CN101634529B - 一种热风炉板式换热器预热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热风炉板式换热器预热系统。它含有煤气输入、出管道，空气输入、出管道，热风炉废气烟道，烟囱，若干换热器，附加燃烧炉，连接管道及若干阀门；所述换热器为板式换热器，其由若干组板束模块所组成，所述板束模块由凸凹呈波纹状的隔板叠合而成，高热烟气与低温煤气或空气在交叉间隔的板腔内逆向流动形成各自的进、出口。本发明使高热烟气与低温煤气或空气通过隔板板壁直接换热，无中间传热工质，预热温度不受传热工质临界温度和/或临界压力限制，金属材料或陶瓷材料具有很高的高温承受能力，所以热风炉板式换热器系统可适应更高预热温度以及更复杂预热工艺流程等优点。本发明可利用多台换热器进行不同组合，形成各种预热系统，满足不同预热需求，使其更具有实用性。
Description
技术领域：
本发明涉及冶金行业高炉炼铁技术，尤其是用于提高热风炉废气余热回收效率的一种热风炉板式换热器预热系统。
背景技术：
高炉炼铁工艺节能降耗的一个有效的方法是搞高高炉的入炉风温，高炉风温每提高100℃，吨铁焦比可以降低20kg，增加产量4％，还可以增加50kg喷煤量。因此各企业都十分重视将风温保持在一个较高的水平上进行冶炼操作。在现有技术中，常采用的办法是热风炉，热风炉是向高炉提供热风的设备，其工作原理是通过燃烧器燃烧煤气而产生高温烟气，与热风炉内的蓄热体换热，高温烟气变成废气从烟道排出。然后是冷风通过蓄热体，与蓄热体进行热交换而变成热风高温空气。其中热风炉废气中含有大量热量，为了节约能源，并为了提高热风(高温空气)温度，普遍采用热管换热器、管式换热器(包括饶流子换热器)、热媒式换热器等回收热风炉废气余热，对煤气和/或助燃空气进行预热。现有系统中的一个缺点是所采用的换热器均不理想，热管换热器的缺点是：其一是换热气普遍采用水-钢热管，水-钢热管耐压能力有限，提高预热温度易导致热管泄露甚至热管爆裂，其二是水-钢热管在运行过程中会产生不凝结气体，形成气塞后效率降低，其三是环境尘量大，灰尘粘附增加污垢热阻，降低效率。管式换热器的缺点是换热器单位体积换热面积小，耗用金属材料较多，换热效率低，管式换热器占地面积大。热煤式换热器的缺点是通过热媒传热，增加了中间环节，传热效率降低。其次是热媒需要用泵输送，增加电力消耗。还有热媒容易泄露，导致换热器失效和污染环境。另一个根本性的问题是热风炉只燃烧高炉煤气，热风炉废气温度并不理想，无法获得较高的热风温度。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术不足之处而提供一种热交换效率高的、优化换热器组合方式的、可以进一步提高对煤气和/或助燃空气进行预热温度的热风炉板式换热器预热系统。
本发明的目的是通过以下措施来实现：一种热风炉板式换热器预热系统，它含有煤气输入、出管道，空气输入、出管道，热风炉废气烟道，烟囱，若干换热器，其特殊之处是还有：附加燃烧炉，连接管道及若干阀门；所述换热器为板式换热器，其由若干组板束模块所组成，所述板束模块由凸凹呈波纹状的隔板叠合而成，高热烟气与低温煤气或空气在交叉间隔的板腔内逆向流动形成各自的进、出口；所述附加燃烧炉输出管道设有输出阀，其与热风炉废气烟道并接后分别经进口阀门接入煤气换热器和空气换热器烟气输入端，其煤气换热器和空气换热器烟气输出端分别安装有出口阀门经管道接至烟囱，热风炉废气烟道在接入煤气换热器和空气换热器的前端接有旁通阀与煤气换热器和空气换热器烟道输出端阀门下游并联接至烟囱；所述煤气输入管道经进口阀门接入煤气换热器煤气输入端，煤气输出端经出口阀门至煤气输出管道，在煤气输入、出管道间安装有煤气旁通阀；所述空气输入管道经进口阀门接入空气换热器空气输入端，空气输出端经出口阀门至空气输出管道，在空气输入、出管道间安装有空气旁通阀。
本发明还可以采取以下措施：
所述煤气换热器设有两个，其串接连接，煤气输入管道经进口阀门与其一煤气换热器煤气输入端连接，另一煤气换热器煤气输出端经出口阀门至煤气输出管道，在煤气输入、出管道间安装有煤气旁通阀；；所述空气换热器设有三台，其一台空气换热器串接在两煤气换热器之后，另两台空气换热器并接，空气输入管道经进口阀门先输入第一台空气换热器空气输入端，其空气输出端经出口阀门至空气管道，在空气输入管道及空气管道间设有空气旁通阀，继之空气管道分两路经进口阀门接入并联的两空气换热器空气输入端，两并联空气换热器的空气输出端接出口阀门至空气输出管道，空气管道与空气输出管道间接有空气旁通阀；所述附加燃烧炉输出管道接两并列空气换热器烟气体输入端，其烟气输出端接出口阀后与热风炉废气烟道并接，继之经烟气进口阀接两串接煤气换热器及串接的一台空气换热器烟气输入端，其烟气输出端经出口阀门及管道接烟囱，在前述附加燃烧炉输出管道输出阀的输出端与烟囱间设有烟气旁通阀。
所述附加燃烧炉输出管道输出阀上游段引出支管连接风机返还至附加燃烧炉输出管道。
所述热风炉废气烟道在与附加燃烧炉输出管道输出阀下游段并接前引出支管。
所述换热器隔板由金属材料或陶瓷材料制成。
与现有技术相比，由于采用了本发明提出的热风炉板式换热器预热系统，其所采用的板式换热器具有适应更高预热温度以及更复杂的预热工艺流程，板式换热器隔板可由金属材料或陶瓷材料制成，冷流体和热流体通过隔板板壁直接换热，无中间传热工质，预热温度不受传热工质临界温度和/或临界压力限制，金属材料或陶瓷材料具有很高的高温承受能力，所以热风炉板式换热器系统可适应更高预热温度。结构紧凑，单位体积的传热面积大，可达到250～1000m2/m3，金属耗用量少，总传热系数高。因板面压制成波纹状或其他复杂形状，流体流动湍动程度大，污垢热阻小，在低雷诺数(Re＝200左右)下即达到湍流，而且板薄，因而综合传热系数K值可达到1200～1500W/m2·K。本发明因具有可拆结构，操作灵活性大，可根据生产需要通过调节板数增减传热面积，检修和清洗方便，且可利用多台换热器进行不同组合，形成各种预热系统，满足不同预热需求。综上所述，本发明所述的一种热风炉板式换热器系统，具有上述诸多的优点及实用价值，不论在结构上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的热风炉换热器系统具有增进的多项功效，从而更加实用，而具有产业的广泛利用价值。
附图说明：
图1为本发明实施例系统结构示意图。
图2为本发明实施例换热器结构示意图。
图3为本发明另一实施例系统结构示意图。
图4为本发明另一实施例系统结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对具体实施方式作详细说明：
先就图例作如下说明：1、煤气换热器 2、空气换热器 3、煤气换热器烟气进口阀 4、煤气换热器烟气出口阀 5、烟气旁通阀 6、空气换热器烟气进口阀 7、空气换热器烟气出口阀 8、煤气进口阀 9、煤气出口阀 10、煤气旁通阀 11、空气进口阀 12、空气出口阀 13、空气旁通阀 14、烟囱 15、附加燃烧炉 16、附加燃烧炉烟气阀 17、废气引风机 18、热风炉废气引出管 20、板束模块 21、高热烟气 22、低温煤气或空气 51、煤气输入管道 52、输出管道 61、空气输入管道 62、空气输出管道 71、热风炉废气烟道 72、附加燃烧炉输出管道
图1给出了本发明实施例系统结构示意图。一种热风炉板式换热器预热系统，它含有：煤气输入管道51、输出管道52，空气输入管道61、空气输出管道62，热风炉废气烟道71，烟囱，若干换热器，附加燃烧炉，连接管道及若干阀门。图2为本发明实施例换热器结构示意图。所述换热器为板式换热器，其由若干组板束模块所组成，所述板束模块20由凸凹呈波纹状的隔板叠合而成，高热烟气21与低温煤气或空气22在交叉间隔的板腔内逆向流动形成各自的进、出口。由于无中间传热工质，故传热效果好，其间隔板可用金属材料或陶瓷材料制成，具有很高的高温承受能力，可适应更高的预热温度。所述附加燃烧炉输出管道72设有输出阀，其与热风炉废气烟道并接后分别经进口阀门接入煤气换热器和空气换热器烟气输入端，其煤气换热器和空气换热器烟气输出端亦安装有出口阀门经管道接至烟囱。当热风炉废气温度已能满足生产要求时，可将附加燃烧炉关闭，关断附加燃烧炉输出管道输出阀，仅用热风炉废气温度对煤气和/或空气进行热交换。在需要提高烟气的输入温度时，打开附加燃烧炉，由于附加燃烧炉产生的高温烟气与热风炉废气混合提高了烟气的输入端的温度，这将提高煤气和/或助燃空气预热温度。所述煤气输入管道经进口阀门接入煤气换热器煤气输入端，与高热烟气进行热交换，吸收高热量的煤气经煤气输出端出口阀门至煤气输出管道供热风炉使用。所述空气输入管道经进口阀门接入空气换热器空气输入端，与高热烟气进行热交换，吸收热量的空气输出端经出口阀门至空气输出管道供热风炉使用，完成热交换的烟气从烟囱排入大气。当煤气和/或空气不需要预热或煤气换热器1和/或空气换热器2需要检修时，可以开启烟气旁通阀5和煤气旁通阀10和/或空气旁通阀13，并关闭换热器各进、出口阀(3、4、6、7、8、9、11、12)，将煤气预热器1和/或空气预热器2与热风炉系统隔离。
图3实施例与前述实施例的区别是煤气换热器有1-1和1-2两台串联组成，空气换热器由2-1、2-2和2-3三台组成，其中空气换热器2-1与煤气换热器1-1和1-2串联，空气经过空气换热器由2-1初步预热后，进入空气换热器2-2和2-3进行再次预热，空气换热器2-2和2-3的热介质为附加燃烧炉附加燃烧炉15产生的高温烟气，为控制附加燃烧炉高温烟气温度超过空气换热器2-2和2-3承受能力，通过引风机17从附加燃烧炉烟气阀16前或空气换热器2-1烟气出口阀7后引出低温烟气与附加燃烧炉高温烟气混合。
本例中实测得各换热器进、出口的温度如下：
图4所示实施例与前述实施例的区别是在前述图3实施例基础上，增加了热风炉废气引出管18。其目的是减少热风炉废气进入煤气换热器1-1、1-2和空气换热器2-1的数量，提高混合烟气温度，以满足预热所需烟气温度和烟气热含量要求。
上述实施例并不构成对本发明的限制，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种热风炉板式换热器预热系统，它含有煤气输入、出管道，空气输入、出管道，热风炉废气烟道，烟囱，若干换热器，附加燃烧炉，连接管道及若干阀门，所述换热器为板式换热器，其由若干组板束模块所组成，所述板束模块由凸凹呈波纹状的隔板叠合而成，高热烟气与低温煤气或空气在交叉间隔的板腔内逆向流动形成各自的进、出口，其特征是：煤气换热器设有两个，其串接连接，煤气输入管道经进口阀门与其一煤气换热器煤气输入端连接，另一煤气换热器煤气输出端经出口阀门至煤气输出管道，在煤气输入、出管道间安装有煤气旁通阀；空气换热器设有三台，其第一台空气换热器串接在两煤气换热器之后，另两台空气换热器并联，空气输入管道经进口阀门先输入第一台空气换热器空气输入端，其空气输出端经出口阀门至空气管道，在空气输入管道及空气管道间设有空气旁通阀，继之空气管道分两路经进口阀门接入并联的两空气换热器空气输入端，两并联空气换热器的空气输出端接出口阀门至空气输出管道，空气管道与空气输出管道间接有空气旁通阀；所述附加燃烧炉输出管道上串接两并联空气换热器，两并联空气换热器烟气输出端接出口阀后与热风炉废气烟道并接，继之经烟气进口阀接两串接煤气换热器及串接的第一台空气换热器烟气输入端，其烟气输出端经出口阀门及管道接烟囱，在所述附加燃烧炉输出管道上设有输出阀，在所述附加燃烧炉输出管道输出阀的输出端与烟囱间设有烟气旁通阀。
2.根据权利要求1所述的热风炉板式换热器预热系统，其特征是所述附加燃烧炉输出管道输出阀上游段引出支管连接风机返还至附加燃烧炉输出管道。
3.根据权利要求1或2所述的热风炉板式换热器预热系统，其特征是所述热风炉废气烟道在与附加燃烧炉输出管道输出阀下游并接前引出支管。
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