CN110715557A - 一种炉窑烟气余热回收换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于炉窑烟气余热回收的高效长寿命换热器。该换热器包括旋风除尘器和换热装置，旋风除尘器内部安装有沿圆周切向布置的旋流叶片构成的静态分离器，静态分离器高效除尘，为换热器提供了良好的换热环境。所述换热装置内部布置水平相互错位的折流板，换热管内悬吊有导流螺带。导流螺带和折流板增加了换热装置的换热系数，强化了换热效率。在换热装置的壳体上设置有膨胀节，连接有安全阀，膨胀节和安全阀保证了换热器安全无故障运行。换热管与管板的连接采用强度焊加贴涨连接，换热管进行渗铝处理，这些措施提高了换热器的使用寿命，降低了换热器维护成本。

Description

一种炉窑烟气余热回收换热器

技术领域

本发明应用于换热器领域，特别涉及一种回收炉窑烟气余热的高效长寿命换热器。

背景技术

各种工业炉窑在加热过程中，均会产生大量的高温烟气排放，这些高温烟气携带了大量的热能，如不加以回收利用，会造成热能浪费、炉窑热耗指标增高以及热排放污染。

炉窑烟气余热回收广泛采用余热锅炉，余热锅炉按其结构分为烟道式、管壳式、热管式，其中，烟道式余热锅炉换热面积小，热效率低；热管式虽然热效率高，但需采用特殊的中间介质，结构复杂，造价高且不适用于高粉尘工况；管壳式余热锅炉换热面积大，热效率较高，但同样不适用于高粉尘工况。

文献号CN101762175A公开了一种适用于高粉尘烟气余热回收的换热器，该换热器为蓄热式，先将高温烟气的预热传递给球状蓄热体，再有蓄热体将热量传递给空气换热，经过两次传热，其换热效率低。该换热器清理烟尘的途径有两个，一个是通过换热器中部的旋风除尘，一个是将球状蓄热体放出清灰。蓄热体在清灰后再次放入换热器内，这样的操作复杂，清理环境粉尘大，存在环境粉尘污染的情况。

文献号CN104315891A公开了一种烟气净化和余热回收的换热器，将高温烟气直接通入水中，可除去大颗粒烟尘和溶于水的硫、氮化合物，换热后的热水通过滤网排出利用。该换热器换热后的水为含有大量灰尘水，必须经过过滤后方可使用，滤网需要经常更换。高温烟气与冷却水接触时间短，高温烟气很快从冷却水中上浮，所以该换热器的换热效率也较。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种适用于高粉尘炉窑烟气的高效换热长寿命换热器。在对炉窑烟气进行高效除尘净化后，通过带有导流螺带的换热管充分回收烟气余热。

本发明采取的技术方案是：

本发明炉窑烟气余热回收换热器由下部的旋风除尘器、中间的换热装置和上部的风箱组成；所述旋风除尘器的内部安装有高效除尘的静态分离器，该静态分离器由沿圆周切向布置的旋流叶片构成；所述换热装置包括壳体、与垂直换热管连接的上管板和下管板、以及相互错位布置的水平折流板；在所述换热管内悬吊有导流螺带。导流螺带和折流板增加了换热装置的换热系数，强化了换热效率。

为防止除尘器故障运行，在所述壳体上设置有膨胀节。

为保证炉窑烟气余热回收换热器安全运行，在所述壳体上外接有安全阀接口，该接口连接安全阀。

为提高换热管的使用寿命，换热管与下管板和上管板的连接采用强度焊加贴涨连接，换热管进行渗铝处理。

所述旋风除尘器还包括安装在静态分离器上面的升气管和扩散锥，以及静态分离器下面链接的导流锥，这些设置是高温烟气进入换热装置的通道。

为保证除尘和通气的需要，最小限度减少流动气体的压力损失，所述静态分离器的旋流叶片与圆周切线夹角为30°。

本发明取得的技术进步是：

本发明炉窑烟气余热回收换热器通过设置在下端的高效旋风除尘器对进入换热器的高含尘量烟气进行预除尘，然后通过内部设置有导流螺带的换热管，减少了换热管内粉尘的集聚，提高了换热系数，强化了换热效率；通过对换热管进行渗铝处理，以及改进换热管与管板的连接为强度焊加贴涨连接方式，提高了换热器的使用寿命，降低了换热器维护成本。安全阀和膨胀节的设计保证了换热器的安全无故障运行。

附图说明

图1为本发明的立体结构剖视图；

图2为旋风除尘器的立体结构剖视图；

图3为静态分离器的俯视截面图；

图4为换热装置的结构示意图；

图5为换热管结构示意图；

图6为换热管与管板的连接示意图；

其中：1-风箱、2-换热装置、3-旋风除尘器、4-扩散锥、5-升气管、6-静态分离器、7-导流锥、8-旋风外壳、9-旋风锥体、10-进风口、11-下管板、12-换热管、13-导流螺带、14-折流板、15-膨胀节、16-壳体、17-安全阀接口、18-进水口、19-出水口、20-上管板、21-积灰斗。

具体实施方式

为便于理解，本实施例结合附图进行详细说明。

附图1为本发明的立体结构剖视图，自下而上分别是下部旋风除尘器3、换热装置2和上部风箱1，三者之间相互采用法兰使用螺栓螺母连接，并在结合面敷设软质垫片密封。

下部旋风除尘器3的结构如附图2所示，包括扩散锥4、升气管5、静态分离器6、导流锥7、旋风外壳8、旋风锥体9、进风口10。扩散锥4位于旋风除尘器3的顶部，用来将旋风除尘器3和换热装置2中的换热管12隔开，制作成锥形有利于换热管中下落的烟尘落入换热器底部的积灰斗21中。在扩散锥4中心，下部依次连接升气管5、静态分离器6和导流锥7，导流锥7的下部开口。附图3为静态分离器6的俯视截面图，静态分离器6由多个沿圆周切向布置的旋流叶片构成，本实施例旋流叶片72件，旋流叶片与切线夹角为30°，该角度可保证除尘和通气的需要，最小限度减少流动气体的压力损失。为防止烟气的高温通过旋风外壳8和旋风锥体9向外散热，在旋风外壳8和旋风锥体9的内壁砌筑耐热材料，或者在旋风外壳8和旋风锥体9的外壁包裹保温材料。

换热装置2的结构如附图4所示，由上管板20、下管板11和壳体16组成密闭空间，在该密闭空间内，安装了多支垂直的换热管12，换热管12将密闭空间分成两部分，一部分为换热管内部的管程，一部分为换热管外部的壳程。管程作为烟气的流通通道，分别通过下管板11、上管板20与下部的旋风除尘器、上部的风箱1连通。壳程作为水（或其他工艺流体介质）的流通通道，外接安全阀接口17、进水口18个出水口19。通过配置安全阀，在壳程意外超压时，可及时卸放壳程压力以保障设备安全。在壳程内部，布置了多层水平相互错位的折流板14，使得壳程内流体多次横向流过换热管间隙以增强换热管的换热效率。为防止壳体16热胀冷缩引起换热装置2故障运行，在壳体16上设计有膨胀节15。

附图5为换热管结构示意图，在换热管12内部，设计有导流螺带13，该导流螺带可以强制换热管内烟气气流作螺旋上升流动，打破换热管内的层流状态，强化烟气与换热管管壁的接触换热，同时高速紊流气流使得换热管内表面不易积灰，提高了换热管的换热系数，从两方面提高了换热管的换热效率。导流螺带13依靠上端两侧凸缘自由悬吊在换热管12内。换热管12采用碳素钢无缝钢管制作，为增强换热管12的耐磨性和耐蚀性，对其进行渗铝处理。

通常情况下，换热管12与管板为能够快速装配而留有间隙，工作中由于壳程液体的存在，在间隙处生成原电池，加速该处局部腐蚀。为增强换热管12与管板的接头耐间隙腐蚀能力，换热管12与下管板11和上管板20的连接如附图6所示。换热管12与管板采用强度焊加贴涨连接，从而消除换热管12与管板之间的装配间隙。

为协调换热管12与壳体16之间温差工况下热膨胀量差异，壳体上设置有膨胀节15，利用膨胀节15的弹性补偿消除因管程与壳程温度不同而产生的换热管12和壳体16的线性膨胀量不同，从而以减少下管板11和上管板20的应力，防止管板变形而导致的管接头失效，出现开裂和渗漏。

上部风箱1位于换热器的顶部，收集经换热冷却的烟气，通过排烟口排出。

本实施例工作时，炉窑生产时所产生的高温高尘烟气首先由进风口10切线进入旋风除尘器3，在具有收敛形特征的进风口10和旋风外壳8共同作用下，高温高尘烟气沿着旋风外壳8强烈旋转并向下运动，在进入旋风锥体9后，受锥体的作用，烟气转而向上上升，穿过导流锥7，经升气管5和扩散锥4的稳流和扩散，进入换热管管程，与壳程流体介质进行热交换。在烟气沿旋风外壳8及旋风锥体9内表面旋转过程中，烟气中尘粒与旋风外壳8及旋风锥体9摩擦、碰撞而逐渐失去动能而滑落到积灰斗21中，被定时清理排出。同时，一部分烟气穿透静态分离器6，受静态分离器6旋流叶片作用而强烈旋转，烟气中的尘粒与旋流叶片摩擦、碰撞而逐渐失去动能而滑落到旋风除尘器底部的积灰斗21中，穿透静态分离器6的烟气进入升气管5。如此，高温高尘烟气的尘粒被旋风除尘器3捕集而得到净化。

换热装置2换热管12中的导流螺带13使得高温烟气产生紊流，加强了与换热管之间的热交换。壳程内部的折流板14增加了换热液体的流程，增加了与换热管12之间的换热面积，强化了换热效果。

本发明采用了带有内部静态分离器的高效旋风除尘器，对高温烟气进行有效的预除尘，改善了换热管的工作环境，减少了换热管内部灰尘的沉积和积存，提高了换热系数。同时，在换热管内部***导流螺带，在壳程内设计折流板，大大提高了换热装置的换热效率。

为了提高换热管的使用寿命，减少含尘烟气对换热管的磨损，壳程液体对换热管的腐蚀，对换热管进行渗铝处理，同时改进了与管板之间的连接方式，大大减少了换热管的更换周期，提高了换热器的使用寿命。

Claims (7)

1.一种炉窑烟气余热回收换热器，其特征在于：由下部的旋风除尘器（3）、换热装置（2）和上部的风箱（1）组成；所述旋风除尘器（3）的内部安装有静态分离器（6），该静态分离器（6）由沿圆周切向布置的旋流叶片构成；所述换热装置（2）包括壳体（16）、与垂直换热管（12）连接的上管板（20）和下管板（11）、相互错位的布置水平折流板（14）；在所述换热管（12）内悬吊有导流螺带（13）。

2.根据权利要求1所述的炉窑烟气余热回收换热器，其特征在于：在所述壳体（16）上设置有膨胀节（15）。

3.根据权利要求1或2所述的炉窑烟气余热回收换热器，其特征在于：在所述壳体（16）上外接有安全阀接口（17）。

4.根据权利要求1所述的炉窑烟气余热回收换热器，其特征在于：所述换热管（12）与下管板（11）和上管板（20）的连接采用强度焊加贴涨连接方式。

5.根据权利要求1或4所述的炉窑烟气余热回收换热器，其特征在于：所述换热管（12）进行渗铝处理。

6.根据权利要求1所述的炉窑烟气余热回收换热器，其特征在于：所述旋风除尘器（3）还包括安装在静态分离器（6）上面的升气管（5）和扩散锥（4），以及静态分离器（6）下面链接的导流锥（7）。

7.根据权利要求1或6所述的炉窑烟气余热回收换热器，其特征在于：所述静态分离器（6）的旋流叶片与圆周切线夹角为30°。

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