高效低阻紧凑烟气深度余热回收装置的制作方法

本发明涉及烟气余热回收技术领域，更具体地，涉及一种高效低阻紧凑烟气深度余热回收装置。

背景技术：

目前广泛应用于低温烟气余热深度回收领域的技术主要有两种：冷媒与烟气间壁式换热，空塔喷雾与烟气直接接触式换热。针对烟气余热回收领域，目前主要采用的是间壁式换热，如锅炉常用的低温省煤器、低低温省煤器等，如果采用光管换热器则设备庞大、占地大而且投资显著增加，如果采用翅片管则可能出现比较严重的翅片腐蚀、结垢和堵塞等问题，风机的电功耗也比较大，而且间壁式换热装置的烟气出口温度端差(出口烟气温度与冷媒最低温度差)一般为20℃-30℃甚至更高，烟气余热回收效率有比较大的提升空间。为了进一步回收烟气余热特别是潜热，目前烟气余热深度回收主要是采用空塔喷雾与烟气直接接触式换热技术，但首先空塔喷雾换热塔内烟气流场很不均匀，特别是负荷偏离设计较大时更为明显，某些情况下，塔内出现严重的烟气偏流和回流，造成系统余热利用的不稳定性和效率显著下降等问题，空塔喷雾与烟气直接接触式换热技术的换热器主体烟气出口温度端差一般为5℃-10℃，烟气余热回收效率也有进一步提升空间；其次普遍采用的圆形塔喷雾接触换热+烟气进出口突扩突缩的结构形式，虽然结构比较简单但不仅由于换热性能差造成设备比较大，而且结构也不紧凑，占地和系统投资比较大，此外烟气输送阻力比较大和中介换热介质流量大等使得其运行电耗也比较突出，其综合性能有待于进一步提升。

综上，针对低温烟气余热回收领域，现有的间壁式换热技术存在低温腐蚀、结垢和堵塞，设备管路复杂，排烟温度依然比较高，余热回收明显不足，占地面积大，维护成本高，投资回收期长等问题；空塔喷雾直接接触式换热技术存在换热塔内严重的偏流甚至回流，余热回收仍然不足，以及系统不够紧凑，而且烟气输送阻力比较大和中介换热介质流量大等使得其运行电耗也比较突出，其综合性能有待于进一步提升。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出了一种高效低阻紧凑烟气深度余热回收装置，所述烟气深度余热回收装置，能够降低烟气输送阻力，改善烟气的速度分布均匀性，还可以降低换热流动阻力，提高余热回收效率。

根据本发明实施例的高效低阻紧凑烟气深度余热回收装置，包括：换热主体、喷淋装置、组合填料组件、烟气进入渐扩流道部、烟气排出渐缩流道部和余热利用系统，所述换热主体内形成有换热腔，所述换热腔具有烟气进口、烟气出口、中介换热介质进口和中介换热介质出口，所述烟气出口设在所述换热主体的上部或侧部，所述烟气进口设在所述换热主体的侧部且包括第一子进口和第二子进口，所述中介换热介质进口设在换热腔的上部，所述中介换热介质出口设在换热腔的下部；所述喷淋装置设在所述换热腔内且与所述中介换热介质进口连通，以通过所述喷淋装置向所述换热腔内喷入中介换热介质；所述组合填料组件设在所述换热腔内，所述喷淋装置的下方且位于所述烟气进口和所述烟气出口之间，所述第二子进口连接所述组合填料组件的侧壁，所述第一子进口位于所述第二子进口下方且低于所述组合填料组件，烟气从所述烟气进口进入所述换热腔，烟气在所述组合填料组件内自下而上流动且与由所述喷淋装置喷淋的自上而下流动的中介换热介质进行接触热质交换；所述烟气进入渐扩流道部的一端与所述烟气进口相连且在烟气的流动方向上至少部分所述烟气进入渐扩流道部的横截面积递增；所述烟气排出渐缩流道部的一端与所述烟气出口相连且在烟气的流动方向上至少部分所述烟气排出渐缩流道部的横截面积递减；所述余热利用系统分别与所述中介换热介质进口和所述中介换热介质出口相连以回收所述中介换热介质的热量。

根据本发明实施例的高效低阻紧凑烟气深度余热回收装置，能够降低烟气输送阻力，改善烟气的速度分布均匀性，还可以降低换热流动阻力，提高余热回收效率。

另外，根据本发明上述实施例的换热组件还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述第一子进口和所述第二子进口连通，且所述第二子进口在竖直方向延伸的尺寸h与所述组合填料组件的高度和h的比值为1/10至1/2。

根据本发明的一些实施例，所述换热腔形成为大体长方体，所述烟气进口和所述烟气出口设在所述换热腔的相对或相邻的两个侧面上。

根据本发明的一些实施例，所述组合填料组件包括至少两种比表面积不同的填料，其中比表面积小的填料设在所述第二子进口处。

根据本发明的一些实施例，所述高效低阻紧凑烟气深度余热回收装置还包括：中介换热介质管路系统，所述中介换热介质管路系统分别连接所述中介换热介质出口和所述中介换热介质进口，中介换热介质从所述中介换热介质出口流出，经所述余热利用系统降温后，流向所述中介换热介质进口，所述中介换热介质管路系统包括：中介换热介质出管，所述中介换热介质出管的一端与所述中介换热介质出口连通且另一端与余热利用系统相连；中介换热介质进管，所述中介换热介质进管的一端与余热利用系统相连且另一端与所述中介换热介质进口连通，以使所述中介换热介质在余热利用系统中释放热量降温后经所述中介换热介质进管流至所述喷淋装置；中介换热介质泵，所述中介换热介质泵设在所述中介换热介质出管上。

可选地，所述高效低阻紧凑烟气深度余热回收装置还包括：加碱系统，所述加碱系统与所述中介换热介质出管相连以向所述中介换热介质内添加碱液以调节所述中介换热介质的ph值。

进一步地，所述加碱系统包括：用于存储所述碱液的碱液箱；加碱管路系统，所述加碱管路系统的一端与所述碱液箱相连且另一端与所述中介换热介质出口连通；控制器，所述控制器与所述加碱管路系统相连以控制所述加减管路系统的通断；加碱泵，所述加碱泵设在所述加碱管路系统上且与所述控制器相连以在所述控制器的控制下启停；用于加热所述碱液的伴热装置，所述伴热装置包括设在碱液箱中的碱液伴热传热单元和与所述碱液伴热传热单元相连的碱液伴热进口管道和碱液伴热出口管道。

可选地，所述碱液箱设在所述换热主体上。

根据本发明的一些实施例，所述高效低阻紧凑烟气深度余热回收装置还包括：除水器，所述储水器设在所述换热主体上且邻近所述烟气出口。

可选地，所述余热利用系统为热泵或余热利用换热器。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的烟气深度余热回收装置的原理示意图；

图2是根据本发明实施例的烟气深度余热回收装置的主视图的结构示意图；

图3是图2中烟气进口处圈示的放大图；

图4是根据本发明实施例的烟气深度余热回收装置的俯视图的结构示意图；

图5根据本发明实施例的烟气深度余热回收装置的部分结构的立体图；

图6是根据本发明实施例的烟气深度余热回收装置换热主体中烟气和中介换热介质的流动示意图，其中，实心箭头为中介换热介质的流向，空心箭头为烟气的流向；

图7是根据本发明实施例的烟气深度余热回收装置的组合填料组件的立体图；

图8是根据本发明实施例的烟气深度余热回收装置的主视图的结构示意图；

图9是根据本发明实施例的烟气深度余热回收装置的主视图的结构示意图；

图10是根据本发明实施例的烟气深度余热回收装置的主视图的结构示意图；

图11是根据本发明一些实施例的烟气深度余热回收装置中碱液箱伴热装置的结构示意图，其中，伴热液依靠重力进行输送；

图12是根据本发明另一些实施例的烟气深度余热回收装置中碱液箱伴热装置的结构示意图，其中，伴热液依靠抽力进行输送；

图13是根据本发明再一些实施例的烟气深度余热回收装置中碱液箱伴热装置的结构示意图，其中，伴热液依靠重力和抽力进行输送；

图14是根据本发明实施例的烟气深度余热回收装置的俯视图的结构示意图；

图15是根据本发明实施例的烟气深度余热回收装置的组合填料组件的立体图；

图16是根据本发明实施例的烟气深度余热回收装置的主视图的结构示意图；

图17是根据本发明实施例的烟气深度余热回收装置的组合填料组件的立体图。

附图标记：

100：烟气深度余热回收装置；

1：换热组件；

11：换热主体；112：换热腔；113：组合填料组件；1131：第一组合填料；1132：第二组合填料；114：喷淋空间；115：喷淋装置；1151：喷淋头；1152：喷淋管；116：中介换热介质出口；117：中介换热介质进口；118：烟气进口；1181：第一子进口；1182：第二子进口；119：烟气出口；12：烟气进入渐扩流道部；13：烟气排出渐缩流道部；14：除水器；

2：烟气管道系统；21：烟气进管；22：烟气出管；23：风机；24：烟囱；

3：中介换热介质管路系统；31：中介换热介质出管；32：中介换热介质进管；33：中介换热介质泵；

4：加碱系统；40：控制器；41：加减管路系统；42：碱液箱；43：加碱泵；44：碱液箱伴热装置；440：碱液箱伴热传热单元；441：碱液箱伴热进口管道；442：碱液箱伴热出口管道；

5：余热利用系统。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图详细描述根据本发明实施例的高效低阻紧凑烟气深度余热回收装置，其中，上下方向以换热组件1正常使用时的上下方向为准，带实心箭头的实线示意中介换热介质的流向，带空心箭头的实线示意烟气的流向。在下文的描述中，所述中介换热介质是指，一方面与烟气在烟气余热回收装置100中接触换热而吸收烟气的低温余热，另一方面与余热利用介质在余热利用系统5中进行换热而放出热量的中间换热介质。

参照图1所示，根据本发明实施例的用于烟气余热回收装置包括：换热主体11、喷淋装置115、组合填料组件113、烟气进入渐扩通道部12、烟气排出渐缩通道部13和余热利用系统5。

具体而言，如图1和图2所述，换热主体11内可以形成有换热腔112，换热腔112可具有烟气进口118、烟气出口119、中介换热介质进口117和中介换热介质出口116，其中烟气出口119可以设在换热主体11的上部，烟气进口118设在换热主体11的侧部，并且烟气进口118包括第一子进口1181和第二子进口1182，从而烟气可以从第一子进口1181和第二子进口1182进入换热腔112，与中介换热介质完成换热后可以从换热主体11上部的烟气出口119流出。

喷淋装置115可以设在换热腔112内，并且喷淋装置115可与中介换热介质进口117连通，以通过喷淋装置115向换热腔112内喷入中介换热介质，使中介换热介质和烟气在换热腔112内直接接触，实现换热。

组合填料组件113可用于使烟气和中介换热介质直接接触换热，如图1和图2所示，组合填料组件113可以设在换热腔112内，并且组合填料组件113可包括一种或者几种比表面积不同的填料，组合填料组件113可以设在喷淋装置115的下方，并且组合填料组件113可位于烟气进口118和烟气出口119之间，如图3所示，第一子进口1181可与组合填料组件113的侧壁正对，第二子进口1182可位于第一子进口1181下方，并且第二子进口1182可低于组合填料组件113。由此，从第一子进口1181进入换热腔112的烟气可以直接从侧部流入组合填料组件113，从第二子进口1182进入换热腔112的烟气可以从底部向上流入组合填料组件113，从而可以改善烟气在换热腔112内分布的均匀性，避免换热腔112内出现烟气流动低速区甚至回流区，从而可以提高换热性能。

如图2所示，烟气进入渐扩通道部12的一端可与烟气进口118相连，并且在烟气的流动方向上，至少部分烟气进入渐扩通道部12的径向尺寸可以递增，烟气排出渐缩通道部13的一端可与烟气出口119相连，并且在烟气的流动方向上，至少部分烟气排出渐缩通道部13的径向尺寸可以递减。也就是说，烟气进入渐扩通道部12形成为渐扩通道，烟气排出渐缩通道部13形成为减缩通道。这样，不仅可以提高烟气在填料中的分布均匀性，而且还可以降低烟气输送过程中的阻力，进一步提高换热效率和降低烟气输送功耗。

其中，换热主体11、喷淋装置115、组合填料组件113、烟气进入渐扩流道部12和烟气排出渐缩流道部13可以共同构成换热组件1。

余热利用系统5可分别与中介换热介质进口116和中介换热介质出口117相连，以回收中介换热介质的的热量，提高热量的利用率。

根据本发明实施例的烟气余热回收装置100，通过在换热主体11内形成换热腔112，设置喷淋装置115向换热腔112内喷入中介换热介质，将组合填料组件113设在换热腔112内，使中介换热介质和烟气在换热腔112内直接接触换热，并将组合填料组件113设在喷淋装置115的下方，利用组合填料组件113辅助换热，可以提高换热效率和降低烟气流动阻力，将烟气进入渐扩通道部12设为渐扩管道，将烟气排出渐缩通道部13设为减缩管道，还可以进一步提高换热效率和降低烟气的流动阻力，并将烟气进口118设为包括第一子进口1181和第二子进口1182，使第一子进口1181与组合填料组件113的侧壁正对，并使第二子进口1182位于低于组合填料组件113，可以提高烟气在换热腔112中分布的均匀性，通过余热利用系统5回收中介换热介质的热量，从而可以再进一步增强换热性能和降低烟气的流动阻力，提高热量回收率。

根据本发明的一些实施例，如图3所示，第一子进口1181和第二子进口1182可以连通，并且第一子进口1181和第二子进口1182在竖直方向上延伸的尺寸h与组合填料组件113的高度h的比值可以为1/10至1/2。也就是说h/h可以在0.1-0.5之间取值，例如，在图3所示的示例中，h/h大约为1/3。由此，可以改善烟气进入组合填料组件113内的流场均匀性和烟气在流出容纳腔时的温度的一致性，利于换热，而且还同时可以一定程度上降低烟气流动阻力。

在一些实施例中，换热腔112可以形成为大体长方体，结构简单紧凑，烟气进口118和烟气出口119可以设在换热腔112的相对或相邻的两个侧面上。具体而言，如图5所示，烟气进口118和烟气出口119形成在换热腔112的相对的两个侧面上，从而烟气从一侧进入换热腔112，完成换热后从相对的一侧流出，可以在一定程度上延长烟气与中介换热介质的接触时间，提高余热吸收率。或者，如图11所示，烟气进口118和烟气出口119可以形成在换热腔112的相邻的两个侧面上，烟气从换热腔112的一侧流入，在换热腔112内与中介换热介质进行换热，完成换热后，烟气可以从相邻的一侧流出，不仅结构简单，而且方便管路排布。

可选地，中介换热介质可以是水，由于水的比热容较大，采用水作为中介换热介质，将水和烟气在换热腔112内直接接触换热，从而可以吸收烟气中的潜热，提高换热性能，并且采用水作为中介换热介质，可以降低成本。

通常，由于烟气中含有一定量的酸性物质和烟尘，中介换热介质在与烟气接触换热过程中将吸收其中的部分，以及为保证中介换热介质的酸碱度符合设备和管路系统的防腐要求，需要向中介换热介质加入一定量的碱性物质，因此，中介换热介质的水也实质上是含有一定量的盐类、酸碱类和烟尘类的混合溶液。

如图1所示，中介换热介质进口117可以设在换热腔112的上部，并且中介换热介质出口116可以设在换热腔112的底壁上，从而中介换热介质可以从换热腔112的上部进入，由喷淋装置115喷洒，在重力的作用下向下运动，完成与烟气的换热后，从换热腔112底壁上的中介换热介质出口116流出。一方面可以增大中介换热介质与烟气的接触面积，提高换热效率，另一方面可以充分利用组合填料组件113进行辅助，增强换热效果。

根据本发明的一些实施例，如图2所示，喷淋装置115可以包括：喷淋头1151和喷淋管1152，其中，喷淋头1151可以设在换热腔112内，并且喷淋头1151可以位于组合填料组件113的上方，喷淋管1152的一端可与中介换热介质进口117连通，并且喷淋管1152的另一端可与喷淋头1151相连。这样，中介换热介质从中介换热介质进口117可以流入喷淋管1152，然后由喷淋头1151喷洒出，在喷淋空间114自上而下喷淋，与自下而上的烟气进行直接接触式换热，并且组合填料组件113可以为烟气与中介换热介质提供热质交换的主要载体，从而可以进一步提高换热效率。

可选地，喷淋头1151可为多个，并且多个喷淋头1151可以互相间隔设置，以提高中介换热介质喷淋的均匀性，优化换热性能，同时还可以降低烟气中粉尘颗粒的排放。例如，如图1和图3所示，喷淋头1151可以是并排设置的三个，当然，本发明的结构不限于此，喷淋头1151还可以是四个、五个以及纵横阵列布置等，这对本领域的技术人员来说是可以理解的，在此不再详细描述。

在一些实施例中，如图2、图3和图6所示，组合填料组件113可包括一种相同比表面积的填料。或者，组合填料组件113可以包括至少两种比表面积不同的填料，其中，比表面积小的填料可以设在第二子进口处，即比表面积小的填料可以设在第二子进口的附近区域。如图7所示为包括两种不同比表面积的填料，即第一组合填料1131和第二组合填料1132，其中第二组合填料1132的比表面积大，第一组合填料1131的填料比表面积小。第一组合填料1131为主要烟气与中介换热介质接触换热的填料，第二组合填料1132是为了改善位于烟气进口侧的烟气速度比较低而设的比表面积小一些的填料，第二组合填料1132位于烟气进口侧，或者说是位于烟气第一子进口附近区域。设置第二组合填料1132可以进一步改善烟气在填料中的速度分布均匀性，从而可以进一步提高烟气与中介换热介质的接触换热性能。

根据本发明的一些实施例，烟气余热回收装置100还可以包括：中介换热介质管路系统，中介换热介质管路系统分别连接中介换热介质出口116和中介换热介质进口117，中介换热介质从所述中介换热介质出口116流出，经所述余热利用系统5降温后，流向所述中介换热介质进口117。

如图1所示，中介换热介质管路系统包括：中介换热介质出管31和中介换热介质进管32，其中，中介换热介质出管31的一端可与中介换热介质出口116连通，中介换热介质出管31的另一端可与余热利用系统5相连，中介换热介质从换热腔112流出并在余热利用系统5中放出热量而被降温；中介换热介质进管32的一端可与余热利用系统5相连，中介换热介质进管32的另一端可与设置在换热腔112上部的中介换热介质进口117连通，以使中介换热介质在余热利用系统5中释放热量降温后经中介换热介质进管32流至所述喷淋装置115。也就是说，在余热利用系统5中放出热量而被降温的中介换热介质经连通余热利用系统5与中介换热介质进口117的中介换热介质进管32输送至换热腔112中的喷淋装置115。中介换热介质经过喷淋装置115喷淋后，在换热腔内与烟气接触换热而吸收烟气中的热量，烟气降温和中介换热介质升温，在重力的作用下中介换热介质降落至换热腔112底部的中介换热介质集箱中，完成中介换热介质在余热利用系统5中被降温而又在换热组将1中被升温的换热循环，实现烟气余热的回收利用。

如图1和图2所示，中介换热介质管路系统还可以包括：中介换热介质泵33，中介换热介质泵33可以设在中介换热介质出管31上，以将完成换热的中介换热介质从换热主体11中泵送出，实现中介换热介质的循环。

在一些实施例中，如图1和图2所示，烟气余热回收装置100还可以包括：加碱系统4，其中，加碱系统4可与中介换热介质出管31相连，以向中介换热介质内添加碱液以调节中介换热介质的ph值。烟气与中介换热介质接触换热的过程中，不仅会使中介换热介质的温度升高，而且会吸收烟气中的部分酸性物质，例如二氧化硫等，设置加碱系统4，可以将完成换热后的中介换热介质的ph值调节至合理范围，如中性或者弱碱性，防止设备和管道系统被腐蚀，同时可以使排放达标。

如图1和图2所示，加碱系统4可以包括：碱液箱42、加碱管路系统41、控制器40、加碱泵43和碱液箱伴热装置44。具体而言，碱液箱42可用于存储碱液，加碱管路系统41的一端可与碱液箱42相连且另一端可与中介换热介质出管31连通，以将碱液箱42内的碱液添加至中介换热介质中，控制器40可与加碱管路系统41和加碱泵43相连，以实现中介换热介质的ph测量、控制加减管路系统41的通断和碱液的合理添加，加碱泵43可以设在加碱管路系统41上，并且加碱泵43可与控制器40相连以在控制器40的控制下启动。需要向中介换热介质中添加碱液时，控制器40控制加减管路系统41连通并控制加碱泵43启动，加碱泵43将碱液箱42中的碱液泵送至中介换热介质中，以调节中介换热介质的ph值。由此，不仅可以实现烟气余热的回收，而且可以减少硫氧化物和氮氧化物等的排放。

伴热装置44可用于加热碱液，防止低温碱液结晶等，伴热装置44可以包括设在碱液箱42中的碱液箱伴热传热单元440和与碱液箱伴热传热单元440相连的碱液箱伴热进口管道441和碱液箱伴热出口管道442。

如图1、图2、图11、图12和图13，伴热装置44可以利用中介换热介质对碱液箱的碱液进行伴热，以防止低温碱液结晶等。中介换热介质的温度通常为30-50℃，将换热腔112底部的中介换热介质的热量通过碱液箱伴热装置44传送给碱液箱42中的碱液，可使得碱液箱42中的碱液在低温环境中保持一定的温度，从而可以有效地防止低温碱液结晶等。

也可以将中介换热介质进管32或者中介换热介质出管31或者换热腔112中的中介换热介质的热量传送给碱液箱42中的碱液，但采用将换热腔底部的中介换热介质的热量通过碱液箱伴热装置44传送给碱液箱42中的碱液的方式更简便有效。

将换热腔112底部的中介换热介质的热量通过碱液箱伴热装置44传输给碱液箱42中的碱液的中介换热介质的传输动力，可以利用中介换热介质(即，伴热液)从高处下落的压头，称为重力传输，如图11所示；也可以利用中介换热介质泵33在与中介换热介质出口116相连接的设置在换热腔112内的管道中获得的压力差，或者是与中介换热介质出口116相连接的中介换热介质出管31中获得的压力差，称为抽力传输，如图12所示；也可以联合上述重力传输和抽力传输，称为重力与抽力传输，如图13所示。当然，也可以设置碱液伴热泵泵送伴热液(例如，中介换热介质)的方式，称为伴热泵传输；还可以采用热管传热的方式，称为热管传输；以及可以采用电加热碱液的方式，称为电加热伴热。但前述的重力传输、抽力传输和重力与抽力传输方式更为简便、可靠和经济。

具体的，如图11所示，碱液箱伴热装置44包括在碱液箱42中设置的碱液伴热传热单元440，以及与碱液伴热传热单元440相连接的碱液伴热进口管道441和碱液伴热出口管道442，其中碱液伴热进口管道441和碱液伴热出口管道442的分别与碱液伴热传热单元440的伴热进口和伴热出口相连接，组成中介水可以流通的换热回路，而另一端分别连接在换热腔112的底部，但碱液伴热进口管道441和碱液伴热出口管道442存在一定的中介水落差，从而可以利用中介换热介质从高处下落的压力(落差)驱动中介水在碱液伴热传热单元440流动，当碱液温度低于流过的中介换热介质的温度时实现向碱液传输热量，称为重力传输碱液伴热。

具体的，如图12所示，碱液箱伴热装置44包括在碱液箱中设置的碱液伴热传热单元440，以及与碱液伴热传热单元440相连接的碱液伴热进口管道441和碱液伴热出口管道442，其中碱液伴热进口管道441和碱液伴热出口管道442的一端分别与碱液伴热传热单元440的伴热进口和伴热出口相连接，组成中介水可以流通的换热回路，而碱液伴热进口管道441的另一端连接在换热腔112的底部，碱液伴热出口管道442的另一端连接在与中介换热介质出口116相连接的管道上，利用中介换热介质泵33的抽力驱动中介水在碱液伴热传热单元440流过，当碱液温度低于流过的中介换热介质的温度是实现向碱液传输热量，称为抽力传输碱液伴热。

具体的，如图13所示，所述碱液箱伴热装置44，包括在碱液箱中设置的碱液伴热传热单元440，以及与碱液伴热传热单元440相连接的碱液伴热进口管道441和碱液伴热出口管道442，其中碱液伴热进口管道441和碱液伴热出口管道442的一端分别与碱液伴热传热单元440的伴热进口和伴热出口相连接，组成中介水可以流通的换热回路，而碱液伴热进口管道441的另一端连接在换热腔112的底部，碱液伴热出口管道442的另一端连接在与中介换热介质出口116相连接的管道上，碱液伴热传热单元440的伴热进口和伴热出口之间不仅中介换热介质从高处下落的压头(落差)，而且还存在由于中介换热介质泵33泵送中介换热介质而产生的抽力压差，当碱液温度低于流过的中介换热介质的温度是实现向碱液传输热量，称为重力与抽力传输碱液伴热。

有利地，如图5所示，碱液箱42可以设在换热主体11上，以减小碱液箱42的空间占用，使得换热组件1的结构更加紧凑，同时也便于利用中介换热介质对碱液箱42的碱液进行伴热。

根据本发明的一些实施例，烟气余热回收装置100还可以包括：除水器14，如图1、图2和图10所示，除水器14可以设在换热主体11上，并且可以邻近烟气出口119，除水器14可以收集经过换热后的烟气中的细小水珠，降低烟气中夹带的水雾，从而可以减少烟气排出渐缩通道部13的低温腐蚀，延长使用寿命。除水器14可以设置在换热主体11的上部的顶部，如图1和图2，还可以设置在换热主体11的上部的侧部，如图10。

可选地，余热利用系统5可为热泵或余热利用换热器，从而可以回收中介换热介质中的显热和潜热，实现供暖等，提高热量的利用率。

下面结合图1-图13对根据本发明实施例一的烟气余热回收装置100进行详细描述。

如图1、图2所示，来自烟气进管21的烟气由烟气进入渐扩通道部12流入换热主体11后，烟气流速降低且烟气动能有效转化为压力能，从而可以有效地降低烟气流动阻力。烟气经扩张降速后从烟气进口118均匀流入换热腔112内组合填料组件113中与喷淋水进行接触换热，消除了现有技术的烟气在与中介换热介质接触换热时的较大偏流甚至回流等问题，不仅降低了烟气在接触换热过程中烟气流动阻力，而且显著提高了换热性能。

如图2、图3和图6所示，为了进一步提高烟气在组合填料组件113中的烟气速度均匀性和接触换热后烟气温度的一致性，烟气进口118设置为包括第一子进口1181和第二子进口1182，即大部分烟气经第一子进口1181进入换热腔112，然后由组合填料组件113下方进入组合填料组件113内由上而下的中介换热介质进行接触换热，以及小部分烟气经第二子进口1182从侧部直接进入组合填料组件113内，并与由上而下的中介换热介质进行接触换热。

同时，组合填料组件113可以采用一种或者几种比表面积不同的填料。采用两种或者两种以上不同比表面积的填料，将比表面积小的填料设置在烟气速度低的区域，可以进一步改善烟气在填料中速度分布均匀性，从而可以进一步提高烟气与中介换热介质在填料中的换热性能和降低烟气在填料中的流动阻力。数值模拟分析表明，在烟气进口区域的烟气速度偏低，通常可以在烟气进口侧区域设置比表面积小一些的填料，以改善该区域的烟气速度分布均匀性。通常采用两种比表面积的填料即可获得比较满意的烟气速度分布均匀性。采用两种比表面积的填料，如图7所示，即换热器主体组合填料组件113包括第一组合填料1131和第二组合填料1132，第二组合填料1132的比表面积比第一组合填料1131的比表面积稍微小一些，在第一子进口1181的附近区域设置比表面积稍微小一些的第二组合填料1132，可以更进一步改善烟气在组合填料组件113中的速度均匀性和接触换热后烟气温度的一致性，从而更进一步降低烟气在接触换热过程中的流动阻力和提高换热性能。

组合填料组件113的水平中截面为方形，可以使换热组件1的结构比较紧凑，特别是对于大型系统而言紧凑性的优势更为突出，相对于现有技术可以节省设备占地20％以上，投资更加节省。

如图1、图2所示，烟气在组合填料组件113与由上而下的中介换热介质进行接触换热，烟气降温减湿而中介换热介质升温增量，然后烟气流经组合填料组件113上部的喷淋空间114，并经除水器14后再经烟气排出渐缩通道部13降压增速后流出换热组件1。减扩的烟气进入渐扩通道部12可以使流经的烟气降压增速，相对于现有技术普遍采用的突缩方式可有效地降低烟气的流动阻力。烟气经烟气排出渐缩通道部13流出换热组件1后，经后续烟气出管22、烟囱24后排放到大气中。

与此同时，如图1、图2和图3所示，换热腔112中的中介换热介质经中介换热介质出口116流入中介换热介质出管31，送至余热利用系统5(如热泵等)中进行换热，经过余热利用系统5换热降温之后的中介换热介质再经中介换热介质进管32从中介换热介质进口117流入喷淋装置115。喷淋装置115使得中介换热介质呈细小水珠均匀喷洒，自上而下经过喷淋空间114、组合填料组件113，与烟气进行直接接触式的传热传质交换，最后聚集在换热腔112底部的中介换热介质集箱中，然后经过中介换热介质出口116流向余热利用系统5，如此实现了中介换热介质的循环使用。

另外，由于烟气中含有水蒸气被中介换热介质冷却而形成冷凝水，落向换热主体11底部，多余的中介换热介质可通过中介换热介质出管32外排。

中介换热介质在与烟气接触传热传质的过程中，不仅使得中介换热介质的温度升高和中介换热介质量增加，而且还吸收了烟气中部分酸性物质(如so2和nox)和灰尘。如图1、图2所示，为了防止系统腐蚀和达标排放，设置了加碱系统4，加碱系统4包括碱液箱42、控制器40、加减管路系统41、加碱泵43和碱液箱伴热装置44。本实施例的碱液箱42设置在换热主体11内，也可以另外单独设置碱液箱42。在运行过程中，加碱控制器40根据中介换热介质的ph值控制加碱泵43和加减管路系统41，以向中介换热介质出管31中加入适量的碱液并维持中介换热介质的ph值为中性或者弱碱性。在特殊情况下也可以使得中介换热介质的ph值为弱酸性，但系统和管路系统等应具有相关的防腐措施。碱液箱伴热装置44可以防止碱液低温结晶等，提高系统的稳定性和可靠性。

因此，本发明的烟气余热回收装置100，不仅实现了烟气余热的高效回收，而且能够显著减少nox和sox等的排放，同时喷淋的中介换热介质可有效降低烟气中粉尘颗粒的排放，取得良好的经济效益和烟气超低排放的环保效果。

进一步地，如图1、图2和图3所示，烟气进入渐扩通道部12的出口与进口的有效流通面积比为2.7:1；烟气排出渐缩通道部13的出口与进口的有效流通面积比为1:2.5。本实施例的烟气进入渐扩通道部12和烟气排出渐缩通道部13采用逐渐变径的结构，可以有效地降低烟气的流动阻力，相对于现有技术普遍采用的突扩突缩结构，可以降低烟气总阻力20％以上。

可选地，烟气进入渐扩通道部12的出口与进口的有效流通面积比的范围为1.5:1至6:1；烟气排出渐缩通道部13的出口与进口的有效流通面积比的范围为1:6至1:1.5。由此，可以有效利用烟气的进出口的渐扩和渐缩结构降低烟气流动阻力。

进一步地，如图1、图2和图3所示，换热主体11安装在烟气进入渐扩通道部12和烟气排出渐缩通道部13之间，可以作为烟道的一部分，也就是本实施例的换热主体11不改变原烟道的布置，换热主体11的进出口可分别位于换热主体11的两个相对侧面，如图5所示，并且分别与烟气进入渐扩通道部12和烟气排出渐缩通道部13对接。该烟气进出口布置对原有设备及管道系统影响小，占地较小及投资更节省。图5所示的换热主体11的烟气进出口为方形，也可以为圆形等。

进一步地，如图2、图3和图5所示，换热组件1的主要载体——组合填料组件113的烟气进入面的总面积(即组合填料组件113的下表面的面积与组合填料组件113的与第二子进口1182相对的侧面的面积)与换热组件1的烟气进口118横截面面积的比值为7.5:1，简称为填料进口面扩张系数。

可选地，填料进口面扩张系数的范围可以为4:1至15:1。填料进口面扩张系数过大，容易使换热组件1的设备体积过大，从而会增加设备投资，而填料进口面扩张系数过小则容易引起烟气与中介换热介质的接触换热性能不足，会使烟气流动阻力明显增加。

进一步地，如图2、图3和图6所示，为进一步改善烟气进入组合填料组件113内的流场均匀性和烟气在出口处的一致性，在靠近烟气进入渐扩通道部12一侧的组合填料组件113前侧下部设置了第二子进口1182。大部分烟气从第一子进口1181流入换热腔112后从换组合填料组件113的下表面向上流入，小部分烟气直接从组合填料组件113的侧部的第二子进口1182流入。本实施例的h/h大约为1/3，h/h过大过小都不利于改善烟气进入组合填料组件113内的流场均匀性和烟气温度在出口处的一致性。

进一步地，如图6所示，组合填料组件113可进一步通过设置两种或者两种以上(图中未示出)，不同表面积的填料分布在不同的区域来改善烟气在填料层中的流场均匀和烟气出口119的烟气温度的一致性，在烟气流速较低的区域(如临近第二子进口1182的区域)放置小比表面积的填料组件，亦或在烟气流速较高的区域放置大比表面积的填料组件(如远离第二子进口1182的区域)。如图6所示，若组合填料组件113的主体填料组件为第一组合填料1131，如通过阶梯设置不同厚度的不同比表面积的第二组合填料1132，其中第二组合填料1132的比表面积小于第一组合填料1131的比表面积，可进一步有效改善烟气在填料层内的流场均匀性和烟气出口119的烟气温度的一致性，从而可以进一步有效改善烟气与中介换热介质的接触换热性能。

进一步地，如图1所示，烟气管道系统可以根据锅炉的情况不设置烟气增压风机23，也可以设置烟气增压风机23，如图8和图9所示。图8所示的烟气管道系统所设置的增压风机23位于换热组件1的烟气进管21上。图9所示的烟气管道系统所设置的增压风机23位于换热组件1的烟气出管22上。

本实施例中，由于采用了上述结构，不仅显著降低了烟气流动阻力，比现有技术可降低烟气流动阻力20％至50％，而且显著提高了烟气与中介换热介质的接触换热性能，本实施例的换热组件1的端差(即出口烟气与中介换热介质进口117处的中介水的温度之差)为1℃左右，远低于空塔喷雾换热器的端差(一般为5℃-10℃)以及间壁式烟气换热器的端差(如管翅式，一般为20℃-30℃)，相同烟气量情况下，本实施例的换热组件1一般可多回收烟气余热20％以上，余热回收节能经济效益更佳，可有效消除排放白烟等现象，环保性能更优。同时，锅炉风机或者设置的管道增压风机23的功耗显著降低，烟气余热利用系统5的烟气输送功耗一般可降低30％-50％左右；以及换热组件1中中介换热介质的温升可明显提高(一般可提高5℃-10℃)，不仅可以明显改善余热利用系统5的性能，而且中介换热介质的输送功耗大幅降低(同时显著降低中介换热介质流量和流动阻力)，一般可以降低50％以上。

因此，由于本实施例的换热组件1的上述结构特征，不仅使得换热组件1具有显著的高效、低阻和紧凑的特性，而且相同余热回收情况下的系统的烟气量和中介换热介质量均显著降低，也使得与之相关的其它主要工艺设备和管路系统等的性能也具有显著的节能、低耗特性。

下面结合图14和图15描述根据本发明实施例二的烟气余热回收装置100。

如图14和图15所示，实施例二的烟气余热回收装置100，与实施例一中烟气余热回收装置100结构大体相同，相同之处不再赘述，主要不同之一在于，实施例二中的换热组件1的烟气进出口方向及其相关部件(如烟气进入渐扩通道部12与烟气排出渐缩通道部13等)的相对位置不同，如图14所示，实施例二中的换热组件1的烟气进出口方向在俯视图上呈90°夹角设置；而实施例一中的换热组件1的烟气进出口方向在俯视图上呈180°夹角设置。两者在性能没有差别，两者的设置方向不同取决于现场的实际空间位置和原有的烟气管道的设置。

另外，主要不同之二在于，实施例一中的组合填料组件113的水平中截面为方形(即四边形)，而实施例二中，如图15所示，组合填料组件113的水平中截面为倒角方形(即六边形)。实施例二的组合填料组件113的烟气与中介换热介质的换热性能略强，但差别不明显。

图16和图17示出了根据本发明实施例三的烟气余热回收装置100。实施例三中的一种烟气余热回收装置100，与实施例一中的烟气余热回收装置100结构大体相同，这里不再赘述。

主要不同的之一是，实施例三的换热组件1的烟气进出口方向及其相关部件(如烟气进入渐扩通道部12与烟气排出渐缩通道部13等)的相对位置不同，如图16所示，实施例三中换热组件1的烟气进出口方向在主视图上呈90°夹角设置，而实施例一中换热组件1的烟气进出口方向在俯视图上呈180°夹角设置。在图16所示的实施例三中，换热组件1的烟气出口119方向向上，并且和烟囱24相连接，烟气直接通过烟囱24排向大气。两者在性能没有差别，两者的设置方向不同取决于现场的实际空间位置和原有的烟气管道的设置。

另外，主要不同的之二是，实施例一的组合填料组件113的水平中截面为方形(即四边形)，而实施例三中，如图17所示，组合填料组件113的水平中截面为倒角方形(即八边形)。实施例三的组合填料组件113的烟气与中介换热介质的换热性能略强，但差别不明显。

综上所述，本发明实施例的高效低阻紧凑烟气深度余热回收装置100，具有如下优势：

1、烟气输送的低阻特性：

由于采用减扩的烟气进入渐扩通道部12和减缩的烟气排出渐缩通道部13结构，可以有效地降低烟气流动的阻力，有效地实现动能和压力能的相互转换，从而可以有效地降低烟气在进入和流出换热组件1的过程的流动阻力。由于采用了减扩的烟气进入渐扩通道部12，并且设置了与组合填料组件113的侧壁正对的第一子进口1181和位于第一子进口1181下方的第二子进口1182，并将组合填料组件113设置为包括至少两种比表面积不用的填料，使得换热组件1中烟气速度分布更为均匀，避免了现有技术的烟气偏流甚至回流的问题，从而有效地降低了烟气在与中介换热介质接触传热传质过程的流动阻力；由于采用了上述结构也使得烟气与中介换热介质的换热显著增强，相应地在相同余热回收情况下可以明显降低烟气量，从而也可以明显降低相同余热回收条件下的烟气流动阻力。相对于现有技术，烟气深度余热利用系统5的烟气输送功耗一般可降低30％-50％左右。

2、中介换热介质输送的低功耗特性

由于采用上述结构使得烟气与中介换热介质的换热显著增强，中介换热介质在换热组件1中的温升可以显著提高，一般可以提高5℃-10℃，不仅可以显著降低中介换热介质流量也同时也降低了中介换热介质流动阻力，从而可以显著降低中介换热介质的流动阻力和输送功耗。相对于现有技术，一般中介换热介质输送功耗可以降低50％以上。

3、烟气余热回收高效特性：

由于采用了采用减扩的烟气进入渐扩通道部12，设置了与组合填料组件113的侧壁正对的第一子进口1181和位于第一子进口1181下方的第二子进口1182，并且组合填料组件113采用至少两种比表面积不同的填料，使得换热组件1中烟气速度分布均匀性和烟气出口119温度的一致性更佳，避免了现有技术的烟气偏流甚至回流的问题，也显著的强化了烟气与中介换热介质的接触传热传质性能，可使换热组件1的端差即出口烟气与中介换热介质进口117温度之差达1℃左右甚至更低，远低于空塔喷雾换热器的端差(一般为5℃-10℃)以及间壁式烟气换热器(如管翅式，一般为20℃-30℃)，相同烟气量情况下一般可多回收烟气余热20％以上，装置余热回收节能经济效益更佳，同时还具有更优的进一步的脱硫脱硝除尘特性，可有效消除烟囱24的白烟现象，烟气排放的环保性能更优。

4、烟气余热回收系统紧凑特性：

由于换热组件1内的组合填料组件113的水平中截面为方形或者倒角方形结构，以及烟气的进出口方向的设置可根据烟道布置而调整，可以不改变原烟道的布置，其特点是换热器结构比较紧凑，相对于现有技术可以节省设备占地10％-20％左右；特别是，由于上述烟气余热回收装置100具有优良的低阻特性和高效特性，在相同的烟气余热回收情况下，烟气与换热组件1和其它相关工艺设备以及管道系统等，都具有更为紧凑的特性，不仅装置占地小，设备及管路系统更为精小，投资回报更优。一般的，相对于现有技术，在相同的烟气余热回收情况下，本发明实施例的高效低阻紧凑烟气深度余热回收装置100，可节省设备占地20％以上，可节省投资30％以上。

5、低成本特性

由于上述烟气余热回收高效特性、烟气输送的低阻特性、中介换热介质输送的低功耗特性和烟气余热回收系统紧凑特性，不仅使得烟气余热回收系统的投资显著降低，而且还使得烟气余热回收性能显著提高，并且烟气余热回收运行的烟气输送功耗、中介水输送功耗显著降低，系统的可靠性和稳定性也明显提高，从而显著地提高了烟气余热回收的节能环保性能，可以节约成本。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“具体实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。