CN2650051Y - 对高温多尘烟气进行余热回收和除尘的旋风换热器 - Google Patents

Abstract

对高温多尘烟气进行余热回收和除尘的旋风换热器，属于节能环保装置技术领域。长期以来，在用换热器对高温、多尘烟气的余热进行回收时，都远低于高温烟气的温度，因而对高温烟气无法进行精细除尘。该实用新型的技术方案为：筒体23下端设置有带有平衡重18以转轴17为支点的卸灰阀16，绕有紫铜管II24的中心出气管12设置在绕有紫铜管I8的筒体23内，紫铜管II24分别接出水管1和进水管2，紫铜管I8分别接内筒进水管14和内筒出水管9，筒体23上设置有进气口11。它的优点是：结构设计合理实用，充分利用烟气的高温、多尘的特性，把烟气含尘量高的不利因素，变为对提高换热器换热效率的有利因素。

Description

对高温多尘烟气进行余热回收和除尘的旋风换热器

技术领域：本实用新型属于节能环保装置技术领域，更具体的讲是对高温多尘烟气进行余热回收和除尘的旋风换热器。

背景技术：长期以来，在用换热器对高温、多尘烟气的余热进行回收时，要遇到以下的两难问题是：若是先除尘，但干法除尘精细除尘器中的电除尘器的进口烟气温度上限是500℃，布袋除尘器进口烟气温度的上限是300℃左右，都远低于高温烟气的温度，因而对高温烟气无法进行精细除尘，若是用湿法除尘，又会将烟气温度降低到100℃以下，不但无法回收烟气的高温物理热，而且煤气的含水量会增加到接近饱和状态，使煤气的低发热量和理论燃烧温度明显下降；若是先回收高温、多尘烟气的余热以降低烟气温度和烟气粘度的话，至少有四个因素阻碍着换热器换热效率和余热回收的效益的持久较高，一是在换热面上积灰层增厚度很快增大，使换热器余热载体的出口温度随之很快降低，而且停产后也难以将换热面上的积灰层彻底清除；二是在换热器的一连串换热环节中，至少有一个以上环节的换热面上存在着换热能力很差的气体边界层；三是换热管内用水换热时，在换热管内壁上经常会结有导热系数只有1.16W/m·K的水垢层，四是在垂直于换热管中心线的管截面上，在不同径向的换热面上，其给热系数是不一样的，也就是说换热管不能用其全部表面积进行给热系数最大的换热。以上四个常见原因造成多尘烟气余热的回收装置的使用效益不能持久保持良好，常常是用不了多久就停用了。结果既浪费了本应回收利用的大量余热，又对环境造成了污染。

发明内容：为克服上述缺点，本实用新型的目的是设计一种对高温多尘烟气进行余热回收和除尘的旋风换热器。采用本旋风换热器的N级串联组，在第1～(N-1)级的旋风换热器中，以提高换热效率回收烟气余热为主，在第N级旋风换热器中，以提高对粘度已经降低的烟气的除尘效率为主。它的技术方案为：筒体23下端设置有带有平衡重18以转轴17为支点的卸灰阀16，其特征是：绕有紫铜管II24的中心出气管12设置在绕有紫铜管I8的筒体23内，紫铜管II24分别接出水管1和进水管2，紫铜管I8分别接内筒进水管14和内筒出水管9，筒体23上端设置有切线方向的进气口11。紫铜管I8在紫铜铸体19内，紫铜铸体19的内筒10的壁面和中心出气管12的内壁铸有8-24道均匀分布的直立的三角形凸起20，(在入口烟气温度≥950℃的旋风换热器中内筒10和中心出气管12不要有三角形凸起)内筒10的内壁和中心出气管12的内外壁都进行氧化发黑处理。当在旋风换热器采用导热油作为余热载体时，可以用在普碳钢铸成的夹层中注满高纯铝水来代替含有少量铬、锆的紫铜铸成的本换热器的筒体23。该实用新型的优点是：结构设计合理实用，充分利用烟气的高温、多尘的特性，把烟气含尘量高的不利因素，变为对提高换热器换热效率的有利因素。本实用新型适用范围广泛，除了会在≤400℃的换热面上凝结出粘液和在换热面上从升华气体中凝固结成高热阻的固体层的烟气外，其他各种高温多尘烟气的余热，都可以采用本实用新型作为持久高效的回收装置。由于本实用新型能以较高的换热效率持久运行，为了充分利用回收的全部余热，就值得配套利用两个热管换热器分别将过热的纯水加热转变成过热蒸汽，并将锅炉和吸收式制冷机用的软化水预热到95℃或150℃以上，既可减少锅炉耗煤量，又可在冬季供暖、在夏季集中制冷，提高余热利用率，降低工序能耗和产品成本。本实用新型十分符合节能和保护环境的国策。在持久保持本旋风换热器对高温、多尘烟气具有较高的换热效率的同时，尽可能地提高它的除尘效率，尽量减少干法精除尘器的除尘负荷。从而长期保持显著的经济效益和社会环境效益。在换热器的换热过程中，有一连串的换热环节，整个换热器的换热效率，主要是由给热系数最小的换热限制环节所决定。在大多数情况下，某个换热面上的气体边界层、积灰层、水垢层，是换热过程中最常见的限制换热效率提高的三个环节。在本旋风换热器中，只有与高温、多尘烟气直接接触的内筒壁和中心出气管内外管壁的热面上，吸附有气体边界层。本旋风换热器能够持久保持较高的换热效率的措施是：1、在烟气温度≥800℃时，即在以辐射传热为主时，由于在各级旋风换热器中能保持较高的含尘浓度，多尘烟气的黑度和辐传热能力持续较大，在进行氧化发黑处理后，本换热器内筒10的换热面在≥600℃的黑度也可以达到0.88左右，使换热面吸收辐射热的能力成倍提高，因而本换热器在以辐射传热为主时的换热效率能稳定在较高水平；2、在烟气温度＜800℃时，辐射传热和对流给热所占比例都较多，为了提高对流给热系数，在本旋风换热器中，充分利用大量细尘会被离心力抛向内筒10的表面，冲入内筒10内壁表面上的气体边界层，除了将尘粒的热能和动能传给内筒10的换热面及其表面的气体边界层外，还可以使流动性极差的气体边界层产生局部紊流，众多尘粒的“搅拌”在气体边界层中会形成局部的对流给热，尘粒在内筒10中旋流前进时，会顺着内筒10内壁上18～24道直立的三角形突起的坡面上升，走到三角形的角顶时，尘粒会由于自身的惯性又冲出三角形表面的气体边界层，与烟气流混合换热后，又被旋转烟气的离心力抛入内筒10壁面的气体边界层，通过尘粒反复出入气体边界层，不断向换热器内筒10的换热面输送烟气的热量，烟气中大量的细尘就成了突破气体边界层传热障碍的“催化剂”，对内筒10的换热面持续形成给热系数很高的颗粒碰撞对流给热；3、根除水垢层。采用紫铜铸成的、内有螺旋紫铜管通以不会结垢的高流速的纯水或导热油等，进行给热系数很高的泡状沸腾给热，按比利时西德玛B高炉连续61天对高炉铜冷却壁冷却热损失的测试数据和对高炉铜冷却壁的传热计算，可使内筒10的热面温度≤250℃(在用导热油时其温度可达370～400℃)；4、利用多尘烟气中尘粒的旋流冲刷作用，可以随时自动清除内筒10表面的积灰，消除了内筒10热面上粘附积灰层的可能性。5、导热系数(340～385W/m·k)极大的紫铜筒体23，既能在用纯水冷却时使紫铜内筒10的热面温度下降到≤250℃，使烟气与换热面之间的温压加大，同时加快辐射和对流的传热速率，又能使紫铜水管圆周各个径向上的温度差很小，可以用全部圆周表面积进行较高效率的沸腾给热。这样，常见的四个换热效率的限制环节中，就消除了积灰层、水垢层和不能用全部换热管圆周表面积进行高效换热等三个限制环节，又显著减弱了气体边界层限制换热效率提高的不良作用，所以本旋风换热器能够长久保持较高的换热效率。

附图说明：附图1为本实用新型结构示意图，附图2是内筒和中心出气管内壁三角形凸起的水平剖面局部示意图。

具体实施方式：在附图1中，是本旋风换热器串联组中第2级或第3级至(N-1)级旋风换热器的示意图。1000～1500℃的高温、多尘烟气从本旋风换热器内筒10的上端进气口11以切线方向进入，在内筒10中向下螺旋前进，同时与内筒10和中心出气管12进行辐射传热和颗粒碰撞对流给热，然后从距卸灰阀16(带有平衡重18以转轴17为支点的卸灰阀16紧压在筒体23下口上)顶部≤450mm的中心出气管12的底端进入中心出气管12内旋流上升，边上升边与中心出气管12的内壁进行换热。在辐射传热过程中，火焰的黑度是随着烟气的含尘浓度增加而提高，同时在颗粒碰撞对流给热的传热过程中的给热速率，也是随着烟气含尘浓度的增加而提高，所以要尽可能地不在串联的本旋风换热器组中逐级减少烟气的含尘浓度。由于在中心出气管12下端附近区域是由旋风造成的负压区，烟气流会将该区域内的细尘卷吸进中心出气管12中，这样在下一级旋风换热器中，就可以不明显降低烟气的黑度和颗粒碰撞对流给热系数。为了增加烟气尘粒反复进出内筒10换热面上吸附的气体边界层的次数，如图2剖面图所示，烟气旋流方向21，在内筒10的换热面上，铸有等距离均布的18～24道直立地贯通内筒10的三角形的突起20(在烟气入口温度≥950℃的本换热器的内筒10上，不必加工成这种直立突起，以方便对内筒10进行清灰)。这样，就将烟气含尘多是对提高换热效率的不利因素变成了有利因素。密实无孔、无夹渣的紫铜铸体19，是采用压力浇铸工艺铸成，是导热系数仅低于银的热良导体。紫铜铸体19可以将内筒10热面上的热流迅速地传给螺旋紫铜管I8，再由高流速的纯水在紫铜管I8内进行泡状沸腾换热，将内筒10的热面上的热流带走。在中心出气管12的内壁上，也铸有等距离均布的8～12道直立的三角形突起20。在全部由紫铜铸成的热面上，都要进行氧化发黑处理，使其在≥600℃时的黑度达到0.88左右。中心出气管12的螺旋紫铜管II24是由双螺旋线绕成，由进水管2和出水管1组成供排水回路。法兰盘3是为了将中心出气管12从旋风换热器中吊出，以便对内筒10和中心出气管12进行清灰。8～12个加强筋片4可以将法兰盘3支撑的重量均匀传递给筒体23，纯水先经过两个旋风换热器之间的水冷连接管，再进入进水管2，从出水管1出来的纯水再经过可调节水流量的给水阀15和内筒进水管14进入内筒10内的螺旋紫铜管I8，从内筒出水管9再进入下一级换热器，只有最后一级水冷的旋风换热器的内筒出水管9才经限压阀7和测温仪表5进入过热水总管6，其中15～20％的过热水送到热管换热器中吸取热管冷凝端的热量升温转变为过热蒸汽与全厂蒸汽总管并网。根据限压阀7的压力和测出的过热水温度，由计算机程序在线调节给水阀15的给水流量，就可以保证进入过热水总管6的纯水达到设定的过热温度；在第N级，也就是在最后一级的旋风换热器中，由于是以提高烟气的除尘效率为主，所以，应按高效离心除尘器的要求设计，例如烟气进口流速应为20～25m/s，内筒10的直径≯1000mm，并将中心出气管12的底端提高、在中心出气管12下面加设负压遮断罩13(其位置如附图1中虚线所示)，等等。在第1～第(N-1)的各级旋风换热器的内筒10的直径是随着烟气温度降低和体积减小而逐渐减小的，主要是要保持各个旋风换热器的烟气入口的工况流速在12～16m/s，这和加高中心出气管12的高度一样，都可以延长烟气在内筒10中的回旋行程、换热时间，并保持一定的旋流速度，以提高换热效率。若烟气流量过大，一组旋风换热器按上述要求参数不能处理全部烟气时，可以用多组旋风换热器并联起来处理全部烟气。不要在串联的本旋风换热器中生产过热蒸汽(蒸汽与铜管之间的给热系数只有泡状沸腾给热系数的1％左右)。推荐的纯水的流程是：换热器后面的水冷连接管→换热器的中心出气管→第1～第2级旋风换热器→限压阀→过热水总管→15～20％过热水送到热管换热器产生过热蒸汽→全厂蒸汽总管；80～85％的过热水送到水—水管束换热器(将冷却水加热到65℃)→与补充的15～20％纯水混合进入给水泵→本旋风换热器；若需要用95℃以上的热水供给溴化锂吸收式制冷机集中制冷或将锅炉给水温度提高到150℃左右，可让部分65℃的热水再经过第二个热管换热器，由已经与过热水换热产生过热水蒸汽的导热油，将65℃的软化水加热到95℃以上。导热油的流程为：第N级→第(N-1)级→第(N-2)级→第一热管换热器(将过热水加热成过热蒸汽)→第二热管换热器(将在水一水换热器中加热过的65℃左右的软化水加热到95℃以上)→导热油加压泵→第N级。在第3、4、5级到量后一级的本旋风换热器中，由于要把导热油加热到320～330℃，其内筒10的表面温度将在370～400℃，已经进入紫铜铸体抗拉强度急降区，所以在用导热油换热的本旋风换热器中，内筒10的材质要采用含有少量铬、锆的紫铜，也可以在由普碳钢铸成的夹层中注满高纯铝水，将紫铜螺旋水管铸在其中，既可以保证筒体强度，又可以降低制造成本。上述推荐流程可以将回收的余热全部利用，还可作为中间除尘工序，为随后直接进行的干法精除尘作好准备。

Claims (3)

1、对高温多尘烟气进行余热回收和除尘的旋风换热器，筒体(23)下端设置有带有平衡重(18)以转轴(17)为支点的卸灰阀(16)，其特征是：绕有紫铜管II(24)的中心出气管(12)设置在绕有紫铜管I(8)的筒体(23)内，紫铜管II(24)分别接出水管(1)和进水管(2)，紫铜管I(8)分别接内筒进水管(14)和内筒出水管(9)，筒体(23)上端设置有切线方向的进气口(11)。

2、根据权利要求1所述的对高温多尘烟气进行余热回收和除尘的旋风换热器，其特征是：紫铜管I(8)在紫铜铸体(19)内，紫铜铸体(19)的内筒(10)的壁面和中心出气管(12)的内壁铸有8-24道均匀分布的直立的三角形凸起(20)。

3、根据权利要求1或2所述的对高温多尘烟气进行余热回收和除尘的旋风换热器，其特征是：当在旋风换热器采用导热油作为余热载体时，可以用在普碳钢铸成的夹层中注满高纯铝水来代替含有少量铬、锆的紫铜铸成的本换热器的筒体(23)。

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