[发明专利]一种余热利用换热器及其多级蓄热系统

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及其系统，属于F28d的换热器领域。

背景技术

水泥行业是一个高耗能、高污染的行业。我国2012年度水泥行业的总能耗为2.7亿吨标准煤，占我国2012年原煤总产量的8%。新型干法是一种先进的水泥生产工艺。水泥的熟料经由干法烧成，减少了脱水环节，从而大幅度地降低能耗，因此先进的新型干法水泥生产比湿法生产节能50%-60%，但是仍然存在广阔的节能空间。2010年，为进一步提高水泥企业能源利用效率，降低水泥企业成本，工信部发布了《新型干法水泥窑纯低温余热发电技术推广实施方案》，推广应用水泥生产线余热发电技术。余热发电技术就是将窑头、窑尾排放的废气余热转化为电能。水泥企业充分利用余热发电，既可以最大限度满足企业用电需求，又可以降低水泥生产成本，提高经济效益，还可以减轻热污染和环境污染，是世界水泥工业发展的趋势。我国作为世界最大的水泥生产和消费大国，充分利用水泥回转窑余热发电势在必行。

但是水泥行业的余热存在含尘浓度高，品质差，间歇性，多样性等特点，这使得余热发电系统的效率较低。针对水泥行业余热具有间隙性和多样性的特征，本专利提出了一种新型的多级蓄热系统，旨在提高发电系统的效率，实现节能减排的目的。

将蓄热材料用于多种行业的余热利用过程中，将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，通过增设蒸汽蓄热器，可使其变为汽轮机稳定补汽源，充分利用铜冶炼工艺余热，实现能源的梯级利用。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热交换器，例如光管、针翅管、肋片管、热管等。但是存在的问题是，单一蓄热材料难以适应不稳定的余热资源。当烟气的温度波动较大并且表现出间歇性时，蓄热系统的蓄热能力差，收益不明显。因此，针对水泥过程余热基本特征进行多级蓄热系统的开发是有必要的。

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以及多级余热利用系统。

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，所述换热器包括第一管束和第二管束、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，所述第一管束和第二管束设置在壳体内，所述第一管束用于流通水泥生产过程所产生的烟气，第二管束用于流通低温介质，第一管束和第二管束交叉设置；所述烟气从高温烟气入口进入，经过第一管束，然后从高温烟气出口排出，低温介质从低温介质入口进入，经过第二管束，然后从低温介质出口排出；蓄热材料置于第一管束和第二管束外的空间中；第二管束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，第二管束的管径不断的减少。

一种水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括第一管束和第二管束、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，所述第一管束和第二管束设置在壳体内，所述第一管束用于流通水泥生产过程所产生的烟气，第二管束用于流通低温介质，第一管束和第二管束交叉设置；所述烟气从高温烟气入口进入，经过第一管束，然后从高温烟气出口排出，低温介质从低温介质入口进入，经过第二管束，然后从低温介质出口排出；蓄热材料置于第一管束和第二管束外的空间中，所述第一管束和第二管束为多排结构，两排第一管束之间设置一排第二管束，两排第二管束之间设置一排第一管束，第一管束和第二管束之间构成90°设置，同一排第一管束中的相邻两个管子的圆心之间的距离为L2，所述L2与第一管束外径D1之间的关系满足：1.5<L2/D1<2.7。

一种水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括第一管束和第二管束、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，所述第一管束和第二管束设置在壳体内，所述第一管束用于流通水泥生产过程所产生的烟气，第二管束用于流通低温介质，第一管束和第二管束交叉设置；所述烟气从高温烟气入口进入，经过第一管束，然后从高温烟气出口排出，低温介质从低温介质入口进入，经过第二管束，然后从低温介质出口排出；蓄热材料置于第一管束和第二管束外的空间中；沿着烟气的流动方向上设置多个隔板，将第一管束分为多个独立的通道；所述在中间空间隔板的距离要大于位于壳体两侧隔板与壳体的距离。

一种多级蓄热系统，所述多级蓄热系统包括多级蓄热式换热器，所述蓄热换热器通过连接段连接。