专利名称：含高粘结粉尘高温烟气余热回收装置和方法
技术领域：
本发明涉及工业领域的烟气余热回收装置和方法，特别涉及窑炉生产中产生大量携带高粘结性粉尘的温度范围为700— 1200 V的高温烟气的余热回收。
背景技术：
在工业领域某些场合，会产生大量烟气，烟气温度高达70(Tl2(KrC，在排放前需要回收其热量以达到节能环保的目的。钢铁厂利用转底炉分离含铁粉尘中的锌时，因氧化锌粉灰具有强烈的粘结性，而且灰尘量极大，在余热回收过程中，大量高粘结氧化锌粘结在换热器表面，灰垢逐渐增加，最后导致余热系统无法吸收热量，造成余热回收困难。同时这些粉尘中含有特殊的物质，其具有粘结性强、尘埃粒径细微、比重轻等特点，采用常规除尘方法极难去除。而目前转底炉高温部分的余热回收多采用水管式余热锅炉，换热管底部都有弯管或联箱管，采用目前的办法不能清除换热管上的结灰。而且由于灰尘数量极大，较短时 间内就结满了灰斗。造成整个换热器堵塞，设备无法使用。因此，目前所有的分离锌的转底炉都无法连续运行。运行十天左右需停车，以便人工清理换热管上的结灰和灰斗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可有效清除换热管表面结灰，实现连续性运行的含高粘结粉尘高温烟气余热回收并产蒸汽的装置。本发明包括水平布置的烟道，换热器，水套管及汽包；所述换热器包括若干根热管，热管垂直设置，其吸热段穿过烟道的外壳孔板放置在设备烟道内，且不固定，处于自由状态，热管的放热段设置在烟道外，并分别插入水套管内；所述水套管通过上联管和下联管连接成片状管束，片状管束再通过上集箱管和下集箱管串连为一体；上集箱管和下集箱管分别通过上升管和下降管与汽包连通；热管的吸热段外侧装有刮板，所述刮板与传动装置传动连接，在传动装置驱动下可沿热管外表面整体上下运动。为充分保证刮板机构在烟气余热回收过程中的正常操作运行，同时进一步提高烟气余热回收效率，所述刮板通过水冷钢管与传动装置相连，该水冷钢管与热管平行列设。为方便连续在线除灰，所述换热器的底部设有集灰仓，集灰仓上部设置有密闭阀，集灰仓为抽屉式灰斗，能在线移出结灰。平时工作时，密闭阀打开，结灰落入集灰仓。出灰时密闭阀关闭，抽出灰斗。清灰后，重新装上灰斗。所述热管可为光管或直翅片管，上下密封，内充液体介质，并抽真空。本发明一方面采用水平布置烟道，用热管作为换热器的换热元件，热管垂直放置，热管下段处于自由状态，便于清灰，同时热管上段置于水套管内，热管将烟道中的高温热量传给套管内的水，使其蒸发产生蒸汽，从而实现余热回收；另一方面，在与烟气接触的热管外表面设置刮板作为清灰装置，并同时采用抽屉式灰斗作为集灰仓，在换热器与灰斗之间设有密闭阀门，实现了在线清灰。本发明利用了热管的特性和特殊的结构组合，解决了含高粘结粉尘的高温烟气的余热回收时换热器表面清灰的难题。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种利用上述装置所实现的高温烟气余热回收方法。本发明所述方法，包括以下步骤，
(1)高温烟气进入水平布置的烟道内，高温烟气和设置在烟道内的热管吸热段换热，使高温烟气温度下降，同时高温烟气中的高粘结粉尘沉结在热管表面；
(2)除氧水通过下降管从汽包进入水套管内，吸收热管的放热段放出的热量，产生蒸汽；蒸汽再通过上升管进入汽包。(3)设置于每根热管的吸热段外侧的刮板，沿热管吸热段外表面上 下运动，将沉结在热管吸热段表面的高粘结粉尘刮落到换热器下方的集灰仓内。集灰仓灰满后，关闭集灰仓与换热器之间的密封阀，抽出灰斗；清灰后，重新将灰斗装上，打开密封阀。汽包所产生的蒸汽最终通过汽包内的汽水分离器输出汽包通过蒸汽管道送至用户。作为优选方案，本发明所述方法的各步骤具体为
(1)含有大量高粘结粉尘1200—700°C的高温烟气进入蒸发器和热管换热，热管吸收热量后，烟气温度降到200°C由蒸发器出口流出；
(2)除氧水进入蒸发器水套管内，吸收热管放出的热量产生温度为110°C—275°C，压力为6Mpa以下的蒸汽；
(3)沉结在热管表面的高粘结粉尘，被定期上下运动的刮板刮到蒸发器下方的集灰仓内。可根据实际积灰状况，设定刮板的上下运动的间隔和频次。和现有技术相比，本发明具有如下优点
(1)采用热管作为换热元件，换热管底部没有弯管或联箱管，下段不固定，处于自由状态，不易结灰，结灰后易清理；
(2)采用刮板式清灰装置，可有效清除粘结性结灰；
(3)集灰仓在换热器下方，仓口设置有密闭阀，集灰仓为抽屉式灰斗，密闭阀关闭时能在线移出结灰；
(4)在烟气中存在高粘结粉尘，并且灰尘极大时，可实现整个装置连续运行。
图I是本发明所述装置的整体结构示意 图2是本发明所述装置的水套管片状管束结构示意图。图中1、蒸汽输出管；2 —上升管；3 —下降管；4一上联管；5—水套管；6—下联管；7—热管；8—烟气进口 ；9一刮板；10—刮板连接管；11一汽包；12—除氧水进水管；
13—刮板驱动机构；14一上集箱管；15—下集箱管；16—烟道；17—烟气出口 ； 18—密闭阀；
19一集灰仓；20_外壳上孔板。
具体实施例方式如图I所示，本发明所述装置包括蒸汽输出管1，上升管2，下降管3，上联管4，水套管5,下联管6,热管7,烟气进口 8,刮板9,刮板连接管10,汽包11，除氧水进水管12,刮板驱动机构13，上集箱管14，下集箱管15，烟道16，烟气出口 17，密闭阀18，集灰仓19。如图I所示，余热回收装置的烟道16水平布置。余热回收装置用热管作为换热元件，热管外侧为光管或直翅片管，热管7的吸热段垂直插入在烟道16中，热管7的下段部处于自由状态；热管7的吸热段外侧均设置有刮板9，刮板9与刮板连接管10连接；刮板连接管10采用水冷钢管，与热管7平行列设，并伸出烟道16外，与设置在烟道16外的刮板驱动机构13传动连接。烟气从烟气进口 8进入烟道16中，再从烟气出口 17流出。同时，热管7的放热段在烟道外，并插入水套管5内。如图1、2所示，水套管5密封焊接，水套管5通过上联管4和下联管6连接成片状管束。管束的上联管4再通过钢管和上集箱管14连接，管束的下联管6再通过钢管和下集箱管15连接，由多片管束的串连组成热管式蒸发器。下集箱管15连下降管3、上集箱管14连上升管2，上升管2、下降管3和汽包11连接。上升管2和汽包11的接口在液面的上方，下降管3和汽包11的接口在汽包底部。除氧水进水管12和汽包11连接。蒸汽输出管I设置在汽包11的顶部。 如图I所示，烟道16下方设集灰仓19，集灰仓19与烟道16连通处设置密闭阀18。如图2所示，水套管管束中的上联管4和下联管6上打穿孔，上联管4和下联管6之间焊接多根水套管5。热管7的外径小于水套管5内径。热管5插入上、下联管孔内，并置于水套管5内。每片管束由两根联管和多根热管组成。热管5的吸热段穿过外壳上孔板20进入设备烟道。如图I所示，当含有大量氧化锌的转底炉烟气，其温度为750°C、流量为12万Nm3/h，经烟气进口 8进入装置，与热管7换热，烟气温度降至250°C，再通过烟气出口 17流出装置。烟气中所含的大量高粘结的氧化锌粉尘沉结在热管表面。热管外侧安装的刮板9在刮板驱动机构13的带动下，上下运动，使热管表面的灰尘落入集灰仓19内。正常工作时，集灰仓上方的密闭阀18开启，从热管上清理下的结灰落入集灰仓。定期关闭密闭阀18，抽出灰斗，清灰后再装上灰斗。与此同时，104°C的除氧水通过除氧水进水管12进入汽包11 ;从汽包内通过下降管3进入下集箱管15 ;从下集箱管15进入每片管束的下联管6，再进入水套管5 ;在水套管5内，除氧水吸收热管7传来的热量，水在水套管5内蒸发成为蒸汽。蒸汽通过上联管4进入上集箱管14，再通过上升管2进入汽包11。最终压力为1.6Mpa，温度为204°C的蒸汽从蒸汽输出管I输送至用户。该装置的产汽量约35t/h。该装置换热量为26000KW。相当于回收了 26000KW的能量。
权利要求
1.一种含高粘结粉尘高温烟气余热回收装置，包括水平布置的烟道，换热器，水套管及汽包；其特征在于所述换热器包括若干根热管，热管垂直设置，其吸热段穿过烟道的外壳孔板放置在设备烟道内，且不固定，处于自由状态，热管的放热段设置在烟道外，并分别插入水套管内；所述水套管通过上联管和下联管连接成片状管束，片状管束再通过上集箱管和下集箱管串连为一体；上集箱管和下集箱管分别通过上升管和下降管与汽包连通；热管的吸热段外侧装有刮板，所述刮板与传动装置传动连接，在传动装置驱动下可沿热管外表面整体上下运动。
2.根据权利要求I所述的含高粘结粉尘高温烟气余热回收装置，其特征在于所述刮板通过水冷钢管与传动装置相连，该水冷钢管与热管平行列设。
3.根据权利要求I所述的含高粘结粉尘高温烟气余热回收装置，其特征在于所述换热器的底部设有集灰仓，集灰仓上部设置有密闭阀，集灰仓为抽屉式灰斗。
4.一种使用权利要求1、2或3所述装置所实现的含高粘结粉尘高温烟气余热回收方法，其特征在于包括以下步骤，(1)高温烟气进入水平布置的烟道内，高温烟气和设置在烟道内的热管吸热段换热，使高温烟气温度下降，同时高温烟气中的高粘结粉尘沉结在热管表面；(2)除氧水通过下降管从汽包进入水套管内，吸收热管的放热段放出的热量，产生蒸汽；蒸汽再通过上升管进入汽包；(3)设置于每根热管的吸热段外侧的刮板，沿热管吸热段外表面上下运动，将沉结在热管吸热段表面的高粘结粉尘刮落到换热器下方的集灰仓内。
5.根据权利要求4所述的含高粘结粉尘高温烟气余热回收装置，其特征在于各步骤具体如下，(1)含有大量高粘结粉尘1200—700°C的高温烟气进入蒸发器和热管换热，热管吸收热量后，烟气温度降到200°C由蒸发器出口流出；(2)除氧水进入蒸发器水套管内，吸收热管放出的热量产生温度为110°C—275°C，压力为6Mpa以下的蒸汽；(3)沉结在热管表面的高粘结粉尘，被定期上下运动的刮板刮到蒸发器下方的集灰仓内。
6.根据权利要求4或5所述的含高粘结粉尘高温烟气余热回收装置，其特征在于集灰仓灰满后，关闭集灰仓与换热器之间的密封阀，抽出灰斗；清灰后，重新将灰斗装上，打开密封阀。
全文摘要
本发明提供一种可有效清除换热管表面结灰，实现连续性运行的含高粘结粉尘高温烟气余热回收并产蒸汽的装置和方法。本发明采用水平布置烟道，用热管作为换热元件，热管垂直放置，热管下段处于自由状态，便于清灰。热管上段置于水套管内，热管将烟道中的高温热量传给套管内的水，使其蒸发产生蒸汽，从而实现余热回收。与烟气接触的热管外采用刮板作为清灰装置，刮板定期上下运动，将热管外的结灰刮去落入设在换热器下的集灰仓中，并在换热器与灰斗之间设有密闭阀门，可实现在线清灰。本发明利用了热管的特性和特殊的刮板清灰结构组合，解决了含高粘结粉尘的高温烟气的余热回收时换热器表面清灰的难题。
文档编号F22B1/18GK102927548SQ201210527499
公开日2013年2月13日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者陈金福, 徐德新, 陆桂清, 邵李忠, 王少云, 郭宏新 申请人:南京圣诺热管有限公司