高效低阻緊湊煙氣深度余熱回收裝置的制作方法

本發明涉及煙氣余熱回收技術領域，更具體地，涉及一種高效低阻緊湊煙氣深度余熱回收裝置。

背景技術：

目前廣泛應用于低溫煙氣余熱深度回收領域的技術主要有兩種：冷媒與煙氣間壁式換熱，空塔噴霧與煙氣直接接觸式換熱。針對煙氣余熱回收領域，目前主要采用的是間壁式換熱，如鍋爐常用的低溫省煤器、低低溫省煤器等，如果采用光管換熱器則設備龐大、占地大而且投資顯著增加，如果采用翅片管則可能出現比較嚴重的翅片腐蝕、結垢和堵塞等問題，風機的電功耗也比較大，而且間壁式換熱裝置的煙氣出口溫度端差(出口煙氣溫度與冷媒最低溫度差)一般為20℃-30℃甚至更高，煙氣余熱回收效率有比較大的提升空間。為了進一步回收煙氣余熱特別是潛熱，目前煙氣余熱深度回收主要是采用空塔噴霧與煙氣直接接觸式換熱技術，但首先空塔噴霧換熱塔內煙氣流場很不均勻，特別是負荷偏離設計較大時更為明顯，某些情況下，塔內出現嚴重的煙氣偏流和回流，造成系統余熱利用的不穩定性和效率顯著下降等問題，空塔噴霧與煙氣直接接觸式換熱技術的換熱器主體煙氣出口溫度端差一般為5℃-10℃，煙氣余熱回收效率也有進一步提升空間；其次普遍采用的圓形塔噴霧接觸換熱+煙氣進出口突擴突縮的結構形式，雖然結構比較簡單但不僅由于換熱性能差造成設備比較大，而且結構也不緊湊，占地和系統投資比較大，此外煙氣輸送阻力比較大和中介換熱介質流量大等使得其運行電耗也比較突出，其綜合性能有待于進一步提升。

綜上，針對低溫煙氣余熱回收領域，現有的間壁式換熱技術存在低溫腐蝕、結垢和堵塞，設備管路復雜，排煙溫度依然比較高，余熱回收明顯不足，占地面積大，維護成本高，投資回收期長等問題；空塔噴霧直接接觸式換熱技術存在換熱塔內嚴重的偏流甚至回流，余熱回收仍然不足，以及系統不夠緊湊，而且煙氣輸送阻力比較大和中介換熱介質流量大等使得其運行電耗也比較突出，其綜合性能有待于進一步提升。

技術實現要素：

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明提出了一種高效低阻緊湊煙氣深度余熱回收裝置，所述煙氣深度余熱回收裝置，能夠降低煙氣輸送阻力，改善煙氣的速度分布均勻性，還可以降低換熱流動阻力，提高余熱回收效率。

根據本發明實施例的高效低阻緊湊煙氣深度余熱回收裝置，包括：換熱主體、噴淋裝置、組合填料組件、煙氣進入漸擴流道部、煙氣排出漸縮流道部和余熱利用系統，所述換熱主體內形成有換熱腔，所述換熱腔具有煙氣進口、煙氣出口、中介換熱介質進口和中介換熱介質出口，所述煙氣出口設在所述換熱主體的上部或側部，所述煙氣進口設在所述換熱主體的側部且包括第一子進口和第二子進口，所述中介換熱介質進口設在換熱腔的上部，所述中介換熱介質出口設在換熱腔的下部；所述噴淋裝置設在所述換熱腔內且與所述中介換熱介質進口連通，以通過所述噴淋裝置向所述換熱腔內噴入中介換熱介質；所述組合填料組件設在所述換熱腔內，所述噴淋裝置的下方且位于所述煙氣進口和所述煙氣出口之間，所述第二子進口連接所述組合填料組件的側壁，所述第一子進口位于所述第二子進口下方且低于所述組合填料組件，煙氣從所述煙氣進口進入所述換熱腔，煙氣在所述組合填料組件內自下而上流動且與由所述噴淋裝置噴淋的自上而下流動的中介換熱介質進行接觸熱質交換；所述煙氣進入漸擴流道部的一端與所述煙氣進口相連且在煙氣的流動方向上至少部分所述煙氣進入漸擴流道部的橫截面積遞增；所述煙氣排出漸縮流道部的一端與所述煙氣出口相連且在煙氣的流動方向上至少部分所述煙氣排出漸縮流道部的橫截面積遞減；所述余熱利用系統分別與所述中介換熱介質進口和所述中介換熱介質出口相連以回收所述中介換熱介質的熱量。

根據本發明實施例的高效低阻緊湊煙氣深度余熱回收裝置，能夠降低煙氣輸送阻力，改善煙氣的速度分布均勻性，還可以降低換熱流動阻力，提高余熱回收效率。

另外，根據本發明上述實施例的換熱組件還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的一些實施例，所述第一子進口和所述第二子進口連通，且所述第二子進口在豎直方向延伸的尺寸h與所述組合填料組件的高度和h的比值為1/10至1/2。

根據本發明的一些實施例，所述換熱腔形成為大體長方體，所述煙氣進口和所述煙氣出口設在所述換熱腔的相對或相鄰的兩個側面上。

根據本發明的一些實施例，所述組合填料組件包括至少兩種比表面積不同的填料，其中比表面積小的填料設在所述第二子進口處。

根據本發明的一些實施例，所述高效低阻緊湊煙氣深度余熱回收裝置還包括：中介換熱介質管路系統，所述中介換熱介質管路系統分別連接所述中介換熱介質出口和所述中介換熱介質進口，中介換熱介質從所述中介換熱介質出口流出，經所述余熱利用系統降溫后，流向所述中介換熱介質進口，所述中介換熱介質管路系統包括：中介換熱介質出管，所述中介換熱介質出管的一端與所述中介換熱介質出口連通且另一端與余熱利用系統相連；中介換熱介質進管，所述中介換熱介質進管的一端與余熱利用系統相連且另一端與所述中介換熱介質進口連通，以使所述中介換熱介質在余熱利用系統中釋放熱量降溫后經所述中介換熱介質進管流至所述噴淋裝置；中介換熱介質泵，所述中介換熱介質泵設在所述中介換熱介質出管上。

可選地，所述高效低阻緊湊煙氣深度余熱回收裝置還包括：加堿系統，所述加堿系統與所述中介換熱介質出管相連以向所述中介換熱介質內添加堿液以調節所述中介換熱介質的ph值。

進一步地，所述加堿系統包括：用于存儲所述堿液的堿液箱；加堿管路系統，所述加堿管路系統的一端與所述堿液箱相連且另一端與所述中介換熱介質出口連通；控制器，所述控制器與所述加堿管路系統相連以控制所述加減管路系統的通斷；加堿泵，所述加堿泵設在所述加堿管路系統上且與所述控制器相連以在所述控制器的控制下啟停；用于加熱所述堿液的伴熱裝置，所述伴熱裝置包括設在堿液箱中的堿液伴熱傳熱單元和與所述堿液伴熱傳熱單元相連的堿液伴熱進口管道和堿液伴熱出口管道。

可選地，所述堿液箱設在所述換熱主體上。

根據本發明的一些實施例，所述高效低阻緊湊煙氣深度余熱回收裝置還包括：除水器，所述儲水器設在所述換熱主體上且鄰近所述煙氣出口。

可選地，所述余熱利用系統為熱泵或余熱利用換熱器。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

圖1是根據本發明實施例的煙氣深度余熱回收裝置的原理示意圖；

圖2是根據本發明實施例的煙氣深度余熱回收裝置的主視圖的結構示意圖；

圖3是圖2中煙氣進口處圈示的放大圖；

圖4是根據本發明實施例的煙氣深度余熱回收裝置的俯視圖的結構示意圖；

圖5根據本發明實施例的煙氣深度余熱回收裝置的部分結構的立體圖；

圖6是根據本發明實施例的煙氣深度余熱回收裝置換熱主體中煙氣和中介換熱介質的流動示意圖，其中，實心箭頭為中介換熱介質的流向，空心箭頭為煙氣的流向；

圖7是根據本發明實施例的煙氣深度余熱回收裝置的組合填料組件的立體圖；

圖8是根據本發明實施例的煙氣深度余熱回收裝置的主視圖的結構示意圖；

圖9是根據本發明實施例的煙氣深度余熱回收裝置的主視圖的結構示意圖；

圖10是根據本發明實施例的煙氣深度余熱回收裝置的主視圖的結構示意圖；

圖11是根據本發明一些實施例的煙氣深度余熱回收裝置中堿液箱伴熱裝置的結構示意圖，其中，伴熱液依靠重力進行輸送；

圖12是根據本發明另一些實施例的煙氣深度余熱回收裝置中堿液箱伴熱裝置的結構示意圖，其中，伴熱液依靠抽力進行輸送；

圖13是根據本發明再一些實施例的煙氣深度余熱回收裝置中堿液箱伴熱裝置的結構示意圖，其中，伴熱液依靠重力和抽力進行輸送；

圖14是根據本發明實施例的煙氣深度余熱回收裝置的俯視圖的結構示意圖；

圖15是根據本發明實施例的煙氣深度余熱回收裝置的組合填料組件的立體圖；

圖16是根據本發明實施例的煙氣深度余熱回收裝置的主視圖的結構示意圖；

圖17是根據本發明實施例的煙氣深度余熱回收裝置的組合填料組件的立體圖。

附圖標記：

100：煙氣深度余熱回收裝置；

1：換熱組件；

11：換熱主體；112：換熱腔；113：組合填料組件；1131：第一組合填料；1132：第二組合填料；114：噴淋空間；115：噴淋裝置；1151：噴淋頭；1152：噴淋管；116：中介換熱介質出口；117：中介換熱介質進口；118：煙氣進口；1181：第一子進口；1182：第二子進口；119：煙氣出口；12：煙氣進入漸擴流道部；13：煙氣排出漸縮流道部；14：除水器；

2：煙氣管道系統；21：煙氣進管；22：煙氣出管；23：風機；24：煙囪；

3：中介換熱介質管路系統；31：中介換熱介質出管；32：中介換熱介質進管；33：中介換熱介質泵；

4：加堿系統；40：控制器；41：加減管路系統；42：堿液箱；43：加堿泵；44：堿液箱伴熱裝置；440：堿液箱伴熱傳熱單元；441：堿液箱伴熱進口管道；442：堿液箱伴熱出口管道；

5：余熱利用系統。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“上”、“下”、“前”、“后”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”、“徑向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面結合附圖詳細描述根據本發明實施例的高效低阻緊湊煙氣深度余熱回收裝置，其中，上下方向以換熱組件1正常使用時的上下方向為準，帶實心箭頭的實線示意中介換熱介質的流向，帶空心箭頭的實線示意煙氣的流向。在下文的描述中，所述中介換熱介質是指，一方面與煙氣在煙氣余熱回收裝置100中接觸換熱而吸收煙氣的低溫余熱，另一方面與余熱利用介質在余熱利用系統5中進行換熱而放出熱量的中間換熱介質。

參照圖1所示，根據本發明實施例的用于煙氣余熱回收裝置包括：換熱主體11、噴淋裝置115、組合填料組件113、煙氣進入漸擴通道部12、煙氣排出漸縮通道部13和余熱利用系統5。

具體而言，如圖1和圖2所述，換熱主體11內可以形成有換熱腔112，換熱腔112可具有煙氣進口118、煙氣出口119、中介換熱介質進口117和中介換熱介質出口116，其中煙氣出口119可以設在換熱主體11的上部，煙氣進口118設在換熱主體11的側部，并且煙氣進口118包括第一子進口1181和第二子進口1182，從而煙氣可以從第一子進口1181和第二子進口1182進入換熱腔112，與中介換熱介質完成換熱后可以從換熱主體11上部的煙氣出口119流出。

噴淋裝置115可以設在換熱腔112內，并且噴淋裝置115可與中介換熱介質進口117連通，以通過噴淋裝置115向換熱腔112內噴入中介換熱介質，使中介換熱介質和煙氣在換熱腔112內直接接觸，實現換熱。

組合填料組件113可用于使煙氣和中介換熱介質直接接觸換熱，如圖1和圖2所示，組合填料組件113可以設在換熱腔112內，并且組合填料組件113可包括一種或者幾種比表面積不同的填料，組合填料組件113可以設在噴淋裝置115的下方，并且組合填料組件113可位于煙氣進口118和煙氣出口119之間，如圖3所示，第一子進口1181可與組合填料組件113的側壁正對，第二子進口1182可位于第一子進口1181下方，并且第二子進口1182可低于組合填料組件113。由此，從第一子進口1181進入換熱腔112的煙氣可以直接從側部流入組合填料組件113，從第二子進口1182進入換熱腔112的煙氣可以從底部向上流入組合填料組件113，從而可以改善煙氣在換熱腔112內分布的均勻性，避免換熱腔112內出現煙氣流動低速區甚至回流區，從而可以提高換熱性能。

如圖2所示，煙氣進入漸擴通道部12的一端可與煙氣進口118相連，并且在煙氣的流動方向上，至少部分煙氣進入漸擴通道部12的徑向尺寸可以遞增，煙氣排出漸縮通道部13的一端可與煙氣出口119相連，并且在煙氣的流動方向上，至少部分煙氣排出漸縮通道部13的徑向尺寸可以遞減。也就是說，煙氣進入漸擴通道部12形成為漸擴通道，煙氣排出漸縮通道部13形成為減縮通道。這樣，不僅可以提高煙氣在填料中的分布均勻性，而且還可以降低煙氣輸送過程中的阻力，進一步提高換熱效率和降低煙氣輸送功耗。

其中，換熱主體11、噴淋裝置115、組合填料組件113、煙氣進入漸擴流道部12和煙氣排出漸縮流道部13可以共同構成換熱組件1。

余熱利用系統5可分別與中介換熱介質進口116和中介換熱介質出口117相連，以回收中介換熱介質的的熱量，提高熱量的利用率。

根據本發明實施例的煙氣余熱回收裝置100，通過在換熱主體11內形成換熱腔112，設置噴淋裝置115向換熱腔112內噴入中介換熱介質，將組合填料組件113設在換熱腔112內，使中介換熱介質和煙氣在換熱腔112內直接接觸換熱，并將組合填料組件113設在噴淋裝置115的下方，利用組合填料組件113輔助換熱，可以提高換熱效率和降低煙氣流動阻力，將煙氣進入漸擴通道部12設為漸擴管道，將煙氣排出漸縮通道部13設為減縮管道，還可以進一步提高換熱效率和降低煙氣的流動阻力，并將煙氣進口118設為包括第一子進口1181和第二子進口1182，使第一子進口1181與組合填料組件113的側壁正對，并使第二子進口1182位于低于組合填料組件113，可以提高煙氣在換熱腔112中分布的均勻性，通過余熱利用系統5回收中介換熱介質的熱量，從而可以再進一步增強換熱性能和降低煙氣的流動阻力，提高熱量回收率。

根據本發明的一些實施例，如圖3所示，第一子進口1181和第二子進口1182可以連通，并且第一子進口1181和第二子進口1182在豎直方向上延伸的尺寸h與組合填料組件113的高度h的比值可以為1/10至1/2。也就是說h/h可以在0.1-0.5之間取值，例如，在圖3所示的示例中，h/h大約為1/3。由此，可以改善煙氣進入組合填料組件113內的流場均勻性和煙氣在流出容納腔時的溫度的一致性，利于換熱，而且還同時可以一定程度上降低煙氣流動阻力。

在一些實施例中，換熱腔112可以形成為大體長方體，結構簡單緊湊，煙氣進口118和煙氣出口119可以設在換熱腔112的相對或相鄰的兩個側面上。具體而言，如圖5所示，煙氣進口118和煙氣出口119形成在換熱腔112的相對的兩個側面上，從而煙氣從一側進入換熱腔112，完成換熱后從相對的一側流出，可以在一定程度上延長煙氣與中介換熱介質的接觸時間，提高余熱吸收率。或者，如圖11所示，煙氣進口118和煙氣出口119可以形成在換熱腔112的相鄰的兩個側面上，煙氣從換熱腔112的一側流入，在換熱腔112內與中介換熱介質進行換熱，完成換熱后，煙氣可以從相鄰的一側流出，不僅結構簡單，而且方便管路排布。

可選地，中介換熱介質可以是水，由于水的比熱容較大，采用水作為中介換熱介質，將水和煙氣在換熱腔112內直接接觸換熱，從而可以吸收煙氣中的潛熱，提高換熱性能，并且采用水作為中介換熱介質，可以降低成本。

通常，由于煙氣中含有一定量的酸性物質和煙塵，中介換熱介質在與煙氣接觸換熱過程中將吸收其中的部分，以及為保證中介換熱介質的酸堿度符合設備和管路系統的防腐要求，需要向中介換熱介質加入一定量的堿性物質，因此，中介換熱介質的水也實質上是含有一定量的鹽類、酸堿類和煙塵類的混合溶液。

如圖1所示，中介換熱介質進口117可以設在換熱腔112的上部，并且中介換熱介質出口116可以設在換熱腔112的底壁上，從而中介換熱介質可以從換熱腔112的上部進入，由噴淋裝置115噴灑，在重力的作用下向下運動，完成與煙氣的換熱后，從換熱腔112底壁上的中介換熱介質出口116流出。一方面可以增大中介換熱介質與煙氣的接觸面積，提高換熱效率，另一方面可以充分利用組合填料組件113進行輔助，增強換熱效果。

根據本發明的一些實施例，如圖2所示，噴淋裝置115可以包括：噴淋頭1151和噴淋管1152，其中，噴淋頭1151可以設在換熱腔112內，并且噴淋頭1151可以位于組合填料組件113的上方，噴淋管1152的一端可與中介換熱介質進口117連通，并且噴淋管1152的另一端可與噴淋頭1151相連。這樣，中介換熱介質從中介換熱介質進口117可以流入噴淋管1152，然后由噴淋頭1151噴灑出，在噴淋空間114自上而下噴淋，與自下而上的煙氣進行直接接觸式換熱，并且組合填料組件113可以為煙氣與中介換熱介質提供熱質交換的主要載體，從而可以進一步提高換熱效率。

可選地，噴淋頭1151可為多個，并且多個噴淋頭1151可以互相間隔設置，以提高中介換熱介質噴淋的均勻性，優化換熱性能，同時還可以降低煙氣中粉塵顆粒的排放。例如，如圖1和圖3所示，噴淋頭1151可以是并排設置的三個，當然，本發明的結構不限于此，噴淋頭1151還可以是四個、五個以及縱橫陣列布置等，這對本領域的技術人員來說是可以理解的，在此不再詳細描述。

在一些實施例中，如圖2、圖3和圖6所示，組合填料組件113可包括一種相同比表面積的填料。或者，組合填料組件113可以包括至少兩種比表面積不同的填料，其中，比表面積小的填料可以設在第二子進口處，即比表面積小的填料可以設在第二子進口的附近區域。如圖7所示為包括兩種不同比表面積的填料，即第一組合填料1131和第二組合填料1132，其中第二組合填料1132的比表面積大，第一組合填料1131的填料比表面積小。第一組合填料1131為主要煙氣與中介換熱介質接觸換熱的填料，第二組合填料1132是為了改善位于煙氣進口側的煙氣速度比較低而設的比表面積小一些的填料，第二組合填料1132位于煙氣進口側，或者說是位于煙氣第一子進口附近區域。設置第二組合填料1132可以進一步改善煙氣在填料中的速度分布均勻性，從而可以進一步提高煙氣與中介換熱介質的接觸換熱性能。

根據本發明的一些實施例，煙氣余熱回收裝置100還可以包括：中介換熱介質管路系統，中介換熱介質管路系統分別連接中介換熱介質出口116和中介換熱介質進口117，中介換熱介質從所述中介換熱介質出口116流出，經所述余熱利用系統5降溫后，流向所述中介換熱介質進口117。

如圖1所示，中介換熱介質管路系統包括：中介換熱介質出管31和中介換熱介質進管32，其中，中介換熱介質出管31的一端可與中介換熱介質出口116連通，中介換熱介質出管31的另一端可與余熱利用系統5相連，中介換熱介質從換熱腔112流出并在余熱利用系統5中放出熱量而被降溫；中介換熱介質進管32的一端可與余熱利用系統5相連，中介換熱介質進管32的另一端可與設置在換熱腔112上部的中介換熱介質進口117連通，以使中介換熱介質在余熱利用系統5中釋放熱量降溫后經中介換熱介質進管32流至所述噴淋裝置115。也就是說，在余熱利用系統5中放出熱量而被降溫的中介換熱介質經連通余熱利用系統5與中介換熱介質進口117的中介換熱介質進管32輸送至換熱腔112中的噴淋裝置115。中介換熱介質經過噴淋裝置115噴淋后，在換熱腔內與煙氣接觸換熱而吸收煙氣中的熱量，煙氣降溫和中介換熱介質升溫，在重力的作用下中介換熱介質降落至換熱腔112底部的中介換熱介質集箱中，完成中介換熱介質在余熱利用系統5中被降溫而又在換熱組將1中被升溫的換熱循環，實現煙氣余熱的回收利用。

如圖1和圖2所示，中介換熱介質管路系統還可以包括：中介換熱介質泵33，中介換熱介質泵33可以設在中介換熱介質出管31上，以將完成換熱的中介換熱介質從換熱主體11中泵送出，實現中介換熱介質的循環。

在一些實施例中，如圖1和圖2所示，煙氣余熱回收裝置100還可以包括：加堿系統4，其中，加堿系統4可與中介換熱介質出管31相連，以向中介換熱介質內添加堿液以調節中介換熱介質的ph值。煙氣與中介換熱介質接觸換熱的過程中，不僅會使中介換熱介質的溫度升高，而且會吸收煙氣中的部分酸性物質，例如二氧化硫等，設置加堿系統4，可以將完成換熱后的中介換熱介質的ph值調節至合理范圍，如中性或者弱堿性，防止設備和管道系統被腐蝕，同時可以使排放達標。

如圖1和圖2所示，加堿系統4可以包括：堿液箱42、加堿管路系統41、控制器40、加堿泵43和堿液箱伴熱裝置44。具體而言，堿液箱42可用于存儲堿液，加堿管路系統41的一端可與堿液箱42相連且另一端可與中介換熱介質出管31連通，以將堿液箱42內的堿液添加至中介換熱介質中，控制器40可與加堿管路系統41和加堿泵43相連，以實現中介換熱介質的ph測量、控制加減管路系統41的通斷和堿液的合理添加，加堿泵43可以設在加堿管路系統41上，并且加堿泵43可與控制器40相連以在控制器40的控制下啟動。需要向中介換熱介質中添加堿液時，控制器40控制加減管路系統41連通并控制加堿泵43啟動，加堿泵43將堿液箱42中的堿液泵送至中介換熱介質中，以調節中介換熱介質的ph值。由此，不僅可以實現煙氣余熱的回收，而且可以減少硫氧化物和氮氧化物等的排放。

伴熱裝置44可用于加熱堿液，防止低溫堿液結晶等，伴熱裝置44可以包括設在堿液箱42中的堿液箱伴熱傳熱單元440和與堿液箱伴熱傳熱單元440相連的堿液箱伴熱進口管道441和堿液箱伴熱出口管道442。

如圖1、圖2、圖11、圖12和圖13，伴熱裝置44可以利用中介換熱介質對堿液箱的堿液進行伴熱，以防止低溫堿液結晶等。中介換熱介質的溫度通常為30-50℃，將換熱腔112底部的中介換熱介質的熱量通過堿液箱伴熱裝置44傳送給堿液箱42中的堿液，可使得堿液箱42中的堿液在低溫環境中保持一定的溫度，從而可以有效地防止低溫堿液結晶等。

也可以將中介換熱介質進管32或者中介換熱介質出管31或者換熱腔112中的中介換熱介質的熱量傳送給堿液箱42中的堿液，但采用將換熱腔底部的中介換熱介質的熱量通過堿液箱伴熱裝置44傳送給堿液箱42中的堿液的方式更簡便有效。

將換熱腔112底部的中介換熱介質的熱量通過堿液箱伴熱裝置44傳輸給堿液箱42中的堿液的中介換熱介質的傳輸動力，可以利用中介換熱介質(即，伴熱液)從高處下落的壓頭，稱為重力傳輸，如圖11所示；也可以利用中介換熱介質泵33在與中介換熱介質出口116相連接的設置在換熱腔112內的管道中獲得的壓力差，或者是與中介換熱介質出口116相連接的中介換熱介質出管31中獲得的壓力差，稱為抽力傳輸，如圖12所示；也可以聯合上述重力傳輸和抽力傳輸，稱為重力與抽力傳輸，如圖13所示。當然，也可以設置堿液伴熱泵泵送伴熱液(例如，中介換熱介質)的方式，稱為伴熱泵傳輸；還可以采用熱管傳熱的方式，稱為熱管傳輸；以及可以采用電加熱堿液的方式，稱為電加熱伴熱。但前述的重力傳輸、抽力傳輸和重力與抽力傳輸方式更為簡便、可靠和經濟。

具體的，如圖11所示，堿液箱伴熱裝置44包括在堿液箱42中設置的堿液伴熱傳熱單元440，以及與堿液伴熱傳熱單元440相連接的堿液伴熱進口管道441和堿液伴熱出口管道442，其中堿液伴熱進口管道441和堿液伴熱出口管道442的分別與堿液伴熱傳熱單元440的伴熱進口和伴熱出口相連接，組成中介水可以流通的換熱回路，而另一端分別連接在換熱腔112的底部，但堿液伴熱進口管道441和堿液伴熱出口管道442存在一定的中介水落差，從而可以利用中介換熱介質從高處下落的壓力(落差)驅動中介水在堿液伴熱傳熱單元440流動，當堿液溫度低于流過的中介換熱介質的溫度時實現向堿液傳輸熱量，稱為重力傳輸堿液伴熱。

具體的，如圖12所示，堿液箱伴熱裝置44包括在堿液箱中設置的堿液伴熱傳熱單元440，以及與堿液伴熱傳熱單元440相連接的堿液伴熱進口管道441和堿液伴熱出口管道442，其中堿液伴熱進口管道441和堿液伴熱出口管道442的一端分別與堿液伴熱傳熱單元440的伴熱進口和伴熱出口相連接，組成中介水可以流通的換熱回路，而堿液伴熱進口管道441的另一端連接在換熱腔112的底部，堿液伴熱出口管道442的另一端連接在與中介換熱介質出口116相連接的管道上，利用中介換熱介質泵33的抽力驅動中介水在堿液伴熱傳熱單元440流過，當堿液溫度低于流過的中介換熱介質的溫度是實現向堿液傳輸熱量，稱為抽力傳輸堿液伴熱。

具體的，如圖13所示，所述堿液箱伴熱裝置44，包括在堿液箱中設置的堿液伴熱傳熱單元440，以及與堿液伴熱傳熱單元440相連接的堿液伴熱進口管道441和堿液伴熱出口管道442，其中堿液伴熱進口管道441和堿液伴熱出口管道442的一端分別與堿液伴熱傳熱單元440的伴熱進口和伴熱出口相連接，組成中介水可以流通的換熱回路，而堿液伴熱進口管道441的另一端連接在換熱腔112的底部，堿液伴熱出口管道442的另一端連接在與中介換熱介質出口116相連接的管道上，堿液伴熱傳熱單元440的伴熱進口和伴熱出口之間不僅中介換熱介質從高處下落的壓頭(落差)，而且還存在由于中介換熱介質泵33泵送中介換熱介質而產生的抽力壓差，當堿液溫度低于流過的中介換熱介質的溫度是實現向堿液傳輸熱量，稱為重力與抽力傳輸堿液伴熱。

有利地，如圖5所示，堿液箱42可以設在換熱主體11上，以減小堿液箱42的空間占用，使得換熱組件1的結構更加緊湊，同時也便于利用中介換熱介質對堿液箱42的堿液進行伴熱。

根據本發明的一些實施例，煙氣余熱回收裝置100還可以包括：除水器14，如圖1、圖2和圖10所示，除水器14可以設在換熱主體11上，并且可以鄰近煙氣出口119，除水器14可以收集經過換熱后的煙氣中的細小水珠，降低煙氣中夾帶的水霧，從而可以減少煙氣排出漸縮通道部13的低溫腐蝕，延長使用壽命。除水器14可以設置在換熱主體11的上部的頂部，如圖1和圖2，還可以設置在換熱主體11的上部的側部，如圖10。

可選地，余熱利用系統5可為熱泵或余熱利用換熱器，從而可以回收中介換熱介質中的顯熱和潛熱，實現供暖等，提高熱量的利用率。

下面結合圖1-圖13對根據本發明實施例一的煙氣余熱回收裝置100進行詳細描述。

如圖1、圖2所示，來自煙氣進管21的煙氣由煙氣進入漸擴通道部12流入換熱主體11后，煙氣流速降低且煙氣動能有效轉化為壓力能，從而可以有效地降低煙氣流動阻力。煙氣經擴張降速后從煙氣進口118均勻流入換熱腔112內組合填料組件113中與噴淋水進行接觸換熱，消除了現有技術的煙氣在與中介換熱介質接觸換熱時的較大偏流甚至回流等問題，不僅降低了煙氣在接觸換熱過程中煙氣流動阻力，而且顯著提高了換熱性能。

如圖2、圖3和圖6所示，為了進一步提高煙氣在組合填料組件113中的煙氣速度均勻性和接觸換熱后煙氣溫度的一致性，煙氣進口118設置為包括第一子進口1181和第二子進口1182，即大部分煙氣經第一子進口1181進入換熱腔112，然后由組合填料組件113下方進入組合填料組件113內由上而下的中介換熱介質進行接觸換熱，以及小部分煙氣經第二子進口1182從側部直接進入組合填料組件113內，并與由上而下的中介換熱介質進行接觸換熱。

同時，組合填料組件113可以采用一種或者幾種比表面積不同的填料。采用兩種或者兩種以上不同比表面積的填料，將比表面積小的填料設置在煙氣速度低的區域，可以進一步改善煙氣在填料中速度分布均勻性，從而可以進一步提高煙氣與中介換熱介質在填料中的換熱性能和降低煙氣在填料中的流動阻力。數值模擬分析表明，在煙氣進口區域的煙氣速度偏低，通常可以在煙氣進口側區域設置比表面積小一些的填料，以改善該區域的煙氣速度分布均勻性。通常采用兩種比表面積的填料即可獲得比較滿意的煙氣速度分布均勻性。采用兩種比表面積的填料，如圖7所示，即換熱器主體組合填料組件113包括第一組合填料1131和第二組合填料1132，第二組合填料1132的比表面積比第一組合填料1131的比表面積稍微小一些，在第一子進口1181的附近區域設置比表面積稍微小一些的第二組合填料1132，可以更進一步改善煙氣在組合填料組件113中的速度均勻性和接觸換熱后煙氣溫度的一致性，從而更進一步降低煙氣在接觸換熱過程中的流動阻力和提高換熱性能。

組合填料組件113的水平中截面為方形，可以使換熱組件1的結構比較緊湊，特別是對于大型系統而言緊湊性的優勢更為突出，相對于現有技術可以節省設備占地20％以上，投資更加節省。

如圖1、圖2所示，煙氣在組合填料組件113與由上而下的中介換熱介質進行接觸換熱，煙氣降溫減濕而中介換熱介質升溫增量，然后煙氣流經組合填料組件113上部的噴淋空間114，并經除水器14后再經煙氣排出漸縮通道部13降壓增速后流出換熱組件1。減擴的煙氣進入漸擴通道部12可以使流經的煙氣降壓增速，相對于現有技術普遍采用的突縮方式可有效地降低煙氣的流動阻力。煙氣經煙氣排出漸縮通道部13流出換熱組件1后，經后續煙氣出管22、煙囪24后排放到大氣中。

與此同時，如圖1、圖2和圖3所示，換熱腔112中的中介換熱介質經中介換熱介質出口116流入中介換熱介質出管31，送至余熱利用系統5(如熱泵等)中進行換熱，經過余熱利用系統5換熱降溫之后的中介換熱介質再經中介換熱介質進管32從中介換熱介質進口117流入噴淋裝置115。噴淋裝置115使得中介換熱介質呈細小水珠均勻噴灑，自上而下經過噴淋空間114、組合填料組件113，與煙氣進行直接接觸式的傳熱傳質交換，最后聚集在換熱腔112底部的中介換熱介質集箱中，然后經過中介換熱介質出口116流向余熱利用系統5，如此實現了中介換熱介質的循環使用。

另外，由于煙氣中含有水蒸氣被中介換熱介質冷卻而形成冷凝水，落向換熱主體11底部，多余的中介換熱介質可通過中介換熱介質出管32外排。

中介換熱介質在與煙氣接觸傳熱傳質的過程中，不僅使得中介換熱介質的溫度升高和中介換熱介質量增加，而且還吸收了煙氣中部分酸性物質(如so2和nox)和灰塵。如圖1、圖2所示，為了防止系統腐蝕和達標排放，設置了加堿系統4，加堿系統4包括堿液箱42、控制器40、加減管路系統41、加堿泵43和堿液箱伴熱裝置44。本實施例的堿液箱42設置在換熱主體11內，也可以另外單獨設置堿液箱42。在運行過程中，加堿控制器40根據中介換熱介質的ph值控制加堿泵43和加減管路系統41，以向中介換熱介質出管31中加入適量的堿液并維持中介換熱介質的ph值為中性或者弱堿性。在特殊情況下也可以使得中介換熱介質的ph值為弱酸性，但系統和管路系統等應具有相關的防腐措施。堿液箱伴熱裝置44可以防止堿液低溫結晶等，提高系統的穩定性和可靠性。

因此，本發明的煙氣余熱回收裝置100，不僅實現了煙氣余熱的高效回收，而且能夠顯著減少nox和sox等的排放，同時噴淋的中介換熱介質可有效降低煙氣中粉塵顆粒的排放，取得良好的經濟效益和煙氣超低排放的環保效果。

進一步地，如圖1、圖2和圖3所示，煙氣進入漸擴通道部12的出口與進口的有效流通面積比為2.7:1；煙氣排出漸縮通道部13的出口與進口的有效流通面積比為1:2.5。本實施例的煙氣進入漸擴通道部12和煙氣排出漸縮通道部13采用逐漸變徑的結構，可以有效地降低煙氣的流動阻力，相對于現有技術普遍采用的突擴突縮結構，可以降低煙氣總阻力20％以上。

可選地，煙氣進入漸擴通道部12的出口與進口的有效流通面積比的范圍為1.5:1至6:1；煙氣排出漸縮通道部13的出口與進口的有效流通面積比的范圍為1:6至1:1.5。由此，可以有效利用煙氣的進出口的漸擴和漸縮結構降低煙氣流動阻力。

進一步地，如圖1、圖2和圖3所示，換熱主體11安裝在煙氣進入漸擴通道部12和煙氣排出漸縮通道部13之間，可以作為煙道的一部分，也就是本實施例的換熱主體11不改變原煙道的布置，換熱主體11的進出口可分別位于換熱主體11的兩個相對側面，如圖5所示，并且分別與煙氣進入漸擴通道部12和煙氣排出漸縮通道部13對接。該煙氣進出口布置對原有設備及管道系統影響小，占地較小及投資更節省。圖5所示的換熱主體11的煙氣進出口為方形，也可以為圓形等。

進一步地，如圖2、圖3和圖5所示，換熱組件1的主要載體——組合填料組件113的煙氣進入面的總面積(即組合填料組件113的下表面的面積與組合填料組件113的與第二子進口1182相對的側面的面積)與換熱組件1的煙氣進口118橫截面面積的比值為7.5:1，簡稱為填料進口面擴張系數。

可選地，填料進口面擴張系數的范圍可以為4:1至15:1。填料進口面擴張系數過大，容易使換熱組件1的設備體積過大，從而會增加設備投資，而填料進口面擴張系數過小則容易引起煙氣與中介換熱介質的接觸換熱性能不足，會使煙氣流動阻力明顯增加。

進一步地，如圖2、圖3和圖6所示，為進一步改善煙氣進入組合填料組件113內的流場均勻性和煙氣在出口處的一致性，在靠近煙氣進入漸擴通道部12一側的組合填料組件113前側下部設置了第二子進口1182。大部分煙氣從第一子進口1181流入換熱腔112后從換組合填料組件113的下表面向上流入，小部分煙氣直接從組合填料組件113的側部的第二子進口1182流入。本實施例的h/h大約為1/3，h/h過大過小都不利于改善煙氣進入組合填料組件113內的流場均勻性和煙氣溫度在出口處的一致性。

進一步地，如圖6所示，組合填料組件113可進一步通過設置兩種或者兩種以上(圖中未示出)，不同表面積的填料分布在不同的區域來改善煙氣在填料層中的流場均勻和煙氣出口119的煙氣溫度的一致性，在煙氣流速較低的區域(如臨近第二子進口1182的區域)放置小比表面積的填料組件，亦或在煙氣流速較高的區域放置大比表面積的填料組件(如遠離第二子進口1182的區域)。如圖6所示，若組合填料組件113的主體填料組件為第一組合填料1131，如通過階梯設置不同厚度的不同比表面積的第二組合填料1132，其中第二組合填料1132的比表面積小于第一組合填料1131的比表面積，可進一步有效改善煙氣在填料層內的流場均勻性和煙氣出口119的煙氣溫度的一致性，從而可以進一步有效改善煙氣與中介換熱介質的接觸換熱性能。

進一步地，如圖1所示，煙氣管道系統可以根據鍋爐的情況不設置煙氣增壓風機23，也可以設置煙氣增壓風機23，如圖8和圖9所示。圖8所示的煙氣管道系統所設置的增壓風機23位于換熱組件1的煙氣進管21上。圖9所示的煙氣管道系統所設置的增壓風機23位于換熱組件1的煙氣出管22上。

本實施例中，由于采用了上述結構，不僅顯著降低了煙氣流動阻力，比現有技術可降低煙氣流動阻力20％至50％，而且顯著提高了煙氣與中介換熱介質的接觸換熱性能，本實施例的換熱組件1的端差(即出口煙氣與中介換熱介質進口117處的中介水的溫度之差)為1℃左右，遠低于空塔噴霧換熱器的端差(一般為5℃-10℃)以及間壁式煙氣換熱器的端差(如管翅式，一般為20℃-30℃)，相同煙氣量情況下，本實施例的換熱組件1一般可多回收煙氣余熱20％以上，余熱回收節能經濟效益更佳，可有效消除排放白煙等現象，環保性能更優。同時，鍋爐風機或者設置的管道增壓風機23的功耗顯著降低，煙氣余熱利用系統5的煙氣輸送功耗一般可降低30％-50％左右；以及換熱組件1中中介換熱介質的溫升可明顯提高(一般可提高5℃-10℃)，不僅可以明顯改善余熱利用系統5的性能，而且中介換熱介質的輸送功耗大幅降低(同時顯著降低中介換熱介質流量和流動阻力)，一般可以降低50％以上。

因此，由于本實施例的換熱組件1的上述結構特征，不僅使得換熱組件1具有顯著的高效、低阻和緊湊的特性，而且相同余熱回收情況下的系統的煙氣量和中介換熱介質量均顯著降低，也使得與之相關的其它主要工藝設備和管路系統等的性能也具有顯著的節能、低耗特性。

下面結合圖14和圖15描述根據本發明實施例二的煙氣余熱回收裝置100。

如圖14和圖15所示，實施例二的煙氣余熱回收裝置100，與實施例一中煙氣余熱回收裝置100結構大體相同，相同之處不再贅述，主要不同之一在于，實施例二中的換熱組件1的煙氣進出口方向及其相關部件(如煙氣進入漸擴通道部12與煙氣排出漸縮通道部13等)的相對位置不同，如圖14所示，實施例二中的換熱組件1的煙氣進出口方向在俯視圖上呈90°夾角設置；而實施例一中的換熱組件1的煙氣進出口方向在俯視圖上呈180°夾角設置。兩者在性能沒有差別，兩者的設置方向不同取決于現場的實際空間位置和原有的煙氣管道的設置。

另外，主要不同之二在于，實施例一中的組合填料組件113的水平中截面為方形(即四邊形)，而實施例二中，如圖15所示，組合填料組件113的水平中截面為倒角方形(即六邊形)。實施例二的組合填料組件113的煙氣與中介換熱介質的換熱性能略強，但差別不明顯。

圖16和圖17示出了根據本發明實施例三的煙氣余熱回收裝置100。實施例三中的一種煙氣余熱回收裝置100，與實施例一中的煙氣余熱回收裝置100結構大體相同，這里不再贅述。

主要不同的之一是，實施例三的換熱組件1的煙氣進出口方向及其相關部件(如煙氣進入漸擴通道部12與煙氣排出漸縮通道部13等)的相對位置不同，如圖16所示，實施例三中換熱組件1的煙氣進出口方向在主視圖上呈90°夾角設置，而實施例一中換熱組件1的煙氣進出口方向在俯視圖上呈180°夾角設置。在圖16所示的實施例三中，換熱組件1的煙氣出口119方向向上，并且和煙囪24相連接，煙氣直接通過煙囪24排向大氣。兩者在性能沒有差別，兩者的設置方向不同取決于現場的實際空間位置和原有的煙氣管道的設置。

另外，主要不同的之二是，實施例一的組合填料組件113的水平中截面為方形(即四邊形)，而實施例三中，如圖17所示，組合填料組件113的水平中截面為倒角方形(即八邊形)。實施例三的組合填料組件113的煙氣與中介換熱介質的換熱性能略強，但差別不明顯。

綜上所述，本發明實施例的高效低阻緊湊煙氣深度余熱回收裝置100，具有如下優勢：

1、煙氣輸送的低阻特性：

由于采用減擴的煙氣進入漸擴通道部12和減縮的煙氣排出漸縮通道部13結構，可以有效地降低煙氣流動的阻力，有效地實現動能和壓力能的相互轉換，從而可以有效地降低煙氣在進入和流出換熱組件1的過程的流動阻力。由于采用了減擴的煙氣進入漸擴通道部12，并且設置了與組合填料組件113的側壁正對的第一子進口1181和位于第一子進口1181下方的第二子進口1182，并將組合填料組件113設置為包括至少兩種比表面積不用的填料，使得換熱組件1中煙氣速度分布更為均勻，避免了現有技術的煙氣偏流甚至回流的問題，從而有效地降低了煙氣在與中介換熱介質接觸傳熱傳質過程的流動阻力；由于采用了上述結構也使得煙氣與中介換熱介質的換熱顯著增強，相應地在相同余熱回收情況下可以明顯降低煙氣量，從而也可以明顯降低相同余熱回收條件下的煙氣流動阻力。相對于現有技術，煙氣深度余熱利用系統5的煙氣輸送功耗一般可降低30％-50％左右。

2、中介換熱介質輸送的低功耗特性

由于采用上述結構使得煙氣與中介換熱介質的換熱顯著增強，中介換熱介質在換熱組件1中的溫升可以顯著提高，一般可以提高5℃-10℃，不僅可以顯著降低中介換熱介質流量也同時也降低了中介換熱介質流動阻力，從而可以顯著降低中介換熱介質的流動阻力和輸送功耗。相對于現有技術，一般中介換熱介質輸送功耗可以降低50％以上。

3、煙氣余熱回收高效特性：

由于采用了采用減擴的煙氣進入漸擴通道部12，設置了與組合填料組件113的側壁正對的第一子進口1181和位于第一子進口1181下方的第二子進口1182，并且組合填料組件113采用至少兩種比表面積不同的填料，使得換熱組件1中煙氣速度分布均勻性和煙氣出口119溫度的一致性更佳，避免了現有技術的煙氣偏流甚至回流的問題，也顯著的強化了煙氣與中介換熱介質的接觸傳熱傳質性能，可使換熱組件1的端差即出口煙氣與中介換熱介質進口117溫度之差達1℃左右甚至更低，遠低于空塔噴霧換熱器的端差(一般為5℃-10℃)以及間壁式煙氣換熱器(如管翅式，一般為20℃-30℃)，相同煙氣量情況下一般可多回收煙氣余熱20％以上，裝置余熱回收節能經濟效益更佳，同時還具有更優的進一步的脫硫脫硝除塵特性，可有效消除煙囪24的白煙現象，煙氣排放的環保性能更優。

4、煙氣余熱回收系統緊湊特性：

由于換熱組件1內的組合填料組件113的水平中截面為方形或者倒角方形結構，以及煙氣的進出口方向的設置可根據煙道布置而調整，可以不改變原煙道的布置，其特點是換熱器結構比較緊湊，相對于現有技術可以節省設備占地10％-20％左右；特別是，由于上述煙氣余熱回收裝置100具有優良的低阻特性和高效特性，在相同的煙氣余熱回收情況下，煙氣與換熱組件1和其它相關工藝設備以及管道系統等，都具有更為緊湊的特性，不僅裝置占地小，設備及管路系統更為精小，投資回報更優。一般的，相對于現有技術，在相同的煙氣余熱回收情況下，本發明實施例的高效低阻緊湊煙氣深度余熱回收裝置100，可節省設備占地20％以上，可節省投資30％以上。

5、低成本特性

由于上述煙氣余熱回收高效特性、煙氣輸送的低阻特性、中介換熱介質輸送的低功耗特性和煙氣余熱回收系統緊湊特性，不僅使得煙氣余熱回收系統的投資顯著降低，而且還使得煙氣余熱回收性能顯著提高，并且煙氣余熱回收運行的煙氣輸送功耗、中介水輸送功耗顯著降低，系統的可靠性和穩定性也明顯提高，從而顯著地提高了煙氣余熱回收的節能環保性能，可以節約成本。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接或彼此可通訊；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本說明書的描述中，參考術語“實施例”、“具體實施例”、“示例”或“具體示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。