专利名称：基于旋风子的冷凝式烟气余热回收装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种热交换装置，尤其涉及一种基于旋风子的冷凝式烟气余热回收装置及方法。
背景技术：
目前，针对烟气的凝结式余热回收利用装置的专利和技术大多只针对烟气比较洁净的燃油或燃气锅炉，对于燃用煤或生物质等固体燃料的锅炉，由于烟气中含有大量的飞灰尘粒，在常规设计的凝结式余热利用装置中，这些尘粒和凝结水极易造成受热面沾污，并导致烟道堵塞，影响设备正常运行。另一方面，随着能源需求的持续增长和燃烧技术进步，高含水的褐煤、各种污泥、 农林废弃物等越来越多地成为锅炉燃料，这些固体燃料中往往含有大量的水分，烟气中的水蒸气份额非常高，凝结式余热利用的潜力很大，而传统的烟气余热利用装置只能利用了烟气中的部分显热，往往难以达到预期的节能效果。
发明内容
本发明提供了一种换热效率高、对高浓度含尘烟气的余热回收效果佳的冷凝式烟气余热回收装置，解决了现有凝结式烟气余热回收装置不能应用于回收固体燃料燃烧产生的含尘烟气中水蒸气汽化潜热的问题。一种基于旋风子的冷凝式烟气余热回收装置，包括带冷却液进口和冷却液出口的冷却箱，冷却箱上方设有烟气汇集器、下方设有凝结水收集器，其特征在于，冷却箱内部设有若干竖直设置的旋风子，每个旋风子顶端与烟气汇集器连通，底端与凝结水收集器连通， 侧壁连接有与其相切的穿过冷却箱箱壁的进气管。冷却箱内的旋风子的数量可以根据实际需要设置，它们可以独立设置，也可以并联、串联或混联的方式成组，以提高烟气处理量和热量回收率效果。所述的旋风子包括圆筒状的本体，本体底部径向缩口并连接有冷凝水排出管，顶端连接有出气管，进气管与本体顶部侧壁相切。工作时，烟气以一定速度切向引入旋风子内部，使气流在其中形成高速旋转运动， 贴壁流动的烟气一方面分离出烟气中的尘粒，另一方面由于受冷却开始水蒸气的凝结，并与壁面进行凝结式换热，旋风子内的气流运动最终将固相尘粒与凝结水同时从旋风子排
出ο冷却液进口设于冷却箱的底部，冷却液出口设于冷却箱的顶部，冷却介质为液态冷却液，能够进行更快的热交换，迅速地将沉浸在旋风子壁面的热量交换并携带出来，最大限度的回收烟气中的热量。所有的进气管的进气端汇集一起形成烟气进气口，方便加工，同时也容易实现烟气流量的均勻分配。进气管的出气端为缩口设置。本发明还提供了一种利用旋风子回收烟气余热的方法，包括
将旋风子本体置于冷却液中，旋风子底端和顶端与外界连通，将含烟尘和水蒸气的烟气从旋风子本体侧壁切向弓丨入旋风子内，烟气与冷却液热交换后从顶部排出，冷凝水和烟尘从底部排出。优选的，所述的烟气切向引入速率为10 60m/s。所述的冷却液温度低于80°C。 所述的烟气温度高于100°c。可以保证除去大部分烟尘和水蒸气，达到充分换热的目的。针对固体燃料燃烧产生的含尘烟气，常规的烟气余热利用装置只能利用烟气的显热，对于烟气中水蒸气凝结成水而释放出的汽化潜热无法利用，而本发明装置能够实现对含尘烟气的凝结式余热利用，最大限度地利用烟气中的能量。本发明凝结式余热利用装置中的换热基本单元旋风子可以有效地将烟气中的尘粒和冷凝水有效分离并及时排除出，不但保证换热表面的清洁，还能对排放的烟气起到一定的除尘作用。烟气中如果含有HCl等易溶于水的有害气相污染物，在本发明装置中亦可取得显著的脱除效果。
图1为本发明余热回收装置的结构示意图；图2为本发明旋风子的结构示意图；图3为图2所示旋风子俯视结构示意图。
具体实施例方式如图所示，一种基于旋风子的冷凝式烟气余热回收装置，包括冷却箱8，冷却箱8 底部设有冷却液进口 3，顶部设有冷却液出口 6，冷却液进口 3和冷却液出口 6位于冷却箱8 相对的两侧。冷却箱8上方设有烟气汇集器4，下方设有凝结水收集器9，烟气汇集器4上设有烟气出口 5。冷却箱8内部设有竖直设置的旋风子7。旋风子7包括圆筒状的本体12，本体12底部径向缩口，底端连接有冷凝水排出管 10，顶端连接有出气管11。其中出气管11与烟气汇集器4连通，冷凝水排出管10与凝结水收集器9连通。旋风子7的数量为4个，成并联结构布置，所有的进气管1进气端端汇集一起形成烟气进气口 2，与供烟源相通，进气管1出气端为缩口设置，并与本体12顶部侧壁相切。上述装置工作原理如下来自烟气进气口 2的烟气经进气管1切向进入旋风子7内，沿着本体12内壁螺旋向下运动，在此过程中，烟气与冷却箱8内的液态介质通过旋风子7侧壁充分换热，冷却过程中烟气中的水蒸气凝结成水，随烟气中的尘粒一起，在离心力作用下沿着本体12内壁经冷凝水排出管10流入凝结水收集器9，切向进入旋风子7的烟气和凝结水不断地冲刷本体 12内壁，可以防止尘粒粘附在本体12内壁上而导致换热受阻或者旋风子7堵塞，冷却后的烟气经出气管11汇集到烟气汇集器4内，流经烟气出口 5排出。以下参照图1来详细说明本发明的基于旋风子的冷凝式烟气余热回收装置的最佳实施例。该实施例进气口 2的烟气温度为180°C，飞灰浓度150mg/m3，水蒸气体积含量 20%，冷却介质为冷却油，其进口 3温度为20°C。流速为35m/s的烟气经进气管1切向进入旋风子7内，沿着本体12内壁螺旋向下运动。旋风子7本体高度为35cm，内径为12cm， 数量为4个，在冷却箱中并联排布。进入旋风子7内的烟气在运动过程中通过旋风子7侧壁与冷却箱8内的液态油充分换热。最终，烟气出口 5温度约80°C，冷却油出口 6温度约 120°C，烟气飞灰浓度小于:3mg/m3，在这样的温度下，烟气中的水蒸气已经凝结成水，凝结水不断地冲刷粘附在本体12内壁上的尘粒，随着尘粒一起，在离心力作用下沿着本体12内壁经冷凝水排出管10流入凝结水收集器9。经换热后的冷却油温度较高，可为其他设备提供热量，从而达到烟气余热回收利用的效果。
权利要求
1.一种基于旋风子的冷凝式烟气余热回收装置，包括带冷却液进口( 和冷却液出口 (6)的冷却箱(8)，冷却箱(8)上方设有烟气汇集器G)、下方设有凝结水收集器(9)，其特征在于，冷却箱(8)内部设有若干竖直设置的旋风子(7)，每个旋风子(7)顶端与烟气汇集器(4)连通，底端与凝结水收集器(9)连通，侧壁连接有与其相切的穿过冷却箱(8)箱壁的进气管(1)。
2.根据权利要求1所述的冷凝式烟气余热回收装置，其特征在于，所述的冷却液进口 ⑶设于冷却箱⑶的底部，冷却液出口(6)设于冷却箱⑶的顶部。
3.根据权利要求1所述的冷凝式烟气余热回收装置，其特征在于，所有的进气管(1)的进气端汇集一起形成烟气进气口 O)。
4.根据权利要求1所述的冷凝式烟气余热回收装置，其特征在于，所述的进气管的出气端为缩口设置。
5.根据权利要求1所述的冷凝式烟气余热回收装置，其特征在于，所述的旋风子包括圆筒状的本体(12)，本体(1 底部径向缩口并连接有冷凝水排出管(10)，顶端连接有出气管(11)，进气管⑴与本体(12)侧壁顶部相切。
6.一种利用旋风子回收烟气余热的方法，包括将旋风子本体置于冷却液中，旋风子底端和顶端与外界连通，将含烟尘和水蒸气的烟气从旋风子本体侧壁切向引入旋风子内，烟气与冷却液热交换后从顶部排出，冷凝水和烟尘从底部排出。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的烟气切向引入旋风子的速率为 10-60m/so
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的冷却液温度低于80°C。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的烟气温度为100 350°C。
全文摘要
本发明公开了一种基于旋风子的冷凝式烟气余热回收装置及方法，包括带冷却液进口和冷却液出口的冷却箱，冷却箱上方设有烟气汇集器、下方设有冷凝液收集器，冷却箱内部设有若干竖直设置的旋风子，每个旋风子顶端与烟气汇集器连通，底端与凝结水收集器连通，侧壁连接有与其相切的穿过冷却箱箱壁的进气管。本发明凝结式余热利用装置中的换热基本单元旋风子可以有效地将烟气中的尘粒和冷凝水有效分离并及时排除出，不但保证换热表面的清洁，还能对排放的烟气起到一定的除尘作用；能够实现对含尘烟气的凝结式余热利用，最大限度地利用烟气中的能量。
文档编号F24H8/00GK102183087SQ20111005750
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月10日 优先权日2011年3月10日
发明者余春江, 倪明江, 周劲松, 岑可法, 方梦祥, 施正伦, 王勤辉, 王树荣, 程乐鸣, 骆仲泱, 高翔 申请人:浙江大学