CN206208042U - 一种烟气净化与换热一体化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种烟气净化与换热一体化装置，属于烟气余热回收装置技术领域，为解决现有的装置对烟气的余热回收率低、烟气温度波动对过滤元件损伤大等问题而设计。本实用新型提供的烟气净化与换热一体化装置包括壳体、将壳体分为集尘室和净气室的花板、插接在花板上的陶瓷过滤膜管、置于陶瓷过滤膜管内的换热管以及用于为烟气储存或释放热量的蓄热墙，其中，壳体的两侧分别设有进烟口和出烟口，进烟口和集尘室连通，出烟口和净气室连通；蓄热墙位于集尘室内靠近进烟口处。本实用新型的烟气净化与换热一体化装置适用于间歇式工业窑炉的高温烟气除尘换热，不仅对烟气的余热能够高效回收，而且降低了烟气温度波动对过滤元件造成的热震损伤。

Description

一种烟气净化与换热一体化装置

技术领域

本实用新型涉及烟气余热回收装置技术领域，具体涉及一种烟气净化与换热一体化装置。

背景技术

工业窑炉按热工制度可分为两类：一类是间歇式窑炉，其特点是窑炉间歇生产，在每一加热周期内窑炉炉温是变化的；第二类是连续式窑炉，其特点是窑炉连续生产，炉膛内划分温度区段，在加热过程中每一段的温度基本上保持不变。与连续式窑炉相比，常用的间歇式窑炉具有升温制度灵活、容易安排生产等优点，但其存在最大的问题是能耗较大，主要是烟气带走的热量损失、化学不完全燃烧造成的热损失以及窑衬的蓄热损失等。以烧成温度1800℃的间歇式窑炉为例，经测算，仅高温烟气与窑衬等蓄热造成的热损失就高达50％，因此，必须利用烟气余热回收装置来减少高温烟气造成的热量损失。

间歇式窑炉生产工艺的特点决定了烟气的流量和温度均有较大的周期性波动，因而导致余热回收装置的运行环境相对恶劣，要求其既要适应多变的生产工况，又要稳定可靠地运行。对于间歇式窑炉的高温含尘烟气，由于受除尘设备及换热设备的材质所限，目前采用的方法是先将排出的烟气经水冷降温，然后再进入后续换热设备进行换热。

上述方法存在诸多问题，例如，冷却水会带走大量热量造成能量损失，能量转换次数过多造成换热过程中间的能量损失等，尤为严重的问题是该方法及装置无法使烟气温度保持在一个相对稳定的范围内，烟气温度波动不仅对过滤元件造成巨大的热震损伤，降低了过滤元件的使用寿命，而且使余热回收后的能量输出变得不稳定，难以对其进行有效利用。因此，本实用新型亟需提供一种烟气净化与换热一体化装置以解决目前存在的问题。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提出一种使得烟气的余热能够高效回收、能量损失较小的烟气净化与换热一体化装置。

本实用新型的另一个目的是提出一种适用于间歇式工业窑炉的高温烟气除尘换热的烟气净化与换热一体化装置，降低烟气温度波动对过滤元件造成的热震损伤，使余热回收后的能量输出相对稳定。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种烟气净化与换热一体化装置，包括壳体、将所述壳体分为集尘室和净气室的花板、插接在所述花板上的陶瓷过滤膜管、置于所述陶瓷过滤膜管内的换热管以及用于为烟气储存或释放热量的蓄热墙，其中，所述壳体的两侧分别设有进烟口和出烟口，所述进烟口和所述集尘室连通，所述出烟口和所述净气室连通；所述蓄热墙位于所述集尘室内靠近所述进烟口处。

作为本实用新型的一个优选方案，所述蓄热墙包括蓄热体和烟气通道，所述烟气通道沿所述蓄热体的厚度方向贯通。

作为本实用新型的一个优选方案，所述烟气通道的截面呈圆形、矩形或锯齿形。

作为本实用新型的一个优选方案，所述烟气通道沿所述蓄热体的厚度方向倾斜设置，倾斜角度在15度到60度之间。

作为本实用新型的一个优选方案，所述烟气通道内安装有声波清灰器。

作为本实用新型的一个优选方案，所述进烟口呈喇叭状。

作为本实用新型的一个优选方案，还包括反吹清灰组件；

所述反吹清灰组件包括具有反吹气体进口的脉冲反吹气体管道和沿所述脉冲反吹气体管道上开设的多个反吹气体喷嘴，所述反吹气体喷嘴至少部分伸入至所述陶瓷过滤膜管内。

作为本实用新型的一个优选方案，所述陶瓷过滤膜管包括多孔陶瓷支撑体和贴附在所述多孔陶瓷支撑体上的陶瓷过滤膜；所述陶瓷过滤膜管为喇叭状或带台阶的柱状结构。

作为本实用新型的一个优选方案，所述陶瓷过滤膜管的直径在6cm到18cm之间，壁厚在8mm到30mm之间，所述多孔陶瓷支撑体上孔的孔径均在0.1μm到10μm之间。

作为本实用新型的一个优选方案，所述壳体内壁贴附保温隔热层，所述保温隔热层的厚度在5cm到20cm之间。

本实用新型的有益效果为：

(1)、本实用新型的烟气净化与换热一体化装置包括壳体、将壳体分为集尘室和净气室的花板、插接在花板上的陶瓷过滤膜管、置于陶瓷过滤膜管内的换热管以及用于为烟气储存或释放热量的蓄热墙；当高温烟气通过蓄热墙时，蓄热墙吸收高温烟气的热量，在降低烟气温度同时自身温度升高；当低温烟气通过蓄热墙时，蓄热墙向烟气放出热量，使低温烟气温度升高，此时蓄热墙温度降低，通过该蓄热墙的设置使得高温烟气无需任何冷却处理即可直接进行净化和换热，使余热回收率大大提高。

(2)、本实用新型的烟气净化与换热一体化装置由于蓄热墙和保温隔热层的设置，使装置内形成一个温度较高且能够持续保持热的工作环境，即使间歇式窑炉停止工作，换热过程也能够持续进行一段时间，直至温度下降到较低为止，如此反复，形成一个相对稳态的换热过程，使高温烟气余热得到最大程度地利用。

(3)、本实用新型的烟气净化与换热一体化装置通过设置蓄热墙使陶瓷过滤膜管所净化的烟气温度始终在一个较小的范围内波动，降低了温度波动对陶瓷过滤膜管热震冲击造成的损伤，从而保证设备工况的相对稳定，同时，换热流体也能以比较稳定的温度输送到下一个环节，保证后续工艺操作参数相对稳定，从而最大限度地提高烟气余热的利用效率。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例一提供的烟气净化与换热一体化装置的结构示意图；

图2是图1中虚线框部分的放大图；

图3是本实用新型优选实施例一提供的蓄热墙的主视图之一；

图4是本实用新型优选实施例一提供的蓄热墙的左视图之一；

图5是本实用新型优选实施例二提供的蓄热墙的主视图之二；

图6是本实用新型优选实施例二提供的蓄热墙的左视图之二；

图7是本实用新型优选实施例三提供的蓄热墙的主视图之三；

图8是本实用新型优选实施例三提供的蓄热墙的左视图之三。

图中标记为：

1、壳体；2、保温隔热层；3、陶瓷过滤膜管；4、换热管；5、换热翅片；6、花板；7、出烟口；8、换热介质出口；9、脉冲反吹气体管道；10、反吹气体喷嘴；11、反吹气体进口；12、固定架；13、换热介质入口；14、盖板；15、密封垫；16、进烟口；17、蓄热墙；18、卸灰阀；171、蓄热体；172、烟气通道。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

优选实施例一：

本优选实施例公开一种烟气净化与换热一体化装置。如图1和图2所示，烟气净化与换热一体化装置包括壳体1、在壳体1内壁贴附的保温隔热层2、将壳体1分为集尘室和净气室的花板6、插接在花板6上的陶瓷过滤膜管3、置于陶瓷过滤膜管3内的换热管4、盖在陶瓷过滤膜管3的开口上方的盖板14、用于固定换热管4的固定架12、位于壳体1底部的卸灰阀18、用于为烟气储存或释放热量的蓄热墙17以及反吹清灰组件。

花板6上方的部分为净气室，下方的部分为集尘室。壳体1的两侧分别设有进烟口16和出烟口7，进烟口16和集尘室连通，出烟口7和净气室连通，其中，进烟口16设计为喇叭状，以增大烟气与蓄热墙17的接触面积，减少积灰。

蓄热墙17位于集尘室内靠近进烟口16处。如图3和图4所示，蓄热墙17包括蓄热体171和烟气通道172，烟气通道172沿蓄热体171的厚度方向贯通，且沿蓄热体171的厚度方向为倾斜设置，即向上倾斜或向下倾斜，倾斜角度在15度到60度之间，烟气通道172的截面呈圆形。为防止蓄热墙17内部积灰，可采用脉冲气流或烟气通道172内部安装的声波清灰器等进行定时或定阻力降清灰。本实施例中，烟气通道172沿蓄热体171的厚度方向向下倾斜，倾斜角度与喇叭状的进烟口16的下侧边的倾斜角度相同。

蓄热墙17采用导热较好、比热容较大、抗热震性能好的材料搭建，如镁砖、高铝砖、莫来石砖、SiC砖、高氧化铁砖或它们之间的复合材料中的一种或任意几种搭建。蓄热墙17由预制砖块砌筑而成或采用相应的浇注料浇注而成，根据烟气温度波动范围和烟气流量大小，计算所需蓄热体积，确定蓄热墙17的厚度和烟气通道172尺寸。如当温度波动较小时，可采用镁砖搭建；当温度波动较大时，可采用抗热震性好的高铝砖或莫来石砖搭建，本实施例中蓄热墙17优选采用高铝砖搭建。

保温隔热层2选用保温性能好、耐热温度高的隔热材料制备，成分为硅酸铝纤维棉、莫来石纤维棉、氯酸铝纤维棉、岩棉、玻璃丝棉中的一种或几种材料的任意比例混合，在5cm到20cm之间。本实施例中，保温隔热层2优选采用硅酸铝纤维棉制备，厚度约为10cm，安装时，可将保温材料切割好，然后用耐热销钉固定在壳体1内壁和管道内壁上。

花板6采用耐热不锈钢材质制成，可根据外壳1形状加工成矩形或圆形，优选由1Cr18Ni9Ti耐热钢制备，厚度约为10mm，焊接在壳体1上，花板6上均匀分布多个呈喇叭形或圆形的通孔，通孔内镶嵌有由含高硅氧玻璃布、硅酸铝纤维或氧化铝纤维等高温纤维制成的密封垫15。花板6上的每个通孔内均插接有一个陶瓷过滤膜管3，盖板14压在陶瓷过滤膜管3上部，并对陶瓷过滤膜管3施加向下压力，使陶瓷过滤膜管3与花板6之间实现密封连接，以减少漏风率。

每个陶瓷过滤膜管3的开口均朝向净气室，其余部分悬置于集尘室中，陶瓷过滤膜管3可以根据需要加工成喇叭形或带台阶的柱状结构。陶瓷过滤膜管3包括多孔陶瓷支撑体和贴附在多孔陶瓷支撑体上的单层或多层陶瓷过滤膜，多孔陶瓷支撑体和陶瓷过滤膜均选用耐高温陶瓷材料制成，成分为Al₂O₃、SiC、Si₃N₄、硅酸铝、莫来石、堇青石、ZrO₂中的一种或几种任意比例组合。多孔陶瓷支撑体上孔的孔径均在0.1μm到10μm之间，陶瓷过滤膜管3的直径在6cm到18cm之间，壁厚在8mm到30mm之间。本实施例中，优选陶瓷过滤膜管3用莫来石材料制备，直径约为80mm，壁厚8mm，孔隙率为35％。

每个陶瓷过滤膜管3内均设有一个换热管4，根据烟气温度和换热效率，多个换热管4之间相互并联和/或串联设置，相连接后的换热管4的一端具有换热介质入口13，另一端具有换热介质出口8。换热介质可以是气体或液体，选用气体作为换热流体时，加热后的气体可作为助燃风或燃气预热等，当选用液体作为换热流体时，可用于供暖和热水供应等。考虑到换热管4受热膨胀和陶瓷过滤膜管3清灰等问题，换热管4与陶瓷过滤膜管3内壁应保留≥10mm的间隔。

换热管4选用导热系数高的金属管制成，依据陶瓷过滤膜管3腔内空间和换热管4直径，将换热管4耦合于陶瓷过滤膜管3腔内，每个换热管4均为U型、W型、螺旋型或阶梯型中的一种。为了增大换热面积，提高换热效率，在不影响换热管4与陶瓷过滤膜管3耦合的前提下，每个换热管4的外壁上增加有凸起结构，该凸起结构可以是换热翅片5、肋板或其他形状的凸起结构。本实施例中优选换热管4由耐热不锈钢材料制成的U型结构，该换热管4由位于净气室内的固定架12固定，在换热管4的外壁上等间隔的设置多个换热翅片5。

反吹清灰组件包括具有反吹气体进口11的脉冲反吹气体管道9和沿脉冲反吹气体管道9上开设的多个反吹气体喷嘴10，反吹气体喷嘴10至少部分伸入至陶瓷过滤膜管3内，用于为其清灰，反吹气体选用空气或氮气。

本实施例的烟气净化与换热一体化装置工作过程如下：

当炼钢炉升温时，高温含尘烟气通过连接管道进入烟气净化与换热一体化装置中，高温烟气流过蓄热墙17时，把自身的热量传给蓄热体171，蓄热体171存储热量，使得烟气温度降低。降温后的烟气经陶瓷过滤膜管3过滤后进入陶瓷过滤膜管内腔，烟气自身携带的烟尘粒子被阻隔在陶瓷过滤膜管3外，净化后的烟气在陶瓷过滤膜管3内与换热管4接触换热，最后通过出烟口7排出。换热介质例如空气、煤气、水等，通过换热介质入口13进入置于陶瓷过滤膜管3内腔的换热管4中，完成换热后换热介质温度升高，从换热介质出口8流出；当炼钢炉排出的烟气温度较低时，烟气通过蓄热墙17时，蓄热墙17释放热量，使得烟气温度升高，然后烟气经陶瓷过滤膜管3净化，再与换热介质换热，完成余热回收。

本实施例中，由于蓄热墙17和保温隔热层2的设置，使装置内形成一个温度较高且能够持续保持热的工作环境，即使间歇式窑炉停止工作，换热过程也能够持续进行一段时间，直至温度下降到较低为止，如此反复，形成一个相对稳态的换热过程，使高温烟气余热得到最大程度地利用，同时可减少温度波动对陶瓷过滤膜管3造成的热震损伤。

由于采用高温密封材料，使得漏风率小于1％。高温含尘烟气入口处的含尘量约为1000-100000mg/m³，过滤后小于10mg/m³，经过换热介质换热后，烟气温度可由入口时的1000℃-1200℃降至80℃-120℃，烟气净化与换热一体化装置外壁温度低于40℃。

优选实施例二：

本优选实施例公开一种烟气净化与换热一体化装置，该装置与优选实施例一所述的装置基本相同，包括壳体、将壳体分为集尘室和净气室的花板、插接在花板上的陶瓷过滤膜管、置于陶瓷过滤膜管内的换热管以及用于为烟气储存或释放热量的蓄热墙，其中，壳体的两侧分别设有进烟口和出烟口，进烟口和集尘室连通，出烟口和净气室连通；蓄热墙位于集尘室内靠近进烟口处。

不同之处在于：如图5和图6所示，烟气通道172虽沿蓄热体171的厚度方向向下倾斜且间隔设置，但烟气通道172的截面呈矩形，与截面呈圆形的烟气通道172相比，本实施中的蓄热墙结构更为简单，搭建更为容易。

优选实施例三：

本优选实施例公开一种烟气净化与换热一体化装置，该装置与优选实施例一或二所述的装置基本相同，不同之处在于：如图7和图8所示，烟气通道172虽沿蓄热体171的厚度方向向下倾斜且间隔设置，但烟气通道172的截面呈锯齿形，锯齿形的烟气通道172能够增大烟气与蓄热材料的接触面积，提高储热和释热效率。烟气通道172的截面包括但不限于实施例中的几种形状，还可以是其他形状，可根据实际使用需求进行设置。

最后，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上是结合附图给出的实施例，仅是实现本实用新型的优选方案而非对其限制，任何对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神，均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。本实用新型的保护范围还包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案。

Claims (10)

1.一种烟气净化与换热一体化装置，其特征在于，包括壳体(1)、将所述壳体(1)分为集尘室和净气室的花板(6)、插接在所述花板(6)上的陶瓷过滤膜管(3)、置于所述陶瓷过滤膜管(3)内的换热管(4)以及用于为烟气储存或释放热量的蓄热墙(17)，其中，

所述壳体(1)的两侧分别设有进烟口(16)和出烟口(7)，所述进烟口(16)和所述集尘室连通，所述出烟口(7)和所述净气室连通；

所述蓄热墙(17)位于所述集尘室内靠近所述进烟口(16)处。

2.根据权利要求1所述的一种烟气净化与换热一体化装置，其特征在于，所述蓄热墙(17)包括蓄热体(171)和烟气通道(172)，所述烟气通道(172)沿所述蓄热体(171)的厚度方向贯通。

3.根据权利要求2所述的一种烟气净化与换热一体化装置，其特征在于，所述烟气通道(172)的截面呈圆形、矩形或锯齿形。

4.根据权利要求3所述的一种烟气净化与换热一体化装置，其特征在于，所述烟气通道(172)沿所述蓄热体(171)的厚度方向倾斜设置，倾斜角度在15度到60度之间。

5.根据权利要求4所述的一种烟气净化与换热一体化装置，其特征在于，所述烟气通道(172)内安装有声波清灰器。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种烟气净化与换热一体化装置，其特征在于，所述进烟口(16)呈喇叭状。

7.根据权利要求1-5任一项所述的一种烟气净化与换热一体化装置，其特征在于，还包括反吹清灰组件；

所述反吹清灰组件包括具有反吹气体进口(11)的脉冲反吹气体管道(9)和沿所述脉冲反吹气体管道(9)上开设的多个反吹气体喷嘴(10)，所述反吹气体喷嘴(10)至少部分伸入至所述陶瓷过滤膜管(3)内。

8.根据权利要求1-5任一项所述的一种烟气净化与换热一体化装置，其特征在于，所述陶瓷过滤膜管(3)包括多孔陶瓷支撑体和贴附在所述多孔陶瓷支撑体上的陶瓷过滤膜；所述陶瓷过滤膜管(3)为喇叭状或带台阶的柱状结构。

9.根据权利要求8所述的一种烟气净化与换热一体化装置，其特征在于，所述陶瓷过滤膜管(3)的直径在6cm到18cm之间，壁厚在8mm到30mm之间，所述多孔陶瓷支撑体上孔的孔径均在0.1μm到10μm之间。

10.根据权利要求1-5任一项所述的一种烟气净化与换热一体化装置，其特征在于，所述壳体(1)内壁贴附保温隔热层(2)，所述保温隔热层(2)的厚度在5cm到20cm之间。