[发明专利]一种蓄热式换热器和热风炉废烟气余热利用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温废气余热利用装置，以及采用该装置的热风炉废烟气余热利用方法。

背景技术

在高炉冶炼热风炉系统中，比较典型的工况是，热风炉排出的废烟气平均温度约250℃~300℃，最高温度350℃~450℃，这样的高温废烟气不符合排放标准也不够节能，因此，在工程中通常都会利用余热利用技术回收余热，最常用的技术是间壁式换热器，尤其是金属材质的间壁式换热器。所谓间壁式换热器的基本工作原理是冷、热两种流体（如两种冷热气体）被一层固体壁面（如金属材质的管或板）隔开，不相混合，通过间壁进行热交换，间壁式换热器适合在较低的压力下应用，而且一般不宜在高温场合应用。为了避免使金属材质的间壁式换热器设备长期处于酸性环境中，换热器的废烟气排放温度一般高于100℃。

在典型的高炉冶炼热风炉系统中，热风炉在烧炉（加热）阶段，煤气和空气混合燃烧后生成烟气，从热风炉下部排出的废烟气平均温度约250℃~300℃，最高温度350℃~450℃，废烟气的这部分热量通过余热利用系统被用于预热助燃空气和煤气，从而降低煤气消耗量或者提高热风炉拱顶温度，最终实现提高热风风温的目标。可以说，废烟气余热利用系统已经成为提高热风炉风温、提高热风炉系统效率的最有效措施之一。

目前，经过多年的技术发展，高炉热风炉废烟气余热利用系统最常用的间壁式换热器形式是热管式换热器和板式换热器，其中，热管式换热器应用的历史更长、数量也更多。

热管烟气换热器是采用热管技术、利用热烟气的余热加热冷的空气或煤气的换热设备。热管是一种具有极高导热性能的元件，它通过在全封闭真空管内工质(工作介质)的蒸发与凝结来传递热量，热管一般由管壳和内部工作液体组成(即工作介质)。钢制、密闭的管壳内被抽成真空，工作介质则是经特殊处理的液体（也可以使用水）。热管受热侧吸收高温烟气热量，通过热管壁传给管内工作介质，介质吸热后沸腾和蒸发，转变为蒸汽；蒸汽在压差的作用下上升至放热侧，受管外低温气体的冷却，蒸汽冷凝并向外放出汽化潜热，低温气体从而获得热量，这个时候，冷凝的工作介质靠重力又回到受热侧。如此周而复始，高温烟气的热量便传给低温气体。热管具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变等优点，因此，相比老式的翅片式管式换热器，热管换热器的优势明显，很快得到比较广泛的应用。

在特定的高炉热风炉余热利用工程中，高炉煤气的粉尘杂质比较复杂，煤气含水且流量大、压力低、流速低等，在这种工况条件下，热管换热器存在一些已经被实践工程验证的弊端，例如大型热管换热器基本上无法拆卸清洗，在预热煤气时热管会受到煤气粉尘污染，产生结垢，影响换热效果，寿命一般为5-8年；另外，随着大高炉技术发展，大型高炉热风炉废烟气流量越来越大，这导致换热器装置体积越来越大。

高炉热风炉废烟气余热利用技术的另外一项常用技术是板式换热器（最常用的型式为可拆卸的框架式）。板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。工作流体在两块板片间形成的窄小而曲折的通道中流过。冷热流体依次通过流道，中间有一隔层板片将流体分开，并通过此板片进行换热。

应用在高炉热风炉余热利用领域的板式换热器是由传热板片、密封垫片、压紧板、上下导杆、支柱、夹紧螺栓等主要零件组成。传热板片一般由不锈钢制成，换热器设计了迷宫式的介质通道，使换热介质在相邻的通道内逆向流动，经强化热辐射、热对流、热传导进行充分的热交换。板式换热器在高炉热风炉余热利用领域应用起步较晚，但因为其换热效率比热管换热器高，且因为可拆卸清洗、使用寿命较长（8-10年），因此具有较好的应用前景。

与各种管壳式换热器（包括热管换热器）相比，板式换热器的主要优点包括：1、换热效率高，2、占地面积和占用空间较小，3、容易清洗、拆装方便，4、使用寿命长。

但是，与热管换热器相比，在利用板式换热器对煤气进行加热时，废烟气和煤气仅由多片1-2mm厚的不锈钢传热板隔离，因此存在一定的安全隐患，另外，由于板式换热器的传热板片因为采用不锈钢板压制，价格远高于热管换热器，影响了这种技术在高炉热风炉废烟气余热利用方面的推广应用。