專(zhuān)利名稱(chēng)：一種連續(xù)蓄熱式煙氣余熱回收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)爐窯節(jié)能領(lǐng)域，涉及高溫工業(yè)爐窯中的余熱回收技術(shù)和裝 置，尤其涉及一種可以連續(xù)蓄熱式回收煙氣余熱的技術(shù)和裝置。 技術(shù)背景工業(yè)爐窯中煙氣余熱占總熱量的很大一部分，節(jié)能降耗的關(guān)鍵就是回收并利 用好煙氣余熱。目前，工業(yè)爐窯采用的煙氣余熱回收技術(shù)主要包括換熱器和蓄熱 室。然而，這兩種技術(shù)都存在著不足，制約了其應(yīng)用和發(fā)展。對(duì)換熱器而言，其不足主要有(1)換熱器對(duì)材質(zhì)的耐溫及抗蝕能力要求高 (比如一般由耐熱鋼做成)，高溫段易損壞；(2)空氣(煤氣)預(yù)熱溫度低，難 以充分回收煙氣余熱；(3)比表面積小，設(shè)備龐大，造價(jià)高。為了克服換熱器材質(zhì)要求高，以及換熱比表面積小的問(wèn)題，近年來(lái)發(fā)展了蓄 熱回收技術(shù)，蓄熱回收技術(shù)采用熱容較大的蓄熱體小球或蜂窩體作為熱載體，較 好地解決了換熱器對(duì)材質(zhì)要求高，以及比表面積小的問(wèn)題，而且能實(shí)現(xiàn)低溫排煙 (接近于露點(diǎn)溫度)，得到很好地推廣和應(yīng)用。但是，蓄熱室技術(shù)在應(yīng)用中還存 在以下問(wèn)題(1)周期性不連續(xù)工作煙氣放熱和空氣(煤氣)吸熱過(guò)程周期性 切換，造成爐膛壓力、溫度等波動(dòng)變化；(2)換向時(shí)的容積效應(yīng)(換向時(shí)蓄熱室 及管道中的煤氣及預(yù)熱空氣將隨煙氣排走)造成燃料和能量的極大浪費(fèi)；(3)蓄 熱體在急冷急熱的環(huán)境中工作，使用壽命短；(4)系統(tǒng)復(fù)雜、造價(jià)及維護(hù)成本高、 動(dòng)力消耗大，換向系統(tǒng)易磨損，且壽命短。因此，為真正實(shí)現(xiàn)極限余熱回收，煙氣余熱回收技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)是周期 性蓄熱向連續(xù)蓄熱的方向發(fā)展，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出一種新型高效的連續(xù)蓄熱式煙氣余熱 回收技術(shù)和裝置意義重大。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是為了解決蓄熱室技術(shù)周期性不連續(xù)工作、煙氣放熱和空氣(煤 氣)吸熱過(guò)程周期性切換，造成爐膛壓力、溫度等波動(dòng)變化，換向時(shí)的容積效應(yīng) 造成燃料和能量的浪費(fèi)，蓄熱體在急冷急熱的環(huán)境中工作使用壽命短,系統(tǒng)復(fù)雜、 造價(jià)及維護(hù)成本高、動(dòng)力消耗大，換向系統(tǒng)易磨損，且壽命短的問(wèn)題。一種連續(xù)蓄熱式煙氣余熱回收裝置的蓄熱體，其特征在于蓄熱體由高耐熱 高導(dǎo)熱材料(如碳化硅、氮化硅等)制成，蓄熱體中的氣體通道被隔成互相獨(dú)立 的多層空間，煙氣和空氣(煤氣)通道分層交錯(cuò)布置(即在高度方向上， 一層煙 氣通道接一層空氣(煤氣)通道，交錯(cuò)布置的三明治結(jié)構(gòu))。氣流通道是在高導(dǎo) 熱率材料上開(kāi)辟的蜂窩式空道，截面可為圓形、正方形、橢圓、六邊形或長(zhǎng)方形 等。工作時(shí)，煙氣由煙道或煙氣總管均勻分配到各個(gè)煙氣孔道中，經(jīng)過(guò)蓄熱體進(jìn) 行放熱；空氣(煤氣)則由空氣(煤氣)總管連接一個(gè)風(fēng)箱，通過(guò)風(fēng)箱均勻分配 到各層的空氣(煤氣)孔道，進(jìn)行預(yù)熱。煙氣通道和空氣(煤氣)通道在蓄熱體 上整體成型，密封較好，空氣(煤氣)和煙氣不會(huì)竄風(fēng)。根據(jù)具體工藝要求，空 氣(煤氣)和煙氣的流動(dòng)方式可以采用逆流、垂直叉流或者錯(cuò)逆流，以此來(lái)強(qiáng)化 換熱，真正實(shí)現(xiàn)連續(xù)熱回收。 特點(diǎn)1. 在由高耐熱高導(dǎo)熱材料做成的蓄熱體上開(kāi)辟三明治結(jié)構(gòu)的空氣(煤氣) 和煙氣通道，導(dǎo)熱性能比換熱器好得多，但對(duì)材質(zhì)的要求沒(méi)有換熱器要求高；2. 每層通道做成蜂窩式孔道，換熱比表面積比換熱器大得多；3. 可以連續(xù)進(jìn)行余熱回收，克服了蓄熱室周期性換向的缺點(diǎn)；4. 蜂窩體孔徑的當(dāng)量直徑，空氣(煤氣)側(cè)為3 30mm,煙氣側(cè)為5 50mm;5. 空氣(煤氣)和煙氣的流動(dòng)方式可以采用逆流、垂直叉流或者錯(cuò)逆流；6. 當(dāng)煙氣量較大，需要較大換熱面積時(shí)，回收裝置能根據(jù)需要由2~150個(gè) 相同規(guī)格的煙氣和空氣(煤氣)通道模塊組合成一個(gè)能滿足要求的大型余熱回收 裝置。工作原理本余熱回收裝置由高耐熱高導(dǎo)熱材料做成，裝置里的氣體通道被隔成相互獨(dú) 立的多層空間，煙氣和空氣(煤氣)通道分層交錯(cuò)布置(即在高度方向上， 一層 煙氣通道接一層空氣(煤氣)通道，交錯(cuò)布置的三明治結(jié)構(gòu))。每層氣流通道都 是由高導(dǎo)熱率材料做成的蜂窩式孔道。其熱交換的原理是高溫?zé)煔獾臒崃客ㄟ^(guò) 對(duì)流及輻射換熱傳遞給高導(dǎo)熱高耐熱材料。由于高導(dǎo)熱材料的熱阻很小，熱量很 快就能傳導(dǎo)至空氣(煤氣)通道一側(cè)，然后，冷空氣(煤氣)通過(guò)對(duì)流換熱吸收 高導(dǎo)熱材料傳遞過(guò)來(lái)的熱量，完成煙氣與空氣(煤氣)間的熱量傳遞。熱傳遞過(guò) 程連續(xù)進(jìn)行，高溫?zé)煔獠粩喾懦鰺崃款A(yù)熱空氣，完成高溫?zé)煔庥酂岬幕厥??？諝?br> (煤氣)和煙氣的流動(dòng)方式可以采用逆流、垂直叉流或者錯(cuò)逆流等不同方式。
對(duì)于煙氣量較小的工業(yè)爐窯(如鋁保溫爐)，煙氣余熱回收所需的換熱面積 較小，可以將熱回收裝置做成一個(gè)整體，即在一整塊蓄熱體上開(kāi)辟氣流通道。當(dāng) 煙氣量較大時(shí)，需要較大的換熱面積，現(xiàn)有工藝不能直接做成整塊的大型換熱體。 這時(shí)可以設(shè)計(jì)適當(dāng)大小的蓄熱體模塊。安裝熱回收裝置時(shí)，將蓄熱體模塊拼裝組 合成大型的連續(xù)蓄熱式熱回收裝置。同時(shí)要注意模塊之間的密封(如設(shè)置凹凸咬 合，增大竄氣通道的阻力)，保證空氣(煤氣)和煙氣通道的獨(dú)立性。
連續(xù)蓄熱熱回收裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)1) 換熱速率快蓄熱體熱導(dǎo)率高，煙氣和空氣(煤氣)之間能迅速進(jìn)行熱 交換；2) 連續(xù)工作供風(fēng)及排煙不需要換向，系統(tǒng)簡(jiǎn)單；3) 真正實(shí)現(xiàn)極限余熱回收不存在換向時(shí)由于容積效應(yīng)造成的熱量和燃料 損失，節(jié)能降耗；4) 可靈活布置煙氣和空氣(煤氣)之間主要通過(guò)導(dǎo)熱傳遞熱量，采用比 表面積很大的蓄熱體作為熱交換媒介，傳熱效率高，裝置結(jié)構(gòu)緊湊，便于布置；5) 由于無(wú)可動(dòng)設(shè)備，裝置壽命長(zhǎng)，且與爐體的關(guān)聯(lián)性較小，降低了故障風(fēng) 險(xiǎn)，便于工程管理。


圖1是連續(xù)蓄熱式煙氣余熱回收裝置(錯(cuò)逆流)的原理圖
l一熱煙氣入口； 2—熱空氣(煤氣)出口； 3—集氣箱A; 4—冷空氣(煤氣) 入口； 5—冷煙氣出口； 6—集氣箱B; 7—高導(dǎo)熱蓄熱體；8—空氣(煤氣)通道； 9""集氣箱C; IO—煙氣通道。
圖2是連續(xù)蓄熱式煙氣余熱回收裝置(垂直叉流)的原理圖
圖3是連續(xù)蓄熱式煙氣余熱回收裝置(逆流)的原理圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例l(錯(cuò)逆流)
本連續(xù)蓄熱式煙氣余熱回收裝置由碳化硅材料做成，直接安裝在煙道中。煙氣由進(jìn)口 1進(jìn)入后，均勻分布到各層煙氣通道10,經(jīng)過(guò)蓄熱體7后直接從煙氣 出口5排出；同樣空氣(煤氣)由進(jìn)口4進(jìn)入后，均勻分到各層空氣(煤氣)通
道中，垂直經(jīng)過(guò)蓄熱體后進(jìn)入集氣箱6，再折回往復(fù)經(jīng)過(guò)集氣箱7， 9后由空氣 (煤氣)出口2排出；煙氣中的熱量通過(guò)對(duì)流及輻射換熱傳遞給蓄熱體，由于高 導(dǎo)熱材料做成的蓄熱體的熱阻很小，很快將熱量傳導(dǎo)至空氣(煤氣)通道一側(cè)， 再由蓄熱體將熱量通過(guò)對(duì)流換熱傳給冷空氣(煤氣)，完成熱回收過(guò)程?？諝?煤 氣)入口與煙氣出口同在低溫端，空氣(煤氣)出口與煙氣入口同在高溫端，空 氣(煤氣)行程為2~4，總的流動(dòng)方向是逆流。本連續(xù)蓄熱式煙氣余熱回收裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)，熱回收效率高，適用于 各種工業(yè)爐窯的煙氣余熱回收。實(shí)施例2 (垂直叉流)本連續(xù)蓄熱式煙氣余熱回收裝置由氮化硅材料制成，直接安裝在煙道中，煙 氣由進(jìn)口 l進(jìn)入后，均勻分布到各層煙氣通道，經(jīng)過(guò)蓄熱體2后直接從煙氣出口 3排出；同樣空氣(煤氣)由進(jìn)口4進(jìn)入后，均勻分到各層空氣(煤氣)通道中， 經(jīng)過(guò)蓄熱體后從空氣(煤氣)出口 5排出；煙氣中的熱量通過(guò)對(duì)流換熱傳給蓄熱體，蓄熱體通過(guò)導(dǎo)熱將熱量傳到空氣(煤氣)通道一側(cè)，再由蓄熱體將熱量通過(guò) 對(duì)流換熱傳給冷空氣(煤氣)，完成熱回收過(guò)程。實(shí)施例3 (逆流)本連續(xù)蓄熱式煙氣余熱回收裝置由氮化硅材料做成，直接安裝在煙道中，煙 氣由進(jìn)口 l進(jìn)入后，均勻分布到各層煙氣通道，經(jīng)過(guò)蓄熱體2后直接從煙氣出口 3排出；同樣空氣(煤氣)由進(jìn)口4進(jìn)入后，均勻分到各層空氣(煤氣)通道中， 經(jīng)過(guò)蓄熱體后從空氣(煤氣)出口 5排出；煙氣中的熱量通過(guò)對(duì)流換熱傳給蓄熱體，蓄熱體通過(guò)導(dǎo)熱將熱量傳到空氣(煤氣)通道一側(cè)，再由蓄熱體將熱量通過(guò) 對(duì)流換熱傳給冷空氣(煤氣)，完成熱回收過(guò)程。
權(quán)利要求
1. 一種連續(xù)蓄熱式煙氣余熱回收裝置，其特征在于回收裝置由高耐熱高導(dǎo) 熱材料碳化硅或氮化硅制成，裝置里的氣體通道被隔成相互獨(dú)立的多層空間，煙 氣和空氣、煤氣通道分層交錯(cuò)布置，即在高度方向上， 一層煙氣通道接一層空氣、 煤氣通道，交錯(cuò)布置的三明治結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)蓄熱式煙氣余熱回收裝置，其特征在于 每層通道做成蜂窩式蓄熱體一樣的通道，增大換熱面積。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種連續(xù)蓄熱式煙氣余熱回收裝置，其特征在于蜂窩體孔道截面為圓形、橢圓、方形、六邊形及長(zhǎng)方形，孔道的當(dāng)量直徑為空氣、煤氣側(cè)為3 30mm，煙氣側(cè)為5 50mm。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種連續(xù)蓄熱式煙氣余熱回收裝置，其特征在于 空氣、煤氣和煙氣的流動(dòng)方式采用逆流或者垂直叉流或者垂直叉流和逆流相結(jié)合 的混合流。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種連續(xù)蓄熱式煙氣余熱回收裝置，其特征在于回 收裝置是根據(jù)需要由2~150個(gè)相同規(guī)格的煙氣和空氣、煤氣通道模塊組合成一個(gè) 能滿足要求的大型余熱回收裝置。
全文摘要
一種連續(xù)蓄熱式煙氣余熱回收裝置，屬于工業(yè)爐窯節(jié)能領(lǐng)域。該裝置由高耐熱高導(dǎo)熱材料做成，裝置里的氣體通道被隔成相互獨(dú)立的多層空間，煙氣和空氣(煤氣)通道分層交錯(cuò)布置(即在高度方向上，一層煙氣通道接一層空氣(煤氣)通道，交錯(cuò)布置的三明治結(jié)構(gòu))。每層氣流通道都是由高導(dǎo)熱率材料做成的蜂窩式孔道。該熱回收裝置有如下優(yōu)點(diǎn)(1)換熱速率快蓄熱體熱導(dǎo)率高，煙氣和空氣(煤氣)之間能迅速進(jìn)行熱交換；(2)連續(xù)工作供風(fēng)及排煙不需要換向，系統(tǒng)簡(jiǎn)單；(3)真正實(shí)現(xiàn)極限余熱回收不存在換向時(shí)由于容積效應(yīng)造成的熱量和燃料損失；(4)可靈活布置，裝置壽命長(zhǎng)，且與爐體的關(guān)聯(lián)性較小，降低了故障風(fēng)險(xiǎn)，便于工程管理。
文檔編號(hào)F28D9/02GK101122446SQ20071012168
公開(kāi)日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者夏德宏, 張世強(qiáng), 敖雯青, 薛根山, 鄭克明 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)