一种可调节高炉热风炉换热器的废热烟气流量的系统的制作方法

1.本发明属于高炉工艺领域，尤其涉及一种可调节高炉热风炉换热器的废热烟气流量的系统。


背景技术：

2.钢铁企业高炉冶炼热风炉系统，燃烧煤气所产生的热量被蓄热体吸收后，剩余热量从烟囱排出，平均温度约300℃，因此换热器做为烟气余热回收节能装置被广泛应用。在高炉热风炉系统广泛应用的空气、煤气换热器，一般分为独立烟道型换热器结构和共用烟道型换热器结构，独立烟道型换热器在空气、煤气换热器烟气进出口设置阀门，可以根据空气、煤气量的变化，合理调节烟气量的分配。
3.高炉热风炉换热器改造项目中，往往因场地受限，空气、煤气换热器采用共用烟道结构，进入空气、煤气换热器的烟气量合理调节就比较困难，设备制造厂家通过换热器流体管路阻抗调节流量，在不同的改造项目，要么出现空气温度高，要么出现煤气温度高，运行后的参数调整效果差，不能实现空气、煤气换热器烟气的平衡分配，一方面降低了换热器的节能效率，另一方面烟气分配不平衡，导致换热器烟气出口温度不符合设计要求，出现低温腐蚀，大幅度降低换热器的使用寿命，严重影响企业都经济效率。共用烟道型换热器烟气流量调节的传统方法，厂家通过对高炉热风炉燃烧煤气、空气消耗量数据采集，对进入换热器流体管路阻抗进行区别设计，实际就是调整换热器流体通道大小，相对通道大的单元流体阻力减小，烟气流速提高，进入该单元的烟气量增加，换热器制作完成，两个换热单元烟气分配比例基本固定不变，面对热风炉燃烧动态变化的空气、煤气配比，形成换热效果不平衡的结果是必然的；换热器厂家为了补救调节效果不足，在空气、煤气换热器烟气进口间隔区设置变形异径烟气管异形调节装置，同样没有解决换热器烟气动态平衡分配的问题，换热器安装投运后出现空气、煤气换热器出口温度相差大，热效率不高，换热器低温单元产生结露酸性腐蚀，缩短使用寿命的问题。
4.高炉炼铁系统中，热风炉为重要的热能转换装置，热风炉的燃烧过程，煤气、空气通过燃烧系统释放出的化学热，一部分作为有效热量被热风炉蓄热室吸收贮存，给热风炉送风期提供热量；另一部分热量在烟囱的抽力作用下排出进入大气层，称为废烟气，热风炉废烟气平均温度300℃。热风炉预热器是安装于热风炉烟道总管与烟囱之间，将热风炉燃烧后的废烟气热量进行回收的装置，该装置将烟气中的余热传递给热风炉燃烧用煤气和空气，提高热风炉燃烧用煤气、空气温度(可以将空气从20℃升到190-200℃，将煤气从60℃升到190-200℃)，进而提高热风炉拱顶温度80-100℃，实现节约煤气10-12％和提高风温60-80℃的功效。
5.在新建高炉系统中，热风炉换热器的布置，有充足的空间，空气、煤气换热器常规采用独立烟道结构，按照热风炉燃烧参数，设计换热器的换热面积，然后分别在空气、煤气换热器烟气进出口设置烟气流量调节阀，对生产过程中空气、煤气流量变化所需的烟气量实现灵活调节，实现空气、煤气换热器烟气平衡分配，充分发挥换热器的节能效果。
6.随着换热器余热回收能效提升技术的发展，高炉热风炉换热器改造成为常态，换热器升级改造往往受改造场地限制，不能采用独立烟道结构，换热器设计布置服从场地限制，因此为了节省空间，常规采用共用烟道型工艺结构，换热器主体工艺结构空气、煤气介质通道与体积不发生变化，但空气、煤气换热器烟气通道被合并，空气、煤气换热器烟气分配成为难题。换热器设计的空气、煤气换热器烟气管路阻抗为定值，现场空间又不具备安装独立的调节阀，生产设计厂家常规在空气、煤气换热器变径管联箱设置异形调节阀。在不同的换热器改造项目投运后，在这个项目中出现空气换热器出口温度高、在另一个项目又出现煤气换热器出口温度高，烟气调节分配装置应用效果不佳，严重影响换热器余热回收效能发挥。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种可调节高炉热风炉换热器的废热烟气流量的系统，以解决进入煤气换热器和空气换热器的废热烟气比例调节难的问题。
8.本发明采用以下技术方案：一种可调节高炉热风炉换热器的废热烟气流量的系统，包括：
9.热风炉，其产生的高热烟气通过管道与高炉相连通，用于为高炉输送热源，
10.变形异径烟气管，其一端通过调节管道与热风炉的废热烟气出口相连通，其另一端与外界相连通，
11.煤气换热器，位于变形异径烟气管内腔，其热源入口朝向变形异径烟气管的入口设置，其冷源出口朝向变形异径烟气管的出口设置，其冷源入口通过管道与煤气管网相连通，其热源出口通过管道与热风炉的预燃室的燃气进口相连通；
12.空气换热器，位于变形异径烟气管内腔，并与煤气换热器对称设置，其对称轴与变形异径烟气管的轴线平行，其热源入口朝向变形异径烟气管的入口设置，其冷源出口朝向变形异径烟气管的出口设置，其冷源入口通过管道与助燃风机系统相连通，其热源出口通过管道与热风炉的预燃室的空气进口相连通；
13.调节阀，安装在调节管道上，用于调节进入煤气换热器和空气换热器的废热烟气比例。
14.进一步地，调节阀包括：
15.调节环，为中空的环状，并与调节管道同轴设置，绕其一周开设有多个第一固定孔，其边沿对称开设有第一旋转孔和第二旋转孔，第一旋转孔和第二旋转孔的连线过其环心，
16.固定环，为中空的环状，并与调节管道同轴设置，与调节环同轴、且直径相同设置，绕其一周开设有多个第二固定孔，各第二固定孔和第一固定孔均用于螺栓依次穿过并进行固定，
17.旋转盘，为柱状，位于调节环和固定环的外围，沿其轴线开设有调节孔，绕调节孔的内壁固定连接有多个驱动齿，
18.旋转杆，竖向设置，位于第一旋转孔和第二旋转孔内，且其轴线过环心，绕其一端外壁一周固定连接有多个转动齿，多个转动齿与驱动齿相互齿合，使得驱动齿在自转时转动转动齿，进而使得旋转杆转动，
19.阀板，半圆形，其直线边与旋转杆固定连接，其曲线边靠近调节环内壁设置，阀板用于随着旋转杆转动的过程中，调节旋转杆两侧的进气面积，进而调节进入煤气换热器和空气换热器的废热烟气比例。
20.进一步地，还包括：烟气隔板，其上端与变形异径烟气管的内壁顶部固定连接，其下端与变形异径烟气管的内壁底部固定连接，其后端与煤气换热器和空气换热器的外壁固定连接，其前端伸入调节管道内靠近旋转杆设置、并与调节管道的内壁顶部和底部固定连接，烟气隔板用于将变形异径烟气管分为完全独立的两个容纳区域，煤气换热器和空气换热器的热源入口分别位于两个容纳区域内，进而使得调节阀能完全调节进入煤气换热器和空气换热器的废烟气的比例。
21.本发明的有益效果是：本发明调节阀位置处于调节管道内即将与变形异径烟气管结合的部位，跨出变形异径烟气管内部调节烟气的思维，且安装简单，将空气换热器、煤气换热器的废热烟气通道分割成独立通道，调节过程简单有效，采用半圆形阀板，改变常规的正圆阀板结构，制造安装简单，充分运用此消彼长理念平衡调节烟气量，将复杂问题简单化，阀板可360
°
旋转，管道内部施工，阀板可以处于任意位置，方便操作，便于检修施工。
附图说明
22.图1为本发明系统的结构示意图；
23.图2为本发明变形异径烟气管所处位置的局部示意图；
24.图3为本发明调节阀的结构示意图。
25.其中：1.热风炉；2.变形异径烟气管；3.煤气换热器；4.空气换热器；5.调节环；6.第一固定孔；7.旋转盘；8.旋转杆；9.阀板；10、烟气隔板；11、调节阀。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
27.针对共用烟道型换热器烟气不能动态平衡调节等常规技术的不足，本发明提供一种结构简单、制作成本低，操作简单的优化系统，以满足提高换热器热能回收节能效果最大化的要求。
28.本发明公开了一种可调节高炉热风炉换热器的废热烟气流量的系统，如图1和图2所示，包括热风炉1、变形异径烟气管2、煤气换热器3、空气换热器4、调节阀11。
29.热风炉1产生的高热烟气通过管道与高炉相连通，热风炉1用于为高炉输送热源，变形异径烟气管2的一端通过调节管道与热风炉1产生的废热烟气出口相连通，变形异径烟气管2的另一端与外界相连通。
30.煤气换热器3位于变形异径烟气管2内腔，煤气换热器3的热源入口朝向变形异径烟气管2的入口设置，煤气换热器3的冷源出口朝向变形异径烟气管2的出口设置，煤气换热器3的冷源入口通过管道与煤气管网相连通，煤气换热器3的热源出口通过管道与热风炉1的预燃室的燃气进口相连通。
31.空气换热器4位于变形异径烟气管2内腔，并与煤气换热器3对称设置，空气换热器4和煤气换热器3的对称轴与变形异径烟气管2的轴线平行，空气换热器4的热源入口朝向变形异径烟气管2的入口设置，空气换热器4的冷源出口朝向变形异径烟气管2的出口设置，空
气换热器4的冷源入口通过管道与助燃风机系统相连通，空气换热器4的热源出口通过管道与热风炉1的预燃室的空气进口相连通；调节阀11安装在调节管道上，调节阀11用于调节进入煤气换热器3和空气换热器4的废热烟气比例。
32.如图3所示，调节阀11包括：调节环5、固定环、旋转盘7、旋转杆8、阀板9，调节环5为中空的环状，并与调节管道同轴设置，绕调节环5一周开设有多个第一固定孔6，调节环5边沿对称开设有第一旋转孔和第二旋转孔，第一旋转孔和第二旋转孔的连线过其环心。
33.固定环为中空的环状，并与调节管道同轴设置，固定环与调节环5同轴、且直径相同设置，绕固定环一周开设有多个第二固定孔，各第二固定孔和第一固定孔6均用于螺栓依次穿过并进行固定。
34.旋转盘7为柱状，旋转盘7位于调节环5和固定环的外围，沿旋转盘7轴线开设有调节孔，绕调节孔的内壁固定连接有多个驱动齿，旋转杆8竖向设置，旋转杆8位于第一旋转孔和第二旋转孔内，且其轴线过环心，绕旋转杆8一端外壁一周固定连接有多个转动齿，多个转动齿与驱动齿相互齿合，使得驱动齿在自转时转动转动齿，进而使得旋转杆8转动。
35.阀板9为半圆形，阀板9的直线边与旋转杆8固定连接，阀板9的曲线边靠近调节环5内壁设置，阀板9用于随着旋转杆8转动的过程中，调节旋转杆8两侧的进气面积，进而调节进入煤气换热器3和空气换热器4的废热烟气比例。
36.本发明还包括烟气隔板10，烟气隔板10的上端与变形异径烟气管2的内壁顶部固定连接，烟气隔板10的下端与变形异径烟气管2的内壁底部固定连接，烟气隔板10的后端与煤气换热器3和空气换热器4的外壁固定连接，烟气隔板10的前端伸入调节管道内靠近旋转杆8设置、并与调节管道的内壁顶部和底部固定连接，烟气隔板10用于将变形异径烟气管2分为完全独立的两个容纳区域，而煤气换热器3和空气换热器4的热源入口分别位于两个容纳区域内，进而使得调节阀11能完全调节进入煤气换热器3和空气换热器4的废烟气的比例。
37.对于调节阀11的安装位置，针对共用烟道型换热器烟气平衡分配难题，本发明首先给调节阀11选择合理的安装位置，常规的换热器烟气流量调节装置，安装在空气换热器4、煤气换热器3和变形异径烟气管2进口联箱位置，导致烟气调节位置滞后，本发明将调节阀11位置前移至调节管道，调节管道所有烟气都经此进入空气换热器4、煤气换热器3烟气通道，处于咽喉位置，是最佳的调节阀11安装位置。
38.本发明调节阀11位置处于调节管道内即将与变形异径烟气管2结合的部位，跨出变形异径烟气管2内部调节烟气的思维，且安装简单，将空气换热器4、煤气换热器3的废热烟气通道分割成独立通道，调节过程简单有效，采用半圆形阀板9，改变常规的正圆阀板9结构，制造安装简单，充分运用此消彼长理念平衡调节烟气量，将复杂问题简单化，调节阀11可360
°
旋转，阀门调节，管道内部施工，阀板9可以处于任意位置，方便操作，便于检修施工。
39.本发明具有创新思维，跳出常规思维，应用“此消彼长”的理念平衡法则，开创性使用半圆形的调节阀11结构，共用烟道型换热器烟气通道独立分割，解决了因场地受限导致换热器系统结构缺失，空气换热器4、煤气换热器3烟气不能平衡分配，换热器余热回收节能效果降低，进而影响换热器使用寿命的问题。
40.本发明通过对共用烟道型换热器调节阀11安装位置优化，处于烟气进入空气换热器4、煤气换热器3通道的咽喉部位，在换热器安装投运后的实际生产中，为了提高换热器的
余热回收节能效益，常规关闭换热器烟气旁通阀，全部烟气进入空气换热器4、煤气换热器3，表现出的问题是烟气不能合理分配，不是进入空气换热器4的烟气量过大，导致煤气换热器3烟气量相对减少，就是进入煤气换热器3的烟气量过大，导致空气换热器4烟气量相对减少，造成烟气量减少的换热单元烟气出口温度低，影响换热器的整体能效和烟气出口低温结露腐蚀，缩短换热器的使用寿命。因此本发明应用“此消彼长”理念，降低烟气分配量相对多的换热单元同时就增加烟气分配量相对少的换热单元烟气量，基于此理念设计换热器调节装置结构。本发明优化的调节阀11，半边阀板9结构，调节过程要求360
°
旋转，与常规的阀门控制90
°
旋转结构不相同。
41.本发明随高炉热风炉1换热器改造安装完成，在换热器投运前，将半圆形阀板9调节至调节管道轴线，烟气进入换热器运行超过6小时后，观察并依据空气换热器4、煤气换热器3介质出口温度，调节烟气量，调节原则：换热器出口介质温度高，半圆形的阀板9就向哪边关闭，通过多次小幅度调节，实现空气换热器4、煤气换热器3出口温度平衡(温度差小于10℃)目标。
42.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。