燃气梭式窑的余热利用装置

摘要

本发明公开了一种燃气梭式窑的余热利用装置，包括与窑体连通的烟囱，还包括换热装置，换热装置围在烟囱的外部，换热装置内具有换热腔，换热腔的一侧紧贴在烟囱的外壁上，换热装置的底部设置有冷风进口，换热装置的顶部设置有热风出口，并且冷风进口和热风出口均与换热腔连通，换热装置的热风出口处连接有抽风机。本发明能够最大限度地利用燃气梭式窑的排出烟气的余热，并且换热效率高，提高其能源利用率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气梭式窑的余热利用装置，属于窑体余热利用技术领域。

背景技术

目前，随着我国工业生产的不断发展，能源问题越来越突出。普遍存在着一种极不正常的状况，一方面能源不足，影响企业开工率；另一方面能源浪费又相当严重，能源利用率很低，陶瓷生产是我国轻工业生产中耗能较大的行业之一，而窑炉又是陶瓷生产中不可能缺少的主要耗能设备。现阶段陶瓷工业窑炉的热效率普遍较低，主要原因是窑炉排出烟气带走了炉内热量的大部分，回收利用好这部分热量是提高窑炉能源利用率的有效手段，最近几年，一种以液化天然气为燃料的无动力梭式窑炉在全国各产瓷区得到了较快的普及，并进一步推广到陶瓷行业以外的化工领域，这种液化气间歇窑炉，由于采用了新型的耐火材料等措施，相对其他间歇窑炉，节能达20%以上，作为陶瓷工业窑炉的发展趋势和方向，势必在陶瓷工业的技改中替代了其他落后的工艺设备，社会拥有量将越来越多，接踵而来的问题便是如何回收利用其大量的余热。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够最大限度地利用燃气梭式窑的排出烟气的余热，并且换热效率高，提高其能源利用率的燃气梭式窑的余热利用装置。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种燃气梭式窑的余热利用装置，包括与窑体连通的烟囱，还包括换热装置，换热装置围在烟囱的外部，换热装置内具有换热腔，换热腔的一侧紧贴在烟囱的外壁上，换热装置的底部设置有冷风进口，换热装置的顶部设置有热风出口，并且冷风进口和热风出口均与换热腔连通，换热装置的热风出口处连接有抽风机。

进一步，所述的烟囱上设置有热风直接出口，该热风直接出口位于换热装置的上方，热风直接出口通过管道与换热装置的热风出口连通后再与抽风机连接，热风直接出口与热风出口之间的管道上设置有封闭管道的闸板。

更进一步，所述的烟囱的外壁上安装有水加热装置，水加热装置的底部设置有冷水进口，水加热装置的顶部设置有热水出口。

采用了上述技术方案后，用烟囱内烟气的余热可以利用水加热装置产生热水对燃气梭式窑的液化气钢瓶供热，使瓶内余气基本用尽，与不用热水相比，特别是在冬季，每只钢瓶内均剩余较多尾气无法使用，相当于缩小了钢瓶的容积，造成一定的浪费，如果要使钢瓶内余气用完，用户只好另加装一台热水器，本发明安装水加热装置后，不但节约了热水器的投资，还节省了许多燃料，用烟囱内烟气的余热可以利用换热装置产生热风则供给坯体或待烧产品干燥用，替代原有供热风设备，既节省投资，减少燃料消耗，又降低了企业成本，虽热没有充分回收烟气的热量，但总的能量利用率得到了提高，累积回收热量以100台4.5m³窑炉为例，每年相当于节约燃料近1千吨标准煤，经济效益比较可观。另外，本发明的换热装置和水加热装置，对高温段烟囱还起到了一定的保护作用，延长了烟囱的使用寿命，节约了设备的维修方面，由于燃气梭式窑仍属间歇式窑炉，在冷却阶段尚有大量的热量散发，通过闸板控制，在不影响窑内产品冷却的情况下可直接抽取利用现有热源。

附图说明

图1为本发明的燃气梭式窑的余热利用装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种燃气梭式窑的余热利用装置，包括与窑体1连通的烟囱2，还包括换热装置3，换热装置3围在烟囱2的外部，换热装置3内具有换热腔3-1，换热腔3-1的一侧紧贴在烟囱2的外壁上，换热装置3的底部设置有冷风进口3-1-1，换热装置3的顶部设置有热风出口3-1-2，并且冷风进口3-1-1和热风出口3-1-2均与换热腔3-1连通，换热装置3的热风出口3-1-2处连接有抽风机。

如图1所示，烟囱2上设置有热风直接出口2-1，该热风直接出口2-1位于换热装置3的上方，热风直接出口2-1通过管道4与换热装置3的热风出口3-1-2连通后再与抽风机连接，热风直接出口2-1与热风出口3-1-2之间的管道4上设置有封闭管道4的闸板5。

如图1所示，烟囱2的外壁上安装有水加热装置6，水加热装置6的底部设置有冷水进口6-1，水加热装置6的顶部设置有热水出口6-2。

本发明的工作原理如下：

用烟囱2内烟气的余热可以利用水加热装置6产生热水对燃气梭式窑的液化气钢瓶供热，使瓶内余气基本用尽，与不用热水相比，特别是在冬季，每只钢瓶内均剩余较多尾气无法使用，相当于缩小了钢瓶的容积，造成一定的浪费，如果要使钢瓶内余气用完，用户只好另加装一台热水器，本发明安装水加热装置6后，不但节约了热水器的投资，还节省了许多燃料，用烟囱2内烟气的余热可以利用换热装置3产生热风则供给坯体或待烧产品干燥用，替代原有供热风设备，既节省投资，减少燃料消耗，又降低了企业成本，虽热没有充分回收烟气的热量，但总的能量利用率得到了提高，累积回收热量以100台4.5m³窑炉为例，每年相当于节约燃料近1千吨标准煤，经济效益比较可观。另外，本发明的换热装置3和水加热装置6，对高温段烟囱2还起到了一定的保护作用，延长了烟囱2的使用寿命，节约了设备的维修方面，由于燃气梭式窑仍属间歇式窑炉，在冷却阶段尚有大量的热量散发，通过闸板5控制，在不影响窑内产品冷却的情况下可直接抽取利用现有热源。

燃气梭式窑的热效率及单位产品能耗虽然比其他类型的间歇窑炉优越，但仍属倒焰形式，烟囱2排烟温度相当高。通过对不同容积，不同产品的梭式窑炉进行热平衡测试后可知，烟气带走的热量占燃料燃烧热的35%~40%，相当可观，如果直接抽取烟气利用，肯定会影响窑内压力及温度的分布，不但会使窑炉难以操作控制，甚至会造成燃烧产物对用热部门的污染，因此我们只能收集高温烟气向周围空间散发的热量，决定在梭式窑的烟囱上加设换热装置来达到余热利用的目的。

如何才能最大限度地收集该窑炉的余热及怎样将这些热量以何种形式送到用热部门，使热损失最小，是关键问题。根据传热学原理，烟气通过烟囱壁向周围空间散热包括有导热、对流和辐射三种传热过程，通常散热量可采用以下公式来得：Q=α（t_w-t）πdI，式中，α——烟囱外壁与周围空气之间的对流辐射传热系数，单位：w/m² · ℃；t_w , t——分别为烟囱外壁温度和周围环境温度，单位：℃; d—烟囱外径，m；Ｉ——烟囱长度，m。

从该式可以看出，散热量与烟囱长度成正比，但在烟囱外加装换热装置后，就变成了流体与固体（烟囱壁）之间的热交换，其过程相当复杂，目前都是以牛顿冷却定律作为计算基础求其他换热量，即：Q=α_k（t_w－t_f）· F；式中，α_k ——对流传热系数，w/m² · ℃；t_w ——与流体接触的固体壁面温度，℃; t_f——流体的温度，℃；F——与流体接触的热交换面积，m² 。

上式中的换热量Q与α_k、F和温度差Δt均成正比，但由于随着换热面积的增大，在烟囱直径不变的情况下，即增大了换热装置的长度，这时温度差Δt在逐渐变小，换热装置成本也在增加，α_k更是一个复杂多变的函数，与形状、壁面温度、流体流速、流体温度诸多因素有关，根据这些情况，经过仔细计算，确定了换热装置的主要尺寸和换热面积，使得换热量较大，换热效率较高。

利用烟气余热通过水加热装置所产生的热水，主要用与对液化气钢瓶加热，一是提供液化气蒸发所需的热量，二是提高液化气入窑的温度。余热产生的热空气则送至干燥设备作为热源使用，但须对输送管道进行保温设计，并满足以下各项要求：①保温材料导热系数较小；②选用了多孔性保温材料，容量较小；③保温材料耐热高温高且不易燃烧；④所选材料具有一定的机械强度且吸水率小；⑤施工方便，造价低。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。