專利名稱：對高溫多塵煙氣進行余熱回收和除塵的旋風換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于節(jié)能環(huán)保裝置技術(shù)領(lǐng)域，更具體的講是對高溫多塵煙氣進行余熱回收和除塵的旋風換熱器。
背景技術(shù)：
長期以來，在用換熱器對高溫、多塵煙氣的余熱進行回收時，要遇到以下的兩難問題是若是先除塵，但干法除塵精細除塵器中的電除塵器的進口煙氣溫度上限是500℃，布袋除塵器進口煙氣溫度的上限是300℃左右，都遠低于高溫煙氣的溫度，因而對高溫煙氣無法進行精細除塵，若是用濕法除塵，又會將煙氣溫度降低到100℃以下，不但無法回收煙氣的高溫物理熱，而且煤氣的含水量會增加到接近飽和狀態(tài)，使煤氣的低發(fā)熱量和理論燃燒溫度明顯下降；若是先回收高溫、多塵煙氣的余熱以降低煙氣溫度和煙氣粘度的話，至少有四個因素阻礙著換熱器換熱效率和余熱回收的效益的持久較高，一是在換熱面上積灰層增厚度很快增大，使換熱器余熱載體的出口溫度隨之很快降低，而且停產(chǎn)后也難以將換熱面上的積灰層徹底清除；二是在換熱器的一連串換熱環(huán)節(jié)中，至少有一個以上環(huán)節(jié)的換熱面上存在著換熱能力很差的氣體邊界層；三是換熱管內(nèi)用水換熱時，在換熱管內(nèi)壁上經(jīng)常會結(jié)有導熱系數(shù)只有1.16W/m·K的水垢層，四是在垂直于換熱管中心線的管截面上，在不同徑向的換熱面上，其給熱系數(shù)是不一樣的，也就是說換熱管不能用其全部表面積進行給熱系數(shù)最大的換熱。以上四個常見原因造成多塵煙氣余熱的回收裝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。結(jié)果既浪費了本應(yīng)回收利用的大量余熱，又對環(huán)境造成了污染。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述缺點，本實用新型的目的是設(shè)計一種對高溫多塵煙氣進行余熱回收和除塵的旋風換熱器。采用本旋風換熱器的N級串聯(lián)組，在第1～(N-1)級的旋風換熱器中，以提高換熱效率回收煙氣余熱為主，在第N級旋風換熱器中，以提高對粘度已經(jīng)降低的煙氣的除塵效率為主。它的技術(shù)方案為筒體23下端設(shè)置有帶有平衡重18以轉(zhuǎn)軸17為支點的卸灰閥16，其特征是繞有紫銅管II24的中心出氣管12設(shè)置在繞有紫銅管I8的筒體23內(nèi)，紫銅管II24分別接出水管1和進水管2，紫銅管I8分別接內(nèi)筒進水管14和內(nèi)筒出水管9，筒體23上端設(shè)置有切線方向的進氣口11。紫銅管I8在紫銅鑄體19內(nèi)，紫銅鑄體19的內(nèi)筒10的壁面和中心出氣管12的內(nèi)壁鑄有8-24道均勻分布的直立的三角形凸起20，(在入口煙氣溫度≥950℃的旋風換熱器中內(nèi)筒10和中心出氣管12不要有三角形凸起)內(nèi)筒10的內(nèi)壁和中心出氣管12的內(nèi)外壁都進行氧化發(fā)黑處理。當在旋風換熱器采用導熱油作為余熱載體時，可以用在普碳鋼鑄成的夾層中注滿高純鋁水來代替含有少量鉻、鋯的紫銅鑄成的本換熱器的筒體23。該實用新型的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)設(shè)計合理實用，充分利用煙氣的高溫、多塵的特性，把煙氣含塵量高的不利因素，變?yōu)閷μ岣邠Q熱器換熱效率的有利因素。本實用新型適用范圍廣泛，除了會在≤400℃的換熱面上凝結(jié)出粘液和在換熱面上從升華氣體中凝固結(jié)成高熱阻的固體層的煙氣外，其他各種高溫多塵煙氣的余熱，都可以采用本實用新型作為持久高效的回收裝置。由于本實用新型能以較高的換熱效率持久運行，為了充分利用回收的全部余熱，就值得配套利用兩個熱管換熱器分別將過熱的純水加熱轉(zhuǎn)變成過熱蒸汽，并將鍋爐和吸收式制冷機用的軟化水預(yù)熱到95℃或150℃以上，既可減少鍋爐耗煤量，又可在冬季供暖、在夏季集中制冷，提高余熱利用率，降低工序能耗和產(chǎn)品成本。本實用新型十分符合節(jié)能和保護環(huán)境的國策。在持久保持本旋風換熱器對高溫、多塵煙氣具有較高的換熱效率的同時，盡可能地提高它的除塵效率，盡量減少干法精除塵器的除塵負荷。從而長期保持顯著的經(jīng)濟效益和社會環(huán)境效益。在換熱器的換熱過程中，有一連串的換熱環(huán)節(jié)，整個換熱器的換熱效率，主要是由給熱系數(shù)最小的換熱限制環(huán)節(jié)所決定。在大多數(shù)情況下，某個換熱面上的氣體邊界層、積灰層、水垢層，是換熱過程中最常見的限制換熱效率提高的三個環(huán)節(jié)。在本旋風換熱器中，只有與高溫、多塵煙氣直接接觸的內(nèi)筒壁和中心出氣管內(nèi)外管壁的熱面上，吸附有氣體邊界層。本旋風換熱器能夠持久保持較高的換熱效率的措施是1、在煙氣溫度≥800℃時，即在以輻射傳熱為主時，由于在各級旋風換熱器中能保持較高的含塵濃度，多塵煙氣的黑度和輻傳熱能力持續(xù)較大，在進行氧化發(fā)黑處理后，本換熱器內(nèi)筒10的換熱面在≥600℃的黑度也可以達到0.88左右，使換熱面吸收輻射熱的能力成倍提高，因而本換熱器在以輻射傳熱為主時的換熱效率能穩(wěn)定在較高水平；2、在煙氣溫度＜800℃時，輻射傳熱和對流給熱所占比例都較多，為了提高對流給熱系數(shù)，在本旋風換熱器中，充分利用大量細塵會被離心力拋向內(nèi)筒10的表面，沖入內(nèi)筒10內(nèi)壁表面上的氣體邊界層，除了將塵粒的熱能和動能傳給內(nèi)筒10的換熱面及其表面的氣體邊界層外，還可以使流動性極差的氣體邊界層產(chǎn)生局部紊流，眾多塵粒的“攪拌”在氣體邊界層中會形成局部的對流給熱，塵粒在內(nèi)筒10中旋流前進時，會順著內(nèi)筒10內(nèi)壁上18～24道直立的三角形突起的坡面上升，走到三角形的角頂時，塵粒會由于自身的慣性又沖出三角形表面的氣體邊界層，與煙氣流混合換熱后，又被旋轉(zhuǎn)煙氣的離心力拋入內(nèi)筒10壁面的氣體邊界層，通過塵粒反復出入氣體邊界層，不斷向換熱器內(nèi)筒10的換熱面輸送煙氣的熱量，煙氣中大量的細塵就成了突破氣體邊界層傳熱障礙的“催化劑”，對內(nèi)筒10的換熱面持續(xù)形成給熱系數(shù)很高的顆粒碰撞對流給熱；3、根除水垢層。采用紫銅鑄成的、內(nèi)有螺旋紫銅管通以不會結(jié)垢的高流速的純水或?qū)嵊偷龋M行給熱系數(shù)很高的泡狀沸騰給熱，按比利時西德瑪B高爐連續(xù)61天對高爐銅冷卻壁冷卻熱損失的測試數(shù)據(jù)和對高爐銅冷卻壁的傳熱計算，可使內(nèi)筒10的熱面溫度≤250℃(在用導熱油時其溫度可達370～400℃)；4、利用多塵煙氣中塵粒的旋流沖刷作用，可以隨時自動清除內(nèi)筒10表面的積灰，消除了內(nèi)筒10熱面上粘附積灰層的可能性。5、導熱系數(shù)(340～385W/m·k)極大的紫銅筒體23，既能在用純水冷卻時使紫銅內(nèi)筒10的熱面溫度下降到≤250℃，使煙氣與換熱面之間的溫壓加大，同時加快輻射和對流的傳熱速率，又能使紫銅水管圓周各個徑向上的溫度差很小，可以用全部圓周表面積進行較高效率的沸騰給熱。這樣，常見的四個換熱效率的限制環(huán)節(jié)中，就消除了積灰層、水垢層和不能用全部換熱管圓周表面積進行高效換熱等三個限制環(huán)節(jié)，又顯著減弱了氣體邊界層限制換熱效率提高的不良作用，所以本旋風換熱器能夠長久保持較高的換熱效率。


附圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖，附圖2是內(nèi)筒和中心出氣管內(nèi)壁三角形凸起的水平剖面局部示意圖。
具體實施方式
在附圖1中，是本旋風換熱器串聯(lián)組中第2級或第3級至(N-1)級旋風換熱器的示意圖。1000～1500℃的高溫、多塵煙氣從本旋風換熱器內(nèi)筒10的上端進氣口11以切線方向進入，在內(nèi)筒10中向下螺旋前進，同時與內(nèi)筒10和中心出氣管12進行輻射傳熱和顆粒碰撞對流給熱，然后從距卸灰閥16(帶有平衡重18以轉(zhuǎn)軸17為支點的卸灰閥16緊壓在筒體23下口上)頂部≤450mm的中心出氣管12的底端進入中心出氣管12內(nèi)旋流上升，邊上升邊與中心出氣管12的內(nèi)壁進行換熱。在輻射傳熱過程中，火焰的黑度是隨著煙氣的含塵濃度增加而提高，同時在顆粒碰撞對流給熱的傳熱過程中的給熱速率，也是隨著煙氣含塵濃度的增加而提高，所以要盡可能地不在串聯(lián)的本旋風換熱器組中逐級減少煙氣的含塵濃度。由于在中心出氣管12下端附近區(qū)域是由旋風造成的負壓區(qū)，煙氣流會將該區(qū)域內(nèi)的細塵卷吸進中心出氣管12中，這樣在下一級旋風換熱器中，就可以不明顯降低煙氣的黑度和顆粒碰撞對流給熱系數(shù)。為了增加煙氣塵粒反復進出內(nèi)筒10換熱面上吸附的氣體邊界層的次數(shù)，如圖2剖面圖所示，煙氣旋流方向21，在內(nèi)筒10的換熱面上，鑄有等距離均布的18～24道直立地貫通內(nèi)筒10的三角形的突起20(在煙氣入口溫度≥950℃的本換熱器的內(nèi)筒10上，不必加工成這種直立突起，以方便對內(nèi)筒10進行清灰)。這樣，就將煙氣含塵多是對提高換熱效率的不利因素變成了有利因素。密實無孔、無夾渣的紫銅鑄體19，是采用壓力澆鑄工藝鑄成，是導熱系數(shù)僅低于銀的熱良導體。紫銅鑄體19可以將內(nèi)筒10熱面上的熱流迅速地傳給螺旋紫銅管I8，再由高流速的純水在紫銅管I8內(nèi)進行泡狀沸騰換熱，將內(nèi)筒10的熱面上的熱流帶走。在中心出氣管12的內(nèi)壁上，也鑄有等距離均布的8～12道直立的三角形突起20。在全部由紫銅鑄成的熱面上，都要進行氧化發(fā)黑處理，使其在≥600℃時的黑度達到0.88左右。中心出氣管12的螺旋紫銅管II24是由雙螺旋線繞成，由進水管2和出水管1組成供排水回路。法蘭盤3是為了將中心出氣管12從旋風換熱器中吊出，以便對內(nèi)筒10和中心出氣管12進行清灰。8～12個加強筋片4可以將法蘭盤3支撐的重量均勻傳遞給筒體23，純水先經(jīng)過兩個旋風換熱器之間的水冷連接管，再進入進水管2，從出水管1出來的純水再經(jīng)過可調(diào)節(jié)水流量的給水閥15和內(nèi)筒進水管14進入內(nèi)筒10內(nèi)的螺旋紫銅管I8，從內(nèi)筒出水管9再進入下一級換熱器，只有最后一級水冷的旋風換熱器的內(nèi)筒出水管9才經(jīng)限壓閥7和測溫儀表5進入過熱水總管6，其中15～20％的過熱水送到熱管換熱器中吸取熱管冷凝端的熱量升溫轉(zhuǎn)變?yōu)檫^熱蒸汽與全廠蒸汽總管并網(wǎng)。根據(jù)限壓閥7的壓力和測出的過熱水溫度，由計算機程序在線調(diào)節(jié)給水閥15的給水流量，就可以保證進入過熱水總管6的純水達到設(shè)定的過熱溫度；在第N級，也就是在最后一級的旋風換熱器中，由于是以提高煙氣的除塵效率為主，所以，應(yīng)按高效離心除塵器的要求設(shè)計，例如煙氣進口流速應(yīng)為20～25m/s，內(nèi)筒10的直徑≯1000mm，并將中心出氣管12的底端提高、在中心出氣管12下面加設(shè)負壓遮斷罩13(其位置如附圖1中虛線所示)，等等。在第1～第(N-1)的各級旋風換熱器的內(nèi)筒10的直徑是隨著煙氣溫度降低和體積減小而逐漸減小的，主要是要保持各個旋風換熱器的煙氣入口的工況流速在12～16m/s，這和加高中心出氣管12的高度一樣，都可以延長煙氣在內(nèi)筒10中的回旋行程、換熱時間，并保持一定的旋流速度，以提高換熱效率。若煙氣流量過大，一組旋風換熱器按上述要求參數(shù)不能處理全部煙氣時，可以用多組旋風換熱器并聯(lián)起來處理全部煙氣。不要在串聯(lián)的本旋風換熱器中生產(chǎn)過熱蒸汽(蒸汽與銅管之間的給熱系數(shù)只有泡狀沸騰給熱系數(shù)的1％左右)。推薦的純水的流程是換熱器后面的水冷連接管→換熱器的中心出氣管→第1～第2級旋風換熱器→限壓閥→過熱水總管→15～20％過熱水送到熱管換熱器產(chǎn)生過熱蒸汽→全廠蒸汽總管；80～85％的過熱水送到水—水管束換熱器(將冷卻水加熱到65℃)→與補充的15～20％純水混合進入給水泵→本旋風換熱器；若需要用95℃以上的熱水供給溴化鋰吸收式制冷機集中制冷或?qū)㈠仩t給水溫度提高到150℃左右，可讓部分65℃的熱水再經(jīng)過第二個熱管換熱器，由已經(jīng)與過熱水換熱產(chǎn)生過熱水蒸汽的導熱油，將65℃的軟化水加熱到95℃以上。導熱油的流程為第N級→第(N-1)級→第(N-2)級→第一熱管換熱器(將過熱水加熱成過熱蒸汽)→第二熱管換熱器(將在水一水換熱器中加熱過的65℃左右的軟化水加熱到95℃以上)→導熱油加壓泵→第N級。在第3、4、5級到量后一級的本旋風換熱器中，由于要把導熱油加熱到320～330℃，其內(nèi)筒10的表面溫度將在370～400℃，已經(jīng)進入紫銅鑄體抗拉強度急降區(qū)，所以在用導熱油換熱的本旋風換熱器中，內(nèi)筒10的材質(zhì)要采用含有少量鉻、鋯的紫銅，也可以在由普碳鋼鑄成的夾層中注滿高純鋁水，將紫銅螺旋水管鑄在其中，既可以保證筒體強度，又可以降低制造成本。上述推薦流程可以將回收的余熱全部利用，還可作為中間除塵工序，為隨后直接進行的干法精除塵作好準備。
權(quán)利要求1.對高溫多塵煙氣進行余熱回收和除塵的旋風換熱器，筒體(23)下端設(shè)置有帶有平衡重(18)以轉(zhuǎn)軸(17)為支點的卸灰閥(16)，其特征是繞有紫銅管II(24)的中心出氣管(12)設(shè)置在繞有紫銅管I(8)的筒體(23)內(nèi)，紫銅管II(24)分別接出水管(1)和進水管(2)，紫銅管I(8)分別接內(nèi)筒進水管(14)和內(nèi)筒出水管(9)，筒體(23)上端設(shè)置有切線方向的進氣口(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對高溫多塵煙氣進行余熱回收和除塵的旋風換熱器，其特征是紫銅管I(8)在紫銅鑄體(19)內(nèi)，紫銅鑄體(19)的內(nèi)筒(10)的壁面和中心出氣管(12)的內(nèi)壁鑄有8-24道均勻分布的直立的三角形凸起(20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對高溫多塵煙氣進行余熱回收和除塵的旋風換熱器，其特征是當在旋風換熱器采用導熱油作為余熱載體時，可以用在普碳鋼鑄成的夾層中注滿高純鋁水來代替含有少量鉻、鋯的紫銅鑄成的本換熱器的筒體(23)。
專利摘要對高溫多塵煙氣進行余熱回收和除塵的旋風換熱器，屬于節(jié)能環(huán)保裝置技術(shù)領(lǐng)域。長期以來，在用換熱器對高溫、多塵煙氣的余熱進行回收時，都遠低于高溫煙氣的溫度，因而對高溫煙氣無法進行精細除塵。該實用新型的技術(shù)方案為筒體23下端設(shè)置有帶有平衡重18以轉(zhuǎn)軸17為支點的卸灰閥16，繞有紫銅管II24的中心出氣管12設(shè)置在繞有紫銅管I8的筒體23內(nèi)，紫銅管II24分別接出水管1和進水管2，紫銅管I8分別接內(nèi)筒進水管14和內(nèi)筒出水管9，筒體23上設(shè)置有進氣口11。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)設(shè)計合理實用，充分利用煙氣的高溫、多塵的特性，把煙氣含塵量高的不利因素，變?yōu)閷μ岣邠Q熱器換熱效率的有利因素。
文檔編號B04C5/00GK2650051SQ03269448
公開日2004年10月20日 申請日期2003年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月13日
發(fā)明者韓文琦 申請人:韓文琦