CN108870427A - 一种烟气废热回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种对天然气锅炉产生的烟气废热进行回收装置。本发明装置中包括：竖直设置其上部为直接排空的排烟口管状烟气通道，设置于烟气通道内部且位于其中部的输入冷却水补水管、位于下部的烟气连接管、烟气连接管的出烟口处设置有烟气分布器，装置中设置有换热器。本发明可更充分地回收排放烟气中的能量，同时可大大提高烟气排放的质量。装置结构相对简单，使用效果可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种废热回收装置，特别是涉及一种对天然气锅炉产生的烟气废热进行回收装置。
背景技术
随着国家对节能减排工作的不断深入，科学安全有效的烟气废热回收装置作为为高效节能环保设备，不仅可以节约大量能源，而且可消除噪声，美化环境，是提高企业能源利用率，减少能源消耗，降低企业产品成本，增加企业经济效益的重要措施。
中国发明专利申请201510922540X公开了一种商用燃气锅灶烟气废热回收装置。该装置包括外壳，所述外壳的内部竖直的安装有进水总管和出水总管，进水总管安装在外壳的右端，出水总管安装在外壳的左端，进水总管的底部安装有进水管，出水总管的顶部安装有出水管，进水管和出水管上都安装有手动阀门，进水总管和出水总管之间安装有方形翅片管，方形翅片管上安装有翅片。但这类装置对烟气中存在的污染物没有清除作用。
中国发明专利申请2012100703417公开了垃圾焚烧烟气废热利用***，包括垃圾焚烧炉和热量回收热交换器，热量回收热交换器分为热蒸发区域和进出气区域，进出气区域设置有垃圾焚烧烟气入口和烟气出口，垃圾焚烧烟气入口连通到热蒸发区域的路径上还依次设置有烟气转向阀和进烟气关闭阀，热蒸发区域连通到烟气出口的路径上还设置有出烟气关闭阀，热蒸发区域内设置有蒸发管，蒸发管的出汽端连接有热负荷输出利用装置，热负荷输出利用装置的冷水输出口连通到蒸发管的进水端。
现有技术存在如下 的共同不足，即：1）装置或者无法处理烟气中的污染物，或者处理效果较差；2）换热效率较低；3）其出水温度相对较低，而且出水的温度波动较大。
发明内容
本发明提供一种可克服现有技术不足的烟气废热回收装置，特别是一种适用于天然气锅炉烟气废热进行回收的装置。
本发明的一种烟气废热回收装置中包括：竖直设置其上部为直接排空的排烟口管状烟气通道，设置于烟气通道内部且位于其中部的输入冷却水补水管、位于下部的烟气连接管、烟气连接管的出烟口处设置有烟气分布器，所述装置中设置有换热器，这里所述的换热器可以是管式换热器也可以是板式换热器，装置的烟气通道中部的内部设置有循环水雾化散布装置，循环水雾化散布装置输入端分别与换热器的加热介质输出端和输入冷却水补水管连通，换热器的加热介质输入端连通出水口，换热器的加热介质输入端与出水口连通，管状烟气通道下部为混合腔，混合腔中位于烟气连接管出烟口位置的下面设置有出水口，在烟气底端设置有排污管，在工作状态时管状烟气通道下部的混合腔的中冷却水面低于烟气导流分布装置出烟口位置。本发明的这一装置，由于在烟气连接管的出烟口处设置有烟气导流分布器可将烟气均匀扩散，并增大烟气与冷却水的接触面积，使得烟气与冷却水充分接触，从而提高热交换率；循环水雾化装置与换热器连通的设计可使加热介质（即冷却水）循环使用，一方面可以节约用水，另一方面还可使加热介质的温度保持在一定范围内，大大降低了输出热能的温度波动；由于采用了循环水雾化散布装置，可使加热介质以雾状喷出,形成大面积水雾群，形成微雾可更充分地与溢出的烟气进行换热，同时可以起到对烟气的洗涤作用，进一步净化所排放的气体。
优选地，本发明的烟气废热回收装置的管状烟气通道中：位于循环水雾化散布装置位置的上面与烟气通道顶端间设置有防污冷凝装置，位于循环水雾化散布装置位置的下面与烟气导流分布装置的排烟口间设置有多空腔吸热装置。设置多空腔吸热装置可将经雾化装置中排出的水雾形成的温度较低的液滴或液流流经其装置内部，从而在多层孔区间形成水膜层，使其与多空腔吸热装置中的烟气废热进行更为充分的热交换；所设置防污冷凝装置可将烟气与水换热后产生的水蒸汽附着在防污冷凝装置内部，从而进一步冷凝成凝液且可在装置内形成水膜防止空气进入塔体内影响热交换效率。
优选地，本发明的烟气废热回收装置中的循环水雾化散布装置由集成于集水头上的液相分布器、与液相分布器连通的旋流散射雾化器、与冷却水补水管连通的补水散射器、位于液相分布器上游的旋流管和旋 封垫构成。本发明的循环水雾化散布装置采用了旋流散射雾化器的设计，可将循环水按一定螺旋角度雾状喷出，减小了沿烟气通道壁间形成的层流区域，使烟气水雾能更充分地接触；而冷却水补水则以另设的补水散射器送入装置中可大大减少因补充冷却水时造成工作介质（即冷却水）温度的波动，进一步稳定了输出热能的温度区间。
优选地，本发明的烟气废热回收装置中，设置于气通道内的防污冷凝装置和多空腔吸热装置分别为可拆卸设置。本发明将多空腔吸热装置和防污冷凝装置采用可拆卸设置，可以方便这些装置的清洗与维护。
优选地，本发明的烟气废热回收装置，其防污冷凝装置是由板面翘曲的多层不锈钢板片叠加构成。
优选地，本发明的烟气废热回收装置，其特征在于多空腔吸热装置多空腔吸热装置由多层表面加工有无规则凸凹外形的其上有若干小通孔的不锈钢板以无规则叠加而成。
本发明优点如下：
1、可更充分地回收排放烟气中的能量；
2、可大大提高烟气排放的质量；
3、装置结构相对简单，使用效果可靠
4、立式塔体占地面积小，内置多空腔吸热装置、补水冷却雾化装置不同高度安装，有效吸收烟气废热；
5、烟气导流分布器的设计可将烟气均匀扩散，以增大烟气分布面积，使得烟气与冷却水充分接触，从而提高热交换率3. 补水冷却雾化装置的设计可将下塔体内热水循环往复通过加压使得水按一定螺旋角度雾状喷出,形成大面积水雾群，形成微雾空间完全覆盖多空腔吸热装置上部空间可与部分溢出多空腔吸热装置的烟气进行换热；
6、多空腔吸热装置的设计可将补水冷却雾化装置中的水雾形成的温度较低的液滴或液流流经其装置内部，从而在多层孔区间形成水膜层，其与多空腔吸热装置中的烟气废热可进行充分热交换；
7、防污冷凝装置的设计可将烟气与水换热后产生的水蒸汽附着在防污冷凝装置内部从而进一步冷凝成凝液且可在装置内形成水膜防止空气进入塔体内影响热交换效率。
附图说明
图1为本发明的装置的总体示意图。
图2 为本发明装置的烟气通道结构示意图。
图3为图2的左视放大图。
图4为图2的右视放大图。
图5为图2中“I”的局部放大图。
图6为防雨帽7主视图。
图7为图6的右视图。
图8为上塔体22的主视图。
图9为图8的俯视图。
图10为防污冷凝装置10的主视图。
图11为图10的俯视图。
图12为补水冷却雾化装置13主视图。
图13为图12仰视图。
图14为图12的俯视图。
图15为集水头13-1主视图。
图16为图15的A-A位置旋转剖视示意图。
图17为液相分布器13-2的示意图。
图18为图17的剖视示意图。
图19为支架B11的示意图。
图20为图19A-A剖视示意图。
图21为固定块B29主视图。
图22为中塔体15的纵向剖视示意图。
图23为中塔体15主视图。
图24为图23俯视示意图。
图25为本发明多空腔吸热装置的板片示意图。
图26为图25仰视图。
图27为支架A17的示意图。
图28为图27的A-A剖视示意图。
图29为固定块A18的主视图。
图30为烟气导流分布器6的剖面示意图。
图31为烟气分布器6-4的示意图。
图32为图31的俯视图。
图33为下塔体5的纵向剖面示意图。
图34为图33的俯视图。
图35 为底座1的示意图。
图36为图35的俯视图。
图37为图35左视图。
图38为前述附图中介质示意图。
具体实施方式
附图为本发明一个最佳实施例的示意图。以下结合附图解说。
本发明的装置是由上塔体22、吸热腔26、下塔体5构成的竖直设置的管状烟气通道及换热器38组成，参见附图1和附图2。
通过附图1～图3可见，本发明的管状烟气通道的顶部装有防雨帽7，防雨帽7下端对称焊有连接杆7-1和7-2。连接杆7-1和7-2分别与上塔体22通过两组对称的紧固件23-1、23-2、23-3和23-4固定连接。上塔体22顶部与连接杆7-1和7-2成角度焊有一组吊耳80-1和80-2。穿过上塔体22右部侧壁与冷凝腔24（即：上塔体的内腔体）连通成角度焊有用于安装温度计的管嘴9,温度管嘴9的下部上塔体22的腔体内装有防污冷凝装置10。烟气通道中的上塔体22的下部塔体腔24内装有循环水雾化散布装置13，其穿过塔壁与上塔体22的外壁焊接固定。循环水雾化散布装置通过管C与换热器38的加热介质输出端连通，管C上分别固定设置有法兰13-6和法兰40。上塔体22下端面处焊有上塔体中法兰22-1。中塔体15的上端面同样焊有中塔体中法兰15-1与上塔体22下端面焊有上塔体中法兰22-1通过六套紧固件固定连接。中塔体中法兰15-1与上塔体中法兰22-1之间装有密封垫21。在中塔体中法兰15-1下部右侧穿过中塔体15塔壁焊有吸热腔检查孔组件14。吸热腔检查孔组件14由检查孔连接管A14-3、检查孔连接法兰A14-2、检查孔端部盲板A14-1、密封垫14-4构成。检查孔连接管A14-3穿透中塔体15的塔壁与吸热腔26贯通并在塔壁外壁焊接固定，检查孔连接管A14-3端面焊有检查孔连接法兰A14-2。检查孔端部盲板A14-1通过双头螺柱与六角头螺母与检查孔连接法兰A14-2固定连接。在吸热腔检查孔组件14下部吸热腔26体内装有多空腔吸热装置16。穿过中塔体15的壁焊有温度计管嘴20，温度计管嘴20端部装有螺塞19。中塔体15的最下端焊有中塔体中法兰15-2，中塔体中法兰15-2通过双头螺柱及六角螺母固定连接下塔体5的中法兰下塔体5-1。中塔体中法兰15-2与下塔体中法兰5-1之间装有密封垫25。下塔体中法兰5-1下部左侧，穿过下塔体5塔壁焊接有烟气导流分布器6。下塔体5的右侧烟气导流分布器6下部焊有混合腔检查孔组件4，检查孔连接管B4-3、检查孔连接法兰B4-2、检查孔端部盲板B4-1构成。检查孔连接管B4-3穿透下塔体5的塔壁与混合腔28贯通并与塔壁外壁焊接固定，检查孔连接管B4-3端面焊有检查孔连接法兰B4-2。检查孔端部盲板B4-1通过双头螺柱与六角头螺母与检查孔连接法兰4-2固定连接。混合腔检查孔组件4下部焊有出水法兰27。出水法兰27通过管路B与换热器38的加热介质输入端连通，且在管路B上分别设置有切断阀门36、过滤器35、水流量计34和止回阀37及连法兰39，等。与出水接管法兰27成角度焊有两个液位计法兰28和29及溢流口法兰30。穿过是什么下塔体5的底座1与混合腔28接通焊有排污管3及排污法兰2，排污管3及排污法兰2延伸至下塔体5塔壁之外。
本发明的换热器38可采用管式换热器，也可使用板式换热器。
本发明的防污冷凝装置10由不锈钢材料呈无规则排列而形成若干“蜂窝”通孔（即：微小孔），参见附图9和附图10，且板形有翘曲，经多层叠加而制成，其作用是：水蒸汽能够在“蜂窝”孔表面形成水膜从而快速冷凝，有效防止水蒸汽溢出塔体。防污冷凝装置10的下端面放置在支架B11 上端面11-1上，无固定连接方便在深的上塔体22的冷凝腔24中取出清洗及更换。支架B11的下端面11-2放置在三个均布固定块B29的上端面29-1处，无固定连接方便在深的上塔体22的冷凝腔24中取出清洗。固定块B29的侧面29-2均布焊接在冷凝腔24的侧壁的同一水平面上。
参见附图11～17，本发明的补水冷却雾化装置13由集水头13-1、液相分布器13-2、密封垫A13-3、六个旋流散射雾化器13-4、13-11、13-12、13-13、13-14和13-15、补水散射器13-5、旋流接口法兰13-6、旋流管13-7、补水管13-8、补水管接口法兰13-9、密封垫B13-10构成。旋流管13-7穿过上塔体22塔壁与外壁焊接固定，旋流管13-7在塔壁外一端焊有旋流接口法兰13-6，另一端与集水头13-1上端面13-1-1的偏心孔13-1-3焊接成一体。集水头13-1的偏心孔13-1-3与集水头13-1下端面13-1-6的环型槽13-1-4连通，其作用是:一个旋流管13-7在满足给六个旋流散射雾化器13-4水量的同时，减小了补水冷却雾化装置13的体积。与旋流管13-7成角度的补水管13-8穿过上塔体22塔壁，与塔壁侧壁焊接固定。补水管13-8在壁外一端焊有补水管接口法兰13-9，另一端与集水头13-1上端面13-1-1的中心台孔13-1-2焊接成一体。与中心台孔13-1-2的同心孔13-1-7穿透集水头13-1下端面13-1-6。集水头13-1下端面13-1-6与液相分布器13-2的上端面13-2-6相配合，中间装有密封垫A13-3和密封垫B13-10分别放置在液相分布器13-2的上端面13-2-6的同心环槽13-2-7和13-2-8中。其作用是：将旋流入水与补水有效分离，防止六个旋流散射雾化器13-4的入水与补水散射器13-5的入水相互交叉流动，解决水压及水量难以控制的问题。由四个六角头螺栓分别从液相分布器13-2的下端面13-2-2穿入四个通孔13-2-1、13-2-3、13-2-4和13-2-5中，分别与集水头13-1的四个螺纹孔13-1-5、13-1-8、13-1-和13-1-10固定连接。液相分布器13-2的六个螺纹孔13-2-、13-2-10、13-2-11、13-2-12、13-2-13和13-2-14分别装六个旋流散射雾化器13-4，液相分布器13-2中心的螺纹孔13-2-15装有补水散射器13-5。集水头13-1、液相分布器13-2、六个旋流散射雾化器13-4及旋流散射13-3延伸至中塔体15的吸热腔26内，
参见附图25和26，本发明的多空腔吸热装置16是由无规则排列若干小孔的多层不锈钢板以无规则凸凹外形叠加而成的。其作用是：无规则凸凹外形叠加避免了不锈钢板重叠的现象且可形成容纳烟气的多空腔，散射雾化的微小水滴在若干小孔的表面形成水膜 ，相当于烟气被包容在一个水膜腔体中，从而加大烟气充分进行的热交换的效率。多空腔吸热装置16放置在支架A17的上端面17-1上，无固定连接方便在深的中塔体15的吸热腔26中取出清洗及更换。支架A17下端面17-2放置在三个均布固定块A18的上端面18-1处，无固定连接方便在深的中塔体15的吸热腔26中取出清洗。固定块A18的侧面18-2均布焊接在吸热腔26的侧壁26-1的同水平面上。
参见附图29～31，本发明的烟气导流分布器6由烟气连接法兰6-1、烟气连接管6-2、烟气导流管6-3、烟气分布器6-4构成。烟气连接管6-2穿透塔壁4与塔壁外侧焊接固定，烟气连接管6-2伸出塔壁一端焊有烟气连接法兰6-1，烟气连接管6-2在塔体内一端依次焊有烟气导流管6-3、烟气分布器6-4。
本发明的烟气分布器6-4为圆柱形中空管，穿透管壁上有若干小孔，烟气导流管6-3为一个中空90度弯头，其一端与烟气分布器6-4一端焊接，另一端焊有烟气连接管6-2，烟气连接管6-2为圆柱形中空管。6-2、6-3、6-4焊接在一起成为烟气导流分布器6。烟气连接管6-2穿透塔壁4与塔壁外侧焊接连接，将烟气导流分布器6置于塔体腔内。6-4置于塔体腔内与塔壁不接触，6-3两端部是开放，分别焊有6-2、6-3，其作用是：将烟气导入后通过烟气导流分布器6将烟气均匀散布在混合腔28内，以加大与混合腔28内水的接触面积，从而进行充分热交换。
本发明装置的工作过程如下：
运行初期，通过管道A注入冷却水，该冷却水经过补水管13-8、集水头13-1、液相分布器13-2、补水散射器13-5以散射方式喷入多空腔吸热装置16（以散射方式喷入多空腔吸热装置16内的冷却水在多空腔也形成了水膜）后进入混合腔28内至设定液位高度，切断冷却水注入阀门33。
一级换热过程：启动管道F中的变频热风机31，将管道F内为165℃的烟气吸入吸收腔32内，通过烟气导流分布器6进入混合腔28与冷却水充分混合形成一级换热，部分溢出冷却水的烟气扩散至中塔体15的吸热腔26内且进入多空腔吸热装置16，与多空腔吸热装置16内的水膜充分换热。此一级换热可吸收烟气热量的85%。冷却水与烟气换热后产生的水蒸汽及洁净烟气继续上升至冷凝腔24及防污冷凝装置10内，水蒸汽再次冷却，通过防污冷凝装置10溢向大气的烟气为温度为45℃且将原烟气中硫化物、氮氧化物等空气污染物溶于冷却水中。
二级换热过程：热水出口管道B一端接下塔体5出水口法兰27，另一端接换热器38热水进口法兰39。接换热器38热水出口法兰40连接管道C，热水入口管道C的另一端连接补水冷却雾化装置13的旋流接口法兰13-6。换热器38的冷水（常温）入水管道E与接换热器38的冷水入口法兰41连接，换热器38的出水口法兰42与冷水出水管道D连接。混合腔28内的热水通过热水出口管道B及切断阀36、过滤器35、止回阀37由离心泵34打入接换热器38内。换热水经过过滤器38、止回阀39、换热水流量计40由离心泵41打入接换热器38内。热水、冷水（常温）经换热后，冷却的热水经过管道C进入补水冷却雾化装置13内，经集水头13-1、液相分布器13-2、及六个旋流散射雾化器13-4、13-11、13-12、13-13、13-14、13-15将热水喷出雾化在多空腔吸热装置16内，与持续进入多空腔吸热装置16内的烟气进行换热后流入混合腔28内与吸入的烟气进行混合换热。溢出多空腔吸热装置16内的烟气在吸热腔26内也可进行换热。换热产生的水蒸汽持续进入防污冷凝装置（10）内继续冷却，洁净烟气排入大气；由管道E进入换热器38的冷水（常温）经换热后温度升至大于60℃的热水，通过管道D输出利用。
本发明装置就是重复利用混合腔28内的水，通过一级换热、二级换热充分吸收烟气中的热量，且通过混合腔28内的水溶解烟气中硫化物、氮氧化物等空气污染物。当混合腔28内的水量不足时，可通过集水头13-1、液相分布器13-2、补水散射器13-5进行补水。
综上所述：本发明采用烟气导流分布器将烟气扩散分布，与混合腔内的冷却水充分接触进行能量交换；补水冷却雾化装置将冷却水以角度雾状喷出,形成大面积水雾群，覆盖多空腔吸热装置上部空间，促使空腔吸热装置形成水膜，多空腔吸热装置内的水膜可充分吸收空腔容纳的烟气热量；防污冷凝装置能够使冷却水与烟气换热后产生的水蒸汽在其装置内形成水膜从而快速冷凝，有效防止水蒸汽溢出塔体。
本发明由于采用前述相关技术措施，使其输出的加热介质温度波动区间保持为最小，同时可充分去除所排放烟气中的污染物。
Claims (6)
1.一种烟气废热回收装置，包括：竖直设置其上部为直接排空的排烟口管状烟气通道，设置于烟气通道内部且位于其中部的输入冷却水补水管、位于下部的烟气连接管、烟气连接管的出烟口处设置有烟气分布器，其特征在于装置中设置有换热器，装置的烟气通道中部的内部设置有循环水雾化散布装置，循环水雾化散布装置输入端分别与换热器的加热介质输出端和输入冷却水补水管连通，换热器的加热介质输入端连通出水口，换热器的加热介质输入端与出水口连通，管状烟气通道下部为混合腔，混合腔中位于烟气连接管出烟口位置的下面设置有出水口，在烟气底端设置有排污管，在工作状态时管状烟气通道下部的混合腔的中冷却水水面低于烟气导流分布装置出烟口位置。
2.根据权利要求1所述的烟气废热回收装置，其特征在于在管状烟气通道中：位于循环水雾化散布装置位置的上面与烟气通道顶端间设置有防污冷凝装置，位于循环水雾化散布装置位置的下面与烟气导流分布装置的排烟口间设置有多空腔吸热装置。
3.根据权利要求2所述的烟气废热回收装置，其特征在于循环水雾化散布装置由集成于集水头上的液相分布器、与液相分布器连通的旋流散射雾化器、与冷却水补水管连通的补水散射器、位于液相分布器上游的旋流管和旋流接口法兰、位于补水散射器上游的补水管和补水管接口法兰，以及相应的各密封垫构成。
4.根据权利要求1或2或3所述的烟气废热回收装置，其特征在于设置于气通道内的防污冷凝装置和多空腔吸热装置分别为可拆卸设置。
5.根据权利要求4所述的烟气废热回收装置，其特征在于防污冷凝装置是由板面翘曲的多层不锈钢板片叠加构成。
6.根据权利要求5所述的烟气废热回收装置，其特征在于多空腔吸热装置多空腔吸热装置由多层表面加工有无规则凸凹外形的其上有若干小通孔的不锈钢板以无规则叠加而成。
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