热出气端(3)与所述换热器(13)的热侧烟气进口通过热烟气管道(26)相连接，所述换热器(13)的热侧烟气出口与所述排烟负压风机(25)之间连接排烟管道(24)，所述换热器(13)的冷侧连接预热管道(29)，所述涡流热泵(11)的所述排灰排酸口(5)连接排灰排酸管道(16)。
6.根据权利要求5所述的热回收系统，其特征在于：所述待处理烟气管道(22)与所述排烟管道(24)之间连接第一旁通截止阀(23)，所述热烟气管道(26)与所述排烟管道(24)之间连接第二旁通截止阀(20)，所述待处理烟气管道(22)上于所述涡流热泵(11)的所述进气端(2)处设有第一截止阀(19)，所述热烟气管道(26)上于所述换热器(13)的热侧烟气进口处设有第二截止阀(18)，所述排烟管道(24)上于所述换热器(13)的热侧烟气出口处设有第三截止阀(28)，所述排灰排酸管道(16)上设有排烟排酸阀(15)。
7.根据权利要求5所述的热回收系统，其特征在于：所述换热器(13)为烟气-水换热器或烟气-空气换热器。 
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