CN103673643B - 高温烟气余热回收与除尘一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温烟气余热回收与除尘一体化装置，包括与高温窑炉的双侧气道连接的炉接口、滤料床，左右两个过风单元、四通换向阀；各过风单元自上而下包括：上风口、低温区滤料床、低温区框架、高温区滤料床、高温区框架、炉接口之一、集尘箱、带活动隔板的出灰口；滤料床包括堆积的陶瓷球。本发明装置允许左右定时换向、周期轮换地进行过滤和清灰，允许一边高温烟气从下向上经过滤料床实现过滤和蓄热，而另一边外来空气从上往下反吹滤料床实现清灰且吸热；既能不断过滤含尘烟气、不断回收高温烟气中的余热，而且可以同时对滤料床作功能再生、和对新鲜空气预热；既实现高温烟气的降温和除污、又同时提高燃烧效率。

Description

高温烟气余热回收与除尘一体化装置

技术领域

本发明涉及工业炉窑的配套设备，更具体地说，本发明尤其涉及一种为工业炉窑清洁和回收余热的配套设备。

背景技术

目前工业领域，炉窑被广泛采用以化石燃料燃烧产生热能达到某种生产目的，工业炉窑燃料燃烧后排放出烟气，烟气是固体、液体和气体物质组成的多相气溶胶，主要成份是CO₂、H₂O、CO、NO和烟尘，其中烟尘属粒子污染物，而粒子污染物是大气的重要污染物之一，而大气污染已经日益严重地直接危害到人体的舒适、健康，乃至人类赖以生存的环境，烟气中的有害成份需要通过改善燃烧和除尘来降低排放。

传统的工业炉窑烟气除尘，主要采用机械除尘、静电除尘、过滤式布袋除尘、洗涤式湿法除尘等。由于高温烟气对传统除尘器的设备、过滤材质具有很强侵蚀破坏力，还会对除尘器结构产生热膨胀的影响，而传统除尘器的适用温度低，因此，高温除尘效果不好，一般只能在50-200℃之间有效工作。

对于温度达200℃-1000℃及以上的高温烟气的除尘，目前主要采用先降温再用传统除尘器除尘的办法；降温方法主要有直接冷却如：采用野风冷却、水冷却等。野风冷却降温后烟气量增大，余热回收效率低，热量损失大；水冷却降温则增加除尘***的复杂程度，降温效果也不好。

美、德、日本等国将电除尘器用于高温除尘进行了探索，目前主要处在实验阶段，已有达到在650～790℃、570kpa下运行100小时的实验记录，除尘效率可达到95%～99.5%；但存在电晕放电不稳定、电极寿命短、对烟气成分敏感、高温绝缘等问题，短时间内，很难突破。

已研究或正在研究的高温除尘技术还有陶瓷织状过滤器、陶瓷纤维过滤器、金属毡过滤器、烧结金属丝网管过滤器、太棉过滤器等等，这些除尘器的过滤效率都能达到99%以上，但都存在各自的问题，如强度问题、永久性堵塞失效问题、成本问题等。

国内有各种颗粒层过滤器的报道，主要是移动床颗粒层过滤器和沸腾床颗粒层过滤器，这些颗粒层过滤器都采用烟气从上向下经过颗粒床，颗粒在反吹清灰时呈流态化或沸腾状。最新的报道是杨国华教授研究开发的新型高效双层颗粒床高温过滤技术及设备，其基本原理是：过滤层由上轻下重、上粗下细的双层滤料组成，如上层滤料为膨胀珍珠岩颗粒，下层滤料为海砂。过滤时，含尘气自上而下穿过滤层，先经过粗颗粒的上滤料层，截留气体中的绝大部分粉尘，再经过细粒径的下滤料层，截获漏过上滤层的微细粉尘。反吹清灰时，反吹气自下而上通过滤层，两层滤料都呈流态化，颗粒间的粉尘被气流夹带出去，达到快速清灰。由于上层滤料颗粒密度仅为下层滤料的1/20，上层滤料颗粒始终悬浮于下层滤料层之上，两层滤料互不相混，始终保持双层结构不变。但是，这种颗粒层过滤器仍然没有改变传统颗粒层过滤器烟气从上向下经过颗粒床，仍然存在灰尘在颗粒床上部难于清理的问题，流态化的反吹清灰容易产生不稳定运行，影响除尘效率。并且现有的除尘器没有针对高温烟气的余热回收与有效利用。

发明内容

针对现有技术的上述缺点，本发明的目的是要提供一种高温烟气余热回收与除尘一体化装置，其具有如下优点：背离传统地采用陶瓷球滤料的左右双固定床结构，因此，双固定床结构允许左右定时换向、周期轮换地进行过滤和清灰，允许一边高温烟气从下向上经过滤料床实现过滤和蓄热，而另一边外来空气从上往下反吹滤料床实现清灰且吸热；既能不断过滤含尘烟气、不断回收高温烟气中的余热，而且可以同时对滤料床作功能再生、和对新鲜空气预热；既实现高温烟气的降温和除污、又同时提高燃烧效率，而且，稳定运行的周期更长，环保、节能、运行效益明显提高。

为此，本发明的技术解决方案是一种高温烟气余热回收与除尘一体化装置，其包括与高温窑炉的双侧气道连接的炉接口、滤料床，而所述一体化装置包括左右两个过风单元、四通换向阀；各过风单元自上而下包括：上风口、低温区滤料床、低温区框架、高温区滤料床、高温区框架、所述炉接口之一、集尘箱、带活动隔板的出灰口；所述滤料床包括堆积的陶瓷球；2个上风口分别连接所述四通换向阀的2个阀口，所述四通换向阀的另外2个阀口分别连接进风口、排烟口。

本发明采用陶瓷球作为固定床滤料，而且左右两个过风单元的炉接口靠下、2个上风口分别连接所述四通换向阀的2个阀口、而另外2个阀口分别连接进风口、排烟口就构成了本发明的左右双过风单元；因为，陶瓷球的比重够高不会受到烟气的松动、陶瓷球的热容量比纤织物等更大、陶瓷球堆积密度适合既能截留灰尘又相对光滑易于清灰；一方面，允许高温烟气从下向上经过滤料床、滤料床仍然能够稳定地实现过滤和蓄热，另一方面，允许引入外来空气从上往下反吹滤料床实现滤料清灰和底部重力集尘，同时还能够有效地实现空气吸热，预热空气再经由下部炉接口之一输入炉内、回用热能。因此，这样双过风单元构成的左右双固定床结构允许气流在左右二者间定时换向，左右周期轮换地进行过滤和清灰。总之，本发明余热回收与除尘一体化装置，既能把上行烟气中的灰尘不断截留过滤、不断回收高温烟气中的余热、实现高温烟气的降温，而且可以同时利用下行新鲜空气对滤料床截留的灰尘作重力集尘即功能再生、和预热下行空气，从而能够既有效减少烟气的物质污染和高温污染、又同时提高炉窑的燃烧效率。助燃空气在经过固定床时把截留在耐火陶瓷球表面的粉尘往下吹落入集尘箱，固定床高温区耐火陶瓷球完成再生，可以投入下一周期的蓄热与除尘。而且综上分析可见，本发明装置稳定运行的周期更长，环保、节能、运行效益明显得到提高。

为进一步提高运行稳定性、装修简易性，本发明除尘一体化装置包括如下结构改进：

所述低温区滤料床、高温区滤料床还包括盛装陶瓷球的不锈钢材质的滤料筐。

为进一步提高装置工作寿命、增长温度运行周期，本发明除尘一体化装置包括如下结构改进：

所述高温区框架、高温区滤料床的滤料筐的材质均为耐高温不锈钢。

为进一步增加装置工作寿命、提高过滤及蓄热的效率、增加稳定运行周期，本发明除尘一体化装置包括如下结构改进：

所述陶瓷球的粒度为10-20mm，滤料床中陶瓷球的堆积密度为1700-2100kg/立方米。

所述低温区滤料床中的陶瓷球为三氧化二铝含量48-75%的高铝耐火材质；所述高温区滤料床中的陶瓷球为三氧化二铝含量75-90%的刚玉耐火材质。

为进一步简化装置整体结构、便于安装维修，以铰链旋转结构增加高温滤料更换维护的操作简便性，本发明除尘一体化装置包括如下结构改进：

所述过风单元包括相互对应的上、下圆筒体；上圆筒体中依次包括所述上风口、低温区滤料床、低温区框架；下圆筒体中依次包括所述高温区框架、炉接口之一、集尘箱、带活动隔板的出灰口；所述上、下圆筒体之间装设有铰链轴，所述高温区滤料床介于上、下圆筒体之间，其滤料筐铰接在该铰链轴上、且其周边包括可与上下圆筒体密合的密封圈，在该铰链轴上还同时铰接有同样结构和材质的备用的高温区滤料床及滤料筐。

为进一步增加装置结构的整体性、因地制宜的简便性，本发明除尘一体化装置包括如下结构改进：

所述上、下圆筒体的直径相等、轴心线重合。

所述上、下圆筒体分别安装在不同层次的平台上。

为进一步增加装置周期轮换的自动性、智能性，本发明除尘一体化装置包括如下结构改进：

所述四通换向阀带有电动切换的执行器；其另外2个阀口分别连接进风机、排烟机。

为进一步提高清灰集尘的操作性、可靠性、环保性，本发明除尘一体化装置包括如下结构改进：

所述活动隔板包括可以依次通断的上下2块。

试生产表明，本发明的有益效果包括：

1、实现对200-1000℃以上高温烟气的余热回收与除尘一体化，除尘效率可以达到99%，烟气温度降低至150～200℃，取得显著节能环保效果。

2、燃烧用助燃空气鼓入，通过再生式固定床把热量带走并参与燃烧，实现利用工业炉窑的烟气余热预热助燃空气，改善燃料燃烧，提高工业炉窑热效率，实现节能10%-30%。

3、本发明高温烟气余热回收与除尘一体化新技术，不同于传统的颗粒层过滤器，采用烟气从下向上进过颗粒床，灰尘在颗粒床下部便于清理，而不会由于重力在清灰时重新沉降在颗粒层上部，堵塞颗粒层，这种烟气从下向上，反吹清灰从上往下的新工艺流程，有利于清灰效率的提高。

4、本发明的结构是固定床结构，颗粒不会因为流化或沸腾出现不稳定运行的情况。本发明采用的双固定床结构，可以定时换向，周期重复使用，实现颗粒层的功能再生，并且采用在线备用更换技术，为连续生产提供保障，属于再生式固定床。

5、目前固定床技术有应用于工业炉蓄热燃烧的报道，其主要是蓄热作用，又称蓄热室。作用就是空气通过固定床蓄热来产生高温空气，用高温空气来助燃，国内称蓄热式燃烧技术或称为蓄热式高温空气燃烧技术，传统蓄热燃烧采用的固定床气体流向是烟气从上向下、空气从下往上，烟气粉尘仍然留在工业炉窑内部，不具备除尘功能，而本发明装置兼有除尘蓄热功能。

6、本发明装置中烟气从下向上，反吹清灰从上往下的可再生高效除尘技术，可以达到高效、节能、环保的综合作用，同时大大降低对除尘设备耐高温的要求，降低成本，延长除尘设备的使用寿命，提高生产效率。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明一体化装置实施例在左单元过滤右单元清灰的结构示意图。

图2为图1实施例在左单元清灰右单元过滤的结构示意图。

图3为图1实施例中备用高温区滤料床切换的结构示意图。

具体实施方式

如图1、2，所示分别为本发明的一体化装置实施例不同切换下的结构示意图。本发明的一种高温烟气余热回收与除尘一体化装置实施例，其包括与高温窑炉（未予示出）的双侧气道11、12连接的炉接口27、滤料床，所述滤料床包括盛装陶瓷球（未予示出）的不锈钢材质的滤料筐20（参见图3）、堆积在滤料筐20中粒度为10-20mm的陶瓷球；滤料床中陶瓷球的堆积密度为1700-2100kg/立方米。而所述一体化装置包括左右两个过风单元、带有电动切换执行器41的四通换向阀40。

左、右过风单元包括直径相等、轴心线重合的相互对应上圆筒体201、下圆筒体202；所述上、下圆筒体201、202分别安装在不同层次的平台上（未予示出）。上圆筒体201中依次包括所述上风口21、上集箱22、低温区滤料床23、低温区框架24；下圆筒体202中依次包括所述高温区框架26、炉接口之一27、集尘箱28、带活动隔板29的出灰口；所述活动隔板29包括可以依次通断的上下2块。所述上、下圆筒体201、202之间装设有铰链轴30，而高温区滤料床250介于上、下圆筒体201、202之间，其滤料筐20（参见图3）铰接在该铰链轴30上、且其周边包括可与上下圆筒体201、202密合的密封圈（未予详示），在该铰链轴30上还同时铰接有同样结构和材质的备用的高温区滤料床251及滤料筐20。所述高温区框架26、高温区滤料床250的滤料筐20的材质均为耐高温不锈钢。

2个过风单元的上风口21分别连接所述四通换向阀40的2个阀口，所述四通换向阀40的另外2个阀口分别通过进风机42、排烟机43而连接进风口、排烟口（均未予详示）。

所述低温区滤料床23中的陶瓷球为三氧化二铝含量48-75%的高铝耐火材质；所述高温区滤料床250中的陶瓷球为三氧化二铝含量75-90%的刚玉耐火材质。

如图3，所示为图1实施例中备用高温区滤料床切换的结构示意图。由于铰链轴30上同时铰接有高温区滤料床250、和备用的高温区滤料床251，而其滤料筐20周边都包括可与上下圆筒体201、202密合的密封圈（未予详示），因此，本发明装置可以适时灵活地以备用的高温区滤料床251替换下需要大修处理的高温区滤料床250，从而确保装置能够长期稳定、环保、节能、高效地运行。

本发明一体化装置实施例切换操作如下：

切换1如图1所示，为本发明一体化装置实施例在左单元过滤右单元清灰的结构示意图：高温窑炉左侧气道11出来的高温烟气从下向上依次经过左过风单元的炉接口27、高温区滤料床250、低温区滤料床23、上风口21、四通换向阀40左入口、排烟机43，由排烟口排出到环境中；左过风单元的滤料床仍然能够稳定地实现过滤和蓄热；另一方面，由进风口通过进风机42引入的外来空气从上往下依次经过四通换向阀40右入口、右过风单元的上风口21、低温区滤料床23、高温区滤料床250、炉接口27，由高温窑炉右侧气道12输入高温窑炉中，右过风单元滤料床得到反吹清灰和实现底部重力集尘，同时还能够有效地实现空气吸热，预热空气再经由下部炉接口之一输入炉内、回用热能。

切换2如图2所示，为本发明一体化装置实施例在左单元清灰右单元过滤的结构示意图：在电动切换执行器41的控制下，四通换向阀40的内部通路进行切换，空气和高温烟气在左右单元中的操作和流向正好相反，恕不详述。

通过上述切换不断循环操作，不间断实现含尘烟气过滤、不间断对滤料床作功能再生，而且可以不间断回收高温烟气中的余热，同时实现高温烟气的降温和新鲜空气的预热，从而既有效减少烟气污染、又同时提高燃烧效率。

Claims (10)

1.一种高温烟气余热回收与除尘一体化装置，其包括与高温窑炉的双侧气道连接的炉接口、滤料床，其特征在于：所述一体化装置包括左右两个过风单元、四通换向阀；各过风单元自上而下包括：上风口、低温区滤料床、低温区框架、高温区滤料床、高温区框架、所述炉接口之一、集尘箱、带活动隔板的出灰口；所述滤料床包括堆积的陶瓷球；2个上风口分别连接所述四通换向阀的2个阀口，所述四通换向阀的另外2个阀口分别连接进风口、排烟口。

2.如权利要求1所述高温烟气余热回收与除尘一体化装置，其特征在于：所述低温区滤料床、高温区滤料床还包括盛装陶瓷球的不锈钢材质的滤料筐。

3.如权利要求2所述高温烟气余热回收与除尘一体化装置，其特征在于：所述高温区框架、高温区滤料床的滤料筐的材质均为耐高温不锈钢。

4.如权利要求1或2所述高温烟气余热回收与除尘一体化装置，其特征在于：所述陶瓷球的粒度为10-20mm，滤料床中陶瓷球的堆积密度为1700-2100kg/立方米。

5.如权利要求1或2所述高温烟气余热回收与除尘一体化装置，其特征在于：所述低温区滤料床中的陶瓷球为三氧化二铝含量48-75%的高铝耐火材质；所述高温区滤料床中的陶瓷球为三氧化二铝含量75-90%的刚玉耐火材质。

6.如权利要求3所述高温烟气余热回收与除尘一体化装置，其特征在于：所述过风单元包括相互对应的上、下圆筒体；上圆筒体中依次包括所述上风口、低温区滤料床、低温区框架；下圆筒体中依次包括所述高温区框架、炉接口之一、集尘箱、带活动隔板的出灰口；所述上、下圆筒体之间装设有铰链轴，所述高温区滤料床介于上、下圆筒体之间，其滤料筐铰接在该铰链轴上、且其周边包括可与上下圆筒体密合的密封圈，在该铰链轴上还同时铰接有同样结构和材质的备用的高温区滤料床及滤料筐。

7.如权利要求6所述高温烟气余热回收与除尘一体化装置，其特征在于：所述上、下圆筒体的直径相等、轴心线重合。

8.如权利要求6所述高温烟气余热回收与除尘一体化装置，其特征在于：所述上、下圆筒体分别安装在不同层次的平台上。

9.如权利要求1所述高温烟气余热回收与除尘一体化装置，其特征在于：所述四通换向阀带有电动切换的执行器；其另外2个阀口分别连接进风机、排烟机。

10.如权利要求1所述高温烟气余热回收与除尘一体化装置，其特征在于：所述活动隔板包括可以依次通断的上下2块。