[發明專利]一種蓄熱式換熱器和熱風爐廢煙氣余熱利用方法

在審

• 申請號: 201711098987.5
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107904344A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 王長春;薩伯丁·安東;鮑里斯;張紫毫;賈冰;汪小龍;董軒
• 申請（專利權）人: 北京卡盧金熱風爐技術有限公司
• 主分類號: C21B9/04
• 分類號: C21B9/04;C21B9/10;F27D17/00
• 代理公司: 北京市中聞律師事務所11388
• 代理人: 王新發,常亞春

技術領域

本發明涉及一種高溫廢氣余熱利用裝置，以及采用該裝置的熱風爐廢煙氣余熱利用方法。

背景技術

在高爐冶煉熱風爐系統中，比較典型的工況是，熱風爐排出的廢煙氣平均溫度約250℃~300℃，最高溫度350℃~450℃，這樣的高溫廢煙氣不符合排放標準也不夠節能，因此，在工程中通常都會利用余熱利用技術回收余熱，最常用的技術是間壁式換熱器，尤其是金屬材質的間壁式換熱器。所謂間壁式換熱器的基本工作原理是冷、熱兩種流體（如兩種冷熱氣體）被一層固體壁面（如金屬材質的管或板）隔開，不相混合，通過間壁進行熱交換，間壁式換熱器適合在較低的壓力下應用，而且一般不宜在高溫場合應用。為了避免使金屬材質的間壁式換熱器設備長期處于酸性環境中，換熱器的廢煙氣排放溫度一般高于100℃。

在典型的高爐冶煉熱風爐系統中，熱風爐在燒爐（加熱）階段，煤氣和空氣混合燃燒后生成煙氣，從熱風爐下部排出的廢煙氣平均溫度約250℃~300℃，最高溫度350℃~450℃，廢煙氣的這部分熱量通過余熱利用系統被用于預熱助燃空氣和煤氣，從而降低煤氣消耗量或者提高熱風爐拱頂溫度，最終實現提高熱風風溫的目標。可以說，廢煙氣余熱利用系統已經成為提高熱風爐風溫、提高熱風爐系統效率的最有效措施之一。

目前，經過多年的技術發展，高爐熱風爐廢煙氣余熱利用系統最常用的間壁式換熱器形式是熱管式換熱器和板式換熱器，其中，熱管式換熱器應用的歷史更長、數量也更多。

熱管煙氣換熱器是采用熱管技術、利用熱煙氣的余熱加熱冷的空氣或煤氣的換熱設備。熱管是一種具有極高導熱性能的元件，它通過在全封閉真空管內工質(工作介質)的蒸發與凝結來傳遞熱量，熱管一般由管殼和內部工作液體組成(即工作介質)。鋼制、密閉的管殼內被抽成真空，工作介質則是經特殊處理的液體（也可以使用水）。熱管受熱側吸收高溫煙氣熱量，通過熱管壁傳給管內工作介質，介質吸熱后沸騰和蒸發，轉變為蒸汽；蒸汽在壓差的作用下上升至放熱側，受管外低溫氣體的冷卻，蒸汽冷凝并向外放出汽化潛熱，低溫氣體從而獲得熱量，這個時候，冷凝的工作介質靠重力又回到受熱側。如此周而復始，高溫煙氣的熱量便傳給低溫氣體。熱管具有極高的導熱性、良好的等溫性、冷熱兩側的傳熱面積可任意改變等優點，因此，相比老式的翅片式管式換熱器，熱管換熱器的優勢明顯，很快得到比較廣泛的應用。

在特定的高爐熱風爐余熱利用工程中，高爐煤氣的粉塵雜質比較復雜，煤氣含水且流量大、壓力低、流速低等，在這種工況條件下，熱管換熱器存在一些已經被實踐工程驗證的弊端，例如大型熱管換熱器基本上無法拆卸清洗，在預熱煤氣時熱管會受到煤氣粉塵污染，產生結垢，影響換熱效果，壽命一般為5-8年；另外，隨著大高爐技術發展，大型高爐熱風爐廢煙氣流量越來越大，這導致換熱器裝置體積越來越大。

高爐熱風爐廢煙氣余熱利用技術的另外一項常用技術是板式換熱器（最常用的型式為可拆卸的框架式）。板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過板片進行熱量交換。工作流體在兩塊板片間形成的窄小而曲折的通道中流過。冷熱流體依次通過流道，中間有一隔層板片將流體分開，并通過此板片進行換熱。

應用在高爐熱風爐余熱利用領域的板式換熱器是由傳熱板片、密封墊片、壓緊板、上下導桿、支柱、夾緊螺栓等主要零件組成。傳熱板片一般由不銹鋼制成，換熱器設計了迷宮式的介質通道，使換熱介質在相鄰的通道內逆向流動，經強化熱輻射、熱對流、熱傳導進行充分的熱交換。板式換熱器在高爐熱風爐余熱利用領域應用起步較晚，但因為其換熱效率比熱管換熱器高，且因為可拆卸清洗、使用壽命較長（8-10年），因此具有較好的應用前景。

與各種管殼式換熱器（包括熱管換熱器）相比，板式換熱器的主要優點包括：1、換熱效率高，2、占地面積和占用空間較小，3、容易清洗、拆裝方便，4、使用壽命長。

但是，與熱管換熱器相比，在利用板式換熱器對煤氣進行加熱時，廢煙氣和煤氣僅由多片1-2mm厚的不銹鋼傳熱板隔離，因此存在一定的安全隱患，另外，由于板式換熱器的傳熱板片因為采用不銹鋼板壓制，價格遠高于熱管換熱器，影響了這種技術在高爐熱風爐廢煙氣余熱利用方面的推廣應用。