CN102288044A - 无管换热器及余热回收*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无管换热器及余热回收***，所述无管换热器至少由一个颗粒帘换热单元连成，所述颗粒帘换热单元具有水平直管形的气体通道，该气体通道上设置有一个颗粒进口和一个颗粒出口，颗粒作为换热介质从颗粒进口到颗粒出口形成颗粒帘，所述颗粒为惰性固体颗粒。所述余热回收***，包括一个通入烟气的无管换热器称之为烟气无管换热器、一个通入空气的无管换热器称之为空气无管换热器、颗粒输送装置，由颗粒管道连接所述烟气无管换热器、空气无管换热器及颗粒输送装置。本发明无管换热器及余热回收***换热效率高，设备耗材低、运行及维护成本低、密封性好、能耗低，适用于具有较高排气温度与余热利用价值的各种工业设备与反应器。

Description

无管换热器及余热回收***

技术领域

本发明主要涉及高效换热和余热回收利用技术领域, 特别适用于具有较高排气温度与余热利用价值的各种工业设备与反应器，包括工业锅炉、电站锅炉、各种炉窑、冶炼炉、烧结炉、加热炉及废物焚烧装置等。

技术背景

我国有数目惊人的各种工业锅炉、电站锅炉、冶金炉及各种加热炉窑，这些锅炉及炉窑所消耗的一次能源占我国化石燃料的三分之二强。由于这些锅炉及炉窑的设计缺陷及运行过程中燃用的燃料特性、运行工况及设备缺陷（如传热效率下降）等方面的原因，使得大多数锅炉及炉窑的排气温度高于设计值（40～150℃），因而造成了极大的能源浪费。

现有的工业锅炉、电站锅炉及工业加热炉大多采用基于金属或玻璃材料的管壳式或蓄热式空气预热器回收其尾气余热以预热燃烧用的空气，进而改善燃料的着火和燃烧。由于受到空气预热器结构及传热机理方面的限制，这些传统的管壳及蓄热式无管换热器一直以来存在以下问题并长期没有得到解决：（1）换热效率不高，无管换热器的金属或玻璃耗量巨大，设备笨重，制造、运行及维护成本高；（2）漏风量大（8%～30%），使得送引风机电耗增加15～30%以上，且严重影响机组运行出力；（3）极易导致受热面积灰、堵塞、低温腐蚀，大大增加通风阻力（高达2500Pa），从而大大增加送引风机电耗及设备的运行维护成本；（4）难以进一步提高预热空气的温度（大多在400℃左右），因而难以达到各种低品质固体燃料稳定高效燃烧及低品质气体、液体燃料无焰燃烧的高温要求；（5）当锅炉或炉窑存在设计和设备缺陷、燃料品质及工况发生变化时，现有结构的预热器没有实时的调节手段等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种换热效率高，设备耗材低、运行及维护成本低、密封性好、能耗低的无管换热器及余热回收***。

本发明提供的这种无管换热器至少由一个颗粒帘换热单元连成，所述颗粒帘换热单元具有水平直管形的气体通道，该气体通道上设置有一个颗粒进口和一个颗粒出口，颗粒作为换热介质从颗粒进口到颗粒出口形成颗粒帘，所述颗粒为惰性固体颗粒。

所述惰性固体颗粒采用硅砂和氧化铝中的一种或者两种的混合，粒径在250微米以下。

为了使无管换热器有多级换热效果，无管换热器由弯管将至少两个以上的颗粒帘换热单元连成蛇形并且各颗粒帘换热单元的颗粒帘竖直布置上下串联，或者该无管换热器由直管将至少两个以上的颗粒帘换热单元连成水平直管形并且各颗粒帘换热单元的颗粒帘竖直布置。

为了调节颗粒流量并使颗粒均匀进入颗粒进口，所述颗粒进口处设有颗粒流量调节件、颗粒均流件。

为了有效缩短颗粒帘的长度，所述颗粒进口处设有为颗粒导向的导向件。

为了使气体与颗粒帘之间换热充分，该无管换热器的气体通道前端连有气体均流构件，气体经该均流构件进入气体通道，所述气体均流构件包括均流稀布大孔板、均流长笛板、密布大孔板，以形成3-5级的均流，所述长笛板由诸多直管并列排布而成。

本发明用上述无管换热器制造的余热回收***，包括一个通入烟气的无管换热器称之为烟气无管换热器、一个通入空气的无管换热器称之为空气无管换热器、颗粒输送装置，由颗粒管道连接所述烟气无管换热器、空气无管换热器及颗粒输送装置。

作为优先的实施方式，烟气无管换热器和空气无管换热器均采用蛇形，烟气无管换热器布置在空气无管换热器上方，与空气无管换热器串联。或者烟气无管换热器和空气无管换热器均采用蛇形，烟气无管换热器与空气无管换热器并联。或者烟气无管换热器和空气无管换热器均采用水平直管形，烟气无管换热器的各颗粒帘换热单元之颗粒帘与空气无管换热器的各颗粒帘换热单元之颗粒帘一对一串联，形成相应的循环回路，各回路之间并行。或者烟气无管换热器和空气无管换热器均采用水平直管形，烟气无管换热器的各颗粒帘换热单元之颗粒帘与空气无管换热器的各颗粒帘换热单元之颗粒帘串联。

本发明无管换热器以颗粒帘作为换热介质，这种换热方式能使气体和颗粒快速达到热平衡，从而大幅提高换热效率，本发明无管换热器形成的余热回收***与传统的管壳式无管换热器技术与设备相比，没有传统管壳式换热器中的管壳式受热面，而是利用比表面积非常大且流动性好的细小颗粒与气流直接接触换热，因而这种换热技术是一种全新的换热与余热回收技术。与目前工业领域内采用的各种工业换热及余热回收技术装置与***相比，这种基于无管换热器中颗粒帘的换热技术具有十分卓越的技术性能：

（1）换热设备的漏风系数可以降低到极小值，理论上可以降至0，而烟气与空气的流动阻力很小，只有现有换热设备与***的1/5～1/3；

（2）换热效率比基于管壳式换热器的传统换热设备高3～5倍以上，因而换热装置的体积及钢材消耗量将大大减少，设备造价大大降低；

（3）可以突破现有换热设备的上限温度限制，可以将燃烧用空气的温度加热到更高的温度水平（800℃以上），因而可为各种低品质燃料的稳定与高效燃烧创造极为有利的条件，也将为锅炉等燃烧设备的设计带来重大变革；

（4）可以耦合热气流/冷颗粒、冷气流/热颗粒两个换热过程并使换热过程连续进行，因而可有效克服蓄热式高温预热器***中的诸多技术缺陷，为冶金行业低品质气体燃料的高温空气燃烧或MILD燃烧提供全新的技术支持；

（5）参与换热的颗粒的相关技术参数（颗粒进入角度、颗粒流量、流动速度、颗粒帘厚度及颗粒的粒径等）在运行过程中可以实时控制，因而当锅炉及工业炉窑等设备的运行工况发生变化时，可通过调节换热颗粒帘的有关技术参数实现对排烟气温度的精确控制，这将为各种锅炉及炉窑设备的设计与经济运行带来重大变革；

（6）当换热颗粒采用硅砂等材料，其来源广泛，具有良好的耐高温、耐磨损、耐腐蚀及抗热冲击能力，可有效克服传统管壳式无管换热器中存在的低温腐蚀、磨损、疲劳破环及通道堵塞等问题，其设备可靠性及使用寿命远高于现有的换热设备，运行维护费用远低于现有的换热设备。

本发明无管换热器及余热回收***是对现有传统换热器理论与技术的重大突破，具有无可比拟的技术与经济优势，并将给工业锅炉、电站锅炉、加热炉窑等的设计、制造与运行带来重大技术变革，在工业设备尾气余热回收利用、燃烧用空气预热及燃烧技术等领域具有广阔的应用前景，是提高能源利用效率及实施节能减排的重要技术支持。

附图说明

图1 本发明无管换热器中颗粒帘换热单元示意图。

图2 本发明无管换热器中一种三级换热的蛇形无管换热器示意图。

图3 本发明无管换热器中一种三级水平直管形无管换热器示意图。

图4 本发明无管换热器结构示意图。

图5 反映本发明无管换热器中另一种为颗粒导向的导流件结构示意图。

图6 本发明余热回收***示意图。

图7 蛇形弯管式三级颗粒帘串级同向布置余热回收***（颗粒浓相气力传送）。

图8 蛇形弯管式三级颗粒帘串级反向布置余热回收***（颗粒浓相气力传送）。

图9蛇形弯管式三级颗粒帘并行布置余热回收***（颗粒浓相气力传送或机械传送）。

图10 蛇形弯管式三级颗粒帘串级同向布置余热回收***（颗粒稀相气力传送）。

图11 蛇形弯管式三级颗粒帘串级反向布置余热回收***（颗粒稀相气力传送）。

图12 蛇形弯管式三级颗粒帘并行布置余热回收***（颗粒稀相气力传送）

图13 蛇形弯管式四级颗粒帘竖向串级同向布置余热回收***（颗粒浓相气力传送或机械传送)。

图14 蛇形弯管式四级颗粒帘竖向串级反向布置余热回收***（颗粒浓相气力传送或机械传送)。 

附图15 蛇形弯管式四级颗粒帘并行布置余热回收***（颗粒浓相气力传送或机械传送)。

附图16　蛇形弯管式四级颗粒帘竖向串级布置余热回收***（颗粒稀相气力传送)。

图17 蛇形弯管式四级颗粒帘竖向串级反向布置余热回收***（颗粒稀相气力传送)。

附图18 蛇形弯管式四级颗粒帘并行布置余热回收***（颗粒稀相气力传送)。

附图19 水平直管式三级颗粒帘并行布置余热回收***（颗粒浓相气力输送或机械输送）。

附图20  水平直管式三级颗粒帘同向逆流串级布置余热回收***（颗粒浓相气力传送或机械传送）。

附图21水平直管式三级颗粒帘反向逆流串级布置余热回收***（颗粒浓相气力输送或机械输送）。

附图22　水平直管式三级颗粒帘并行布置余热回收***（颗粒稀相气力输送）。

附图23  水平直管/三级颗粒帘同向逆流串级布置余热回收***（颗粒稀相+浓相气力传送）。

附图24　水平直管式三级颗粒帘反向逆流串级布置余热回收***（颗粒稀相+浓相气力输送）。

附图25　水平直管/四级颗粒帘同向逆流串级布置余热回收***（颗粒浓相气力传送或机械传送）。

附图26 水平直管/四级颗粒帘反向逆流串级布置余热回收***（颗粒浓相气力传送或机械传送）。

附图27水平直管/四级颗粒帘同向逆流串级布置余热回收***（颗粒稀相+浓相气力传送）。

附图28水平直管/四级颗粒帘反向逆流串级布置余热回收***（颗粒稀相+浓相气力传送）。

具体实施方式

图1示出了本发明无管换热器的基本结构，从图中可以看出该无管换热器具有一个颗粒帘换热单元1，该颗粒帘换热单元具有水平直管形的气体通道11，该气体通道上设置有一个颗粒进口12和一个颗粒出口13，颗粒作为换热介质从颗粒进口到颗粒出口形成颗粒帘14。气体（比如高温烟气）自左侧进入水平气体通道，固体颗粒自颗粒进口下落进入水平气体通道形成一帘状的颗粒流（以下简称颗粒帘）并与水平流动的高温（热）气体相遇发生接触而发生对流与辐射换热。计算与实验测试表明，当固体颗粒的直径小于250微米且颗粒间隙在0.98以上时，热气体与固体颗粒在0.1至0.01秒之内便可达到平衡，从而使气体温度下降，固体颗粒温度升高。显然，单位时间内进入烟道中的颗粒数量越多，颗粒的总吸热量越多，气体的放热量也越大，出口气体的温度也越低。如果水平烟道中没有气体流过，即气体流动速度为0时，固体颗粒将形成一垂直下落的颗粒帘；而当有气体流过，即气体流动速度大于0时，则在气体粘性力的作用下，颗粒会产生自左至右的偏移，使得其在烟道下部的落点偏离进口料斗的中心线一段距离，从而形成如图1所示的弧形颗粒帘。研究表明，一个颗粒帘大约能完成两个理论颗粒帘换热单元的热交换。举个例子来说，如果要求气体温度从800℃降到150℃，利用气体的热量将颗粒从100℃加热到700℃，那么理论颗粒帘换热单元数为(800–150)/(800–700)=6.5。

在上述无管换热器基本结构的基础上，可以设计出不同形式不同换热级数的无管换热器，如图2所示是一种三级换热的蛇形无管换热器，该无管换热器中含有三个颗粒帘换热单元，当然也可以是两个、四个、五个及以上的颗粒帘换热单元，各颗粒帘换热单元通过弯管连接成为蛇形，各颗粒帘换热单元的颗粒帘竖直布置并且上下串联。图3是一种水平直管式无管换热器，该无管换热器该无管换热器中含有三个颗粒帘换热单元，他们之间连成水平直管形，并且各颗粒帘换热单元的颗粒帘竖直布置。很显然这种无管换热器中的颗粒帘换热单元也可以是任意个数的。这种两级以上的无管换热器在实际制造时，会直接用蛇形管或水平直管在上面开两个或两个以上的颗粒进口12和颗粒出口13，以根据需要布置两个或两个以上的颗粒帘。

作为无管换热器，还应当考虑颗粒的选用及颗粒帘的调节和如何使颗粒帘与气体充分换热的问题及无管换热器结构紧凑的问题，从图1和图4还可以看出，在颗粒进口12处设置了颗粒配送控制组件2，并在气体通道11前端连有气体均流构件3。

颗粒的选用及颗粒帘的调节：

颗粒帘换热单元中所用的固体颗粒采用硅砂并且直径应小于250微米，颗粒帘中颗粒空隙度应大于0.98， 这样有利于气体和颗粒间达到快速热平衡。

颗粒帘越短越好,有利于余热回收***结构紧凑。缩短颗粒帘长度有两种方法。第一种方法是使颗粒以一定的初速进入气体通道，颗粒进口速度越高，颗粒帘的长度会越短。底部开有小口的流化床给料器可以改变颗粒进入气体通道的初速。1米深的床层可以提供大约20^0.5 m/s的颗粒速度，2m深的床层可以提供大约40^0.5 m/s的颗粒速度。值得注意的是，颗粒的实际速度与流化床底部开口宽度有关。第二种可以使颗粒帘长度缩短的方法是使颗粒以一定角度逆着气流进入气体通道。

颗粒配送控制组件，参见图4和5。

为了使颗粒帘换热单元中的颗粒帘连续正常运行，并实现高效热交换，从图1和图4还可以看出在颗粒进口12处本发明设计了颗粒配送控制组件2，该组件由上至下主要由颗粒料斗21、圆形落料管22、过渡管23、矩形落料管24、电动蝶阀25、多孔板26、网筛27及导流件28等组成。其中，多孔板的孔径大小及布置密度决定了颗粒的最大通流量；电动蝶阀的开启及其开度的大小可实时控制下落的颗粒帘厚度；网筛27采用多层筛网主要起均流作用，即使颗粒在落料管横断面上均匀分布，最终保证颗粒帘横断面上颗粒分布的均匀性；导流件的主要作用是控制颗粒流进入气体通道中的角度及颗粒帘厚度，当颗粒流进入气流管道中的角度合适时，可将颗粒帘的最终坠落点控制在颗粒进口中心线附近，这样，当在水平直管段上布置多级颗粒帘时所要求的直管长度较小，或者说，在一定长度的直管段上可布置较多的颗粒帘。                                               

导流件28可以采用固定的倾斜式板状结构也可采用可转动调节的板状结构如图4所示。导流件28还可以采用倾斜弯管结构，如图5所示。如果采用可调式设置，在运行中可以通过调节导流件的角度控制颗粒流进入气体管道中的角度。此外，这种可调导流件与颗粒落料管相配合，还可以实时控制颗粒帘的厚度。

气体均流构件，参见图4。

为了使颗粒帘中的颗粒与气体介质均匀充分接触、快速达到热平衡，从而提高气体与固体颗粒帘间的换热效率，要求颗粒帘进口断面上的气流速度分布均匀。考虑到工程实际应用中的烟气、空气管道出（接）口与颗粒帘颗粒帘换热单元的空气/烟气管道截面形状及结构尺寸不兼容，因此，必须要求有一过渡联接管段将工程实际中的烟气/空气出口管无管换热器联接起来，并使烟气或空气气流在无管换热器的气体通道断面上均匀分布。为此设计了气体均流构件3，其结构组成及工作原理如图4所示。

考虑到本发明无管换热器的应用，比如在锅炉及加热炉窑的相关烟气/空气管道有两种典型的截面形状——圆形与矩形管道，为此，本发明提出了联接圆形管道与矩形管道的气体均流构件3，烟气或空气管道与无管换热器之间将顺次通过一个过渡管段4、联接法兰5及气体均流构件3连接，气体均流构件3可以采用三至五级均流，如图4所示。其中，第一级均流件为采用三角阵稀疏布置、孔径约10mm的大孔板31，第二级均流件为长笛管段32，该长笛管段由诸多小圆管并列排布在外直管中形成。第三级均流件为致密布置的小孔板33。

本发明无管换热器能广泛用于一些反应过程的余热利用，比如锅炉空气预热，还可以用于催化反应以及气体吸附。

本发明无管换热器的重要用途之一是利用高温烟气通过颗粒帘换热单元换热过程对燃烧用空气进行预热。通过下面两个步骤来达到用高温烟气使空气预热的目的：

第一步：烟气加热颗粒，同时使烟气温度降到要求的范围。本发明采用低温颗粒与低温烟气接触，高温颗粒与高温烟气接触的过程，其目的是使颗粒温度升到最高，并使烟气温度降到最低。研究表明，通常用3～5个颗粒帘即可使颗粒从100℃左右加热到700℃以上，同时使烟气温度从大约800℃降到150℃以下。

第二步：升温后的颗粒对空气进行加热。跟第一步类似，只是将烟气换成空气，即让低温颗粒接触低温空气，高温颗粒接触高温空气。这样可以使空气加热到最高温度，同时使颗粒温度降到最低。研究表明，通常用3到5个颗粒帘即能使空气从30℃左右加热到600℃以上，同时使颗粒温度从700℃左右降到120℃以下。

当本发明无管换热器用于锅炉空气预热时，第一步和第二步可以连接起来，就构成了一个基本余热回收***，如图6所示。其基本工作过程是：低温颗粒(例如100℃)从无管换热器顶部落入烟气通道，并在烟气通道内形成高度扩散的颗粒帘，颗粒一级一级被烟气加热，同时烟气温度一级一级降低，最后的低温烟气经除尘后排出；升温后的颗粒一级一级将空气加热，同时颗粒温度一级一级降低，升温后的空气引入燃烧器用于燃烧，而最后的低温颗粒从无管换热器底部通过颗粒输送装置送至烟气入口段的顶部颗粒入口处。这样，整个颗粒流动过程形成一个闭路的连续循环过程。

要说明的是，本发明无管换热器实质是通过固体颗粒(例如细砂)作为传热介质来完成高温烟气对空气的热量传递。用本发明无管换热器将省略传统换热器中的管板结构，与常规空预器相比有如下优点：（1）在运行中可根据锅炉及炉窑燃料特性及负荷工况的变化，通过调节换热颗粒的流量、颗粒帘厚度等实时控制排烟温度，这是锅炉及炉窑技术的一项重大突破，将为锅炉及炉窑设备的设计与运行带来重大技术变革；（2）可使锅炉及各种炉窑的最终排烟温度大大降低(例如降低到70℃左右)，从而使热效率显著提高，这意味着在给定的能量输出条件下，本技术可以使锅炉及炉窑设备二氧化碳的排放量大大降低；（3）在换热的同时可以在循环颗粒中加入脱硫剂(例如石灰石颗粒)，从而达到有效控制二氧化硫排放的目的；（4）可有效解决传统结构的空气预热器在设计和运行中所遇到的腐蚀、磨损、堵灰、漏风等诸多技术难题；(5) 可使空气预器的造价大大降低；（6）使空气预热器的通风阻力大大降低，其主要原因是换热过程中主要的压力降来自使气体加速和对颗粒的提升效应（该效应使颗粒沉降速度变低）。

基于本发明无管换热器，根据不同的余热回收利用对象、尾气性质、尾气参数（流量与温度）及现场的设备与管道布置，可以构建出灵活多样的颗粒帘余热回收***，这种***包括一个通入烟气的无管换热器称之为烟气无管换热器A、一个通入空气的无管换热器称之为空气无管换热器B、颗粒输送装置5，由颗粒管道6连接烟气无管换热器A、空气无管换热器B及颗粒输送装置5。

下面对几种典型的颗粒帘余热回收***进行说明。

实施方式一：是蛇形弯管式三级余热回收***，参见图7-图12。

当锅炉或其他反应器的尾气排放管道及预热空气管道在高度方向具有足够的布置空间时可以采用图7和图12中的一种，这几种***中用到的无管换热器均为蛇形无管换热器，其中图7示出空气无管换热器B竖直布置在烟气无管换热器A下面并与烟气无管换热器A竖向串联。高温烟气自烟气无管换热器A下部进入而从顶部排出，颗粒依靠重力自顶部料斗自然下落形成三级颗粒帘，并在下落过程依次与上升的热烟气发生热交换，三级换热完成后，低温烟气自上部排出，而高温颗粒进入下部空气无管换热器B的料斗，使其自然下落形成三级颗粒帘，并与自下部进入的低温（冷）空气进行热交换，三级热交换完成后，高温空气自顶部排出而低温颗粒进入下部的料斗，低温颗粒再通过颗粒输送装置5送到烟气无管换热器A的料斗中进行下一循环的换热，由此构成一个完整的蛇形弯管式三级颗粒帘串行余热回收***。颗粒输送装置5可以采用机械输送装置，比用如皮带输送；也可以采用气动输送，比如在颗粒管道6中通入高压气体使颗粒在高压气的作用下向上流动达到预定位置。本余热回收***只需一次传送，因热颗粒与空气经过多级热交换到出口料斗时其温度已很低，此时采用机械式传送装置更简单，直接通过皮带将颗粒往顶部颗粒进口处的料斗传送即可，并且不需要采取特别的保温措施。本余热回收***也可以采用高压气传送颗粒。这种***的主要特点是：（1）只需要一级颗粒传送装置，因而***相对简单；（2）所有颗粒帘在垂直方向上组成了有机的串联余热回收***，***中的每一级颗粒帘都会影响其下一级颗粒帘的工作，某一级颗粒帘发生故障时不能单独检修。因此，***中每级颗粒帘的设备状况均会对整个余热回收***正常运行产生较大影响，因而***运行的可靠性相对较低。

图8所示的余热回收***与图7非常相似，不同的是图7所示***的烟气无管换热器A和空气无管换热器B的布置是同向的，而图8所示的***其烟气无管换热器A和空气无管换热器B的布置是反向的。在实际应用中烟气无管换热器A和空气无管换热器B一定是根据需要来确定安装位置的。

图9示出烟气无管换热器A与空气无管换热器B之间是并联关系，低温颗粒先与热烟气发生热交换使颗粒加热，之后再由颗粒传送装置将颗粒输送至空气颗粒帘顶部的颗粒料斗，然后在空气通道中形成三级颗粒帘将空气加热，这样构成一个换热循环。考虑到运行一段时间后，参与换热过程中的细颗粒会被烟气带走而产生损失，为此在***中设置了颗粒补充装置7。

颗粒传送装置5也可全部采用浓相气力输送或机械输送，也可部分采用浓相气力输送与机械输送，还可全部采用稀相气力输送。颗粒传送可全部采用浓相气力输送或机械传送方式，也可部分采用浓相气力输送（对于高温颗粒）和机械输送（对于低温颗粒）。在本实施方式中采用的是浓相气力输送，颗粒传送装置5与高压风管9连通，其输送的空气量很少，将不会进入烟道。对于稀相气力输送方式，因输送空气量相对较大，此时为完全避免颗粒输送之空气进入烟气通道，使得“漏风”量为零，则可以采用如图10-图12所示的余热回收***。

图10所示的余热回收***，其烟气无管换热器A和空气无管换热器B的结构及其连接关系与图5所示的***完全一样，不同的是图7所示***在颗粒料斗前增设了一旋风分离装置8，被分离后的空气被引入至预热空气通道。显然，这种***增加了***的复杂性，只有当颗粒输送空气用量较大时可考虑采用，因而只适用于采用颗粒稀相输送装置的余热回收***。

同理我们还可以根据图8、图9所示***相应得到像图11、图12这样的余热回收***。

实施方式二：是蛇形弯管式四级余热回收***，参见图13-图18

当锅炉或其他反应器的尾气排放管道及预热空气管道在高度方向具有足够的布置空间且尾气温度较高时，可采用蛇形弯管式四级或五级余热回收***，如图13-图18所示，与图7到图12所示蛇形弯管式三级余热回收***相比，可以看出本实施方式的无管换热器采用的是具有四个颗粒帘换热单元的蛇形弯管式无管换热器，换热级数增加了，其它组成部件、颗粒传送装置5（气力或机械传送）及其对***的可靠性及检修与运行的灵活性等均与前述蛇形弯管三级颗粒帘余热回收***相似。不在此赘述。

实施方式三：是水平直管式三级余热回收***，参见图19-图24。

当锅炉或其他反应器的尾气排放温道不很高且和空气管道在同一垂直平面内上下水平布置时，可采用如图19-图24所示的三级余热回收***。与蛇形弯管式三级余热余热回收***相比，水平直管式三级余热回收***中各级颗粒帘换热单元之间颗粒的传送比较复杂，所需的颗粒传送装置数量较多。

从图19可以看出，这是一个三级并行***，本***烟气无管换热器A和空气无管换热器B均采用水平直管形,烟气无管换热器的各颗粒帘换热单元之颗粒帘与空气无管换热器的各颗粒帘换热单元之颗粒帘一对一串联，形成相应的循环回路，各回路之间并联。考虑到运行一段时间后，参与换热过程中的细颗粒会被烟气带走而产生损失，为此在每个循环回路中设置了颗粒补充装置7，并且设置了颗粒传送装置5。颗粒传送装置采用气动式，高压风机通过高压风管9向各颗粒传送装置5输送高压风，颗粒传送装置5将空气无管换热器B出来的冷颗粒送到烟气无管换热器A的料斗中进行循环换热。在本余热回收***中，由于各回路之间并行各级颗粒帘相对独立运行，其设备状况不影响其他各级颗粒帘的运行，发生故障时各级颗粒帘中可单独检修，因而***运行的可靠性较高；另外，某一级颗粒帘发生故障时对颗粒帘余热回收***上游的设备与整个生产工艺影响较小。

三级换热过程完成后的颗粒传送可全部采用浓相气力输送或机械传送方式，也可部分采用浓相气力输送（对于高温颗粒）和机械输送（对于低温颗粒）。

图20所示的***是一个水平直管三级串行***，这种***与图7所示的蛇形弯管式三级串行***的主要差别是：（1）颗粒传送装置数量较多（多2～3个）；（2）烟气无管换热器A与空气无管换热器B的三级颗粒帘组成了一个大的串联***，***中的每一级颗粒帘都会影响其下一级颗粒帘的工作，某一级颗粒帘发生故障时不能单独检修。因此，余热回收***中每级颗粒帘的状况均会对整个余热回收***正常运行产生较大影响，因而余热回收***运行的可靠性相对较低。它的颗粒传送装置可全部采用浓相气力输送或机械输送，也可部分采用浓相气力输送与机械输送，还可部分采用稀相气力输送。

当我们把图20所示***中烟气换热器A和空气换热器B反向布置，可以得到如图21所示***，也是一个水平直管三级串行***。

为了完全避免颗粒输送之空气进入烟气通道，使得“漏风”量为零，则可以采用如图22-图24所示的余热回收***，其与图19-图21所示余热回收***的主要区别是在烟气换热器颗粒料斗21前增设了一旋风分离装置8，被分离后的空气被引入至预热空气通道。显然，这种***增加了***的复杂性，只有当颗粒输送空气用量较大时可考虑采用，因而只适用于采用颗粒稀相输送装置的余热回收***。

实施方式四：是水平直管式四级串行余热回收***，参见图25-图28。当锅炉或其他反应器的尾气排放温道很高且和空气管道在同一垂直平面内上下水平布置时采用图25-图28所示余热回收***，从这些图中可以看出本实施方式与实施方式三中的图20和图21、图23和图24有着很相似的地方，唯一不同的是本实施方式中烟气无管换热器和空气无管换热器中的颗粒帘换热单元各有四个，当然也可以是5个甚至更多，形成四级或者五级余热回收***。

对于上述各实施方式，其颗粒传送装置5可以根据需要选择浓相气动或稀相气动或机械传动，烟气无管换热器A和空气无管换热器B的形式和摆放位置可以根据需要设计，烟气无管换热器A和空气无管换热器B中各颗粒帘之间的连接都可以根据需要采用串连、并连甚至混连。因此本发明的余热回收***的形式不限于图中所列。

Claims (11)

1.一种无管换热器，其特征在于该无管换热器至少由一个颗粒帘换热单元（1）连成，所述颗粒帘换热单元具有水平直管形的气体通道（11），该气体通道上设置有一个颗粒进口（12）和一个颗粒出口（13），颗粒作为换热介质从颗粒进口到颗粒出口形成颗粒帘（14），所述颗粒为惰性固体颗粒。

2.根据权利要求1所述的无管换热器，其特征在于惰性固体颗粒采用硅砂和氧化铝中的一种或者两种的混合，粒径在250微米以下。

3.根据权利要求1或2所述的无管换热器，其特征在于该无管换热器由弯管将至少两个以上的颗粒帘换热单元（1）连成蛇形并且各颗粒帘换热单元的颗粒帘（14）竖直布置上下串联，或者该无管换热器由直管将至少两个以上的颗粒帘换热单元（1）连成水平直管形并且各颗粒帘换热单元的颗粒帘（14）竖直布置。

4.根据权利要求3所述的无管换热器，其特征在于所述颗粒进口（12）处设有颗粒配送控制组件2，该组件包括电动蝶阀（25）和筛网（27）。

5.根据权利要求3所述的无管换热器，其特征在于所述颗粒进口（12）处设有为颗粒导向的导流件（28）。

6.根据权利要求3所述的无管换热器，其特征在于该无管换热器的气体通道前端连有气体均流构件（3），气体经该均流构件进入气体通道，所述气体均流构件包括均流稀布大孔板（31）、长笛管段（32）、密布大孔板（33），以形成3-5级的均流，所述长笛管段由诸多小圆管并列排布在外直管中形成。

7.一种用权利要求1-6之一所述颗粒帘换热单元制造的余热回收***，其特征在于该***包括一个通入烟气的无管换热器称之为烟气无管换热器（A）、一个通入空气的无管换热器称之为空气无管换热器（B）、颗粒输送装置（5），由颗粒管道（6）连接所述烟气无管换热器（A）、空气无管换热器（B）及颗粒输送装置（5）。

8.根据权利要求7所述的余热回收***，其特征在于烟气无管换热器（A）和空气无管换热器（B）均采用蛇形，烟气无管换热器（A）布置在空气无管换热器（B）上方，与空气无管换热器（B）串联。

9.根据权利要求7所述的余热回收***，其特征在于烟气无管换热器（A）和空气无管换热器（B）均采用蛇形，烟气无管换热器（A）与空气无管换热器（B）并联。

10.根据权利要求7所述的余热回收***，其特征在于烟气无管换热器（A）和空气无管换热器（B）均采用水平直管形，烟气无管换热器（A）的各颗粒帘换热单元（1）之颗粒帘（14）与空气无管换热器（B）的各颗粒帘换热单元之颗粒帘一对一串联，形成相应的循环回路，各回路之间并行。

11.根据权利要求7所述的余热回收***，其特征在于烟气无管换热器（A）和空气无管换热器（B）均采用水平直管形，烟气无管换热器（A）的各颗粒帘换热单元之颗粒帘与空气无管换热器（B）的各颗粒帘换热单元之颗粒帘串联。

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