CN87214901U - 双插件旋流除尘换热器 - Google Patents

Abstract

双插件旋流除尘换热器，集除尘和换热于一体，用于高温含尘气体的净化和回收热量，起到节能和简化净化***的作用该设备由换热段(1)、主除尘段(2)和水封灰斗(3)组成。用由钢管围成的筒体下接带有狭缝的钢板筒体构成除尘器，顶部有螺旋插件(10)和(12)使高温含尘气体成螺旋气流，在从上向下流动中被净化，而后从底部排气管流出。用于回收热量的介质，从围成除尘筒体并装有插件的钢管中流过，与高温含尘气体进行换热，达到回收热量的目的。

Description

双插件旋流除尘换热器

本发明涉及除尘及换热技术，是一项对高温含尘气体同时进行净化和余热回收的新设备。

在冶金、化工、建材、石油等工业部门，有许多生产过程要产生高温含尘气体，如燃煤炉窑的烟气，各种煤气发生炉生产的煤气等。这些气体的物理热是相当可观的余热资源，回收利用这种余热有减少热污染和降低能源消耗的双重作用，是工业节能的一个重要方面。排气含尘是造成大气污染的主要污染源，保护环境、治理污染，必须收集排放气体携带的粉尘。有些生产过程，粉尘还是必须回收的产品。因此，高温含尘气体的除尘和余热回收，已是现代化生产***不可缺少的组成部分，除尘和余热回收技术直接关系着建设投资和生产技术水平。当前，我国工业生产的发展，迫切需要有投资省、效率高的除尘和余热回收技术，用于广大城乡企业的技术改造和建设。

除尘和余热回收技术各有一百多年厂史，都有丰富的发展，但就目前达到的水平看，尚不能很好的满足需要。现有的旋风除尘器属于干式除尘，灰斗下部采用双层锁灰器，排灰时有大量灰尘飞扬，除尘过程采用反转气流排气方法，促使旋转气流中产生许多种二次涡流，携带着粉尘与排出气流汇合流出排气管，降低了分离效果，尤其对回收5～10μm以下的细粒粉尘效率不高，达不到国标要求，只能作为多级净化***的初级除尘设备使用。布袋除尘器和电除尘器虽然效率高，但造价昂贵，而且不能处理高温气体。换热器种类也较多，但都有换热效率不高和怕灰尘堵塞问题。对于高温含尘气体，当前不得不采用冷却、粗除尘及精除尘的处理方法，由此构成的复杂***，其费用使中小企业很难承受，大企业也是望而生畏。

为解决上述除尘和余热回收技术存在的问题，特提出一项将除尘和换热过程集中于一体的新方案，其特点是以采用新的除尘和换热原理为基础构成一兼有高效除尘和余热回收双重作用的新设备，此新设备为双插件旋流除尘换热器。

一、双插件旋流除尘换热器的原理

双插件旋流除尘换热器原则上是一圆筒形设备，按过程的作用划分为二段，上段为换热除尘段，下段为主除尘段，底部是排尘装置（水封灰斗）。这样，在换热除尘段内，除完成热量回收外，还同时兼有除尘作用，并给主除尘段创造有利的除尘条件。主除尘段按新的原理除尘，保证最终达到高的除尘效率。因此，双插件旋流除尘换热器不是现有除尘器和换热器的的简单组合，而是从原理上使除尘和换热过程在一定的时空间内统一进行由此构成一种新设备。就原理讲，可分别叙述。

1、除尘原理

双插件旋流除尘换热器采用旋流原理除尘，提高除尘效率的作法是：

①、在换热除尘段内用钢管并列围成圆筒壁，使高温含尘气体进入筒内沿筒壁旋转时，在由相邻钢管构成的凹沟内与管壁碰撞，产生小的涡流（见图1），其中所含粉尘受管壁所阻，逐渐失去动能而顺凹沟落向水封灰斗，不再进入主旋气流，由此起到除尘作用。凹沟中小涡流同时还有提高紊流度和减薄层流边界层的作用，使传热得到强化，这是本设备用来增大高温含尘气体侧给热系数的重要特征。在钢管间凹沟内同时实现了除尘和强化传热过程。由钢管围成的圆筒壁，其壁面比光筒壁增加50～70％，也是增加传热量的一个重要因素。

②、主除尘段用双层套筒围成气流旋转筒体，在内筒壁上开有几条纵向狭缝，在双层套筒环形空间内迎着狭缝装有挡板。换热除尘段靠筒内螺旋叶片插件作用，使气流以很大的旋转速度流入主除尘段。旋转气流由下向下流动时，沿内筒壁旋转的粉尘流不断的冲入狭缝与挡板碰撞，尘粒随之失去动能而落入水封灰斗，由此分离出未在凹沟内捕集到的细粒粉尘。与一般的旋风除尘器比较，进入狭缝的尘粒不再反回到旋转气流中，因而能提高除尘效率。

③、双插件旋流除尘换热器采取直流排气，排气管穿过水封灰斗排气管口露出灰斗水面一段高度，向下旋转的气流掠过水面时有部分残余尘粒冲入水中被分离，整个气流则反转向上，随即流入排气管。为防止排气管口附近的下旋气流不流经水面，并导引上旋气流顺利进入排气管，在排气管口上方装有倒椎形导流罩。这样，旋转气流在从上至下的整个流动过程中，都不受排气管口抽曳，避免了象旋风除尘器那样产生二次涡流带出粉尘，更能保持高的除尘效率。

④、双插件旋流除尘换热器用水封灰斗排灰，分离出来的尘粒在灰斗水中沉降浓缩，最后被灰斗下部的曲杆泵排出，避免了产生灰尘的二次飞扬。

2、换热原理

换热器是余热回收的重要设备，为提高余热回收效率，换热器在强化传热方面有许多新的发展，其中用插件产生旋流提高管内对流给热系数的方法，有结构简单、效果显著和阻力损失小等优点。为此，双插件旋流除尘换热器的换热除尘段，在高温含尘气体和换热介质（空气、煤气、蒸汽及水等）二侧均采用旋流插件，用来强化传热，高温含尘气体侧的旋流，还保证了除尘和传热过程的统一。

在高温含尘气体侧，插件是由较粗的中心管焊接多层螺旋叶片构成气流从顶部轴向流入筒体后，在该插件作用下转成矩形断面的螺旋气流该气流向下流动时，与筒壁钢管中的换热介质进行热量交换。为同时满足除尘要求，螺旋气流是以较高的速度横向冲刷筒壁钢管的，气流内部还存在双旋涡或四旋涡二次流，这些与前所述钢管间凹沟内小涡流的作用相配合，构成了高温含尘气体侧强化给热新的技术特征。多层螺旋叶片插件，可保证旋转气流以高的旋转速度入主除尘段。

换热介质在围成换热除尘段筒壁的钢管内流动，钢管断面尺寸为φ70×3mm，长度按需要的换热高度确定。每根钢管都装有产生旋流的小插件，由此强化换热介质侧的给热。换热介质向上流动，与高温含尘气体构成逆流热交换，反之为顺流热交换。

为配置大的换热面积，高温含尘气体侧插件的中心管，也可以同样用装有插件的钢管围成，使换热介质在其中通过。这样虽然结构有些复杂，但可以减小整体尺寸。

二、双插件旋流除尘换热器的结构

结合附图叙述双插件旋流除尘换热器的结构。

图1：钢管凹沟涡流示意图

图2：双插件旋流除尘换热器单筒结构图。

图3：内外圆筒环形腔挡板示意图

图面说明：

（1）换热除尘段，（2）主除尘段，（3）水封灰斗，（4）高温含尘气体入口，（5）高温含尘气体出口。逆流热交换时，（6）及（23）换热介质入口，（7）换热介质出口。顺流热交换时，（9）换热介质入口，（8）及（24）换热介质出口。（10）高温含尘气体侧插件，（11）换热钢管，（12）换热钢管插件，（13）换热除尘段套管，（14）保温填料，（15）主除尘段内筒，（16）主除尘段外筒，（17）除尘狭缝，（18）导流罩，（19）曲杆泵（20）半圆槽形孔，（21）中心管，（22）中心管球面封头，（25）环腔挡板。

双插件旋流除尘换热器全部采用碳素钢板和钢管焊接制造，钢管选用φ70×3mm，钢板厚度按常规设计选用。钢管（11）排列成圆筒形时、各管相互靠紧，接触处二侧纵向连续焊接，保持筒体气密性和形状稳定，钢管表面有时要喷涂耐热耐磨镀层，以提高使用寿命。钢管（11）在出、入口（8）、（6）所属的配流圈内由外侧面开半圆槽形孔，供换热介质流入或流出，端头则封闭，并向主除尘段内、外筒（15）和（16）间的环腔内伸出，保证钢管凹沟中尘粒落入水封灰斗。在其他位置，换热介质均由钢管端口流出或流入。主除尘段（2）的内筒（15）一般开4条纵向狭缝（见图3），狭缝宽度a取20～30mm，在环腔中迎着狭缝气流冲入方向，焊接4块挡板（25）。

在图2所示的双插件旋流除尘换热器内，高温含尘气体在入口（4）处径向流入后，立即转成轴向并形成螺旋气流。螺旋气流通过换热除尘段和主除尘段后，在导流罩（18）作用下流入排气管，并在出口（5）处流向器外。换热介质径入口流入器内，均匀流径各换热钢管后，由出口流出器外。在如此流动过程中，高温含尘气体被冷却和净化，换热介质则被加热，实现了一器多能的目的。

当利用高温含尘气体生产中、低压蒸汽时，换热介质进出口应与汽包构成循环***。

水封灰斗（3）内盛满水，主除尘段内外筒下椽***其中构成水封，实现高温含尘气体侧的密封。为保持密封压力，需自动控制灰斗水面高度。在水封灰斗内，浸入水中的粉尘逐渐向排尘管内沉降，经曲杆泵排出，流入沉殿池，或直接向远处泵送。

各段结构尺寸，按常规设计方法计算确定。

当高温含尘气体处理量较大，而不宜再扩大单筒结构尺寸时，可选用多个单筒并联，构成多筒结构形式。采用多筒结构时，各筒共用一个水封灰斗，该灰斗底下装一螺旋机，将各筒沉积的粉尘推向一端垂直落入曲杆泵内，再予排出和泵送。这样，水封灰斗高度将不会因为多筒并联而有大的增加，即可少占空间高度，又能取消对多筒数量的限制。

三、双插件旋流除尘换热器的优点

根据以上所述，并同现有的旋风除尘器和换热器对比，对双插件旋流除尘换热器可提出以下优点：

1）、可以直接回收含尘气体的余热，而且换热效率高。

2）、除尘效率高，一段使用即可达到卫生标准要求，因而能取代多段除尘净化***。

3）、结构简单、加工容易，制造费用低。

4）、操作简单、维护容易，生产费用低。

5）、对气体和粉尘性质适应性强，对温度和流量变化承受能力大。

6）、排尘及输送方法简单，不产生二次扬尘污染。

7）、回收利用余热广泛，可为各种目的加热气体或液体。

8）、阻力损失小、动力消耗低。

Claims (2)

1、对气体进行净化和余热回收的双插件旋流除尘换热器，是由换热除尘段(1)、主除尘段(2)和水封灰斗(3)从上至下结成器体，其特征在于：换热除尘段是用钢管(11)并列围成筒体，钢管和筒体装有螺旋插件(10)和(12)。围成筒体的钢管下端采用管口封闭且向主除尘段环腔内***，同时对处于入口(6)或出口(8)配流圈范围内的管段，在其外侧开半圆槽形孔(20)。主除尘段由内筒(15)、外筒(16)、除尘狭缝(17)、导流罩(18)组成。水封灰斗有净化气体排出管从中通过。

2、根据权利要求1所述的除尘换热器，其特征在于：当筒体插件（10）的中心管是用钢管围成管体（21）时，该管体（21）底端用球面板（22）封闭，顶端开口与外管路连接，管体（21）是一部分换热介质的流入管或流出管。

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