專利名稱：通過氣體提取熱量并且回收冷凝物的裝置的制作方法
通過氣體提取熱量并且回收冷凝物的裝置
本發(fā)明涉及熱氣體處理領(lǐng)域，特別是燃燒氣體處理領(lǐng)域， 一方面用 于回收由這些氣體運載的熱量，另一方面回收容納在所述氣體中的可冷 凝的物質(zhì)。還涉及含有可冷凝的灰塵和/或者物質(zhì)的氣體的處理，所述可 冷凝的灰塵和/或者物質(zhì)特別可以在一爐子，例如用于熔化玻璃或者類似 礦物材料的爐子中產(chǎn)生。在玻璃爐子中，通過由一些氣體燃燒器帶來的
熱能，可玻璃化材料的組分在大約1200 - 1300攝氏度下處于熔融狀態(tài)。 所述燃燒氣體在大約1000- 1200攝氏度下排出該爐子，從而一起帶走了 一定量的來自可玻璃化材料的揮發(fā)成分的氣體物質(zhì)，例如硼。
該爐子的氣體排出區(qū)域一般裝備有一個冷卻塔，用于一方面回收一 部分燃燒氣體熱量以便再次利用該熱量來加熱初始燃燒氣體，另一方面 冷凝易揮發(fā)的材料以便將它們分開從而將冷卻氣體排出到大氣中。
所述冷卻塔總體上包括第一級和第二級。在所述第一級中冷卻流 體來自大氣中的空氣，該冷卻流體在大約600攝氏度下離開交換器并且 可以在燃燒器處作為燃燒氣體被再循環(huán)，被處理的燃燒氣體在大約700 攝氏度的溫度下從該第一級排出；在第二級中，冷卻流體是直接噴灑在 被處理的燃燒氣體中的水，導(dǎo)致了將可冷凝的物質(zhì)固化為灰塵。冷卻的 氣體、水蒸氣和灰塵的混合隨后受到了電子篩的分離作用，該電子篩捕 獲所述灰塵并且在大約400攝ML溫度下排出氣體。
向大氣的排出表明不可忽視的能量損失，其可以達數(shù)兆瓦.小時的玻 璃生產(chǎn)工業(yè)設(shè)備的運轉(zhuǎn).
然而，代表數(shù)克每立方米加熱氣體的可冷凝材料妨礙了在傳統(tǒng)熱交 換器中對氣體的處理，因為該熱交換器將非?？焖俚乇槐焕淠幕覊m堵 塞。僅僅能夠遵循不斷地被清潔循環(huán)中斷的簡短的循環(huán)工作，從而提出 了一些真實的內(nèi)在的技術(shù)難題，而且還易于干擾玻璃的生產(chǎn)。
此外，排向大氣的可冷凝材料是環(huán)境立法者所禁止的方式。因此排 出物在排放時必須去除可冷凝的材料。
本發(fā)明的日的是解決上述的減少排出物污染的問題并且提供一種能 夠在產(chǎn)生所述氣體的整個期間不影響生產(chǎn)地持久地提取熱氣體的熱量的 裝置。
在這方面，本發(fā)明還用于一種從氣體特別是燃燒氣體中提取熱量的 裝置，含有用于回收冷凝物的可冷凝的灰塵和/或者物質(zhì)，還包括至少一 個熱交換器，該熱交換器包括一個具有旋轉(zhuǎn)對稱性的腔，該腔被包圍有 冷卻殼體，其特征在于，包括一個允許對所述殼體的內(nèi)表面進行表面處 理的處理劑的優(yōu)選混合物通過的孔，所述殼體還設(shè)有至少一個同軸布置
在一個管子中的螺旋步距的螺桿。
由于氣體流的旋轉(zhuǎn)循環(huán)，所述灰塵和/或者物質(zhì)被噴向處理腔的冷卻 壁并且在這些冷卻壁上冷凝，并且粘在這里，固體的累積隨著表面處理 劑進入到該腔中的連續(xù)摩擦而被破壞。
在冷卻殼體中循環(huán)的流體可以為任何目前使用的類型，特別是油或 者水。
根據(jù)其他特征，該裝置具有大致圓柱形狀、圓錐形狀、截錐形狀或
者是至少一個圓柱與至少一個圓錐或者截錐相連而獲得的形狀。 最好，該裝置水平設(shè)置。
該裝置的尺寸和接合到該裝置中的腔的數(shù)量適合于待根據(jù)產(chǎn)生氣體 的裝置進行處理的氣體體積.
其中大致螺旋旋轉(zhuǎn)氣體流占主要地位的部分最好足夠長以便該流遵
循至少兩個螺旋團，至少4個，尤其是至少5個。
用于形成旋轉(zhuǎn)氣體的裝置包括至少一個同軸布置在一個管子中的螺 旋步距的螺桿。
在優(yōu)選實施例中，用于形成旋轉(zhuǎn)氣體流的裝置一方面包括切向于處 理裝置引導(dǎo)熱氣體的引導(dǎo)裝置，另外包括一些螺旋步距的螺桿.螺旋旋 轉(zhuǎn)運動在期望長度上通過選擇氣體進入速度和可以在螺桿總長度上不是 恒定的螺旋步距而容易地獲得。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選特征，通過將固體性質(zhì)的表面處理劑帶入到 該旋轉(zhuǎn)氣體流的裝置，每個腔的內(nèi)表面的表面處理，或者更精確地說該 清潔還可以在該裝置運轉(zhuǎn)過程中被連續(xù)實施。
在離心力的作用下，表面處理劑如同灰塵那樣向腔的冷卻壁噴射， 處理劑的固體顆粒的動能足夠用來實施對黏合在冷卻壁上的灰塵沉積物 的摩擦。
根據(jù)該裝置的構(gòu)成材料和沉積物的性質(zhì)，該表面處理材料可以選擇 為使得對在該腔的壁上累積的沉積物實施摩擦。
最好，該表面處理劑選自最初應(yīng)用于爐子中的玻璃化材料的組分的
構(gòu)成物，以^Jb許在該組分中再循環(huán)所述玻璃化材料。
該裝置因此包括一些添加和收集表面處理劑的裝置，分別在該裝置 的由旋轉(zhuǎn)氣體流占主要地位的部分的上游和下游，從而回收冷凝的灰塵 或者固體和/或者再循環(huán)該處理劑。氣體的排出可以以任何已知的方式進 行，特別是切向于該腔的軸線進行，特別是對于圓柱腔來說，或者以軸 向的方式。
根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，該處理裝置和其冷卻殼體包括限定了用橫 向隔板限制的內(nèi)部體積的外部殼體，所述橫向隔板被多個構(gòu)成交換腔的 管子穿過，每個腔容納了一個螺旋步距的螺桿.
一方面，這構(gòu)成了抵抗非常高的內(nèi)部壓力的雙壁。另一方面，具有 圓形截面的管子的并列給出了一個大于由平面表面給出的交換面積。
在剛剛描述過的裝置的其他的應(yīng)用中，本發(fā)明用于一種爐子，特別 是用于熔化玻璃或者類似礦物材料的爐子，包括熱氣體出口，該熱氣體 包含可冷凝的灰塵和/或者物質(zhì)，該爐子裝備有熱氣體冷卻單元，其特征 在于，該冷卻單元包括至少一個用于提取熱量和冷凝可冷凝物質(zhì)的裝置， 如上所述，
在所述應(yīng)用中， 一部分灰塵可能對于保持黏合在處理腔的內(nèi)壁上而 言過細(xì)。該爐子因此還包括一些用于使冷卻氣體通向冷卻單元，朝向捕 獲灰塵和排出被過濾的氣體到大氣中的過濾器的裝置.
通過允許回收與燃燒氣體一起被帶走的可冷凝灰塵和物質(zhì)的本發(fā)明 的熱量交換裝置， 一種特別是熔融方法的效率通過再次引入被交換器回
中而被提高.
當(dāng)可冷凝的灰塵和物質(zhì)利用表面處理劑通it^擦而被回收時，回到 作為表面處理劑的該可玻璃化的添加物中，特別是砂子中的組分的構(gòu)成 物的應(yīng)用，在玻璃爐子的情況下是特別有利的，因為它可以與灰塵一起 作為可玻璃化的添加物的原材料被再循環(huán)。
熱量交換裝置的尺寸可以加工為能夠提取一定數(shù)量的熱量，該熱量 足夠產(chǎn)生水蒸氣。因此，可以直接利用水作為本發(fā)明裝置的殼體中的冷 卻流體。因此選擇能夠抵抗被殼體中的蒸汽壓力施加應(yīng)力的腔和殼體的 形狀和構(gòu)成。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將通過閱讀附圖的說明而顯現(xiàn)，附圖包括

圖1簡示了裝備有本發(fā)明裝置的玻璃爐；和 圖2示出了該裝置的透視圖。
首先指出，為了清楚，在圖中示出的元件并不是必須按比例再現(xiàn)， 一些尺寸能夠被增加或者減小，某些非主要的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)為了理解本發(fā)明 而被省去。
在圖1中的可見的裝置主要包括一個玻璃爐1，其由合適的常用裝 置2供應(yīng)可玻璃化混合物，其中熔融能量由一些氣體燃燒器3提供。
在爐子中生產(chǎn)的玻璃通過一些未示出的裝置被提取以便被轉(zhuǎn)變?yōu)榭?以是非常不同的產(chǎn)品，特別是以玻璃棉或者玻璃纖維為基的產(chǎn)品，例如 床墊、帆布等，在這里玻璃可以被附加不同的有機或者礦物材料。在爐 子的末端，特別是添加有來自玻璃組分的揮發(fā)元素的氣體組合物的該燃 燒氣體被引向冷卻單元4中，在這里它們從溫度大約1000攝氏度達到大 約200攝氏度。
該單元包括使用大氣空氣6作為冷卻流體的第一交換器5。 該交換器尺寸被加工為使得由空氣6提取的熱量具有該交換器的溫
度，大約600攝M,從而有利地允許用作被再次引入到燃燒器3中的
熱助燃劑7。
在第一交換器出口的燃燒氣體的溫度大約為700攝氏度。在該溫度 下，所述來自玻璃的組分的揮發(fā)元素的可冷凝的物質(zhì)仍然處于氣態(tài)，該 交換器5并沒有暴露于任何固體材料.
該單元4包括與該笫一交換器5串連的第二交換器8，用于從700 攝氏度的冷卻氣體中提取附加部分的熱量，將該氣體的溫度降低到可冷 凝揮發(fā)材料的固化點以下.
該熱交換器8 (圖2詳細(xì)示出)包括本發(fā)明的裝置，其主要具有細(xì) 長圓柱體形狀，其中設(shè)置了熱交換裝置。包括相對該管狀主體的軸線切 向供應(yīng)氣體的裝置9，和設(shè)置在與該供應(yīng)裝置相對的側(cè)面的軸向氣體出 口 10。
它的尺寸被加工為使得從該裝置出來的被處理的氣體在大約200攝 氏度下被冷卻。
該氣體還至少部分地被去除灰塵，所述灰塵被收集在該收集器11 中。從該裝置出來的氣體然后可以在排向大氣之前通過可以是任何已知
類型的過濾器12，例如帶有過濾網(wǎng)的普通過濾器或者電子過濾器例如通 常用于在噴水冷卻塔的出口處理熱氣體的電子篩被處理。
該裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在圖2的透視圖中是可見的。
該裝置的腔13的圓柱部分包括由外部管和多個內(nèi)部管14形成的殼 體，所述殼體限定了該處理腔，在該管子14之間循環(huán)一種冷卻流體15， 例如被導(dǎo)管引入并且排出的水。
所述管子在該殼體內(nèi)部借助多個板16， 17 (兩個在圖2中可見)保 持到位，所述板16， 17大致相對腔的主軸徑向設(shè)置。
每個管子14 ^了一種允許增加在管子內(nèi)氣體流動的擾動的裝置， 以便根據(jù)冷卻流體保證在交換表面處的良好的熱交換系數(shù).
包括帶有螺旋步距的螺桿18，可選擇在整個長度上的非恒定螺旋步距。
另外，考慮到在螺桿18上游和下游之間存在的溫度的梯度的重要 性，螺桿18在上游部分用不銹鋼實施(大梯度)，在下游部分中用鋼實 施，上游方向/下游方向是由來自第一交換器5的氣體流動方向定義的。
該待處理氣體通過與設(shè)置在該圓柱部分的側(cè)面之一上的切向入口 9 連通的導(dǎo)管取道，靠近板16,切向于每個管子的外周引入的氣體啟動了 在每個管子內(nèi)部進行的旋轉(zhuǎn)運動。
在圖中未示出的變形，構(gòu)思每個管子和其螺桿由它們自己的引導(dǎo) 導(dǎo)管供應(yīng)待處理氣體，另外每個管子設(shè)有其自己的裝置，允許注入表面 處理劑，允許去除在每個管子上的冷卻壁上冷凝的灰塵
所述旋轉(zhuǎn)運動被賦予切向于每個管子的外周的入口的定位和存在位 于該管子14內(nèi)部的螺旋或者螺桿18，所述構(gòu)造保證了在大致整個圓柱 部分中旋轉(zhuǎn)氣體流的形成。
該幾何形狀允許確保在每個管子內(nèi)部處理劑的優(yōu)化分布或者混合。
該裝置可以在壓力和抽吸下工作，在該裝置的上游例如導(dǎo)管上安裝 相應(yīng)的通風(fēng)器，從而通過該裝置驅(qū)動該氣體，或者在用于向外部抽吸被 處理的氣體。在該裝置中氣體的速度最好很高，特別是在熱氣體入口大 約10-40m/s，對應(yīng)于冷卻氣體出口的大約10 — 30m/s。
在工作時，加有可冷凝物質(zhì)，例如硼的氣體(從低于600攝氏度開
始被冷凝，最好在600- 200攝氏度下)遵循被賦予給在管子14內(nèi)部的 氣體的行程并且沿著被冷卻水冷卻的壁行進.這樣，該氣體的溫度減小， 可冷凝的物質(zhì)被固化為灰塵，當(dāng)它們與該冷卻壁接觸時，其粘在冷卻壁 上，特別是在離心力作用下，并且構(gòu)成了在該管子的長度的至少一部分 上的沉積物。
該沉積物可能非常煩人，因為通過變厚該沉積物^^吏得該壁熱隔離并 且降低了熱交換效率，并且在期間內(nèi)將易于影響氣體的通過。
而該裝置的形狀允許通過下面的裝置非常簡單地清潔所述壁。
該裝置包括一個容納裝置19 (見圖1)，容納表面處理劑，特別是注 入砂子的特別的摩擦材料，其能夠通過在導(dǎo)管中或者直接在該腔中的刺 孔將該材料輸入到待處理的氣體流中。該摩擦材料的分配可以由閥門或 者類似的分布元件控制。
當(dāng)期望去除在該壁上形成的沉積物時，需要與待處理氣體一起輸送 可以非常小的摩擦材料流量。
材料顆粒在旋轉(zhuǎn)氣體流中被驅(qū)動并且通過離心力被投向所述壁使得 它們刮離該沉積物并且清洗管子的內(nèi)壁的表面.
該摩擦材料和從表面刮離的沉積物被氣體流朝向該裝置的下游驅(qū)動 并且通過任何合適的裝置收獲.
當(dāng)所使用的摩擦材料是砂子時，該裝置可以包括一些用于使分離的 固體從收集器到供應(yīng)爐子可玻璃化材料的供應(yīng)裝置取道的裝置。因為砂 子和沉積物材料一樣進入到混合物的組分中.
非常短的處理時間足夠用于清掃沉積物的表面并且重新達到優(yōu)選的 熱交換率，而不會中斷氣體循環(huán)，因此不會在該裝置上游干擾所述方法。 示例性地，上面示出的所述熱交換條件下(熱氣體和冷氣體的溫度，氣 體逸變)，該熱交換器可以在8小時內(nèi)不停斷地令人滿意地工作，之后使 用3升砂子的IO分鐘清洗循環(huán)允許了完全地清潔該表面.
過濾器12可以安裝在氣體出口導(dǎo)管上，以便在氣體到達過濾器前完 全分離砂子和灰塵。
本發(fā)明在具有圓柱部分的裝置的情況下被描述，但是并不是必須限 定于這種實施方式，任何其他形式也是可以構(gòu)想的。
同樣，本發(fā)明最好在玻璃熔融裝置情況中被描述，但是還用于其他 的工業(yè)排放物處理中。特別地，該冷卻單元可以不同地構(gòu)思，具有或者沒有其他的熱交換器，并不局限于圖1示出的類型，所述冷卻單元屬于 本發(fā)明裝置的一部分。
權(quán)利要求
1. 一種具用于從氣體特別是燃燒氣體提取熱量的裝置，所述氣體含有用于回收冷凝物的可冷凝的灰塵和/或者物質(zhì)，包括至少一個熱交換器(4)，該熱交換器包括具有旋轉(zhuǎn)對稱性的腔(13)，該腔(13)圍繞有冷卻殼體，其特征在于，包括允許表面處理該腔的內(nèi)表面的處理劑的優(yōu)選混合物通過的孔(9)，所述腔(13)還設(shè)有至少一個同軸布置在管子(14)中的具有螺旋步距的螺桿。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該裝置具有大致圓 柱形狀、圓錐形狀、截錐形狀或者是至少一個圓柱與至少一個圓錐或者 截錐相連而獲得的形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的裝置，其特征在于，每個管子(14 ) 的內(nèi)表面的表面處理是在裝置工作過程中通過使固體性能的表面處理劑 進入到旋轉(zhuǎn)氣體流中的裝置連續(xù)實施的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l-3中任一項所述的裝置，其特征在于，該表面 處理材料選擇為使得摩擦在管子(14)的壁上累積的沉積物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，該表面處理劑選自 初用于該爐子中的可玻璃化的材料的組分的構(gòu)成物，使得允許它再循環(huán) 進入所述組分中'
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-5中任一項所迷的裝置，其特征在于，包括一 些添加和收集表面處理劑的裝置，分別在旋轉(zhuǎn)氣體流占主要地位的裝置 的部分的上游和下游。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6中任一項所述的裝置，其特征在于，該處理 裝置和其冷卻殼體包括限定了由橫向隔板(16, 17)限制內(nèi)部體積的外 部殼體，該隔板被多個管子(14)穿過，構(gòu)成了交換腔，每個交換腔接 收螺旋步距的螺桿(18)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的裝置，其特征在于，螺旋螺 桿(18)的步距為變化的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 - 8中任一項所述的裝置，其特征在于，該螺旋 螺桿(18)實施為兩部分，分別是不同材料的，特別是不銹鋼和鋼。
10. —種爐子，特別是用于熔融玻璃或者類似礦物材料的爐子(1)， 包括含有可冷凝的灰塵和/或者物質(zhì)的熱氣體出口區(qū)域，裝備了冷卻所述 氣體的冷卻單元(4)，其特征在于，該冷卻單元(4)包括至少一個根據(jù) 上述權(quán)利要求1 — 9任一項所述的用于提取熱量的裝置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的爐子，其特征在于，包括一些用于使在 該冷卻單元中的冷卻氣體向排出過濾氣體到大氣中的過濾器U2)取道 的裝置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或者11所述的爐子，其特征在于，該冷卻單 元包括才艮據(jù)權(quán)利要求8所述的交換器(4)，包括一些用于將收集到的固 體再次引入到在爐子中的待處理材料中或者直接引入到該爐子中的裝 置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過氣體提取熱量，特別是燃燒提取熱量的裝置，含有用于回收冷凝物的一些灰塵和/或者可冷凝的物質(zhì)，還包括至少一個熱量交換器(4)，該熱量交換器(4)包括一個具有旋轉(zhuǎn)對稱的腔(3)，該腔(3)圍繞有一個冷卻外殼，其特征在于，包括一個允許對所述腔的內(nèi)表面進行表面處理的處理劑通過的孔(9)，所述腔(3)還設(shè)有至少一個同軸布置在一管子(14)中的螺旋步距的螺桿。
文檔編號F27D25/00GK101115966SQ200680004454
公開日2008年1月30日 申請日期2006年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月10日
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