[发明专利]一种无管束分体式固体蓄热换热器

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

本发明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。

发明内容

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：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，所述换热器壳体内设置多块蓄热材料，所述蓄热材料为固体蓄热材料，所述多块蓄热材料堆叠在一起，每块蓄热材料中设置第一孔和第二孔，第一孔和第二孔交叉设置且互不相通，所述多块蓄热材料的第一孔形成连通的通道，所述第一孔所形成的通道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工质；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，低温工质从低温工质入口进入，经过第二孔，然后从低温工质出口排出。

所述每一块蓄热材料为立方体结构，在每块蓄热材料中设置两排第一孔和一排第二孔，第二孔位于两排第一孔的中间，每排第一管孔中心线所在的平面与立方体的外表面平行，每排第二管孔中心线所在的平面与立方体的外表面平行；两排第一孔的中心线与中间第二孔的中心线的距离相同，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L2，第一孔的中心线所在的平面距离最近的蓄热材料的面的距离为L1，则D1、D2和L1，L2满足如下公式：

L1/L2=a*ln(D2/D1)+b，

D2>D1,L2>L1,

其中ln 是对数函数，a，b为参数，其中1.26<=a<=1.42,0.35<=b<=0.41;

25mm<=D1<=65mm, 25mm<=D2<=65mm,

L,D1,D2的单位为mm。

优选a=1.32，b=0.39。

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。

所述设置在边部的蓄热材料中的孔为弯曲形状，从而使第二孔在上下方向上构成蛇形管结构。

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逐渐减小。

在第二孔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： SiO₂41%，3.22%Li₂O、5.85%TiO₂，4.3%MgO，7.1%La₂O₃,0.5%BaO,其余的是Al₂O₃。