CN212566917U - 一种高温辐射热回收换热装置 - Google Patents
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Abstract
一种高温辐射热回收换热装置，所述装置包括拱形换热结构、空气侧风机和空气侧气‑水换热器。所述拱形换热结构包括拱形换热面和由拱形换热面围成的烟气风廊；拱形换热面从内到外依次包括第一层换热面、第二层换热面和第三层换热面；第二层换热面呈三角折型排布，该换热面与第一层和第三层换热面形成具有三角形空腔结构的空气通道。该装置还包括可拆卸的移动滑轨。本实用新型可同时回收工业高温辐射热和对流热，大幅度提高余热回收率，有效减少热损失。对不稳定工业高温余热深度回收，可将不稳定的余热转变为周期稳定余热进行利用。同时采用了可拆卸的移动滑轨，可在多台不同工业炉中循环使用，从而节约设备造价与运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业炉高温余热回收利用设备，属于工业余热节能技术领域，特别适用于石墨化炉和电石炉等工业高温余热回收。
背景技术
在钢铁、电石和石墨生产行业中，目前我国钢产量占世界53.3％(2019年)，电石产能占世界90％以上，石墨产量占全球67.7％。我国成为行业的最大生产国和消费国，能源浪费也较严重，例如在石墨化提纯、电石冷却和部分炼钢工艺过程中，存在大量高温余热未被回收利用，造成能源利用效率低，企业用能高，生产成本和环境压力大。
石墨化炉作为一种产出高温物料的工业用炉，是石墨提纯的重要生产设施，常用石墨提纯设备为艾奇逊炉与串接石墨化炉，石墨化生产过程分为加热过程与冷却过程，主要以电作为能源，其中心温度可高达3000℃，在加热后一般采用自然空气冷却，冷却过程需10天左右，冷却时间长且高温热量未被利用。石墨生产过程中的高温余热主要是以辐射换热方式耗散，同时还有被加热的空气烟气对流热。采用金属管置入石墨化炉，可能导致短路，导致供电电路损坏，难以保证石墨化炉安全运行。同时，石墨化炉间歇运行，余热不稳定，余热利用难。电石生产过程中出炉温度高达1800-2000℃，热损失大，冷却时间长，占用场地大等问题，冷却过程严禁与水接触，否则会引起爆炸，因此电石冷却主要采用自然空气冷却方式，其余热具有间歇性、周期性及电石非稳态冷却传热特点，余热回收利用难。炼钢精炼炉等生产过程也具有类似的余热利用难题。
在石墨化炉余热回收方面，文献CN209259699U公布了一种带有节能型余热回收的石墨化炉，该石墨化炉为椭圆型结构，并采用注水冷却的方式回收余热，不适用于常规炉型的余热回收，且冷却水与石墨化炉一体化接触，若炉本体发生穿孔泄露会造成巨大安全隐患；文献CN203807179U公开了一种石墨化炉余热回收发电供热系统，该系统采用冷却盘管置于石墨化炉中进行余热回收，载热工质选用空气，之后将回收热量用于发电，在高温下该热回收管设于物料内，物料产生烟气易挤压导致管道破坏，耐高温材料和发电系统造价成本高，且石墨化炉温度差异大，回收热量不稳定，影响发电效率，经济可行性较差。文献CN208700579U公开一种石墨化炉余热回收利用装置，该装置使用换热管贴设于石墨化炉炉壁外侧面，管内使用烟气作为介质，该余热回收装置回收两侧与底部热量，实际石墨化炉散热的主要热量为炉体上表面高温辐射和对流热，该部分主要热量未被有效回收，造成装置余热回收效率低。在电石余热回收方面，中国发明专利CN109579550A公开一种电石余热回收与系统，该系统通过通冷风回收电石余热，并利用该热量生产蒸汽。中国发明专利CN108007223A公开一种履带式电石余热回收装置及回收方法，采用液态金属为介质，将换热管设在履带下，吸收履带上电石辐射热达到余热回收的目的，由于电石为呈不稳定散热，该方式无法解决不稳定余热回收与高效利用问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种高温辐射热回收换热装置，用于回收高温辐射热和对流热，以解决工业炉烟气/物料温度高、工业余热不稳定、热回收效率低和余热回收难等问题，最大限度的减少能源浪费和环境污染。
本发明的技术方案如下：
一种高温辐射热回收换热装置，其特征在于：所述装置包括拱形换热结构、空气侧风机和空气侧气-水换热器；所述的拱形换热结构包括拱形换热面和由拱形换热面围成的烟气风廊；拱形换热面从内到外依次包括第一层换热面、第二层换热面和第三层换热面；第二层换热面呈三角折型排布，该换热面与第一层和第三层换热面形成具有三角形空腔结构的空气通道；在空气通道的两端分别设有室外空气进口通道和热空气出口通道；在烟气风廊的两端分别设有风廊烟气入口通道和风廊热烟气出口通道；热空气出口通道通过空气侧风机和空气侧气-水换热器与所述的风廊烟气入口通道连接；在拱形换热结构两侧的底部设有可拆卸的移动滑轨。
优选地，所述三角折型中的三角形高度为0.1～0.2m，三角形底部长度为0.1～0.2m。
优选地，所述第一层换热面为吸收率大于0.9的凹凸粗糙黑体表面，或内壁为涂有吸收率大于0.9涂层的平整黑体表面。
本实用新型的技术特点还在于：在拱形换热结构的顶部外表面设有吊耳，呈两侧多点对称布置；所述的第三层换热面外侧设有绝热保温层。所述的空气侧气-水换热器采用高肋化钢管铝翅片叉排结构的逆流换热的间壁式换热器。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：①本实用新型采用三层换热结构，且换热后的热空气经空气-水换热器换热后又重新回到换热结构的烟气风廊中，如此循环，可同时回收工业高温辐射热和对流热，大幅度提高余热回收率，有效减少热损失。②对不稳定工业高温余热深度回收，可将不稳定的余热转变为周期稳定余热进行利用，以满足热用户的按需用热。③采用了可拆卸的移动滑轨，可在多台中不同工业炉中循环使用，且运行操作安全可靠，从而节约设备造价与运行成本。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种高温辐射热回收换热装置的结构原理示意图。
图2为高温辐射热回收换热装置中的拱形换热结构的断面视图。
图中：1-拱形换热结构；2-热空气出口通道；3-空气侧风机；4-空气侧气-水换热器；5-空气调节阀；6-室外空气进口通道；7-风廊烟气入口通道；8-移动滑轨；9-烟气风廊；10-风廊热烟气出口通道；11-第一层换热面；12-第二层换热面；13-第三层换热面；14-空气通道；15-吊耳。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式和工作过程进行详细说明。
图1为一种高温辐射热回收换热装置的结构原理示意图。如图所示，所述装置包括拱形换热结构1、空气侧风机3、空气侧气-水换热器4和空气调节阀5；所述的拱形换热结构1包括拱形换热面和由拱形换热面围成的烟气风廊9。
参见图2，所述的拱形换热面从内到外依次包括第一层换热面11、第二层换热面12和第三层换热面13；第二层换热面12呈三角折型排布，该换热面与第一层换热面11和第三层换热面13形成具有三角形空腔结构的空气通道14；在空气通道的两端分别设有室外空气进口通道6和热空气出口通道2；在烟气风廊9的两端分别设有风廊烟气入口通道7和风廊热烟气出口通道10；热空气出口通道依次与空气调节阀、空气侧风机3、空气侧气-水换热器4和风廊烟气入口通道7连接。
所述第一层换热面11应采用吸收率大于0.9的凹凸粗糙黑体表面，或内壁为涂有吸收率大于0.9的涂层的平整黑体表面，且耐酸腐蚀，耐受温度至少为400℃，换热面材料优先采用ND钢(09CrCuSb)。所述的第二层换热面12位于第一层换热面11和第三层换热面12中间，呈三角折型结构排布，该三角折型结构不仅能增加换热面，还可使结构更加稳固，且导热热阻较小；三角折型的三角形高度为0.1～0.2m，三角形底部长度为0.1～0.2m；第二层换热面12表面优先采用密度小、耐温性高且材料强度好的3004铝合金表面，该层耐受温度应为250℃以上。第二层换热面12与第一层换热面11和第三层换热面13之间的接触部位采用焊接固定；所述的第三层换热面13采用密度小和成本低的金属材料，该层耐受温度应为100℃以上，其外侧设有绝热保温层，保温层外表面温度不高于40℃，以减少空气热量损失和避免人员烫伤。
所述的空气侧气-水换热器3为采用高肋化钢管铝翅片叉排结构的逆流换热的间壁式换热器，用于将热空气与低温水进行热交换，采用高温空气和水逆流换热的间壁式换热方式，最大化的回收高温空气中的热量，提高空气余热回收率。
在所述的高温辐射热回收换热装置还包括移动滑轨8，该移动滑轨8采用凸凹槽嵌入式结构，位于所述拱形换热面两侧的下部，其凹槽安装在工业炉的上方两侧，实现高温辐射热回收换热装置和沿滑轨方向自由移动，以方便炉内物料的装卸，该移动滑轨不仅可承载高温辐射热回收换热装置的重量，还具有一定的密封作用，以防止炉内烟气外溢。同时为节省设备投资成本，还可将高温辐射热回收换热装置在不同工业炉中循环使用。在拱形换热结构的顶部外表面设有吊耳15，呈两侧多点对称布置，方便不同的设备循环使用。
本实用新型的工作原理和过程如下：
工业高温物料表面温度一般可高达800～2000℃，大量的工业高温物料余热通过辐射和对流换热的方式传递给高温辐射热回收换热装置。热回收用的室外空气(低温)先经室外空气进口通道6进入空气通道14内，在空气通道14内，低温空气吸收对流热量和辐射热量后空气温度升高，被加热后的高温空气经热空气出口通道2流出，经空气调节阀5进入空气侧风机3，并由空气侧风机3提供动力后进入空气侧气-水换热器4；在空气侧气-水换热器4内高温空气余热与低温水进行逆流换热，空气温度降低，水温升高，高温水可供相关热用户使用；降温后的空气温度仍高于室外空气温度，并作为助燃空气经由风廊烟气入口通道7进入烟气风廊9中，在烟气风廊9中，助燃空气与高温物料接触燃烧产生烟气，高温物料表面经高温烟气将辐射热和对流热量通过各层换热面传递给空气，剩余的热量被烟气携带走；高温烟气再经除尘、热回收和脱硫达标后排入大气。
Claims (6)
1.一种高温辐射热回收换热装置，其特征在于：所述装置包括拱形换热结构(1)、空气侧风机(3)和空气侧气-水换热器(4)；所述的拱形换热结构包括拱形换热面和由拱形换热面围成的烟气风廊(9)；拱形换热面从内到外依次包括第一层换热面(11)、第二层换热面(12)和第三层换热面(13)；第二层换热面呈三角折型排布，该换热面与第一层和第三层换热面形成具有三角形空腔结构的空气通道(14)；在空气通道的两端分别设有室外空气进口通道(6)和热空气出口通道(2)；在烟气风廊(9)的两端分别设有风廊烟气入口通道(7)和风廊热烟气出口通道(10)；热空气出口通道通过空气侧风机(3)和空气侧气-水换热器(4)与所述的风廊烟气入口通道(7)连接；在拱形换热结构两侧的底部设有可拆卸的移动滑轨(8)。
2.如权利要求1所述的一种高温辐射热回收换热装置，其特征在于：所述三角折型中的三角形高度为0.1～0.2m，三角形底部长度为0.1～0.2m。
3.如权利要求1所述的一种高温辐射热回收换热装置，其特征在于：所述第一层换热面为吸收率大于0.9的凹凸粗糙黑体表面，或内壁为涂有吸收率大于0.9涂层的平整黑体表面。
4.如权利要求1、2或3所述的一种高温辐射热回收换热装置，其特征在于：在拱形换热结构的顶部外表面设有吊耳(22)，呈两侧多点对称布置。
5.如权利要求4所述的一种高温辐射热回收换热装置，其特征在于：所述的第三层换热面外侧设有绝热保温层。
6.如权利要求1所述的一种高温辐射热回收换热装置，其特征在于，所述的空气侧气-水换热器(4)采用高肋化钢管铝翅片叉排结构的逆流换热的间壁式换热器。
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