一种无管束余热利用的固体蓄热式换热器制造技术

本发明专利技术提供了一种无管束水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括蓄热材料、高温烟气进口、高温烟气出口、低温工质入口、低温工质出口和壳体，所述蓄热材料设置在壳体内，所述蓄热材料为固体蓄热材料，所述蓄热材料中设置多个贯通蓄热材料的第一孔和多个第二孔，第一孔和第二孔交叉设置切互相不连通。本发明专利技术充分利用水泥生产中的余热，使其达到换热效率最大化，以节约能源，达到环保节能的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种无管束余热利用的固体蓄热式换热器
本专利技术涉及一种高效水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，属于F28d的换热器领域。
技术介绍
随着我国经济快速发展，能源消耗日益增加，城市大气质量日益恶化的问题也越发突出，节约能源和减少环境有害物排放的问题迫在眉睫。在常见的热能动力领域中，能耗高、污染严重的主要原因之一是烟气的排烟温度过高，即浪费了大量能源，又造成了环境污染。水泥行业是一个高耗能、高污染的 行业。水泥行业余热发电系统可对尾气余热进行回收再利用，实现节能减排的目的。但是相关余热具有间歇性，品质差等特点，使得发电系统的效率低，这些问题亟待解决。应用蓄热材料可以使各个行业生产过程中不连续蒸汽变为连续蒸汽，有利于提高余热发电系统的效率。例如，在国内现有铜冶炼工艺中，熔炼转炉产生大量富裕蒸汽，但因负荷波动大，大部直接对空排放，造成大量能源浪费，通过增设蓄热器，可使其变为汽轮机稳定补汽源，充分利用了铜冶炼工艺余热，实现了能源的梯级利用。现有余热利用行业中的蓄热器，主要包括各种类型的管壳式换热器，例如，喷淋式、光管、针翅管、肋片管、热管等，也可以利用板式换热器实现蓄热和放热过程。但是存在的问题是，蓄热和放热系统结构复杂，蓄热和放热用换热器体积大，成本高等，因此针对蓄热过程用换热设备的改进是有必要的。
技术实现思路
本专利技术针对现有水泥行业余热利用的蓄热设备中存在的问题，提出了一种新型的蓄热式换热器。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下:一种水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括蓄热材料、第二孔、高温烟气进口、高温烟气出口、低温工质入口、低温工质出口和壳体，所述蓄热材料设置在壳体内，所述蓄热材料为固体蓄热材料，所述蓄热材料中设置多个贯通蓄热材料的第一孔和多个第二孔，第一孔和第二孔交叉设置切互相不连通，所述第一孔用于流通水泥生产过程所产生的烟气，第二孔用于流通低温介质；所述烟气从高温烟气入口进入，经过第一孔，然后从高温烟气出口排出，低温介质从低温介质入口进入，经过第二孔，然后从低温介质出口排出。所述第一孔和第二孔为多排结构，两排第一孔之间设置一排第二孔，两排第二孔之间设置一排第一孔，第一孔和第二孔之间构成90°设置，其中第一孔的直径为D1，第二孔的直径为D2，第一孔的中心线和第二孔的中心线之间的距离为L，则D1、D2和L满足如下公式:L=a*(Dl2+D22)b，其中 a, b 为参数，其中 0.98〈=a〈=L 09，0.54〈=b〈=0.57;30mm<=D I <=7Ommj 30mm〈=D2〈=70mm， L的单位为mm, Dl, D2的数值为单位为mm时的数值。所述换热器为立式结构,第一孔为竖直方向，第二孔为水平方向，在竖直方向上设置多个隔板，将第一孔分为多个独立的通道。沿着烟气流动的方向，所述的蓄热材料的蓄热能力逐渐降低。沿着烟气流动的方向，所述的第一孔的中心线和第二孔的中心线之间的距离为L逐渐减小。在低温工质的入口上设置调节阀，用于调节进入第二孔的介质的流量，在高温烟气出口位置上设置温度传感器，用于测量换热器出口的烟气的温度；调节阀、温度传感器与中央控制器进行数据连接，中央控制根据温度传感器测量的温度的大小，自动调节进入第二孔的介质的流量。如果测量的温度低于第一温度，则中央控制器自动减少调节阀的开度，如果测量的温度高于第二温度，则中央控制器自动增加调节阀的开度，其中第二温度大于第一温度。所述蓄热介质是陶瓷材料，所述陶瓷材料的质量成分如下:Si0241%，3.22%Li20、5.85%Ti02,4.3%Mg0, 7.l%La203, 0.5%Ba0,其余的是 A1203。第二孔在垂直于烟气的流动方向上为并联结构，沿着烟气流动的方向上，第二孔的管径不断的减少。与现有相比较，本专利技术蓄热式换热器具有如下的优点: O因为是固体蓄热材料，所以烟气与低温介质直接可以通过蓄热材料中进行换热，不需要在换热器中再设置管道，避免了管子的腐蚀，省了管子。2)提供了一种新的蓄热换热器，当高温烟气间歇性停止时，盐基材料与蛇形换热管束内的低温工质进行放热反应。本专利技术的蓄热式换热器能够实现水泥生产过程余热的存储和利用，提高了能源的利用率和发电系统的稳定性。本专利技术针对常规的蓄热用管壳式换热器进行改进，提闻了畜热系统的能力。3)本专利技术具备了常规蓄热系统中的热罐和冷罐的功能，能够同时实现蓄热材料的吸热和放热功能，优化了蓄热系统的结构，减少了初期投资和运行成本。4)本专利技术用蓄热式换热器结构简单，易于制造，成本降低。5)还能实现在蓄热的同时放热，极大优化了预热的利用。6)通过多次试验，优化了换热器的最佳结构，实现换热器同时满足蓄热能力以及成本的需要。7)通过设置隔板，使得整体蓄热均匀，同时强化对流。8)通过自动控制，避免低温腐蚀，同时达到最大的余热利用效果。9)通过蓄热材料的厚度或蓄热能力的变化设置，在满足蓄热需求的情况下节省了成本。10)提供了一种新的蓄热材料，满足水泥生产中的余热利用的需求。【附图说明】图1是本专利技术的蓄热式换热器中吸热结构的示意图； 图2是本专利技术的蓄热式换热器中放热结构的示意图； 图3是本专利技术的蓄热材料的示意图； 图4是图3的蓄热式换热器的左上角局部放大图。附图标记 1、高温烟气出口，2、换热器壳体，3、第一孔，4、竖向隔板，5、高温烟气进口，6、竖向隔板，7、竖向隔板，8、工质出口，9、第二孔，10、工质入口，11、进口管，12、进口联箱，13、调节阀。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】做详细的说明。如图1所示，一种水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括蓄热材料、第二孔9、高温烟气进口 5、高温烟气出口 1、低温工质入口 10、低温工质出口 8和壳体2，所述蓄热材料设置在壳体内，所述蓄热材料为固体蓄热材料；所述蓄热材料中设置多个贯通蓄热材料的第一孔3和多个第二孔9，第一孔3和第二孔9交叉设置切互相不连通，所述第一孔3用于流通水泥生产过程所产生的烟气，第二孔9用于流通低温介质，所述烟气从高温烟气入口 5进入，经过第一孔3，然后从高温烟气出口 I排出，低温介质从低温介质入口8进入，经过第二孔9，然后从低温介质出口 10排出。烟气经过第一管束的时候，蓄热材料吸收烟气中的热量，然后蓄热介质将吸收的热量传递给第二孔的低温介质，从而完成换热过程。因为蓄热材料为固体蓄热材料，换热过程中不发生相变，因此烟气可以直接穿过蓄热材料中的第一孔，不需要单独在第一孔中设置管束，节省了管束。同样，因为低温工质在第二孔中流动，而烟气在第一孔中流动，烟气和低温工质无法直接混合，节省了第二管，节省了成本。所述蓄热材料是一体化结构的材料。优选的，蓄热材料为陶瓷蓄热材料。之所以采用陶瓷蓄热材料，因为陶瓷具有耐腐蚀性，与传统的设置管束的相比，可以同时防止尾气发生腐蚀管束的作用。烟气和低温介质可以同时进行流动，蓄热材料在吸收烟气热量的同时，将热量传递给低温介质。当然作为另一个选择，烟气和低温介质可以不同时间段分别与蓄热介质进行换热。在吸热过程中，高温烟气在管内放热，蓄热材料存储热量；当需要利用储存的热量时，第二孔9内通过低温介质，吸收蓄热介质的热量。例如当高温烟气间歇性停止时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无管束水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括蓄热材料、高温烟气进口、高温烟气出口、低温工质入口、低温工质出口和壳体，所述蓄热材料设置在壳体内，所述蓄热材料为固体蓄热材料，所述蓄热材料中设置多个贯通蓄热材料的第一孔和多个第二孔，第一孔和第二孔交叉设置切互相不连通，所述第一孔用于流通水泥生产过程所产生的烟气，第二孔用于流通低温介质；所述烟气从高温烟气入口进入，经过第一孔，然后从高温烟气出口排出，低温介质从低温介质入口进入，经过第二孔，然后从低温介质出口排出。

【技术特征摘要】
1.一种无管束水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括蓄热材料、高温烟气进口、高温烟气出口、低温工质入口、低温工质出口和壳体，所述蓄热材料设置在壳体内，所述蓄热材料为固体蓄热材料，所述蓄热材料中设置多个贯通蓄热材料的第一孔和多个第二孔，第一孔和第二孔交叉设置切互相不连通，所述第一孔用于流通水泥生产过程所产生的烟气，第二孔用于流通低温介质；所述烟气从高温烟气入口进入，经过第一孔，然后从高温烟气出口排出，低温介质从低温介质入口进入，经过第二孔，然后从低温介质出口排出。2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述第一孔和第二孔为多排结构，两排第一孔之间设置一排第二孔，两排第二孔之间设置一排第一孔，第一孔和第二孔之间构成90°设置，其中第一孔的直径为D1，第二孔的直径为D2，第一孔的中心线和第二孔的中心线之间的距离为L，则D1、D2和L满足如下公式:L=a*(Dl2+D22)b，其中 a, b 为参数，其中 0.98〈=a〈=l.09，0.54〈=b〈=0.57;3Omm<=DI<=70mm, 30mm<=D2<=70mm, L的单位为mm, Dl, D2的数值为单位为mm时的数值。3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于a=l.02, b=0.56。4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于:所述换热...

【专利技术属性】
技术研发人员：程林，杜文静，
申请(专利权)人：山东省能源与环境研究院，
类型：发明
国别省市：山东;37