[发明专利]一种用于烟气余热回收的自清灰换热器及采用该换热器的自清灰方法

说明书

技术领域

本发明属于工业余热回收技术领域，具体涉及一种用于烟气余热回收的自清灰换热器及采用该换热器的自清灰方法。

背景技术

在我国的能源消费中，工业能耗占全国能耗总量的70％以上，其中约60％转化为不同温度的余热，而可以回收利用的余热约占余热总量的60％左右。在可回收余热资源中，烟气余热资源占有较大的比重，对烟气余热的有效利用，可以大幅度地减少一次能源的消耗，提高能源利用效率。但由于工业烟气余热往往含有一定浓度的飞灰颗粒，致使烟气进入换热器时造成换热管束的积灰。受热面的积灰，不仅使得受热面热阻增加，对流换热系数下降，传热能力降低，也影响系统的稳定运行。

目前工业上普遍采用的烟气换热器清灰方法主要为机械振动、蒸汽清灰和声波清灰等。对于机械振动方法，存在振打机构故障率高、清灰效果逐渐下降的缺点；对于蒸汽清灰方法，清灰设备存在着能耗高、可靠性差等缺点，并且对设备有副作用，如严重磨损受热面而导致锅炉运行的可靠性降低；对于声波清灰方法，需要配备空压站，且设备一次性投资大。这些方法均带来了额外的投资成本和能量损耗，且降低了系统的稳定性。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于烟气余热回收的自清灰换热器，其能有效地清除换热器受热面积灰，并能够高效地回收烟气余热，提高能源利用率，减少环境污染，无流动和换热死区，高效吹灰的特点。

本发明的另一目的在于，提供一种采用该换热器的自清灰方法，其通过周期性控制烟气的进风角度，利用烟气有效地清除换热面积灰，达到自清灰的效果，并能够高效地回收烟气余热，提高能源利用率。

为达到上述目的，本发明的自清灰换热器：包括换热器壳体以及设置在壳体3内的换热管束，在壳体两侧分别设置有相互连通的带有冷却流体进口、冷却液体出口的冷却液体进口管箱和冷却液体出口管箱，冷却液体进口管箱(4)和冷却液体出口管箱(5)分别与换热管束(20)的两端相连通，在壳体上设置有三对烟气进、出口，其中三个烟气进口在圆周上相隔120°，三个烟气出口与三个烟气进口相对应；烟气进气管道分为三支管路与三个烟气进口相连接，烟气出口管道分为三支管路与三个烟气出口相连接；在烟气进气管道、烟气出口管道上分别安装有监测流体进出口温度的进、出口端热电偶；在烟气进气管道上还安装有检测流体体积流量的流量计，烟气进气管道的三支管路、烟气出口管道的三支管路上分别安装有控制烟气通道变换的阀门。

所述的换热管束采用正六边布置，外壳采用与换热管束相匹配的圆柱形结构。

所述的三对烟气进、出口分别布置在以中心换热管为中心的正六边形的对角线与壳体的交点上。

所述的换热管管间距S与换热管管径D之比的无量纲为2.0～3.0。

所述的最外侧换热管与壳体3间距L与换热管管径D之比的无量纲为2.0～4.0。

所述的换热管束采用螺旋翅片、环形翅片、针肋或丁胞结构。

本发明换热器用于烟气余热回收的自清灰方法，包括以下步骤：

1)首先，获得换热管束内流体的密度ρ、比热容C_p及体积流量V的数据；

2)在系统开机运行稳定后，读取换热管束进、出口流体的初始温度T_i0和T_o0，得到初始换热量Q₀＝ρVC_p(T_o0-T_i0)；

3)在换热器运行中继续监测换热管束进出口流体的即时温度T_i和T_o，得到换热量Q＝ρVC_p(T_o-T_i)；

4)根据获得的初始换热量Q₀和即时换热量Q，得到换热效率η＝Q/Q₀；

5)若换热效率η小于换热器洁净工况下效率的80-90％时，控制系统周期性地开闭相关的进、出口阀门，调节烟气的进口角度。