CN209978693U - 一种烟气余热交换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种烟气余热交换器，包括设置于外壳一端的烟气入口，以及与烟气入口对立设置的烟气出口；烟气入口和烟气出口分别与外壳内的换热烟腔连通；换热烟腔包括内环烟腔和环绕内环烟腔设置的外环烟腔；位于内环烟腔和外环烟腔内均匀分布有若干换热水管；内环烟腔包括第一内环烟腔和第二内环烟腔；第一内环烟腔包括两个第一内环弧形板，第一内环弧形板上端点A3与A4连线平行于B3与B4连线，第二内环弧形板上端点A1与A2连线平行于B1与B2连线；外环烟腔包括第一外环烟腔和与第一外环烟腔连通的第二外环烟腔。
Description
技术领域
本实用新型属于交换器的技术领域，具体涉及一种烟气余热交换器。
背景技术
硅铁炉在冶炼生产过程中，产生大量夹带微细尘粒的高温烟气。生产1吨75％硅铁，理论上大约产生1500～2000Nm3炉气，烟气中主要成分是N2、O2、CO2、H2O，由于空气过剩系数很大，因此基本接近空气成分。
烟气中SO2含量依据原料中带入的硫量而定，主要决定于还原剂的含硫量。1吨75％硅铁原料带入的硫量一般在5-10kg左右，其中90％燃烧成SO2后进入烟气，在半封闭电炉中烟气含硫量一般在0.1～lg/Nm3左右。
烟气中的烟尘主要由两部分组成，一部分是炉料的机械吹出物，主要是焦粉和煤粉；另一部分是硅石中的SiO2被还原形成的气态SiO，这些SiO本应继续被还原成硅，形成硅铁，但实际上总有一部分逸出料面，被空气中氧再氧化成SiO，形成无晶形的极细颗粒，被烟气带出炉外，这两部分烟尘前者约占10％～20％，后者约占80％-90％，硅铁的烟尘量取决于冶炼过程中硅的回收率，在正常情况下，硅回收率为85％-90％时，l吨硅铁约产生200～300kg粉尘，当电炉刺火时Si回收率下降，粉尘量就会急剧增加。粉尘平均粒径为0.1μm，都是无晶硅的氧化物。真比重仅为2.23g/cm3，比表面积达20m2/g，比电阻为1.3×1013Ω·cm。
烟气热含量大，1吨75％硅铁烟气中含热量相当于输入的电量，因此回收余热的潜在能量很大，而现有的余热交换装置的交换效率低，不能最大程度的将热能转换，造成热量的浪费。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种烟气余热交换器，以解决现有锅炉余热交换器交换效率低的问题。
为达到上述目的，本实用新型采取的技术方案是：
一种烟气余热交换器，其包括设置于外壳一端的烟气入口，以及与烟气入口对立设置的烟气出口；烟气入口和烟气出口分别与外壳内的换热烟腔连通；
换热烟腔包括内环烟腔和环绕内环烟腔设置的外环烟腔；位于内环烟腔和外环烟腔内均匀分布有若干换热水管；内环烟腔包括第一内环烟腔和第二内环烟腔；第一内环烟腔包括两个第一内环弧形板，第一内环弧形板上端点A3与A4连线平行于B3与B4连线，第二内环弧形板上端点A1与A2连线平行于B1与B2连线；
外环烟腔包括第一外环烟腔和与第一外环烟腔连通的第二外环烟腔；第一外环烟腔包括两个外环弧形板，两个外环弧形板与两个第一内环弧形板之间构成的环形空间为第一外环烟腔；第二外环烟腔包括两个外环弧形板，两个外环弧形板与两个第二内环弧形板之间构成的环形空间为第二外环烟腔；同侧外环弧形板上端点C1、C2和C3位于同一直线上，D1、D2和D3位于同一直线上，且端点C1、C2、C3连线与D1、D2、D3连线平行；
两个第一内环弧形板上端点A3和B3均向外延伸一块分流板，分流板延伸至第二外环烟腔、并将第二外环烟腔的出口一分为二。
优选地，第一内环弧形板和第二内环弧形板对应的圆心角a为100°-120°。
优选地，烟气出口顶部设置进水集箱，外壳顶部靠近烟气入口位置处设置出水集箱；进水集箱和出水集箱上均安装一个温度传感器和压力传感器。
优选地，温度传感器为24V PT100温度传感器；压力传感器为24V YB131型压力变送器。
优选地，外壳底部开设有至少两个出灰口，出灰口处安装出灰口保护盖。
优选地，外壳包括从内到外的保温层、隔热夹层和金属板；保温层均匀填充聚氨酯泡沫，隔热夹层为真空，金属板为钢板。
优选地，第二内环弧形板与外环弧形板为同心圆弧，且第二内环弧形板对应的直径与外环弧形板的直径之比为2:3。
本实用新型提供的烟气余热交换器，具有以下有益效果：
本实用新型在外壳内设置内环烟腔和外环烟腔，改变烟气进入的路径，增加烟气进入烟腔的时间，增加烟气与换热水管的热交换时间，进而增大热交换效率。
外壳采用三层设置，包括聚氨酯泡沫保温层，用于减少换热烟腔与外部的热交换；隔热夹层为真空，没有传热介质，进一步减少热交换；金属板为钢板用于支撑。
第一内环弧形板上端点向外延伸一块分流板，分流板延伸至第二外环烟腔、并将第二外环烟腔的出口一分为二，在分流板的作用下，能够确保足够的烟气进入第一外环烟腔，保证第一外环烟腔内换热水管的换热效率；且将烟气进行分流，进入第一外环烟腔，进一步增大烟气流动时间，增加热交换率。
附图说明
图1为烟气余热交换器的结构图。
图2为烟气余热交换器横剖图。
图3为烟气余热交换器烟气流向图。
图4为烟气余热交换器换热烟腔结构图。
其中，1、烟气入口；2、外壳；3、烟气出口；4、支撑柱；5、外环烟腔；6、内环烟腔；7、出灰口保护盖；8、出水集箱；9、出水口；10、温度传感器；11、压力传感器；12、进水集箱；13、进水管；14、保温层；15、隔热夹层；16、金属板；17、换热水管；18、分流板；61、第一内环弧形板；62、第二内环弧形板；63、外环弧形板；64、第一内环烟腔；65、第二内环烟腔；66、第一外环烟腔；67、第二外环烟腔。
具体实施方式
下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的烟气余热交换器，包括设置于外壳2一端的烟气入口1，以及与烟气入口1对立设置的烟气出口3；烟气入口1和烟气出口3分别与外壳2内的换热烟腔连通。
外壳2四周设置四个支撑柱4，用于支撑外壳2；外壳2底部开设两个出灰口，用于定时清理换热烟腔内的积灰，出灰口处安装出灰口保护盖7，在不需要清理积灰时，嵌入(过盈配合)出灰口。
外壳2采用三层设置，包括聚氨酯泡沫保温层14，用于减少换热烟腔与外部的热交换；隔热夹层15为真空，没有传热介质，进一步减少热交换；金属板16为钢板用于支撑。
参考图2，换热烟腔包括内环烟腔6和环绕内环烟腔6设置的外环烟腔5，位于内环烟腔6和外环烟腔5内均匀分布有若干换热水管17。其中，换热水管17的排列方式既可以是常规排布，也可以沿着内环烟腔6和外环烟腔5呈环形布置。图2中仅仅给出了呈环形布置的分布，其数量仅仅作为参考。
参考图4，内环烟腔6包括第一内环烟腔64和第二内环烟腔65；第一内环烟腔64包括两个第一内环弧形板61，第一内环弧形板61上端点A3与A4连线平行于B3与B4连线，第二内环弧形板62上端点A1与A2连线平行于B1与B2连线。
如此，参考图3，可确保一部分气流直接从内环烟腔6的中部流通，另一部分气流则沿着第二内环弧形板62和第一内环弧形板61的内侧流动；两部分气流虽然速度不同，但由于气体的连续性，两股气流必定在第一内环烟腔64和第二内环烟腔65交界处相遇，形成局部扰流或者涡流，增加气流在烟腔内的时间，同时改变气流直接冲刷换热水管17的角度(传统的均是气流垂直冲刷水管，易积灰，换热效率低)，减少积灰，增大换热效率。
外环烟腔5包括第一外环烟腔66和与第一外环烟腔66连通的第二外环烟腔67。第一外环烟腔66包括两个外环弧形板63，两个外环弧形板63与两个第一内环弧形板61之间构成的环形空间为第一外环烟腔66；第二外环烟腔67包括两个外环弧形板63，两个外环弧形板63与两个第二内环弧形板62之间构成的环形空间为第二外环烟腔67。
同侧外环弧形板63上端点C1、C2和C3位于同一直线上，D1、D2和D3位于同一直线上，且端点C1、C2、C3连线与D1、D2、D3连线平行。
两个第一内环弧形板61上端点A3和B3均向外延伸一块分流板18，分流板18延伸至第二外环烟腔67、并将第二外环烟腔67的出口一分为二。
烟气气流从烟气入口1进入第二外环烟腔67，并沿着第二外环烟腔67的环形空间流动，增加气流的流动时间。当气流留至第二外环烟腔67和第一外环烟腔66的交界处时，在分流板18的作用下，改变气流流向，将一部分气体分流至第一外环烟腔66，另一部分气流分流至第一内环烟腔64，并与其它汇合至第一内环烟腔64的气体相遇，进而形成涡流，再次改变气体流向，增加气流在烟腔内的时间，同时改变气流直接冲刷换热水管17的角度(传统的均是气流垂直冲刷水管，易积灰，换热效率低)，减少积灰，增大换热效率。
第一内环弧形板61和第二内环弧形板62对应的圆心角a为100°-120°，优选为120°，第二内环弧形板62与外环弧形板63为同心圆弧，且第二内环弧形板62对应的直径与外环弧形板63的直径之比为2:3。
通过多次现场试验，所得的优选角度和直径之比，当然不同规格的烟腔角度会有所变化。其中，试验原理为，在烟气足够的前提下，通过进水温度(相同)和出水温度的采集，进行现场试验，选择效率最高的一次试验，得到圆心角a的优选角度为120°，直径之比为2:3。
烟气出口3顶部设置进水集箱12，外壳2顶部靠近烟气入口1位置处设置出水集箱8；进水集箱12和出水集箱8上均安装一个温度传感器10和压力传感器11，用于实时采集进水温度和出水温度。
温度传感器10为24V PT100温度传感器10；压力传感器11为24V YB131型压力变送器。
本实用新型在外壳2内设置内环烟腔6和外环烟腔5，改变烟气进入的路径，增加烟气进入烟腔的时间，增加烟气与换热水管17的热交换时间，进而增大热交换效率。
虽然结合附图对实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (7)
1.一种烟气余热交换器，其特征在于：包括设置于外壳一端的烟气入口，以及与烟气入口对立设置的烟气出口；所述烟气入口和烟气出口分别与外壳内的换热烟腔连通；
所述换热烟腔包括内环烟腔和环绕内环烟腔设置的外环烟腔；位于所述内环烟腔和外环烟腔内均匀分布有若干换热水管；所述内环烟腔包括第一内环烟腔和第二内环烟腔；所述第一内环烟腔包括两个第一内环弧形板，第一内环弧形板上端点A3与A4连线平行于B3与B4连线，第二内环弧形板上端点A1与A2连线平行于B1与B2连线；
所述外环烟腔包括第一外环烟腔和与第一外环烟腔连通的第二外环烟腔；所述第一外环烟腔包括两个外环弧形板，两个外环弧形板与两个第一内环弧形板之间构成的环形空间为第一外环烟腔；所述第二外环烟腔包括两个外环弧形板，两个外环弧形板与两个第二内环弧形板之间构成的环形空间为第二外环烟腔；同侧所述外环弧形板上端点C1、C2和C3位于同一直线上，D1、D2和D3位于同一直线上，且端点C1、C2、C3连线与D1、D2、D3连线平行；
两个所述第一内环弧形板上端点A3和B3均向外延伸一块分流板，分流板延伸至第二外环烟腔、并将第二外环烟腔的出口一分为二。
2.根据权利要求1所述的烟气余热交换器，其特征在于：所述第一内环弧形板和第二内环弧形板对应的圆心角a为100°-120°。
3.根据权利要求1所述的烟气余热交换器，其特征在于：所述烟气出口顶部设置进水集箱，外壳顶部靠近烟气入口位置处设置出水集箱；所述进水集箱和出水集箱上均安装一个温度传感器和压力传感器。
4.根据权利要求3所述的烟气余热交换器，其特征在于：所述温度传感器为24V PT100温度传感器；压力传感器为24V YB131型压力变送器。
5.根据权利要求1所述的烟气余热交换器，其特征在于：所述外壳底部开设有至少两个出灰口，出灰口处安装出灰口保护盖。
6.根据权利要求1所述的烟气余热交换器，其特征在于：所述外壳包括从内到外的保温层、隔热夹层和金属板；所述保温层均匀填充聚氨酯泡沫，隔热夹层为真空，金属板为钢板。
7.根据权利要求1所述的烟气余热交换器，其特征在于：所述第二内环弧形板与外环弧形板为同心圆弧，且第二内环弧形板对应的直径与外环弧形板的直径之比为2:3。
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