高效脫塵廢熱回收節(jié)能裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了高效脫塵廢熱回收節(jié)能裝置，可廣泛應(yīng)用于電力、冶金等領(lǐng)域。包括封頭和封頭、管箱、殼體、保溫填充材料、傳熱管束、旋風(fēng)機(jī)6、擋灰板、支撐板、導(dǎo)流筒及支架。首先利用旋風(fēng)機(jī)將高溫?zé)煔鈱?dǎo)入裝置中，高溫?zé)煔庠趬毫Φ淖饔孟?，沿?dǎo)流筒向下旋轉(zhuǎn)流動，使煙氣中的塵埃在慣性力的作用下沿筒壁向下滑落；經(jīng)過脫塵的高溫?zé)煔庠谝Φ淖饔孟卵刈兛臻g紊流換熱器殼側(cè)的螺旋形通道向上流動，與在換熱管內(nèi)介質(zhì)通過管壁交換熱量，實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔獾拿搲m及廢熱回收。本高效脫塵廢熱回收裝置巧妙的利用換熱器殼側(cè)變空間紊流設(shè)計(jì)技術(shù)，將慣性力旋風(fēng)分離脫塵和換熱器殼側(cè)變流道傳熱合為一體，使得整個裝置在運(yùn)行過程中壓降低，阻力小，節(jié)約運(yùn)行成本。
【專利說明】高效脫塵廢熱回收節(jié)能裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種慣性分離技術(shù)及一種新型列管式余熱回收裝置，可廣泛應(yīng)用于電力、冶金、陶瓷等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。節(jié)約能源對保證我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、提高經(jīng)濟(jì)效益、推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步、合理利用資源、減少環(huán)境污染、提高人民生活水平等起著重要的作用，也是實(shí)現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)增長方式從粗放型向集約型轉(zhuǎn)變的重要途徑和實(shí)施“可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略”的必要措施。余熱回收利用是實(shí)現(xiàn)工業(yè)節(jié)能降耗的重要手段。且在“十一五”、“十二五”期間，余熱回收技術(shù)與技術(shù)創(chuàng)新一直是一項(xiàng)國家鼓勵與大力扶持、推廣的節(jié)能環(huán)保項(xiàng)目?！坝酂豳Y源”又稱“廢熱資源”，是指某種特定的設(shè)備或系統(tǒng)排出的可以熱能形式回收的能量，屬于“二次能源”，它廣泛存在于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，遍及電力、冶金、石化、機(jī)械、建材、食品等方面。據(jù)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)生產(chǎn)中使用的各種爐窯，如加熱爐、轉(zhuǎn)爐、沸騰焙燒爐、回轉(zhuǎn)窯等都耗用大量燃料，熱效率卻很低，一般只有35%左右，而高溫?zé)煔鈳ё叩臒崃繀s高達(dá)20%-50%。其中電力方面，可利用余熱約占燃燒消耗量的2/3，機(jī)械、建材、食品等方面占20%左右。
[0003]工業(yè)爐是工業(yè)加熱的關(guān)鍵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)中，量大面廣品種多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國縣以上企業(yè)工業(yè)爐窯約有十幾萬臺，機(jī)械行業(yè)爐窯占爐窯總數(shù)的66%，工業(yè)爐中燃料爐占爐窯總數(shù)的55%以上。工業(yè)爐是能耗大戶，其能耗占全國總能耗的25%，占工業(yè)總能耗的60%。工業(yè)爐中燃料爐能耗占工業(yè)爐總能耗的92%。改革開放以來，我國工業(yè)爐技術(shù)有了長足的進(jìn)步，在節(jié)能方面取得了很大的成績，但工業(yè)爐的能源利用率總體水平仍很低，小于30%。而國際上工業(yè)爐的熱效率平均水平為50%以上，僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家的60-70年代水平。傳統(tǒng)廢熱回收換熱器的總傳熱系數(shù)小，換熱面積大，材耗多，氣阻高，系統(tǒng)排放能耗高，導(dǎo)致廢熱排氣系統(tǒng)的能耗大。另外窯爐煙氣余熱含有大量的塵埃，傳統(tǒng)的折流板換熱器流動阻力大，容易堵塞。因此研制開發(fā)脫塵和低流阻的余熱回收裝置時節(jié)能減排的重大需求。
[0004]近年來，國內(nèi)外很多單位相繼開展了高溫?zé)煔獾挠酂峄厥昭b置研究，主要有熱泵式、間壁式、蓄熱式、噴射式等，這些技術(shù)取得了不小的成績，但是由于煙氣中往往含有二氧化硫，顆粒狀物體等成分，對回收裝置會造成腐蝕，結(jié)垢等問題，從而使余熱回收裝置費(fèi)用增加、壽命減短。旋風(fēng)脫塵器體積小，重量輕，可以有效解決裝置中的結(jié)垢問題。另外，用換熱管管束芯體和管板的整體熱浸鋅來替代防腐蝕材料管束，可以達(dá)到很好的抗腐蝕能力，同時又能大大的降低制造成本。本發(fā)明將旋風(fēng)分離技術(shù)與變空間紊流換熱技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出一種新型、高效、節(jié)能的脫塵廢熱回收裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，尤其是傳統(tǒng)的弓型折流板余熱回收裝置的結(jié)垢問題及其流動阻力阻力大的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種高效脫塵廢熱回收節(jié)能換熱裝置。
[0006]本發(fā)明所要解決的首要技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的余熱回收裝總傳熱系數(shù)小，換熱面積大，材耗多，氣阻高，易堵塞等缺點(diǎn)提供一種新的高溫?zé)煔鈴U熱回收裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)施、操作方便、投資小、且適合長周期運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案:脫塵廢熱回收節(jié)能裝置，包括管箱，設(shè)置在管箱外的殼體，管箱一端連接上封頭，另一端連接導(dǎo)流筒的一端，導(dǎo)流筒另一端接煙氣入口，管箱內(nèi)設(shè)有傳熱管束，傳熱管束的底端設(shè)有支撐板，在傳熱管束的中下方旋風(fēng)機(jī)，旋風(fēng)機(jī)和支撐板之間設(shè)有擋灰板，殼體在管箱外的底端連接有下封頭；所述傳熱管束由螺旋扭曲管組成，螺旋扭曲管由光滑圓管經(jīng)冷軋加工而成，螺旋扭曲管的橫截面形狀為橢圓形，周長與基圓管周長相同，螺旋扭曲管的橢圓形橫截面長軸相互平行，實(shí)現(xiàn)其自支撐結(jié)構(gòu)，相鄰螺旋扭曲管長軸相互接觸形成支撐和阻擋部位，短軸部位相對應(yīng)形成間隙，在傳熱管束中形成網(wǎng)狀流道。實(shí)現(xiàn)整個換熱裝置中的變空間紊流換熱；將旋風(fēng)機(jī)通過焊接方式加入換熱裝置中，實(shí)現(xiàn)廢熱回收前的脫塵處理。
[0008]為方便換熱管與管板的裝配，螺旋扭曲管兩端在冷軋過程中保持圓形，且傳熱管束和管箱整體進(jìn)行熱浸鋅處理，能顯著提高其殼側(cè)和管內(nèi)的抗腐蝕和抗誘導(dǎo)振動性能。管束芯體換熱管的橢圓形橫截面長軸相互平行，實(shí)現(xiàn)其自支撐結(jié)構(gòu)。
[0009]所述傳熱管束采用長短軸比例為0.6—1的螺旋扭曲管。
[0010]每隔至少1/6倍的扭矩，傳熱管束進(jìn)行整體捆扎。
[0011]所述旋風(fēng)機(jī)與變空間紊流換熱裝置合為一體，所述變空間紊流換熱裝置由管箱、傳熱管束、導(dǎo)流筒組成。既減少了旋風(fēng)分離脫塵的流程，又強(qiáng)化了煙氣的傳熱效率，使脫塵與廢熱回收節(jié)能一體化。
[0012]本發(fā)明主要由慣性力旋風(fēng)分離脫塵系統(tǒng)和高效節(jié)能的變空間紊流換熱器兩部分組成，并通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:首先利用旋風(fēng)機(jī)將高溫?zé)煔鈱?dǎo)入裝置中，高溫?zé)煔庠趬毫Φ难b用下，沿導(dǎo)流筒向下旋轉(zhuǎn)流動。在此過程中，高溫?zé)煔庵械膲m埃在慣性力的作用下沿筒壁向下滑落，從而達(dá)到除塵的目的；另外，經(jīng)過脫塵的高溫?zé)煔庠谝Φ淖饔孟卵刈兛臻g紊流換熱器殼側(cè)的螺旋形通道向上流動，與在換熱管內(nèi)介質(zhì)通過管壁交換熱量，實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔獾膹U熱回收。
[0013]另外，連續(xù)的螺旋線和變徑部分的支撐減小了管子間的跨距，使得管子的固有頻率避開了流體的激振頻率，避免了因共振引起的破損。從而延長了設(shè)備的壽命，降低了維修費(fèi)用。由于流體的有效沖刷，也減少了污垢的沉積，使廢熱回收裝置長期運(yùn)行在高效狀態(tài)，達(dá)到了節(jié)能的目的。
[0014]本發(fā)明側(cè)重殼程的低流阻節(jié)能特性，研究殼程傳熱強(qiáng)化機(jī)理，實(shí)現(xiàn)廢熱回收換熱設(shè)備的高效率。項(xiàng)目所述傳熱管的螺旋變形換熱器，管程和殼程都具有很好的傳熱效果，管內(nèi)流體能形成強(qiáng)烈的螺旋流，管外流體能形成強(qiáng)烈的擾流，在強(qiáng)化傳熱的同時還具有很好的抗結(jié)垢的能力，同時由于換熱器的自支撐幾何結(jié)構(gòu)形式，省去了傳統(tǒng)換熱器所需的折流板，消除傳熱流動死區(qū)的同時將換熱器內(nèi)的錯流轉(zhuǎn)變?yōu)榭v向流，避免了傳統(tǒng)換熱器內(nèi)流體對換熱管的橫向沖刷，有效的降低了換熱器內(nèi)出現(xiàn)的振動。高效節(jié)能的變空間紊流換熱器的傳熱管的螺旋變形技術(shù)和傳統(tǒng)的管殼式換熱器相比具有很強(qiáng)的優(yōu)勢，具有很好的傳熱效率，壓力降小，并且由于換熱管之間的相互支撐作用能夠有效的消除誘導(dǎo)振動，具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。
[0015]高效脫塵廢熱回收節(jié)能換熱裝置的旋風(fēng)分離脫塵系統(tǒng)巧妙地利用換熱器殼程變空間紊流設(shè)計(jì)技術(shù)，使旋風(fēng)分離脫塵和換熱器殼程變流道傳染合為一體，減少了旋風(fēng)分離脫塵的流程，又強(qiáng)化了煙氣的傳熱效率，使脫塵與廢熱回收節(jié)能一體化。該裝置的特點(diǎn)，含有大量的塵埃的窯爐煙氣流體在殼程內(nèi)即有離心重力旋風(fēng)分離脫塵，又有隨傳熱管縱向流、壓降低，阻力小，適合應(yīng)用于廢熱回收，節(jié)約運(yùn)行成本。
[0016]上述所的變空間紊流換熱器利用傳熱管的螺旋變形技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管與管之間自支撐、網(wǎng)格化、一體化；同時通過控制傳熱管的螺旋變形比例，調(diào)整管程與殼程空間比例及相應(yīng)的流道面積變化。該換熱器的殼程流體和管內(nèi)流體是平行紊流流動，避免了傳統(tǒng)折流板的錯流和流動死區(qū)。殼程流體平行紊流流動阻力小壓降低，適合應(yīng)用于廢熱回收，節(jié)約運(yùn)行成本。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):產(chǎn)品結(jié)構(gòu):高效脫塵廢熱回收節(jié)能換熱裝置的慣性力旋風(fēng)分離脫塵系統(tǒng)巧妙地利用換熱器殼程變空間紊流設(shè)計(jì)技術(shù)，使慣性力旋風(fēng)分離脫塵和換熱器殼程變流道傳熱合為一體，減少了離心重力旋風(fēng)分離脫塵的流程，又強(qiáng)化了煙氣的傳熱效率，使脫塵與廢熱回收節(jié)能一體化。該裝置的特點(diǎn)，含有大量的塵埃的窯爐煙氣流體在殼程內(nèi)即有離心重力旋風(fēng)分離脫塵，又有隨傳熱管縱向流、壓降低，阻力小，適合應(yīng)用于廢熱回收，節(jié)約運(yùn)行成本。
[0018]模具和加工工藝開發(fā):為增強(qiáng)高效脫塵廢熱回收節(jié)能換熱裝置的效率及控制產(chǎn)品的外形尺寸，對內(nèi)部傳熱管進(jìn)行特殊加工，開發(fā)專用的變空間管模具及加工工藝，對慣性力旋風(fēng)分離脫塵換熱器殼程變流道系統(tǒng)的專用模具和及加工工藝，減少慣性力旋風(fēng)分離脫塵的流程。
[0019]焊接工藝:煙氣余熱回收為八、九百度的高溫系統(tǒng)，為保證在較小的空間內(nèi)實(shí)施慣性力旋風(fēng)分離脫塵與廢熱回收節(jié)能連接，通過實(shí)施提高單個零件制造精度、多點(diǎn)多方位預(yù)熱以及特殊焊料與專用焊接臺的使用，從而確保焊接質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明示意圖；圖2為管束芯體與殼體內(nèi)徑尺寸示意圖；1-扭曲管直管段與管板連接的局部圖，I1-扭曲管管束整體捆扎局部圖，II1-扭距S局部示意圖；
[0021]圖3為傳熱扭曲管直管段與管板連接的局部放大圖；
[0022]圖4為旋風(fēng)脫塵機(jī)示意圖；
[0023]圖5為換熱管按60°排列的管束芯體的局部剖視圖；
[0024]圖6為換熱管按30°排列的管束芯體的局部剖視圖；
[0025]圖7為換熱管按90°排列的管束芯體的局部剖視圖；
[0026]圖8為換熱管按45°排列的管束芯體的局部剖視圖；
[0027]圖9為扭曲管管束整體捆扎示意圖；
[0028]圖10為扭距S的不意圖，其中:S-扭矩；
[0029]圖11為螺旋扭曲管截面的長短軸示意圖，A-長軸長度，B-短軸長度；
[0030]附圖標(biāo)記說明:1-上封頭，2-管箱,3-殼體,4-傳熱管束,5-傳熱管束,6-旋風(fēng)機(jī)，7-擋灰板,8-支撐板,9-導(dǎo)流筒,10-支架，11-下封頭。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0032]實(shí)施例一
[0033]請參閱圖1所示，高效脫塵廢熱回收節(jié)能裝置，包括管箱2，設(shè)置在管箱2外的殼體3，管箱2 —端連接上封頭1，另一端連接導(dǎo)流筒9的一端，導(dǎo)流筒9另一端接煙氣入口，管箱2內(nèi)設(shè)有傳熱管束5，傳熱管束5的底端設(shè)有支撐板8，在傳熱管束5的中下方接入旋風(fēng)機(jī)6，旋風(fēng)機(jī)6和支撐板8之間設(shè)有擋灰板7，與支撐板8呈一定角度，殼體3在管箱2外的底端連接有下封頭11 ;傳熱管束5由螺旋扭曲管組成，螺旋扭曲管由光滑圓管經(jīng)冷軋加工而成，螺旋扭曲管的橫截面形狀為橢圓形，周長與基圓管周長相同，螺旋扭曲管的橢圓形橫截面長軸相互平行，實(shí)現(xiàn)其自支撐結(jié)構(gòu)，相鄰螺旋扭曲管長軸A相互接觸形成支撐和阻擋部位，短軸B部位相對應(yīng)形成間隙，在傳熱管束5中形成網(wǎng)狀流道。
[0034]為方便換熱管與管板的裝配，螺旋扭曲管兩端在冷軋過程中保持圓形，且直管段長度度要大于管板厚度2倍以上。其中，傳熱管束5和管箱2整體熱浸鋅，整體熱浸鋅的實(shí)現(xiàn)參照專利ZL201120141266.X公開的整體熱浸鋅防腐的自支撐管殼式換熱器中的處理方法。
[0035]圖2為傳熱管束芯體與殼體內(nèi)徑示意圖。整體熱浸鋅防腐的高效節(jié)能節(jié)材自支撐傳熱管束5無需傳統(tǒng)殼管式余熱回收裝置的折流板(支撐板)。管束芯體5在整體熱浸鋅處理后，可實(shí)現(xiàn)與管箱2、殼體3、支撐板8的合理裝配，顯著提高其殼程與管程抗腐蝕和抗誘導(dǎo)振動性能。從圖中可以看出在與換熱管軸線垂直的任一平面上，管束芯體換熱管的橢圓形橫截面長軸互相平行，相同的扭距和平行的橢圓形橫截面長軸實(shí)現(xiàn)了傳熱管束5的自支撐結(jié)構(gòu)。相鄰螺旋扭曲管長軸相互接觸形成支撐和阻擋，短軸部位相對應(yīng)形成間隙，最終在所述管束中形成網(wǎng)狀流道，此結(jié)構(gòu)使得殼程流道網(wǎng)格化，管束芯體成為整體，能顯著提高殼程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。圖3為傳熱扭曲管直管段與管板連接的局部放大圖，圖4為旋風(fēng)機(jī)的局部剖視圖，圖5到圖8為換熱管按60°、30°、90°、45°排列的管束芯體的局部剖視圖。螺旋扭曲管依序排列,每相隔至少1/6倍扭矩，傳熱扭曲管相互接觸實(shí)現(xiàn)自支撐，并通過整體捆扎提高其穩(wěn)定性。圖10顯示了傳熱扭曲管的單個扭距S的長度，圖11為螺旋扭曲管截面的長短軸示意圖。
[0036]旋風(fēng)機(jī)6與變空間紊流換熱裝置合為一體，所述變空間紊流換熱裝置由管箱2、傳熱管束5、導(dǎo)流筒9組成。
[0037]上列詳細(xì)說明是針對本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
【權(quán)利要求】
1.高效脫塵廢熱回收節(jié)能裝置，其特征在于:包括管箱(2)，設(shè)置在管箱(2)外的殼體(3)，管箱(2) —端連接上封頭(I)，另一端連接導(dǎo)流筒(9)的一端，導(dǎo)流筒(9)另一端接煙氣入口，管箱(2)內(nèi)設(shè)有傳熱管束(5)，傳熱管束(5)的底端設(shè)有支撐板(8)，在傳熱管束(5)的中下方接入旋風(fēng)機(jī)出)，旋風(fēng)機(jī)(6)和支撐板(8)之間設(shè)有擋灰板(7)，殼體(3)在管箱(2)外的底端連接有下封頭(11);所述傳熱管束(5)由螺旋扭曲管組成，螺旋扭曲管由光滑圓管經(jīng)冷軋加工而成，螺旋扭曲管的橫截面形狀為橢圓形，周長與基圓管周長相同，螺旋扭曲管的橢圓形橫截面長軸相互平行，實(shí)現(xiàn)其自支撐結(jié)構(gòu)，相鄰螺旋扭曲管長軸(A)相互接觸形成支撐和阻擋部位，短軸(B)部位相對應(yīng)形成間隙，在傳熱管束(5)中形成網(wǎng)狀流道。
2.如權(quán)利要求1所述的高效脫塵廢熱回收節(jié)能裝置，其特征在于:所述傳熱管束(5)采用長短軸比例為0.6-1的螺旋扭曲管。
3.如權(quán)利要求1所述的高效脫塵廢熱回收節(jié)能裝置，其特征在于:每隔至少1/6倍的扭矩，傳熱管束(5)進(jìn)行整體捆扎。
4.如權(quán)利要求1所述的高效脫塵廢熱回收節(jié)能裝置，其特征在于:螺旋扭曲管兩端在冷軋過程中保持圓形，所述傳熱管束(5)和管箱(2)整體進(jìn)行熱浸鋅處理。
5.如權(quán)利要求1所述的高效脫塵廢熱回收節(jié)能裝置，其特征在于:所述旋風(fēng)機(jī)(6)與變空間紊流換熱裝置合為一體，所述變空間紊流換熱裝置由管箱(2)、傳熱管束(5)、導(dǎo)流筒(9)組成。
【文檔編號】F27D17/00GK103486868SQ201310430850
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】朱冬生, 李霞, 吳創(chuàng)之, 郭華芳, 陳勇 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所