一种冷却单元、冷却设备及烟气处理系统的制作方法

本技术属于高温工业窑炉，特别涉及一种冷却单元、冷却设备及烟气处理系统。

背景技术：

1、在高温工业制造业中，尤其是使用天然气燃烧或电加热的方式来熔融原料的窑炉中，会产生大量含硫化物、氮氧化物和粉尘的高温废气，为满足国家对限制排放的废气中各污染物的浓度要求，目前业内普遍在废气排放前对废气进行脱硫脱硝和除尘处理，其烟气处理系统示意图如图1所示，图1中箭头指向为烟气流动方向，高温窑炉内天然气或其他可燃性燃料燃烧后产生高温烟气，高温烟气温度通常在300~1350 ℃。高温烟气在引风机抽风的作用力下，高温窑炉产生的高温烟气通过竖直烟道使烟气到达底层平面，竖直烟道为垂直于地面的烟气通道。烟气在底层平面经过脱硫脱硝设备处理后进入水平烟道。然后烟气进入余热锅炉和其除尘器后从烟囱排向大气。

2、然而，由于小型高温工业窑炉（小型高温窑炉无具体生产吨位标准，判断小型的标准以烟气排放量为指标，标况下烟气排放量低于25000 nm³/h定义为小型高温工业窑炉，）生产所产生的废气量较少，废气经过余热锅炉后产生蒸汽量很少，不足以用于余热发电和其他功用，外排则会导致蒸汽量的浪费；而若不采用余热锅炉对燃气进行降温，由于当前工业除尘器均采用布袋式或电除尘式，而布袋式除尘器运行允许工作温度为高于100 ℃低于200 ℃，高温烟气直接进入除尘器后会烧坏布袋和除尘器内壁；同时余热锅炉占地面积较大，属于高压特种专业设备，需要特种作业人员进行操作，导致生产人工成本增高；虽然可通过增加烟道长度来增强高温烟气在烟道中的冷却效果，但会增加建设成本和用地成本，高温烟气在流经烟道时还会进一步地对烟道造成腐蚀，进而造成建设成本的增加。

3、因此，在小型高温工业窑炉的烟气处理中无法避免的造成一定程度上的生产维护和设备上的成本浪费，故若能控制烟气温度在烟道中不经过余热锅炉的情况下降低至除尘器允许工作范围，即可有效的控制生产成本，提高效益。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的就在于提供一种冷却单元、冷却设备及烟气处理系统，采用该冷却单元构成的冷却设备来处理烟气，能使烟气温度在烟道中不经过余热锅炉的情况下降低至除尘器允许工作范围，从而有利于降低生产成本，提高经济效益。

2、本实用新型的技术方案是这样实现的：

3、一种冷却单元，包括筒体，所述筒体开设有通孔，以构成烟气流通的流道，所述筒体上间隔开设有流入口和流出口，所述筒体内具有与所述流入口与所述流出口贯通的冷却通道。

4、筒体上设有两根连接管，两根连接管分别与流入口和流出口连通，一根连接管用于引入冷却介质，以和流经烟气流道的烟气进行换热，另一根连接管用于排出换热后的冷却介质。

5、这样，冷却介质从其中一根连接管进入冷却通道，并与经过烟气流道的高温烟气进行热交换，从而降低高温烟气的温度，同时换热后的冷却介质从另一根连接管排出。

6、进一步地，所述筒体为由内壳体和外壳体构成带夹层的双层筒体结构，夹层两端封闭以构成所述冷却通道，所述通孔开设在内壳体上以构成所述烟气流道。

7、这样，内壳体上设的通孔构成烟气流道，内外壳体构成的夹层空腔为冷却介质的流通通道，冷却介质从其中一根连接管进入夹层空腔，与从烟气流道经过的高温烟气进行热交换，从而降低高温烟气的温度，同时换热后的冷却介质从另一根连接管排出夹层空腔。

8、关于流入口和流出口的设置方式包括但不限于以下两种：一、流入口和流出口为条形口，且分别设置在外壳体相对的两侧，对应地，两根连接管设置在外壳体上且两根连接管连接端以条形口的方式与流入口和流出口连通，那么连接管可采用方管；二、流入口和流出口为圆形口，且分别设置在外壳体相对的两侧，对应地，两根连接管设置在外壳体上且两根连接管连接端以圆形口的方式与流入口和流出口连通，那么连接管可为圆管。为延长冷却介质的流通路径，流入口和流出口分别靠近筒体的两端头。流入口和流出口还可分别设置在筒体两端，具体根据实际需要确定。

9、进一步地，所述筒体采用耐高温金属材料制成，所述金属材料包括但不限于钨、铂、铑、碳钢和钨钢，优选316l或310s不锈钢。

10、钨、铂、铑、碳钢、钨钢或不锈钢等金属材料耐高温，其中316l或310s不锈钢性能满足要求且成本低廉。

11、进一步地，所述筒体的横截面呈圆形、三角形、正多边形或非正多边形，优选正多边形。

12、这里的三角形包括等腰三角形、等边三角形，锐角三角形、钝角三角形等；正多边形为边数n≥4的正n边形，比如正方形、正五边形、正六边形……；非正多边形为边数n≥的n边形，比如菱形、平行四边形、非正五边形、非正六边形……。

13、当冷却单元的筒体横截面为正多边形时，至少有以下两个好处：一是，将冷却单元组装成冷却设备时，便于叠放冷却单元；二是便于后续在筒体上（所述外壳体的表面、内壳体的表面以及夹层两端的表面）设置耐热材料，从而构成耐热层。

14、这里的耐热材料可根据烟气成分为是否具有腐蚀性确定是否设置，再根据烟气成分的不同确定所使用捣打的泥料成分，可选用刚玉质等。耐热材料可有效防止金属材料的筒体被高温烟气中的酸性或碱性成分所侵蚀。

15、本实用新型还提供了一种冷却设备，所述冷却设备由一排或多排冷却单元组构成，每排冷却单元组由若干前面所述的冷却单元串联构成，相邻两冷却单元通过对应的两根连接管连接，位于端头的两冷却单元的一根连接管分别与冷源和外排管连接。

16、相邻两冷却单元之间的连接可以将两根连接管以焊接的方式连接起来或者用同一根连接管连接相邻的两个冷却单元，以代替两根连接管焊接的方式。位于端头的两冷却单元中的一冷却单元中未与相邻冷却单元连接的连接管与冷源（冷却介质源）连接，另一冷却单元中未与相邻冷却单元连接的连接管与外排管连接，这样冷却介质依次流经每个冷却单元并与通过该冷却单元的高温烟气进行热交换，然后从外排管排出冷却设备，虽然在冷却介质依次流经每个冷却单元时，因热交换温度在一定程度上升高，但是只要冷却介质的温度小于高温烟气的温度，就能达到冷却降温的目的。

17、这里，当只有一个冷却单元时，相当于是直接将冷却单元作为冷却设备用于冷却高温烟气，在实际应用中也是可行的。当冷却单元的数量大于1时，多个冷却单元串联构成冷却单元组，然后再由一排或多排冷却单元组并排构成冷却设备。

18、进一步地，冷却单元组有多排时，相邻两排包括但不限于呈等齐排列设置、等齐间隔排列设置、错缝排列设置或错缝间隔排列设置，优选错缝排列设置。

19、错缝排列设置时，高温烟气流经冷却设备时高温烟气能及时从缝隙中穿过，减少冷却设备对高温烟气的阻力，并能在节省占用空间的同时，使得高温烟气与冷却介质进行充分热交换。

20、进一步地，所述冷却介质包括但不限于水或压缩空气，优选水。

21、采用水作为冷却介质便于水的回收利用，当水经高温加入排出后可输送至室内，为室内供暖，实现资源化利用，防止热量的浪费。

22、本实用新型还提供了一种烟气处理系统，包括高温窑炉、脱硝/脱硫设备、除尘器、引风机和烟囱，脱硝脱硫设备进口通过第一烟道与高温窑炉出烟口连接，脱硝脱硫设备出口通过第二烟道与除尘器进口连接，除尘器出口通过第三烟道与烟囱连接，所述引风机设于第三烟道内。

23、第一烟道或/和第二烟道内设有前面所述的冷却设备。

24、冷却设备设置在第一烟道时，高温烟气从高温窑炉出来后直接经过冷却设备，冷却设备中流通的冷却介质与高温烟气进行热交换，带走高温烟气的热量，达到降温的目的，然后经过脱硝/脱硫设备，再进入除尘器，在实际应用中通过调整冷却设备中冷却单元的数量，保证在进入除尘器之前，高温烟气的温度降至除尘器允许的工作范围即可，那么就不需设置余热锅炉，而冷却设备造价低廉，从而就可降低生产成本，提高经济效益。

25、冷却设备设置在第二烟道时，高温烟气从高温窑炉出来经过脱硝/脱硫设备后就直接进入冷却设备，冷却设备中流通的冷却介质与高温烟气进行热交换，带走高温烟气的热量，调整冷却设备中冷却单元的数量，保证在进入除尘器之前，高温烟气的温度降至除尘器允许的工作范围即可，这样也可不需设置余热锅炉就有效对高温烟气进行降温。

26、在第一烟道或第二烟道同时设置冷却设备时，其中竖直烟道内的冷却设备称为冷却设备一，水平烟道内的冷却设备称为冷却设备二。这样高温烟气从高温窑炉出来后先通过冷却设备一降温，然后经脱硝/脱硫后通过冷却设备二进一步对高温烟气进行降温，同理，保证在进入除尘器之前，高温烟气的温度降至除尘器允许的工作范围即可，这样也可不需设置余热锅炉就有效对高温烟气进行降温。

27、进一步地，沿烟气流向，第一烟道或/和第二烟道内叠放有多个冷却设备。

28、叠放设置时，冷却设备沿烟气走向叠放，其叠放方式包括但不限于等齐叠放、错缝叠放、等齐间隔叠放和错缝间隔叠放几种。

29、进一步地，若所述第一烟道和第二烟道为竖直设置的竖直烟道，冷却设备的筒体竖直设置。

30、若所述第一烟道和第二烟道为水平设置的水平烟道，冷却设备的筒体出口端朝下倾斜设置。

31、在竖直烟道，筒体竖直设置，可以有效减少高温烟气通过冷却设备的阻力，从而有利于减小引风机的工作负荷，保证引风机在运行工况下正常运行。

32、在水平烟道内，筒体倾斜设置，一是为了保证高温烟气能顺利进入冷却设备内，二是因为高温烟气在通过冷却设备过程中，烟气中的粉尘会吸附在冷却单元内壳体上，倾斜设置后，粉尘在烟气流动的作用下会从筒体出口端掉落至烟道底部，从而避免粉尘长时间积累阻碍烟气流动，进而保证冷却设备的长期稳定运行。

33、此外，使用冷却设备过程中，大量粉尘吸附在装置表面后而掉落到烟道底部，从而能减小除尘器的工作压力。

34、进一步地，筒体倾斜设置时，倾斜角度为15~75°，优选30~60°。

35、筒体倾斜30~60°时，保证烟气的流通的同时，也有利于粉尘在烟气流动作用下顺利从冷却设备上掉落。

36、进一步地，冷却设备对应的烟道处设有扒灰门。

37、这里设置扒灰门，当冷却设备因长期使用吸附了粉尘或者出现故障后，可以从扒灰门处对冷却设备的粉尘进行清除，以及对冷却设备进行及时维护或更换，维护和更换操作简单，从而能有效降低设备维护成本。