[发明专利]一种加热炉烟气相变-间壁式组合换热系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于工业炉预热回收技术领域，尤其涉及一种用于轧钢加热炉的高温烟气相变-间壁式组合换热系统及其换热方法。

背景技术

轧钢加热炉排出烟气带出的热量约占35%左右，占热损失中的比例最大。目前普遍采用的烟气余热回收方法是：在炉尾烟道中设置间壁式空气换热器及煤气换热器，将烟气余热回收，预热加热炉烧嘴用的助燃空气或助燃空气和煤气同时预热，降低加热炉燃耗，节约能源。由于加热炉排出的烟气进入空气换热器前温度一般在850℃左右，换热器高温侧几排换热管经常受高温冲刷、炉尾烟道壁的高温辐射，以及实际运行中出现烟气气流分配不均等现象，都会造成换热管损坏。

为提高换热器寿命，一般采取在空气换热器高温侧采用耐高温含Cr钢质、弯曲换热管、换热管上防热涂料、改变换热管内外的传热结构、增加冷风保护管组等方法，同时设置稀释风机向超温的烟气中掺入冷风。但加热炉在实际生产运行一段时间后，空、煤气换热器还是出现被烧坏、预热温度达不到设计温度等一些列问题。

专利号201020581040.7的实用新型专利，公开的是“轧钢系统加热炉中的煤气换热器”，采取增设冷风管，掺混烟气，降低排放烟气温度，来解决煤气预热器超温保护问题。这种方法虽然解决了换热器易烧损问题，但损失了烟气热量，降低了热回收效率。

《冶金能源》2005年 Vol24 No.3“大型环形加热炉用高效节能空气换热器的研制”一文中，提出的是在环形炉使用的空气换热器设计中采用高效旋流器和单扭带插入件取代了光管，使空气换热器的综合传热系数得到显著提高。这种换热器结构复杂，增加了空气阻力，会加大风机能力，而且这种间壁式传热速度慢，限定了换热效果。

针对上述问题，本发明提出一种烟气相变-间壁式组合换热方法，采用相变换热及金属间壁式换热两种方式结合的方法，即采用非金属无机盐相变材料作为吸热及释热介质，利用工作介质的相变潜热将高温烟气的热量回收，再将热量释放给冷空气；烟气温度降到450℃以下，再通过金属间壁式换热器预热煤气。采用这种方法，可以取消稀释风机，在加热炉排出烟气超温达到900℃以上时，也可以直接回收热量。达到大幅度提高烟气余热回收效率，提高煤气换热器的使用寿命的效果。

发明内容

本发明提供一种加热炉烟气相变-间壁式组合换热系统及方法，其目的是大幅度提高加热炉烟气余热回收的热效率，从根本上解决传统金属管换热器易烧坏、回收效率低的问题。

针对已有技术存在的问题，本发明提出一种烟气相变-间壁式组合换热方法，采用相变换热及金属间壁式换热两种方式结合的方法，即采用非金属无机盐相变材料作为吸热及释热介质，利用工作介质的相变潜热将高温烟气的热量回收，再将热量释放给冷空气；由于相变潜热大，耐热温度高，而且与介质直接接触换热，改变了传热换热原理，换热效率可大幅度提高。可将900℃烟气温度降到450℃以下，再通过金属间壁式换热器预热煤气。采用这种方法，可以取消稀释风机，在加热炉排出烟气超温达到900℃以上时，也可以直接回收热量。达到大幅度提高烟气余热回收效率，提高煤气换热器的使用寿命的效果。本发明的技术解决方案是：

一种加热炉烟气相变-间壁式组合换热系统，其特征在于，在加热炉烟道内、烟气流动方向设置一相变空气换热器，相变空气换热器后面串联一个金属间壁式煤气换热器，金属间壁式煤气换热器内均布有煤气换热管，相变空气换热器通过隔墙分成两个对应的换热室A和换热室B，换热室A和换热室B内均填充有相变蓄热材料，在相变空气换热器前部设有轴控换向烟闸，通过轴控换向烟闸形成两个烟气通道。

所述煤气换热管采用光管金属换热管。

一种加热炉烟气相变-间壁式组合换热方法，其具体换热过程为：