本發(fā)明涉及煙氣余熱回收裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煙氣凈化與換熱一體化裝置。

背景技術(shù)：

工業(yè)窯爐按熱工制度可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是間歇式窯爐，其特點(diǎn)是窯爐間歇生產(chǎn)，在每一加熱周期內(nèi)窯爐爐溫是變化的；第二類(lèi)是連續(xù)式窯爐，其特點(diǎn)是窯爐連續(xù)生產(chǎn)，爐膛內(nèi)劃分溫度區(qū)段，在加熱過(guò)程中每一段的溫度基本上保持不變。與連續(xù)式窯爐相比，常用的間歇式窯爐具有升溫制度靈活、容易安排生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但其存在最大的問(wèn)題是能耗較大，主要是煙氣帶走的熱量損失、化學(xué)不完全燃燒造成的熱損失以及窯襯的蓄熱損失等。以燒成溫度1800℃的間歇式窯爐為例，經(jīng)測(cè)算，僅高溫?zé)煔馀c窯襯等蓄熱造成的熱損失就高達(dá)50％，因此，必須利用煙氣余熱回收裝置來(lái)減少高溫?zé)煔庠斐傻臒崃繐p失。

間歇式窯爐生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)決定了煙氣的流量和溫度均有較大的周期性波動(dòng)，因而導(dǎo)致余熱回收裝置的運(yùn)行環(huán)境相對(duì)惡劣，要求其既要適應(yīng)多變的生產(chǎn)工況，又要穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。對(duì)于間歇式窯爐的高溫含塵煙氣，由于受除塵設(shè)備及換熱設(shè)備的材質(zhì)所限，目前采用的方法是先將排出的煙氣經(jīng)水冷降溫，然后再進(jìn)入后續(xù)換熱設(shè)備進(jìn)行換熱。

上述方法存在諸多問(wèn)題，例如，冷卻水會(huì)帶走大量熱量造成能量損失，能量轉(zhuǎn)換次數(shù)過(guò)多造成換熱過(guò)程中間的能量損失等，尤為嚴(yán)重的問(wèn)題是該方法及裝置無(wú)法使煙氣溫度保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，煙氣溫度波動(dòng)不僅對(duì)過(guò)濾元件造成巨大的熱震損傷，降低了過(guò)濾元件的使用壽命，而且使余熱回收后的能量輸出變得不穩(wěn)定，難以對(duì)其進(jìn)行有效利用。因此，本發(fā)明亟需提供一種煙氣凈化與換熱一體化裝置以解決目前存在的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種使得煙氣的余熱能夠高效回收、能量損失較小的煙氣凈化與換熱一體化裝置。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種適用于間歇式工業(yè)窯爐的高溫?zé)煔獬龎m換熱的煙氣凈化與換熱一體化裝置，降低煙氣溫度波動(dòng)對(duì)過(guò)濾元件造成的熱震損傷，使余熱回收后的能量輸出相對(duì)穩(wěn)定。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種煙氣凈化與換熱一體化裝置，包括殼體、將所述殼體分為集塵室和凈氣室的花板、插接在所述花板上的陶瓷過(guò)濾膜管、置于所述陶瓷過(guò)濾膜管內(nèi)的換熱管以及用于為煙氣儲(chǔ)存或釋放熱量的蓄熱墻，其中，所述殼體的兩側(cè)分別設(shè)有進(jìn)煙口和出煙口，所述進(jìn)煙口和所述集塵室連通，所述出煙口和所述凈氣室連通；所述蓄熱墻位于所述集塵室內(nèi)靠近所述進(jìn)煙口處。

作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述蓄熱墻包括蓄熱體和煙氣通道，所述煙氣通道沿所述蓄熱體的厚度方向貫通。

作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述煙氣通道的截面呈圓形、矩形或鋸齒形。

作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述煙氣通道沿所述蓄熱體的厚度方向傾斜設(shè)置，傾斜角度在15度到60度之間。

作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述煙氣通道內(nèi)安裝有聲波清灰器。

作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述進(jìn)煙口呈喇叭狀。

作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，還包括反吹清灰組件；

所述反吹清灰組件包括具有反吹氣體進(jìn)口的脈沖反吹氣體管道和沿所述脈沖反吹氣體管道上開(kāi)設(shè)的多個(gè)反吹氣體噴嘴，所述反吹氣體噴嘴至少部分伸入至所述陶瓷過(guò)濾膜管內(nèi)。

作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述陶瓷過(guò)濾膜管包括多孔陶瓷支撐體和貼附在所述多孔陶瓷支撐體上的陶瓷過(guò)濾膜；所述陶瓷過(guò)濾膜管為喇叭狀或帶臺(tái)階的柱狀結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述陶瓷過(guò)濾膜管的直徑在6cm到18cm之間，壁厚在8mm到30mm之間，所述多孔陶瓷支撐體上孔的孔徑均在0.1μm到10μm之間。

作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述殼體內(nèi)壁貼附保溫隔熱層，所述保溫隔熱層的厚度在5cm到20cm之間。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)、本發(fā)明的煙氣凈化與換熱一體化裝置包括殼體、將殼體分為集塵室和凈氣室的花板、插接在花板上的陶瓷過(guò)濾膜管、置于陶瓷過(guò)濾膜管內(nèi)的換熱管以及用于為煙氣儲(chǔ)存或釋放熱量的蓄熱墻；當(dāng)高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)蓄熱墻時(shí)，蓄熱墻吸收高溫?zé)煔獾臒崃?，在降低煙氣溫度同時(shí)自身溫度升高；當(dāng)?shù)蜏責(zé)煔馔ㄟ^(guò)蓄熱墻時(shí)，蓄熱墻向煙氣放出熱量，使低溫?zé)煔鉁囟壬?，此時(shí)蓄熱墻溫度降低，通過(guò)該蓄熱墻的設(shè)置使得高溫?zé)煔鉄o(wú)需任何冷卻處理即可直接進(jìn)行凈化和換熱，使余熱回收率大大提高。

(2)、本發(fā)明的煙氣凈化與換熱一體化裝置由于蓄熱墻和保溫隔熱層的設(shè)置，使裝置內(nèi)形成一個(gè)溫度較高且能夠持續(xù)保持熱的工作環(huán)境，即使間歇式窯爐停止工作，換熱過(guò)程也能夠持續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間，直至溫度下降到較低為止，如此反復(fù)，形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)態(tài)的換熱過(guò)程，使高溫?zé)煔庥酂岬玫阶畲蟪潭鹊乩谩?/p>

(3)、本發(fā)明的煙氣凈化與換熱一體化裝置通過(guò)設(shè)置蓄熱墻使陶瓷過(guò)濾膜管所凈化的煙氣溫度始終在一個(gè)較小的范圍內(nèi)波動(dòng)，降低了溫度波動(dòng)對(duì)陶瓷過(guò)濾膜管熱震沖擊造成的損傷，從而保證設(shè)備工況的相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)，換熱流體也能以比較穩(wěn)定的溫度輸送到下一個(gè)環(huán)節(jié)，保證后續(xù)工藝操作參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，從而最大限度地提高煙氣余熱的利用效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例一提供的煙氣凈化與換熱一體化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中虛線框部分的放大圖；

圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例一提供的蓄熱墻的主視圖之一；

圖4是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例一提供的蓄熱墻的左視圖之一；

圖5是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例二提供的蓄熱墻的主視圖之二；

圖6是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例二提供的蓄熱墻的左視圖之二；

圖7是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例三提供的蓄熱墻的主視圖之三；

圖8是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例三提供的蓄熱墻的左視圖之三。

圖中標(biāo)記為：

1、殼體；2、保溫隔熱層；3、陶瓷過(guò)濾膜管；4、換熱管；5、換熱翅片；6、花板；7、出煙口；8、換熱介質(zhì)出口；9、脈沖反吹氣體管道；10、反吹氣體噴嘴；11、反吹氣體進(jìn)口；12、固定架；13、換熱介質(zhì)入口；14、蓋板；15、密封墊；16、進(jìn)煙口；17、蓄熱墻；18、卸灰閥；171、蓄熱體；172、煙氣通道。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。

優(yōu)選實(shí)施例一：

本優(yōu)選實(shí)施例公開(kāi)一種煙氣凈化與換熱一體化裝置。如圖1和圖2所示，煙氣凈化與換熱一體化裝置包括殼體1、在殼體1內(nèi)壁貼附的保溫隔熱層2、將殼體1分為集塵室和凈氣室的花板6、插接在花板6上的陶瓷過(guò)濾膜管3、置于陶瓷過(guò)濾膜管3內(nèi)的換熱管4、蓋在陶瓷過(guò)濾膜管3的開(kāi)口上方的蓋板14、用于固定換熱管4的固定架12、位于殼體1底部的卸灰閥18、用于為煙氣儲(chǔ)存或釋放熱量的蓄熱墻17以及反吹清灰組件。

花板6上方的部分為凈氣室，下方的部分為集塵室。殼體1的兩側(cè)分別設(shè)有進(jìn)煙口16和出煙口7，進(jìn)煙口16和集塵室連通，出煙口7和凈氣室連通，其中，進(jìn)煙口16設(shè)計(jì)為喇叭狀，以增大煙氣與蓄熱墻17的接觸面積，減少積灰。

蓄熱墻17位于集塵室內(nèi)靠近進(jìn)煙口16處。如圖3和圖4所示，蓄熱墻17包括蓄熱體171和煙氣通道172，煙氣通道172沿蓄熱體171的厚度方向貫通，且沿蓄熱體171的厚度方向?yàn)閮A斜設(shè)置，即向上傾斜或向下傾斜，傾斜角度在15度到60度之間，煙氣通道172的截面呈圓形。為防止蓄熱墻17內(nèi)部積灰，可采用脈沖氣流或煙氣通道172內(nèi)部安裝的聲波清灰器等進(jìn)行定時(shí)或定阻力降清灰。本實(shí)施例中，煙氣通道172沿蓄熱體171的厚度方向向下傾斜，傾斜角度與喇叭狀的進(jìn)煙口16的下側(cè)邊的傾斜角度相同。

蓄熱墻17采用導(dǎo)熱較好、比熱容較大、抗熱震性能好的材料搭建，如鎂磚、高鋁磚、莫來(lái)石磚、SiC磚、高氧化鐵磚或它們之間的復(fù)合材料中的一種或任意幾種搭建。蓄熱墻17由預(yù)制磚塊砌筑而成或采用相應(yīng)的澆注料澆注而成，根據(jù)煙氣溫度波動(dòng)范圍和煙氣流量大小，計(jì)算所需蓄熱體積，確定蓄熱墻17的厚度和煙氣通道172尺寸。如當(dāng)溫度波動(dòng)較小時(shí)，可采用鎂磚搭建；當(dāng)溫度波動(dòng)較大時(shí)，可采用抗熱震性好的高鋁磚或莫來(lái)石磚搭建，本實(shí)施例中蓄熱墻17優(yōu)選采用高鋁磚搭建。

保溫隔熱層2選用保溫性能好、耐熱溫度高的隔熱材料制備，成分為硅酸鋁纖維棉、莫來(lái)石纖維棉、氯酸鋁纖維棉、巖棉、玻璃絲棉中的一種或幾種材料的任意比例混合，在5cm到20cm之間。本實(shí)施例中，保溫隔熱層2優(yōu)選采用硅酸鋁纖維棉制備，厚度約為10cm，安裝時(shí)，可將保溫材料切割好，然后用耐熱銷(xiāo)釘固定在殼體1內(nèi)壁和管道內(nèi)壁上。

花板6采用耐熱不銹鋼材質(zhì)制成，可根據(jù)外殼1形狀加工成矩形或圓形，優(yōu)選由1Cr18Ni9Ti耐熱鋼制備，厚度約為10mm，焊接在殼體1上，花板6上均勻分布多個(gè)呈喇叭形或圓形的通孔，通孔內(nèi)鑲嵌有由含高硅氧玻璃布、硅酸鋁纖維或氧化鋁纖維等高溫纖維制成的密封墊15?；ò?上的每個(gè)通孔內(nèi)均插接有一個(gè)陶瓷過(guò)濾膜管3，蓋板14壓在陶瓷過(guò)濾膜管3上部，并對(duì)陶瓷過(guò)濾膜管3施加向下壓力，使陶瓷過(guò)濾膜管3與花板6之間實(shí)現(xiàn)密封連接，以減少漏風(fēng)率。

每個(gè)陶瓷過(guò)濾膜管3的開(kāi)口均朝向凈氣室，其余部分懸置于集塵室中，陶瓷過(guò)濾膜管3可以根據(jù)需要加工成喇叭形或帶臺(tái)階的柱狀結(jié)構(gòu)。陶瓷過(guò)濾膜管3包括多孔陶瓷支撐體和貼附在多孔陶瓷支撐體上的單層或多層陶瓷過(guò)濾膜，多孔陶瓷支撐體和陶瓷過(guò)濾膜均選用耐高溫陶瓷材料制成，成分為Al₂O₃、SiC、Si₃N₄、硅酸鋁、莫來(lái)石、堇青石、ZrO₂中的一種或幾種任意比例組合。多孔陶瓷支撐體上孔的孔徑均在0.1μm到10μm之間，陶瓷過(guò)濾膜管3的直徑在6cm到18cm之間，壁厚在8mm到30mm之間。本實(shí)施例中，優(yōu)選陶瓷過(guò)濾膜管3用莫來(lái)石材料制備，直徑約為80mm，壁厚8mm，孔隙率為35％。

每個(gè)陶瓷過(guò)濾膜管3內(nèi)均設(shè)有一個(gè)換熱管4，根據(jù)煙氣溫度和換熱效率，多個(gè)換熱管4之間相互并聯(lián)和/或串聯(lián)設(shè)置，相連接后的換熱管4的一端具有換熱介質(zhì)入口13，另一端具有換熱介質(zhì)出口8。換熱介質(zhì)可以是氣體或液體，選用氣體作為換熱流體時(shí)，加熱后的氣體可作為助燃風(fēng)或燃?xì)忸A(yù)熱等，當(dāng)選用液體作為換熱流體時(shí)，可用于供暖和熱水供應(yīng)等。考慮到換熱管4受熱膨脹和陶瓷過(guò)濾膜管3清灰等問(wèn)題，換熱管4與陶瓷過(guò)濾膜管3內(nèi)壁應(yīng)保留≥10mm的間隔。

換熱管4選用導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬管制成，依據(jù)陶瓷過(guò)濾膜管3腔內(nèi)空間和換熱管4直徑，將換熱管4耦合于陶瓷過(guò)濾膜管3腔內(nèi)，每個(gè)換熱管4均為U型、W型、螺旋型或階梯型中的一種。為了增大換熱面積，提高換熱效率，在不影響換熱管4與陶瓷過(guò)濾膜管3耦合的前提下，每個(gè)換熱管4的外壁上增加有凸起結(jié)構(gòu)，該凸起結(jié)構(gòu)可以是換熱翅片5、肋板或其他形狀的凸起結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中優(yōu)選換熱管4由耐熱不銹鋼材料制成的U型結(jié)構(gòu)，該換熱管4由位于凈氣室內(nèi)的固定架12固定，在換熱管4的外壁上等間隔的設(shè)置多個(gè)換熱翅片5。

反吹清灰組件包括具有反吹氣體進(jìn)口11的脈沖反吹氣體管道9和沿脈沖反吹氣體管道9上開(kāi)設(shè)的多個(gè)反吹氣體噴嘴10，反吹氣體噴嘴10至少部分伸入至陶瓷過(guò)濾膜管3內(nèi)，用于為其清灰，反吹氣體選用空氣或氮?dú)狻?/p>

本實(shí)施例的煙氣凈化與換熱一體化裝置工作過(guò)程如下：

當(dāng)煉鋼爐升溫時(shí)，高溫含塵煙氣通過(guò)連接管道進(jìn)入煙氣凈化與換熱一體化裝置中，高溫?zé)煔饬鬟^(guò)蓄熱墻17時(shí)，把自身的熱量傳給蓄熱體171，蓄熱體171存儲(chǔ)熱量，使得煙氣溫度降低。降溫后的煙氣經(jīng)陶瓷過(guò)濾膜管3過(guò)濾后進(jìn)入陶瓷過(guò)濾膜管內(nèi)腔，煙氣自身攜帶的煙塵粒子被阻隔在陶瓷過(guò)濾膜管3外，凈化后的煙氣在陶瓷過(guò)濾膜管3內(nèi)與換熱管4接觸換熱，最后通過(guò)出煙口7排出。換熱介質(zhì)例如空氣、煤氣、水等，通過(guò)換熱介質(zhì)入口13進(jìn)入置于陶瓷過(guò)濾膜管3內(nèi)腔的換熱管4中，完成換熱后換熱介質(zhì)溫度升高，從換熱介質(zhì)出口8流出；當(dāng)煉鋼爐排出的煙氣溫度較低時(shí)，煙氣通過(guò)蓄熱墻17時(shí)，蓄熱墻17釋放熱量，使得煙氣溫度升高，然后煙氣經(jīng)陶瓷過(guò)濾膜管3凈化，再與換熱介質(zhì)換熱，完成余熱回收。

本實(shí)施例中，由于蓄熱墻17和保溫隔熱層2的設(shè)置，使裝置內(nèi)形成一個(gè)溫度較高且能夠持續(xù)保持熱的工作環(huán)境，即使間歇式窯爐停止工作，換熱過(guò)程也能夠持續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間，直至溫度下降到較低為止，如此反復(fù)，形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)態(tài)的換熱過(guò)程，使高溫?zé)煔庥酂岬玫阶畲蟪潭鹊乩?，同時(shí)可減少溫度波動(dòng)對(duì)陶瓷過(guò)濾膜管3造成的熱震損傷。

由于采用高溫密封材料，使得漏風(fēng)率小于1％。高溫含塵煙氣入口處的含塵量約為1000-100000mg/m³，過(guò)濾后小于10mg/m³，經(jīng)過(guò)換熱介質(zhì)換熱后，煙氣溫度可由入口時(shí)的1000℃-1200℃降至80℃-120℃，煙氣凈化與換熱一體化裝置外壁溫度低于40℃。

優(yōu)選實(shí)施例二：

本優(yōu)選實(shí)施例公開(kāi)一種煙氣凈化與換熱一體化裝置，該裝置與優(yōu)選實(shí)施例一所述的裝置基本相同，包括殼體、將殼體分為集塵室和凈氣室的花板、插接在花板上的陶瓷過(guò)濾膜管、置于陶瓷過(guò)濾膜管內(nèi)的換熱管以及用于為煙氣儲(chǔ)存或釋放熱量的蓄熱墻，其中，殼體的兩側(cè)分別設(shè)有進(jìn)煙口和出煙口，進(jìn)煙口和集塵室連通，出煙口和凈氣室連通；蓄熱墻位于集塵室內(nèi)靠近進(jìn)煙口處。

不同之處在于：如圖5和圖6所示，煙氣通道172雖沿蓄熱體171的厚度方向向下傾斜且間隔設(shè)置，但煙氣通道172的截面呈矩形，與截面呈圓形的煙氣通道172相比，本實(shí)施中的蓄熱墻結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，搭建更為容易。

優(yōu)選實(shí)施例三：

本優(yōu)選實(shí)施例公開(kāi)一種煙氣凈化與換熱一體化裝置，該裝置與優(yōu)選實(shí)施例一或二所述的裝置基本相同，不同之處在于：如圖7和圖8所示，煙氣通道172雖沿蓄熱體171的厚度方向向下傾斜且間隔設(shè)置，但煙氣通道172的截面呈鋸齒形，鋸齒形的煙氣通道172能夠增大煙氣與蓄熱材料的接觸面積，提高儲(chǔ)熱和釋熱效率。煙氣通道172的截面包括但不限于實(shí)施例中的幾種形狀，還可以是其他形狀，可根據(jù)實(shí)際使用需求進(jìn)行設(shè)置。

最后，還需要說(shuō)明的是，在本文中，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上是結(jié)合附圖給出的實(shí)施例，僅是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選方案而非對(duì)其限制，任何對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。本發(fā)明的保護(hù)范圍還包括本領(lǐng)域技術(shù)人員不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)所能想到的任何替代技術(shù)方案。