CN202066385U - 一种新型余热回收利用装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种新型余热回收利用装置，其采用蓄热室与换热器相结合的结构形式，在加热炉的主烟道上布置两条并联的分烟道，两条分烟道内部分别装有两个升降式烟道闸板和一个蓄热室，在分烟道后部的主烟道内放置换热器，蓄热室与空气管道系统连接，换热器与煤气管道系统连接。本实用新型可省去烟道中为保证换热装置正常工作所需的掺冷风装置，避免了由于掺冷风而造成烟气热量贬值；同时也可省去助燃热风放散装置；空气换热装置的热效率、温度效率和加热炉的燃料节约率也将提高，加热炉的燃耗、热耗和废气中NOx的排放量将降低；能够实现加热炉生产率的提高、炉子自身的节能减排等目的；同时对炉膛内的压力起到较好的调节作用。

Description

一种新型余热回收利用装置
技术领域
本专利提出了一种高效回收利用烟气显热的装置，适用于冶金企业煤气热值高于7000kJ/m3，铸坯热装温度较高的连续式加热炉烟道内，或者短流程工艺结构布局中的连续式加热炉烟道内。属于冶金工业余热资源回收利用技术领域。 
背景技术
在铸坯连续生产中，对于不需要下线处理的铸坯，提高其入炉温度不仅可以减少钢坯表面的氧化烧损，提高成材率，还可以降低加热炉燃料单耗，节约能源。因此，铸坯热送热装工艺和短流程工艺结构布局倍受青睐。由于连铸机和加热炉间布局紧凑，钢坯入炉温度显著提高。钢坯因入炉后表面温度较高，与烟气的热量交换下降，导致烟气出炉温度过高。为了能够更合理、更有效地回收利用加热炉烟气显热，一般常采用增大常规金属换热器换热面积或使用高效蓄热式燃烧技术等方法和措施。 
目前，国内外开发出了许多增大常规金属换热器换热面积的换热装置和方法。比如，一种包括了翅片、盘管的高效换热器(见国内专利“一种高效换热器”，专利申请号：CN200720077357.5)。虽然此种方法增大了换热器的换热面积，提高了换热器的热效率。但是由于换热器采用材料的限制，还是不能解决烟气进入换热器前需要掺冷风的 问题和由于助燃空气被预热后温度过高，而不得不采取助燃热风放散的方式保护换热器的问题。因此，烟气带出加热炉的显热不能被充分利用，空气换热器的热效率和温度效率等相关指标得不到显著提升。 
在采用高效蓄热式燃烧技术回收烟气余热资源方面，国内外也提出了许多新的方法和措施。比如，在加热段和均热段内设置有蓄热式烧嘴和换热式烧嘴，在预热段后设有辅助烟道，在辅助烟道内设有换热器的蓄热-换热式联用加热炉(见国内专利“蓄热-换热式联用加热炉及其加热方法”，专利号：CN200810010023.5)。这个发明专利与常规蓄热式加热炉相比，虽然增加了一个有利于排烟的辅助烟道，使加热炉炉膛内压力偏高的问题得到了一些缓解。但由于蓄热式烧嘴的工作特点和辅助烟道对烟气产生的抽力作用，使烟气在炉内运行顺畅性得不到保证，影响了烟气在炉内的运行轨迹，高温段炉膛内压力偏高的问题得不到根本解决，从而导致炉内温度分布不均。此外，蓄热式烧嘴在实际应用中还存在控制点和检修点多，维护费用高，安装在高温段内的蓄热式烧嘴的烧嘴砖易损坏等不足。目前，铸坯热装温度较高的连续式加热炉，或者短流程工艺结构布局中的连续式加热炉大部分采用常规管式金属换热器作为助燃空气预热装置。由于换热器器壁的使用材料受到其最高使用温度的限制，使得烟气进入换热器前的温度不得超过800℃。为了能够使换热器正常工作，不得不在高温烟气进入烟道时掺入冷风，或者采取助燃热风放散的措施保护换热器，降低烟气的温度，降低了换热器的热效率，造成烟气余热资源的大量浪费。 
实用新型内容
为了解决这一问题，本实用新型提供了一种新的余热回收装置。 
本实用新型目的是这样实现的，采用蓄热室与换热器相结合的结构形式，在加热炉的主烟道上布置两条并联的分烟道，两条分烟道内部分别装有两个升降式烟道闸板和一个蓄热室，在分烟道后部的主烟道内放置换热器，蓄热室与空气管道系统连接，换热器与煤气管道系统连接，其蓄热室用于预热助燃空气，换热器用于预热热值较高的混合煤气。 
本实用新型蓄热室内的蓄热体采用堇青石材质的小球，由两面带有孔隙的挡墙固定在蓄热室内，小球的直径大于放置在传统蓄热式烧嘴前的小球直径，保证烟气顺畅通过余热回收装置，小球还需具有较强的抗压能力，确保余热回收装置内的小球使用寿命。 
本实用新型空气管道系统由箱式三通换向阀、冷空气总管道、冷空气入口支管道、热空气出口支管道、热空气总管道组成，冷空气输入侧安装箱式三通换向阀，冷空气入口支管道与热空气出口支管道分别接蓄热室，冷空气入口支管道一端与换向阀相连，另一端与蓄热室相连，热空气出口支管道接热空气总管道，热空气总管道接加热炉，冷空气经换向阀进入蓄热室，经蓄热室预热后，由热空气总管道送入加热炉，与煤气混合燃烧。 
本实用新型的煤气管道系统与常规加热炉煤气管道系统相同，由冷煤气总管道、热煤气总管道组成，分别接在换热器的两端，冷煤气通过冷煤气总管进入常规换热器，经预热后由热煤气总管道送入加热 炉，与热空气混合燃烧。 
本实用新型的排烟系统的组成与其它加热炉采用常规排烟系统的组成相类似，都是由产生抽力的排烟装置和排送烟气的烟道构成，引风机放置在烟道尾部。 
本实用新型应用的原理是这样的，安装在一侧烟道蓄热室内的蓄热体被冷却，助燃空气温度被升高。此时，该蓄热室两端的烟道闸板落下，使蓄热室和空气管道间形成一个密封的空气通道。冷空气由烟道壁外侧进入蓄热室，与蓄热体(小球)进行热交换，蓄热体温度降低，空气温度升高。另一侧烟道内的蓄热体被预热，烟气温度被降低。此时，该蓄热室两端的烟道闸板升起，高温烟气从蓄热室两端挡墙的孔隙中流过，在蓄热室内与蓄热体进行热量交换，蓄热体温度升高，高温烟气温度下降。同时，为保证蓄热室后部的换热器能够正常工作，出蓄热室后的烟气温度控制在450℃左右，利用剩余这部分烟气显热预热煤气。经过一段时间后，冷却蓄热体侧的两个烟道闸板升起，预热蓄热体侧的两个烟道闸板落下，前半个换向周期结束。重复上述工作，从而完成一次换向周期。 
在实际生产中，使用这种方法回收烟气显热，可省去烟道中为保证换热装置正常工作所需的掺冷风装置，避免了由于掺冷风而造成烟气热量贬值；同时也可省去助燃热风放散装置。助燃空气的预热温度和燃料理论燃烧温度将明显升高；空气换热装置的热效率、温度效率和加热炉的燃料节约率也将提高，加热炉的燃耗、热耗和废气中NOx的排放量将降低。能够实现加热炉生产率的提高、炉子自身的节能减 排等目的。此外，将蓄热室放置在烟道内能够保证烟气在炉内的顺行，不会对炉内温度场的均匀分布造成影响，同时对炉膛内的压力起到较好的调节作用。 
附图说明
图1是本实用新型工作原理及气体流向示意图； 
图2是烟道主视示意图。 
图中：A-空气流向、B-烟气流向、C-煤气流向1-蓄热室、2-升降式烟道闸板、3-带孔隙的挡墙、4-箱式三通换向阀、5-冷空气总管道、6-冷空气入口支管道、7-热空气出口支管道、8-热空气总管道、9-换热器、10-烟道壁、11-烟闸、12-烧嘴、13-冷煤气总管、14-热煤气总管 
具体实施方式
在下面结合附图对本实用新型的具体结构做详细说明。 
如图1所示，本实用新型采用蓄热室1与换热器9相结合的结构形式，在加热炉的主烟道上布置两条并联的分烟道，两条分烟道内部分别装有两个升降式烟道闸板2和一个蓄热室1，在分烟道后部的主烟道内放置换热器9，蓄热室1与空气管道系统连接，换热器9与煤气管道系统连接，蓄热室1内的蓄热体采用堇青石材质的小球，由两面带有孔隙的挡墙3固定在蓄热室1内。 
如图1、2所示，空气管道系统由箱式三通换向阀4、冷空气总管道5、冷空气入口支管道6、热空气出口支管道7、热空气总管道8组成，冷空气输入侧安装箱式三通换向阀4，冷空气入口支管道6与 热空气出口支管道7分别接蓄热室1，冷空气入口支管道6经箱式三通换向阀4接蓄热室1，热空气出口支管道7接热空气总管道8到加热炉；煤气管道系统由冷煤气总管道13、热煤气总管道14组成，分别接在换热器9的两端。 
本实用新型的工作过程是这样的，一侧烟道内的蓄热体被冷却，助燃空气温度被升高。此时，该蓄热室1两端的烟道闸板2落下，使蓄热室1和空气管道系统间形成一个密封的空气通道。冷空气首先进入箱式三通换向阀4，然后进入冷空气总管道5，经冷空气入口支管道6，最后进入蓄热室1，与蓄热体(小球)进行热交换，蓄热体温度降低，空气温度升高，预热后的空气经热空气出口支管道7和热空气总管道8入炉。另一侧烟道内的蓄热体被预热，烟气温度被降低。此时，该蓄热室1两端的烟道闸板2升起，高温烟气从蓄热室1两端挡墙3的孔隙中流过，在蓄热室1内与蓄热小球进行热量交换，蓄热体温度升高，高温烟气温度下降。同时，为保证蓄热室1后部的换热器9能够正常工作，出蓄热室1后的烟气温度控制在450℃左右，利用剩余这部分烟气显热预热煤气。经过一段时间后，冷却蓄热体侧的两个烟道闸板2升起，预热蓄热体侧的两个烟道闸板2落下，前半个换向周期结束。重复上述工作，从而完成一次换向周期。 
一个热负荷为98064874kJ/h的加热炉，燃料消耗量是11396.41Nm3/h，需要的空气量是23955.26Nm3/h，将产生废气量是32400Nm3/h。如果在这个加热炉的烟道内，采用本专利结构的烟气余热回收装置，使用直径10cm的堇青石小球作为蓄热室内的蓄热体。 经过预热后的助燃空气温度可以达到678.78℃，煤气温度可以达到300℃左右，空气换热装置的热效率和温度效率可达48.16％和75.42％，加热炉的燃料节约率可达24.93％，燃料理论燃烧温度可以达到2255.1℃。 
如果在这个加热炉的烟道内，采用常规的金属换热器作为烟气余热回收装置。经过预热后的助燃空气温度可以达到450℃左右，煤气温度可以达到300℃左右，空气换热器的热效率和温度效率可达39.82％和64.29％，加热炉的燃料节约率可达19.1％，理论燃烧温度可以达到2118.91℃。 
通过对以上两种方法的比较可知，新方法的各项指标明显高于常规方法的各项指标。预热后，助燃空气温度升高了228.78℃，增加了33.71％；空气换热装置的热效率提高了8.34％，温度效率提高了11.13％；加热炉的燃料节约率提高了5.83％；燃料理论燃烧温度提高了136.91℃，增加了6.04％。 

Claims (4)

1.一种新型余热回收利用装置，其特征在于，采用蓄热室与换热器相结合的结构形式，在加热炉的主烟道上布置两条并联的分烟道，两条分烟道内部分别装有两个升降式烟道闸板和一个蓄热室，在分烟道后部的主烟道内放置换热器，蓄热室与空气管道系统连接，换热器与煤气管道系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型余热回收利用装置，其特征在于，蓄热室内的蓄热体采用堇青石材质的小球，由两面带有孔隙的挡墙固定在蓄热室内。
3.根据权利要求1所述的一种新型余热回收利用装置，其特征在于，空气管道系统由箱式三通换向阀、冷空气总管道、冷空气入口支管道、热空气出口支管道、热空气总管道组成，冷空气输入侧安装箱式三通换向阀，冷空气入口支管道与热空气出口支管道分别接蓄热室，冷空气入口支管道一端与换向阀相连，另一端与蓄热室相连，热空气出口支管道接热空气总管道，热空气总管道接加热炉。
4.根据权利要求1所述的一种新型余热回收利用装置，其特征在于，煤气管道系统由冷煤气总管道、热煤气总管道组成，分别接在换热器的两端。
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