[发明专利]一种无管束余热利用的固体蓄热式换热器

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。

发明内容

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。

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*(D1²+D2²)^b，其中a，b为参数，其中0.98<=a<=1.09,0.54<=b<=0.57;

30mm<=D1<=70mm, 30mm<=D2<=70mm,

L的单位为mm,D1,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： SiO₂41%，3.22%Li₂O、5.85%TiO₂，4.3%MgO，7.1%La₂O₃,0.5%BaO,其余的是Al₂O₃。

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，本发明蓄热式换热器具有如下的优点：

1）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。