用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统

1.本发明涉及中高温间歇式烟气余热储存和再利用设备技术领域，尤其涉及一种用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统。


背景技术：

2.陶瓷行业由于其自身生产的特殊性，一直以来都被烙印着高能耗高污染产业的标签。现有陶瓷生产过程能源利用率相对较低，大部分余热没有得到充分的回收利用而被直接排放。这一现象在间歇式陶瓷工业窑炉中普遍存在，在小作坊生产模式下的工业窑炉中尤为显著。间歇式工业窑炉的烧成过程有别于辊道窑的连续式烧成方式，其烧成过程的高温余热由于间歇性生产方式而无法在坯体干燥和窑体预热等生产环节中直接利用。大部分间歇式陶瓷工业窑炉缺乏完整且系统的余热回收体系，陶瓷产品烧成过程中的高温烟气余热往往只经过简单的助燃风预热甚至没有经过任何回收措施而带明火排放。虽然智能调控技术在间歇式工业窑炉的应用在一定程度上提高了燃料的燃烧效率和能源利用率，但仍无法改变陶瓷产品生产过程中的高能耗问题。
3.探索间歇式陶瓷工业窑炉高温烟气余热高效回收的关键技术对实现间歇式陶瓷工业窑炉低碳节能具有重要理论和实践指导意义，也为高能耗陶瓷工业的产能升级和绿色节能生产提供了新思路。


技术实现要素：

4.本发明提供一种用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统，旨在解决现有间歇式陶瓷工业窑炉生产过程产生的高温烟气余热因间歇式生产方式、能源品质不平衡和烟气含杂质较多导致的难回收、难储存和难再利用的问题。
5.为解决上述问题，本发明提供一种用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统，包括：
6.间歇式工业窑炉；
7.高温烟气余热回收单元，包括烟气余热回收管路、设于所述烟气余热回收管路上的风机和第一换热器，所述烟气余热回收管路与所述间歇式工业窑炉连通，所述风机用于抽取所述间歇式工业窑炉中的高温烟气，所述第一换热器用于回收所述高温烟气中的热量；
8.烟气余热利用单元，包括烟气余热利用回路，设于所述烟气余热利用回路上的驱动机、第二换热器、用户源以及内部换热介质，所述驱动机用于驱动所述内部换热介质在所述烟气余热利用回路中流动；
9.蓄热源，所述蓄热源内设有蓄热介质，所述第一换热器与所述第二换热器均置于所述蓄热介质内，用于通过所述蓄热介质进行热量交换；以及，
10.智能调控单元，与所述风机以及所述驱动机电连接，用于根据工况控制所述风机与所述驱动机的运行功率。
11.根据本发明提供的一种用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统，所述智能调控单元包括流体工况测试部件以及控制器，所述控制器与所述流体工况测试部件、所述风机以及所述驱动机电连接；
12.所述流体工况测试部件包括设于所述间歇式工业窑炉的第一温度变送器，设于所述烟气余热利用回路的第二温度变送器、设于所述烟气余热回收管路的第一流量计以及设于所述烟气余热利用回路的第二流量计，所述控制器用于根据所述第一温度变送器以及所述第一流量计的数据控制所述风机的运行功率，用于根据所述第二温度变送器、所述第二流量计的数据以及所述用户源的供热需求控制所述驱动机的运行功率。
13.根据本发明提供的一种用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统，所述第二温度变送器和所述第二流量计设于所述第二换热器下游。
14.根据本发明提供的一种用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统，所述蓄热源包括蓄热罐，所述蓄热罐内设有容纳腔，所述蓄热介质设于所述容纳腔内，所述蓄热罐外设有保温层。
15.根据本发明提供的一种用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统，所述蓄热介质包括蓄热熔盐，所述蓄热源借助所述蓄热熔盐的显式蓄热和相变蓄热方式对所述第一换热器置换的热量进行储存。
16.根据本发明提供的一种用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统，所述蓄热熔盐的熔点低于高温烟气的温度，所述蓄热熔盐的工作上限温度高于高温烟气的温度。
17.根据本发明提供的一种用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统，所述蓄热熔盐包括多种盐组分，所述蓄热熔盐的工作温度由各所述盐组分的配比决定。
18.根据本发明提供的一种用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统，所述智能调控单元还包括设于所述蓄热罐内的第三温度变送器，所述第三温度变送器与所述控制器电连接。
19.根据本发明提供的一种用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统，所述高温烟气余热回收单元还包括烟气净化器，所述烟气净化器设于所述烟气余热回收管路的出口端。
20.本发明提供的用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统，采用高温烟气余热回收单元进行烟气的热量回收，蓄热源进行余热的储存，烟气余热利用单元进行烟气热量的利用，避免了陶瓷烧成过程产生的高温烟气余热由于间歇性生产方式和含杂质较多而无法在错时空生产环节中直接利用的问题。此外，通过设置智能调控单元根据工况调节风机与驱动机的功率以调节工作介质流量，从而可以在保障正常生产的过程中额外保障生产过程中用户源的供热需求。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本发明提供的用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统的结构示意图；
23.图2是图1中蓄热源单位质量盐浴蓄热量随时间的变化关系示意图。
24.附图标记：1：用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统；2：间歇式工业窑炉；3：高温烟气余热回收单元；4：烟气余热利用单元；5：蓄热源；6：智能调控单元；7：烟气余热回收管路；8：风机；9：第一换热器；10：烟气净化器；11：烟气余热利用回路； 12：驱动机；13：第二换热器；14：用户源；15：蓄热介质；16：蓄热罐；17：流体工况测试部件；18：控制器；19：第一温度变送器； 20：第二温度变送器；21：第一流量计；22：第二流量计；23：第三温度变送器。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
28.在本发明实施例中，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“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。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。
29.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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实施例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。
30.下面结合图1和图2描述本发明的用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热
系统1。
31.现有间歇式工业窑炉生产过程产生的高温烟气余热因间歇式生产方式、能源品质不平衡和烟气含杂质较多，导致烟气余热难回收、难储存和难再利用。鉴于此，请参阅图1，本发明提供了一种用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统1，包括：间歇式工业窑炉2；高温烟气余热回收单元3，包括烟气余热回收管路7、设于烟气余热回收管路7上的风机8和第一换热器9，烟气余热回收管路7 与间歇式工业窑炉2连通，风机8用于抽取窑炉2中的高温烟气，第一换热器9用于回收高温烟气中的热量；烟气余热利用单元4，包括烟气余热利用回路11，设于烟气余热利用回路11的内部换热介质、驱动机12、第二换热器13以及用户源14，驱动机12用于驱动内部换热介质在烟气余热利用回路11中流动；蓄热源5，蓄热源5内设有蓄热介质15，第一换热器9与第二换热器13均置于蓄热介质15 内，用于通过蓄热介质15进行热量交换。
32.需要说明的是，间歇式工业窑炉2烧制过程产生的高温烟气在风机8的抽吸作用下经烟气余热回收管路7流入第一换热器9，高温烟气经第一换热器9换热将烟气余热通过对流换热和热传导方式将烟气余热储存于蓄热源5内的蓄热介质15中；换热介质在驱动机12的抽吸作用下经烟气余热利用回路11进入第二换热器13与蓄热介质 15通过对流和热传导方式进行换热，进而将储存的烟气余热置换出来供用户源14使用，从而实现含杂质高温烟气余热的清洁利用。内部换热介质可以是气体或者流体，若为气体，则驱动机12可以选择风机8，若为流体，则驱动机12可以选择流体泵。换热介质具体可以是间歇式工业窑炉2燃烧所需的助燃风、陶瓷坯体干燥热风和蒸汽，也可以是工业用热水等，如此换热介质换热完成后便可直接利用，更加方便快捷。
33.具体地，本发明提供的用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统1还包括智能调控单元6，智能调控单元6与风机8以及驱动机12电连接，用于根据工况控制风机8与驱动机的运行功率。本发明提供的用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统1，采用高温烟气余热回收单元3进行烟气的热量回收，蓄热源5进行余热的储存，烟气余热利用单元4进行热量的利用，避免了陶瓷烧成过程产生的高温烟气余热由于间歇性生产方式和含杂质较多而无法在错时空生产环节中直接利用的问题。此外，通过设置智能调控单元6根据工况调节风机8与驱动机12的功率以调节工作介质流量，从而可以在保障正常生产的过程中额外保障用户源14的供热需求。
34.进一步地，智能调控单元6包括流体工况测试部件17以及控制器18，控制器18与流体工况测试部件17、风机8以及驱动机12电连接；流体工况测试部件17包括设于窑炉2的第一温度变送器19，设于烟气余热利用回路11的第二温度变送器20、设于烟气余热回收管路7的第一流量计21以及设于烟气余热利用回路11的第二流量计 22。第一温度变送器19和第一流量计21分别将窑炉2内部温度信号和排烟量信号反馈给控制器18，控制器18依据温度与排烟流量之间的预设函数关系，经逻辑分析判断后自动调控风机8频率实现在窑炉2陶瓷制品正常烧制条件下的排烟蓄能；控制器18根据烟气余热利用回路11上第二流量计22和第二温度变送器20的反馈信号自动计算供热量q1，并根据用户源14需求智能调控驱动机12的频率以满足用户源14预设供热需求q0。具体地，当q1》q0+ε时，控制器18 通过改变频率调小驱动机12的输送流体流量；当q1《q0+ε时，智能调控中心通过改变频率调大驱动机12的输送流体流量。其中，ε为允许流体流量误差。
35.具体地，蓄热源5包括蓄热罐16，蓄热罐16内设有容纳腔，蓄热介质15设于容纳腔内，蓄热罐16外设有保温层，用于防止热量流失。蓄热介质15可以选择比热容较大的物质，优选在烟气的温度范围内可以产生相变的物质，如此可实现最大范围化的热量储存。在本发明提供的技术方案中，蓄热介质15包括蓄热熔盐，蓄热源5借助蓄热熔盐的显式蓄热和相变蓄热方式对第一换热器9置换的热量进行储存。
36.需要说明的是，烟气余热利用回路上的第二温度变送器20和第二流量计22设于第二换热器13下游。蓄热熔盐熔点低于高温烟气温度，蓄热熔盐工作上限温度高于高温烟气温度。在换热初期，蓄热熔盐温度随着换热的进行而不断升温；当温度达到蓄热熔盐熔点时，蓄热熔盐开始发生相变，直到蓄热罐16内蓄热熔盐全部融化成液体；在换热末期，蓄热熔盐温度随着换热的进行而继续升温。蓄热源5借助蓄热熔显式蓄热和相变蓄热两种蓄热方式将窑炉2烧制过程产生的高温烟气余热在对应熔盐蓄热工作温度范围内进行储存，并在用户源14供热时段提供热源，从而实现高温烟气余热的错时空利用。需要注意的是，蓄热熔盐包括多种盐组分，蓄热熔盐的工作温度由各盐组分的配比决定，可根据不同盐组分的不同熔点和工作上限温度，对应调节盐组分配比，使得蓄热熔盐的熔点低于高温烟气温度，工作上限温度高于高温烟气温度。
37.进一步地，为了确保蓄热源5的安全性，避免出现蓄热温度过高导致蓄热熔盐过热分解情况出现，智能调控单元6还包括第三温度变送器23，第三温度变送器23安装于蓄热罐16内，用于监控蓄热熔盐的工作温度，第三温度变送器23与控制器18电连接，可在蓄热熔盐温度超过预设范围时降低或者关闭风机8，或者提高驱动机12的运转功率，以降低蓄热熔盐的温度，防止其分解。
38.请参阅图2，图2给出了熔盐蓄热统的蓄热性能图，从图中可以看出，单位质量蓄热熔盐蓄热量随着换热的进行而快速增加，经实验蓄热5小时单位质量蓄热熔盐蓄热量超过600kj，蓄热效果显著。
39.更进一步地，高温烟气余热回收单元3还包括烟气净化器10，烟气净化器10设于烟气余热回收管路7的出口端。经第一换热器9 换热降温后的低温烟气流入烟气净化器10进行脱硫脱硝净化处理，然后排入大气环境，防止烟气对大气的污染，更加节能环保。
40.本发明提供的用于间歇式高温烟气余热回收的熔盐蓄热供热系统1在间歇式陶瓷工业窑炉烧制过程产生的高温烟气回收过程中引入了蓄热源5和智能调控单元6，充分利用蓄热熔盐的高蓄热密度和清洁蓄热特性实现了间歇式工业窑炉烟气余热的回收、储存和多维度、错时空再利用，解决了现有间歇式陶瓷工业窑炉生产过程产生的高温烟气因间歇式生产方式、能源品质不平衡和烟气含杂质较多而导致的余热利用率低的问题。
41.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。