專利名稱：工業爐窯高溫煙氣的多級余熱回收裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及爐窯余熱回收裝置，具體涉及一種工業爐窯高溫煙氣的余熱回收裝置。
(二)
背景技術：
工業爐是工業加熱的關鍵設備，廣泛應用于機械、冶金等許多國民經濟行業，工業爐的 品種多，同時又是高能耗設備，在生產實踐中，合理回收利用工業爐窯的煙氣余熱是企業力 求解決的問題。現階段對工業爐窯的煙氣的回收利用可分為以下三種方式法
一、 直接使用法，對干燥介質要求不嚴的制品，可直接用風機將煙氣抽入到干燥制 品的工作室內，對制品直接干燥；
二、 間接使用法，將從煙道中抽出的煙氣直接送入到地坑或金屬管道中，用材料熱 輻射的形式干燥原料和制品，也可以用于車間的取暖；
三、 采取間接回收的方法，其原理就是通過換熱的形式獲取煙氣中的熱能，從煙氣 中換出較清凈的熱空氣，然后將它作為熱源送至所需的工作室內直接使用。
前兩種方法雖然簡單易行，但是其共同的弱點就是除塵困難，熱效率低，使用范圍窄。 第三種方法通過氣流的熱交換原理將煙氣的熱能轉化給較清凈的空氣，減少了煙塵對環境的 污染，擴大了熱源使用范圍。然而，工業爐的品種繁多，各種設備配備組合產生煙氣余熱溫 度差異較大，傳統的余熱回收裝置適用范圍單一，造成同一功能設備設計多元化的資源浪費。 目前根據使用部位、使用方法及使用溫度的不同，制作發明出的各類余熱回收裝置，它們在 結構、形式上略有不同，其共同的缺陷是適用的溫度范圍單一，適用介質單一，即適用1000 'C左右的裝置，不適用在300'C狀態下，即使使用也無法回收余熱或回收效率極低。
(三)
發明內容
本發明的目的是研究與開發一種適用回收20(TC—120(TC煙氣余熱、同時預熱燃燒介質 及生產生活用蒸汽熱水等介質、解決不同設備配備需不同回收裝置及能源浪費的行業難題， 生產成本低的工業爐窯高溫煙氣的多級余熱回收裝置。
本發明的目的是這樣實現的工業爐窯高溫煙氣的多級余熱回收裝置，它是由殼體、保 溫材料和換熱芯體三大部分組成，殼體為由型鋼及鋼板焊接制作而成的矩形鋼結構，對稱的 兩端分別設置有煙氣進口和煙氣出口，上表面設置有換熱介質進口和換熱介質出口，殼體內 襯保溫材料，換熱芯體設置其內，換熱芯體由高中溫段換熱芯體和低溫段換熱芯體兩部分組 成，高中溫段換熱芯體設置在煙氣進口端，低溫段換熱芯體設置在煙氣出口端，并列排布，換熱芯體近煙氣進口端連接一換熱介質出口 ，熱芯體近煙氣出口端連接一換熱介質進口 。 本發明還有這樣一些技術特征-
1、 所述的高中溫段換熱芯體由A、 B兩組噴流管、預熱集氣箱、半熱集氣箱和己熱集氣 箱組成，噴流管由預熱氣管和熱交換管組成，預熱氣管'端開口，另一端封閉，管壁上密集 排布有噴射孔，熱交換管套在預熱氣管外，熱交換管的一端與預熱氣管開口端密閉連接，熱 交換管另一端開口， A組噴流管預熱氣管開口端與預熱集氣箱相連接，B組噴流管熱交換管開 口端與已熱集氣箱相連接，A組噴流管熱交換管開U端、B組噴流管預熱氣管開口端與半熱集 氣箱相連接，預熱集氣箱與預熱介質入口相通，已熱集氣箱與預熱介質出口相通；
2、 所述的預熱氣管和熱交換管均由金屬材料制成；
3、 所述的低溫段換熱芯體由一組熱管、介質流動箱和固定板組成，熱管由管殼、肋片、
端蓋和工作液體組成，肋片設置在管殼外壁上，工作液體部分填充在被抽成負壓的管殼內以
端蓋密封，熱管的中空部分包含在介質流動箱內，并與介質流動箱箱底密封焊固，熱管的底
端與固定板連接，換熱介質進口及換熱介質出口均與介質流動箱相通。
在丁、lk爐行業生產中，工件加熱時有效供熱量是一定的，但實際供熱量是不同的，是與
實際生產情況有關的，包括工人操作流程、設備自身保溫狀況、煙氣余熱回收效率等，而實
際供熱量的消耗是生產成本的最主要部分。提高煙氣余熱回收效率，將煙氣帶出的熱量最大
程度的回收，并將這些熱量重新利用至生產上，即將排出的熱量降低到最小，使實際提供的
熱量降低，也即降低了生產成本。
此裝置是安裝工業爐窯的排煙管道上，分多級對煙氣余熱進行回收，可以預熱助燃空氣
和燃料(直接將回收熱量用于該爐窯的燃燒，以達到節約燃料的作用)，可以產生熱水或水蒸
汽，以供生產或生活用(可以用于工礦企業的冬季車間供暖，牛產用蒸汽，車間浴室等)。
本專利適用于單體設備的余熱回收裝置和適用于爐群的余熱回收裝置。高中溫段余熱回收 裝置是從煙氣中吸收余熱，加熱助燃空氣，以降低燃料消耗，改善燃燒工況，從而達到節能的 目的，其原理為煙氣由熱交換管外側流過，需預熱的氣體由預熱氣管開口端進入，通過預熱氣 管管壁上的噴射孔噴至熱交換管內壁，氣休噴出速度較人且垂直噴至熱交換管內壁，破壞熱交 換管管壁上的氣流敷面層，加強對流換熱，提高換熱系數，同時降低熱交換管管壁溫度，提高 噴流管的使用壽命。所以高中溫段余熱回收裝置具有以下優點a.高溫煙氣與預熱氣體之間由 熱交換管隔開，相互之間不發生混合，高溫煙氣通過輻射傳熱及對流傳熱將熱量傳遞給熱交換 管，經過熱交換管的傳導后熱量在經過輻射及對流傳熱傳遞給預熱氣體，該過程屬穩定態傳熱 工況，獲得的預熱氣體溫度較穩定。b.在卨中溫段余熱回收裝置內冷、熱流體完全分開流動， 可以比較容易的實現冷、熱流體的完全逆流換熱，獲得較大的對數溫差，可以獲得更大的換熱系數，并且兩側受熱面均可獲得充分的擴展，這樣高中溫段余熱回收裝置可以做的非常緊湊。
高中溫段余熱回收后，其排煙溫度還維持在5ocrc左右，仍具有回收價值，因此設置低 溫段余熱回收裝置也是非常必要的。低溫段余熱回收裝置是吸收換熱后的煙氣的熱量，使煙
氣排放溫度低于20(TC。當熱管的蒸發段受熱時熱管內的工質蒸發汽化，蒸汽在微小壓差下
流向冷凝段放出熱量凝結成液體，在重力的作用下流回蒸發段。如此循環不已，熱量就由一 端傳到了另一端。熱管內部主要靠工作液體的汽、液相變傳熱，熱阻小，因此具有很高的導 熱能力，而且熱管內腔的蒸汽是處于飽和狀態，飽和蒸汽的壓力決定于飽和溫度，飽和蒸汽 由蒸發段流向冷凝段所產生的壓力差很小，因而熱管具有優良的等溫性。所以低溫段余熱回
收裝置具有以下優點a.換熱芯體部分的中隔板可使冷熱流體完全分開，在運行過程中即使 單根熱管因為磨損、腐蝕、超溫等原因發生泄露，也只是單根熱管失效，而不會發生冷熱流 體的混雜。b.在低溫段余熱回收裝置內冷、熱流體完全分開流動，可以比較容易的實現冷、 熱流體的完全逆流換熱，獲得較大的對數溫差，可以獲得更大的換熱系數，并且兩側受熱面 均可獲得充分的擴展，這樣本裝置可以做的非常緊湊。c.對于含塵量較高的流體，可以在設 計時對熱管的排布尺寸較容易的進行調整，解決換熱器的磨損問題，延長換熱器使用壽命。
新型工業爐窯高溫煙氣多級余熱回收裝置為國內首創，填補了國內熱處理領域的空白，提 高了國內冶金、機械等行業熱處理設備的裝備水平。對于沒有采用余熱回收裝置的工業爐窯來 說，其能量利用率約20%，安裝普通余熱回收裝置，工業爐窯的熱效率可提高到30% 40%， 安裝本余熱回收裝置，可使能量利用率達到70%，燃料節約率較常規設備達到30% 40%。
從節能減排的角度來看，以北方重工熱處理車間工業爐群生產為例，設備排煙溫度為95 (TC，高溫煙氣經本裝置加熱助燃空氣和熱水，煙氣排放溫度在20(TC以下，常規余熱回收后 的排放煙氣溫度為50(TC左右。助燃空氣用于自熱設備，降低生產成本；熱水為職工洗澡提 供生活熱水以及保障廠區其余部分的冬季供暖。
從生產節能的角度來看，使用本裝置可以使噸鋼消耗折合標煤由150公斤降低為100公 斤標煤，年產量按2000噸鋼計算，每年節省燃料折合標煤10萬噸。
從生活熱水節能的角度來看，使用本裝置可以使噸鋼消耗產生6(TC的熱水約1噸，每年
產生熱水量約為2000噸熱水，若由l(TC的水升溫到60。C生活熱水，經計算共需熱量1000吉
焦。折合標煤1.8萬噸。
從年減排碳量來看，年節省燃料折合11.8萬噸，年減排碳折合8.36萬噸。 新型工業爐窯高溫煙氣多級余熱回收裝置不僅降低能耗，還可以減少煙氣的排放量，降低排
煙溫度，降低了煙氣對大氣環境的直接熱污染，保護自然環境。同時，為徹底解決工業爐窯高溫煙氣余熱回收問題開拓了 一條新路。
(四)
圖l為實施方式的剖面示意圖； 圖2為實施例的噴流管結構示意圖； 圖3為實施例的熱管結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施方式對本發明做進一步的說明
結合圖1、圖2和圖3，本實施例包括殼體l、保溫材料2、高中溫段換熱芯體3、低溫 段換熱芯體4組成，殼體1為3820 mm(L) X 1650誦(W) X 1500ram(H)的矩形鋼結構，殼體1 內襯保溫材料2，殼體1的左右側壁和分別設置有煙氣進口 5和煙氣出口 6，殼體1的上表面 設置有高中溫段換熱介質進口 7、高中溫段換熱介質出口 8、低溫段熱介質進口 9和低溫段熱 介質出口IO，高中溫段換熱芯體3設置在煙氣進口 5端，低溫段換熱芯體4設置在煙氣出口 6端，并列排布。高中溫段換熱芯體3由八十根噴流管11、預熱集氣箱12、半熱集氣箱13 和己熱集氣箱14組成，噴流管11長1040mra，由金屬材料制成的預熱氣管15和熱交換管16 組成，預熱氣管15—端開口，另一端封閉，管壁上密集排布有噴射孔17，熱交換管16套在 預熱氣管15外，熱交換管16的一端與預熱氣管15開口端密閉連接，熱交換管16另一端開 口，八十根噴流管11按10X8矩陣排列，其屮三十二根噴流管11的預熱氣管15開口端與預 熱集氣箱12相連接，四十八根噴流管11的熱交換管16開口端與已熱集氣箱14相連接，八 十根噴流管11的另一端均與半熱集氣箱13相連接，半熱集氣箱13設置在殼體1底部，己熱 集氣箱14和預熱集氣箱12分別設青在殼體1頂部的近煙氣進口 5端和遠煙氣進口 5端，預 熱集氣箱12與高中溫段預熱介質進口 7相通，已熱集氣箱14與高中溫段預熱介質出口 8相 通。低溫段換熱芯體4由二百二十四根管長為1040ram的熱管18、介質流動箱19和固定板20 組成，熱管18由管殼21、 一組環形肋片22、端蓋23和工作液體24組成， 一組環形肋片22 焊接在管殼21外壁上，工作液體24以管殼21的半容積量填充在被抽成負壓的管殼21內以 端蓋23密封，熱管18上三分之一部分包含在介質流動箱19內，并按7X32矩陣排列與介質 流動箱19箱底密封焊固，熱管18的底端與固定板20連接，低溫段換熱介質進口 9及低溫段 換熱介質出口 10均與介質流動箱19相通按序設置在近煙氣出口 6端和遠煙氣出口 6端。
權利要求
1、工業爐窯高溫煙氣的多級余熱回收裝置，它是由殼體、保溫材料和換熱芯體三大部分組成，殼體為由型鋼及鋼板焊接制作而成的矩形鋼結構，對稱的兩端分別設置有煙氣進口和煙氣出口，上表面設置有換熱介質進口和換熱介質出口，殼體內襯保溫材料，換熱芯體設置其內，本裝置的特征在于換熱芯體由高中溫段換熱芯體和低溫段換熱芯體兩部分組成，高中溫段換熱芯體設置在煙氣進口端，低溫段換熱芯體設置在煙氣出口端，并列排布，換熱芯體近煙氣進口端連接一換熱介質出口，熱芯體近煙氣出口端連接一換熱介質進口。
2、 根據權利要求l所述的工業爐窯高溫煙氣的多級余熱回收裝置，其特征在于所述的高 中溫段換熱芯體由A、 B兩組噴流管、預熱集氣箱、半熱集氣箱和己熱集氣箱組成，噴流管由 預熱氣管和熱交換管組成，預熱氣管一端開口，另一端封閉，管壁上密集排布有噴射孔，熱 交換管套在預熱氣管外，熱交換管的一端與預熱氣管開口端密閉連接，熱交換管另一端開口， A組噴流管預熱氣管開口端與預熱集氣箱相連接，B組噴流管熱交換管開口端與已熱集氣箱相 連接，A組噴流管熱交換管開口端、B組噴流管預熱氣管幵n端與半熱集氣箱相連接，預熱集 氣箱與預熱介質入n相通，己熱集氣箱與預熱介質出口相通。
3、 根據權利要求2所述的工業爐窯高溫煙氣的多級余熱回收裝置，其特征在于所述的預 熱氣管和熱交換管均由金屬材料制成。
4、 根據權利要求l所述的工業爐窯高溫煙氣的多級余熱回收裝置，其特征在于所述的低 溫段換熱芯體由一組熱管、介質流動箱和固定板組成，熱管由管殼、肋片、端蓋和工作液體 組成，肋片設置在管殼外壁上，丄作液體部分填充在被抽成負壓的管殼內以端蓋密封，熱管 的中空部分包含在介質流動箱內，并弓介質流動箱箱底密封焊固，熱管的底端與固定板連接， 換熱介質進口及換熱介質出口均與介質流動箱相通。
全文摘要
本發明的目的是研究與開發一種適用回收200℃-1200℃煙氣余熱、同時預熱燃燒介質及生產生活用蒸汽熱水等介質、解決不同設備配備需不同回收裝置及能源浪費的行業難題，生產成本低的工業爐窯高溫煙氣的多級余熱回收裝置。換熱芯體由高中溫段換熱芯體和低溫段換熱芯體兩部分組成，低溫段余熱回收裝置是吸收換熱后的煙氣的熱量，使煙氣排放溫度低于200℃。
文檔編號F27D17/00GK101586918SQ200910072358
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月24日 優先權日2009年6月24日
發明者張德奎 申請人:哈爾濱金鑫電氣有限責任公司