水泥窑高温烟气换热装置的制作方法

本发明属于能源回收技术领域，具体涉及水泥窑高温烟气换热装置。

背景技术：

在水泥熟料生产过程中，水泥窑的窑头和窑尾会产生大量高温烟气，这些高温烟气的温度大概在350度左右，能够占熟料烧成总热耗35％左右。为了有效的回收利用这部分资源，通常会在水泥窑的窑头和窑尾安装换热装置。换热装置是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。

安装在水泥窑窑头、窑尾的换热装置将高温烟气的热量传递给冷流体，能使冷流体升温到固定的温度。现有的高温烟气换热装置虽然能够较好的回收热能，但是一旦成型后，换热的效率都是恒定的，不能够根据实际情况自由调节。

技术实现要素：

本发明意在提供一种水泥窑高温烟气换热装置，以解决现有的高温烟气换热装置不能根据实际情况调节换热效率的问题。

为了达到上述目的，本发明的方案为：水泥窑高温烟气换热装置，包括壳体和位于壳体内的换热机构，壳体上开有烟气进口、烟气出口、流体进口和流体出口；换热机构包括气体流动通道和多个相互连通的换热管单元，多个换热管单元形成换热通道，换热通道位于气体流动通道内；换热通道的一端与流体进口连通，另一端与流体出口连通；气体流动通道的一端与烟气进口连通，另一端位于壳体内；高温烟气的流动方向与待加热流体的流动方向相反；换热管单元的一端均连接有伸出壳体外的排水管，排水管上设有阀门。

本方案的工作原理及有益效果在于：温度较低的流体(水为常用的流体，以水作为本方案的流体进行说明)通过流体进口进入换热通道中，在换热通道中进行流动。高温烟气通过烟气进口进入气体流动通道中，此时的高温烟气环绕在换热通道的外壁，能通过换热通道的外壁将热量传递给换热通道内的水，对水进行加热，使其温度升高。不同换热管单元中的水温是不同的，换热管单元所处位置越靠近流体出口温度越高，当水一直沿着换热通道流动，最后从流体出口排出时，由于在这个过程中水的流动通道足够长，能充分的与高温烟气进行热传递，流出的水温度最高。当需要排出的水温度大概在某个温度范围时，可根据不同换热管单元中的水温合理确定打开某个排水管上的阀门(其余排水管上的阀门保持关闭)，此时从流体进口流进的水一部分通过该排水管排出，另一部分继续沿着换热通道中流动。从排水管排出的水温度符合实际使用需求，而继续向前流动的水充分利用高温烟气进行热传递，温度持续升高，避免高温烟气的热量得不到充分利用而造成资源浪费。

在本方案中，可以根据实际需要的水温控制部分水的流动路程，控制该部分水的换热效率，使水的排出温度符合使用需求。但是无论需要的水温是多少，整个换热通道始终保持有水流动的状态，避免部分换热管单元由于没有水而使得高温烟气的热量无法被充分利用，导致浪费能源。

从烟气进口进入气体流动通道的高温烟气会沿着气体流动通道流动，然后在气体流动通道的末端排出进入壳体内，该部分高温烟气在壳体内流动最后通过烟气出口排出。从气体流动通道排出的高温烟气温度高于外界空气，将该部分高温烟气先通入壳体内而非直接排入外界，可以使壳体内部保持一个相对较高的温度，具有保温的作用。

可选地，壳体的内壁上设有环绕壳体内壁分布的预热管；换热通道与流体进口通过预热管连通。

低温的水通过流体进口先进入预热管，沿着预热管流动，低温水在沿着预热管流动的过程中能被壳体内的高温烟气预热，使其温度逐渐上升。当水流入到换热通道中时温度已经升高，再使该部分水的温度升高到固定温度，需要消耗的能源减少，充分利用高温烟气的能量。

可选地，阀门包括固定座和转动连接在固定座内的球形阀芯，球形阀芯内开有能够连通排水管与换热管单元的通口；球形阀芯上固定有转动连接在固定座上的流量调节杆。

在流动通道的直径一致的情况下，通过排水管排出的水流量远大于从流体出口排出的水流量。为了更好的调节从不同位置排出的水流量，可根据实际情况转动流量调节杆，控制通口打开的大小。

可选地，换热管单元设有3个。经过试验，设置3个换热管单元就能较好的满足对换热效率的需求。

可选地，还包括除尘机构，除尘机构包括外壳和多张位于外壳内且用于过滤高温烟气的滤布，外壳上开有进气口和与烟气进口连通的出气口。高温烟气带有很多粉尘，不经处理直接通入换热机构会使换热机构堆积粉尘，影响其换热效果。设置除尘单元，通过滤布过滤高温烟气中的粉尘可有效避免上述情况的发生。

可选地，外壳内设有将外壳内部划分为上腔和下腔的隔板，隔板上铰接有转动板，转动板铰接点一侧的重量大于另一侧的重量；滤布的一端固定在外壳的上壁，另一端固定在转动板重量较大的一侧上；相邻滤布之间的转动板上均开有落尘口；外壳内设有限制转动板重量较大一侧向下运动的限位件。

在一般情况下，转动板贴合在隔板上，从进气口通入的高温烟气经过多个滤布的过滤然后从出气口排出。当滤布使用了一段时间后，粉尘会大量的粘附在滤布表面，极大的影响滤布的过滤效果。在实际使用过程中，当滤布使用了一段时间，对除尘机构进行清理，具体的清理步骤如下：往复摆动转动板，使转动板带动滤布不断松弛、张紧，滤布上粘附的粉尘被抖出，大部分沿着落尘口落下，而靠近铰接点一侧的滤布抖出的粉尘沿着转动板向下滑落，落入下腔中。

可选地，下腔内固定有倾斜设置的落尘板，落尘板的下端开有允许灰尘落下的条形通孔。从滤布落下的粉尘先会落在落尘板上，然后在重力作用下沿着落尘板向下滑落，最后通过条形通孔落在外壳的底部。设置落尘板能够在很大程度上避免高温烟气将外壳底部的粉尘扬起。

可选地，外壳内固定有能够驱动转动板转动的抬升单元；抬升单元为位于转动板重量较大一侧下方的伸缩柱，伸缩柱包括穿过落尘板的固定杆和滑动连接在固定杆内的滑动杆，固定杆与滑动杆之间连接有弹性件；固定杆上设有能够连通外界与固定杆内部的泄压阀；烟气出口上连接有三通管，三通管上设有三通阀；三通管的一端通过管道与固定杆连通。

当需要除去滤布上粘附的粉尘时，转动三通阀，使从烟气出口排出的高温烟气能够通过管道进入固定杆内，在高温烟气的作用下，滑动杆向上滑动。滑动杆开始与转动板重量较大的一侧接触，对该侧转动板施加向上的作用力，使转动板沿铰接点发生转动，转动板重量较大的一侧向上抬起，此时滤布处于松弛状态。调节三通阀，关闭烟气出口与固定杆之间的通路，此时在弹性件的作用下，滑动杆有向下滑动的趋势，滑动杆压缩固定杆内的气体，固定杆内的压强增大，当达到泄压阀的预设值时，泄压阀打开，排出固定杆内多余的气体。伸缩柱复位后，转动板在自身重力作用下也恢复原位，此时滤布再次张紧。控制三通阀，可使滤布反复松弛、张紧，滤布上粘附的大部分粉尘被抖出，清理粉尘方便，不需拆开除尘机构进行清理，极大的简化了操作的工序。

可选地，滑动杆的上部连接有拉绳，拉绳的自由端连接有能与落尘板发生碰撞的钢球。在滑动杆上下滑动的过程中，滑动杆通过拉绳带动钢球一同上下运动，在钢球运动的过程中会与落尘板发生碰撞，有利于落尘板上的灰尘沿落尘板向下移动。同时钢球的重力作用也有利于加快滑动杆的复位。

可选地，落尘板的下表面固定有朝条形通孔一侧倾斜设置的挡板，挡板与外壳的内壁之间留有允许灰尘落下的缝隙。往除尘机构的烟气进口通入高温烟气时，小部分高温烟气能够通过落尘口进入外壳的底部，能够扬起外壳底部的灰尘，设置挡板有利于防止灰尘逸出。

附图说明

图1为本发明实施例一中水泥窑高温烟气换热装置的剖视图；

图2为本发明实施例二中水泥窑高温烟气换热装置的剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：壳体10、流体进口11、烟气出口12、烟气进口13、换热通道20、气体流动通道30、预热管40、排水管50、通口51、球形阀芯52、外壳60、落尘板61、进气口62、隔板70、转动板71、落尘口711、滤布72、限位件73、固定杆80、滑动杆81、弹性件82、泄压阀83、条形通孔84、钢球85、三通阀90。

实施例一

本实施例基本如图1所示：水泥窑高温烟气换热装置，包括壳体10和换热机构，换热机构安装在壳体10内；壳体10上分别开有烟气进口13、烟气出口12、流体进口11和流体出口。

换热机构包括预热管40、气体流动通道30和3个相互连通的连通管单元，3个换热管单元相互连接形成换热通道20，换热通道20设置在气体流动通道30内，换热通道20的外壁与气体流动通道30的外壁之间存在间距形成流道，高温烟气在流道中流动。预热管40固定环绕在壳体10的内壁，预热管40的一端与流体进口11连通，另一端与换热通道20的右下端连通，换热通道20的另一端与流体出口连通，通过流体进口11进入的低温流体先在预热管40内被预热，预热后被输送到换热通道20中。气体流动通道30的左端与烟气进口13连通，另一端位于壳体10内并于壳体10内的气体连通，本方案中通入的高温烟气的流动方向与待加热流体的流动方向相反。

每个换热管单元上均连接有伸出壳体10外的排水管50，排水管50上安装有阀门。阀门包括安装在排水管50内的固定座和转动连接在固定座内的球形阀芯52，球形阀芯52内开有能够连通排水管50与换热管单元的通口51；球形阀芯52上固定有转动连接在固定座上的流量调节杆，根据实际情况转动流量调节杆，可控制通口51打开的大小。

温度较低的流体(水为常用的流体，以水作为本方案的流体进行说明)通过流体进口11进入预热管40，沿着预热管40流动，低温水在沿着预热管40流动的过程中能被壳体10内的高温烟气预热，温度逐渐上升。预热后的水进入换热通道20中，在换热通道20中进行流动。高温烟气通过烟气进口13进入气体流动通道30中，此时的高温烟气环绕在换热通道20的外壁，能通过换热通道20的外壁将热量传递给换热通道20内的水，对水进行加热，使其温度升高。不同换热管单元中的水温是不同的，换热管单元所处位置越靠近流体出口温度越高，当水一直沿着换热通道20流动，最后从流体出口排出时，由于在这个过程中水的流动通道足够长，能充分的与高温烟气进行热传递，流出的水温度最高。当需要排出的水温度大概在某个温度范围时，可根据不同换热管单元中的水温合理确定打开某个排水管50上的阀门(其余排水管50上的阀门保持关闭)，此时从流体进口11流进的水一部分通过该排水管50排出，另一部分继续沿着换热通道20中流动。从排水管50排出的水温度符合实际使用需求，而继续向前流动的水充分利用高温烟气进行热传递，温度持续升高，避免高温烟气的热量得不到充分利用而造成资源浪费。为了更好的调节从不同位置排出的水流量，可根据实际情况转动流量调节杆，控制通口51打开的大小。

实施例二

本实施例与实施例一的区别之处在于，如图2所示，水泥窑高温烟气换热装置还包括除尘机构，除尘机构包括外壳60和多张位于外壳60内的滤布72，滤布72用于过滤高温烟气。外壳60的上部开有进气口62和出气口，进气口62与滤布72相对设置，出气口与壳体10的烟气进口13连通。

外壳60内固定有隔板70，隔板70将外壳60的内部划分为上腔和下腔，隔板70上铰接有转动板71，以转动板71铰接点为界，转动板71铰接点左侧的重量大于右侧的重量，隔板70的底部固定有位于转动板71左侧的限位件73，限位件73的设置限制了转动板71左侧的运动，使其不能向下转动。滤布72的上端固定在外壳60的上壁，下端固定在转动板71的左侧上，相邻滤布72之间的转动板71上均开有落尘口711。外壳60的下腔内固定有向左侧倾斜设置的落尘板61，在本实施例中落尘板61的倾斜角度为15度；落尘板61的下端开有允许灰尘落下的条形通孔84。落尘板61的下表面固定有朝条形通孔84一侧倾斜设置的挡板(图中未画出)，挡板与外壳60的内壁之间留有允许灰尘落下的缝隙。

外壳60内固定有能够驱动转动板71转动的抬升单元，抬升单元为伸缩柱，伸缩柱位于转动板71左侧下方。伸缩柱包括固定杆80和滑动杆81，固定杆80焊接在外壳60的底部且穿过落尘板61，固定杆80内开有凹腔，滑动杆81滑动且密封连接在凹腔内，具体的连接方式为：固定杆80内壁上开有沿高度方向分布的条形槽，滑动杆81上固定有卡合在条形槽内的凸起。固定杆80与滑动杆81的底部之间连接有弹性件82，在本实施例中弹性件82为弹簧。滑动杆81的上部连接有拉绳，拉绳的自由端连接有钢球85，钢球85随滑动杆81上下运动的过程中能与落尘板61发生碰撞。固定杆80上安装有泄压阀83，凹腔内的压强达到泄压阀83的预设值时，泄压阀83打开，此时凹腔能与外界连通。烟气出口12上连接有三通管，三通管上安装有三通阀90，三通管的一端通过管道与固定杆80连通。

在一般情况下，转动板71贴合在隔板70上，从进气口62通入的高温烟气经过多个滤布72的过滤然后从出气口排出。当滤布72使用了一段时间后，粉尘会大量的粘附在滤布72表面，极大的影响滤布72的过滤效果。当需要除去滤布72上粘附的粉尘时，转动三通阀90，使从烟气出口12排出的高温烟气能够通过管道进入固定杆80内，在高温烟气的作用下，滑动杆81向上滑动。滑动杆81在向上运动的过程中对左侧转动板71施加向上的作用力，使转动板71沿铰接点发生转动，转动板71的左侧向上抬起，此时滤布72处于松弛状态。调节三通阀90，关闭烟气出口12与固定杆80之间的通路，此时在弹簧的作用下，滑动杆81有向下滑动的趋势，滑动杆81压缩固定杆80内的气体，固定杆80内的压强增大，当达到泄压阀83的预设值时，泄压阀83打开，排出固定杆80内多余的气体。伸缩柱复位后，转动板71在自身重力作用下也恢复原位，此时滤布72再次张紧。控制三通阀90，可使滤布72松弛、张紧、松弛、张紧，滤布72上粘附的大部分粉尘被抖出，从滤布72抖出的粉尘先落在落尘板61上，然后在重力作用下沿着落尘板61向下滑落，最后通过条形通孔84落在外壳60的底部。

在滑动杆81上下滑动的过程中，滑动杆81通过拉绳带动钢球85一同上下运动，在钢球85运动的过程中会与落尘板61发生碰撞，有利于落尘板61上的灰尘沿落尘板61向下移动。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。