具有机械气流式清灰功能的双压立式矿热用余热锅炉

摘要

一种具有机械气流式清灰功能的双压立式矿热用余热锅炉，包括过热器、蒸发器和省煤器，过热器、蒸发器和省煤器主要由进、出口集箱和膜式壁换热组件组成，膜式壁换热组件的入口端与入口集箱相连，膜式壁换热组件的出口端与出口集箱相连；膜式壁换热组件包括至少两个换热管及热传金属板，换热管之间并排设置，热传金属板设置在换热管之间且与两个换热管焊接。膜式壁换热组件上设包括外部传动装置和内部清灰装置的机械刷清灰装置，内部清灰装置包括横梁、两个设置有金属钢丝清洁球的夹持臂及引导机构，通过气流进入孔将高压气体引入气流腔体中，并从气流出孔排出以吹掉钢丝球状态保持件及钢丝球上蓄积的灰尘。

说明书

技术领域

本发明涉及一种余热锅炉，特别涉及一种具有机械气流式清灰功能的双压立式矿热用余热锅炉。

背景技术

目前，在各种工业生产领域中需要大量的能源消耗，生产过程中由各种热能转换设备、用能设备和化学方应设备中产生而未被利用的热能，而且也会在生产过程中产生大量的各种形式的余热，余热的来源主要有工业排气余热、高温产品及炉渣的余热、冷却介质的余热、化学方应过程中生成的弃热、可燃废气、废料、废液的热能以及废汽、废水的余热，而工业锅炉的平均热效率只有67﹪，其余的能源通过高温的废烟气排放到大气当中，造成极大的浪费。

锅炉工业的余热利用是目前节能中的一个重要课题，其具有很高的经济效益和社会效益。例如，锅炉工业中的冶炼炉余热利用，通过将冶炼炉排出的废热转换为其他能源，如电能、蒸汽能或者作为动力直接去驱动其他机械设备及供热。

矿热炉一般分3 种炉型，第一种是全封闭型，第二种是矮烟罩半封闭型，第三种是 高烟罩敞口型。半密闭炉由于其含有的可燃气体微乎其微，温度高达400 ℃以上，而且从炉门处混入的空气较多，烟气量较大。适合采用余热锅炉换热发电，热效率能达到26％~28% 左右，但难点在于烟气的粉尘中含有大量的SiO₂，粉尘粒度均小于5微米，小于2 微米以下的占77%。这些粉尘的粘性很大，非常容易粘附在烟囱、烟道、金属管表面，导致换热面的换热效率急剧降低。目前余热锅炉受热面的清灰装置，主要有振打清灰、钢珠清灰、蒸汽（空气）吹灰、激波清灰等。但是，这些清灰方式经实际验证都不适用。 

例如，中国国家知识产权局在2010 年1 月13 日公开了一项名为“一种硅铁矿热炉低温烟气余热发电锅炉”公开号为CN201382702Y，其内容为 :该装置由锅炉本体、烟气进口、过热器、蒸发区、软水加热器、水预热器、强制循环泵、机械振打装置、蛇形管束、烟气出口组成。其中锅炉本体为横向冲刷水平通道结构，锅炉本体的两侧分别设置烟气进口、烟气出口，锅炉本体上自烟气进口向烟气出口依次设置过热器、蒸发区、软水加热器和水预热器；锅炉本体下端底部设置强制循环泵，蒸发区的水循环利用强制循环泵进行强制循环 ；锅炉本体的受热面采用小直径垂直悬吊布置的厚壁蛇形管束，错排方式布置；锅炉受热面上设置进行清灰的机械振打装置。 该余热锅炉存在的不足之处在于：受热面采用错排方式布置，易积灰，采用机械振打装置进行清灰，对于矿热炉这种纳米级、胶结性能好、静电吸附和微粒间吸附能力强、不宜沉降的灰尘清灰效果差，当烟气中所携带的灰尘沉积在换热管上时，振打清灰不能将其清除，轻者导致换热效果降低，严重时将烟气通道完全堵塞，致使锅炉被迫停运。 

中国国家知识产权局公布的“钢珠除尘式矿热炉余热锅炉”公开号为CN101701775A 。该发明是采用炉顶布置有一钢珠播撒装置，在炉底灰斗下方设置钢珠分离收集装置进行清灰。该发明的不足之处在于：此装置的钢珠播撒不均易引起受热面上的积灰分布不均，影响换热器的传热效率，甚至可能发生积灰在局部结成大块使受热面失效的情况，形成安 全隐患。另外，钢珠在清灰系统中循环、临时贮存时极易生锈、抱团结块，特别在烟气中含有H₂O、SO₂等气体、复杂成分的灰分的情况。钢珠一旦结块就很难消除，会堵塞钢珠播撒喷口、钢珠导管、检修难度大。 

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种生产成本低、清灰彻底、余热利用效率高的具有机械气流式清灰功能的双压立式矿热用余热锅炉。 

一种具有机械气流式清灰功能的双压立式矿热用余热锅炉，包括由立柱和横梁构成的支架、次中压汽包、低压汽包及对流竖井，次中压汽包、低压汽包设置在支架上，对流竖井设置在支架内，对流竖井的壳体上一端连接烟气入口，壳体的另一端连接烟气出口，对流竖井内由烟气入口至烟气出口依次设有固定在梁上的次中压过热器、次中压蒸发器、次中压省煤器、低压过热器、低压蒸发器和低压省煤器，所述过热器、蒸发器和省煤器主要由进、出口集箱和膜式壁换热组件组成，膜式壁换热组件的入口端与入口集箱相连，膜式壁换热组件的出口端与出口集箱相连，并且进、出口集箱均设在对流竖井壳体外的横梁上；膜式壁换热组件包括至少两个换热管及热传金属板，换热管之间并排设置并且相邻的两个换热管中的一个换热管的出口端与另一个换热管的入口端连通，热传金属板设置在换热管之间且与两个换热管焊接，热传金属板与换热管的长度相对应。膜式壁换热组件上设机械刷清灰装置，所述机械刷清灰装置包括外部传动装置和内部清灰装置，所述外部传动装置与内部清灰装置相连，内部清灰装置包括横梁、两个设置有金属钢丝清洁球的夹持臂及引导机构，两个夹持臂与横梁垂直固定连接且两个夹持臂平行，两个夹持臂夹持在膜式壁换热组件的两侧且与膜式壁换热组件的换热管及热传金属板相接触，夹持臂与膜式壁换热组件的换热管及热传金属板相互垂直；膜式壁换热组件的两侧均设置引导机构，引导机构位于夹持臂的下方，且夹持臂与引导机构相接触，引导机构的引导方向与换热管及热传金属板的延伸方向相同；夹持臂包括两个夹持件，内部清灰装置还包括钢丝球状态保持件，钢丝球状态保持件的两端与金属钢丝清洁球相抵接，安装有钢丝球状态保持件的金属钢丝清洁球等间距的设置在两个夹持件之间，两根夹持件将钢丝球状态保持件及金属钢丝清洁球夹紧固定，且钢丝球状态保持件与夹持件垂直，相邻的两个钢丝球状态保持件之间的距离与待清扫换热管的直径相对应；夹持件内设置有气流腔体，夹持件上还设置有气流进入孔、气流出孔，气流进入孔、气流出孔与气流腔体连通，气流出孔位于两根夹持件相对的面上，以通过气流进入孔将高压气体引入气流腔体中，并从气流出孔排出以吹掉钢丝球状态保持件及钢丝球上的灰尘。

本发明与现有技术相比具有如下优点：所述过热器、蒸发器和省煤器中膜式壁换热组件主要由换热管及热传金属板构成，换热管之间并排设置并且相邻的两个换热管中的一个换热管的出口端与另一个换热管的入口端连通，热传金属板设置在换热管之间且与两个换热管焊接，热传金属板与换热管的长度相对应，如此可以增大膜式壁换热组件的换热面积，同时膜式壁换热组件上设机械刷清灰装置，所述机械刷清灰装置的外部传动装置与内部清灰装置相连，内部清灰装置的两个夹持臂夹持在膜式壁换热组件的两侧且与膜式壁换热组件的换热管及热传金属板相接触，夹持臂与膜式壁换热组件的换热管及热传金属板相互垂直，膜式壁换热组件的两侧均设置引导机构，引导机构位于夹持臂的下方，且夹持臂与引导机构相接触，夹持臂上的金属钢丝清洁球与换热管及热传金属板直接接触，将灰尘刷掉，同时通过气流进入孔将高压气体引入气流腔体中，并从气流出孔排出以吹掉钢丝球状态保持件及钢丝球上蓄积的灰尘，使矿热炉余热锅炉的传热系数提高。可见本发明能够提高产汽量，降低废气排放温度。 另外，本发明实现了外部传动装置与内部清灰装置分离联动的方式，避免了设置过多密封件的问题，操作简单、提高了清灰效果、节约了运行成本。

附图说明

附图1是一较佳实施方式的具有机械气流式清灰功能的双压立式矿热用余热锅炉的结构示意图。

附图2是图1中膜式壁换热组件的结构示意图。

附图3是图1中内部清灰装置的结构示意图。

附图4是图3中夹持件夹持钢丝球状态保持件中支撑件的剖面结构示意图。

附图5是图3中钢丝球状态保持件的结构示意图。

附图6是图3中钢丝球状态保持件结构的另一示意图。

附图7是具有抵接件的钢丝球状态保持件结构的结构示意图。

图中：具有机械气流式清灰功能的双压立式矿热用余热锅炉10、支架20、次中压汽包30、低压汽包40、对流竖井50、壳体51、次中压过热器52、入口集箱520、出口集箱521、膜式壁换热组件522、换热管5220、热传金属板5221、次中压蒸发器53、入口集箱530、出口集箱531、膜式壁换热组件532、换热管5320、热传金属板5321、次中压省煤器54、入口集箱540、出口集箱541、膜式壁换热组件542、换热管5420、热传金属板5421、低压过热器55、入口集箱550、出口集箱551、膜式壁换热组件552、换热管5520、热传金属板5521、低压蒸发器56、入口集箱560、出口集箱561、膜式壁换热组件562、换热管5620、热传金属板5621、低压省煤器57、入口集箱570、出口集箱571、膜式壁换热组件572、换热管5720、热传金属板5721、机械刷清灰装置60、、外部传动装置61、内部清灰装置62、横梁620、金属钢丝清洁球621、夹持臂622、夹持件6220、气流腔体6221、气流进入孔6222、气流出孔6223、固定孔6224、定位槽6225、引导机构623、钢丝球状态保持件624、支撑件6240、定位件62400、弹性件62401、抵接件6241、固定孔6242、弧形抵接件6243、烟气入口80、烟气出口81。

具体实施方式

请同时参看图1，具有机械气流式清灰功能的双压立式矿热用余热锅炉10包括由立柱和横梁构成的支架20、次中压汽包30、低压汽包40、对流竖井50及机械刷清灰装置60。次中压汽包30、低压汽包40设置在支架20上，对流竖井50设置在支架20内，对流竖井50的壳体51的一端连接烟气入口80，壳体51的另一端连接烟气出口81，其中对流竖井50的壳体51为炉墙，即内外两护板中间设岩棉保温材料，内护板朝向井腔内的一侧设有耐火混凝土；对流竖井50内由烟气入口80至烟气出口81依次设有固定在梁上的，所述过热器、蒸发器和省煤器主要由进、出口集箱和膜式壁换热组件组成。次中压过热器52、次中压蒸发器53、次中压省煤器54、低压过热器55、低压蒸发器56和低压省煤器57上均安装所述机械刷清灰装置60，所述机械刷清灰装置60包括外部传动装置61和内部清灰装置62，外部传动装置61固定在支架20上，且外部传动装置61与内部清灰装置62相连，内部清灰装置62分别对应的安装在次中压过热器52、次中压蒸发器53、次中压省煤器54、低压过热器55、低压蒸发器56和低压省煤器57上。外部传动装置61可以为电机或液压油缸，外部传动装置61为电机时，采用丝杠传动方式、钢丝绳传动方式、链轮链条传动方式与内部清灰装置62相连。

次中压省煤器54的入口集箱540与给水管路相连，次中压省煤器54的入口集箱540通过次中压省煤器54的膜式壁换热组件542与次中压省煤器54的出口集箱541连接，次中压省煤器54的出口集箱541还通过管路与次中压汽包30相连；次中压汽包30通过下降管与次中压蒸发器53的入口集箱530相连，次中压蒸发器53的入口集箱530通过次中压蒸发器53的膜式壁换热组件532与次中压蒸发器53的出口集箱531连接，次中压蒸发器53的出口集箱531还通过上升管与次中压汽包30相连，构成循环回路；次中压汽包30通过管路还与次中压过热器52的入口集箱520相连，次中压过热器52的入口集箱520通过次中压过热器52的膜式壁换热组件522与次中压过热器52的出口集箱521连接，次中压过热器52的出口集箱521还通过管路送出，、作为主汽用于推动汽轮机发电或生产使用；低压省煤器57的入口集箱570与给水管路相连，低压省煤器57的入口集箱570还通过低压省煤器57的膜式壁换热组件572与低压省煤器57的出口集箱571连接，低压省煤器57的出口集箱571还通过管路与低压汽包40相连；低压汽包40通过下降管与低压蒸发器56的入口集箱560相连，低压蒸发器56的入口集箱560还通过低压蒸发器56的膜式壁换热组件562与低压蒸发器56的出口集箱561连接，低压蒸发器56的出口集箱561还通过上升管与低压汽包40相连，构成循环回路；低压汽包40通过管路还与低压过热器55的入口集箱550相连，低压过热器55的入口集箱550还通过低压过热器55的膜式壁换热组件552与低压过热器55的出口集箱551连接，低压过热器55的出口集箱551还通过管路送出，作为补汽用于推动汽轮机发电或生产使用。 其中，上述入口集箱、出口集箱均设在对流竖井50的壳体51外的横梁上，上述各膜式壁换热组件设置在对流竖井50的壳体51内，且上述各膜式壁换热组件的结构相同。

进一步的，膜式壁换热组件522包括至少两个换热管5220及热传金属板5221，膜式壁换热组件532包括至少两个换热管5320及热传金属板5321，膜式壁换热组件542包括至少两个换热管5420及热传金属板5421，膜式壁换热组件552包括至少两个换热管5520及热传金属板5521，膜式壁换热组件562包括至少两个换热管5620及热传金属板5621，膜式壁换热组件572包括至少两个换热管5720及热传金属板5721；以下以次中压省煤器54中的膜式壁换热组件542为例，来进一步说明膜式壁换热组件结构，请同时参看图2，膜式壁换热组件542包括至少两个换热管5420及热传金属板5421，换热管5420之间并排设置并且相邻的两个换热管5420中的一个换热管的出口端与另一个换热管5420的入口端连通，热传金属板5421设置在换热管5420之间且与两个换热管5420焊接，热传金属板5421与换热管5420的长度相对应。机械刷清灰装置60的内部清灰装置62可滑动的设置在膜式壁换热组件542上。

其中，请参看图3至图4，内部清灰装置62包括横梁620、两个设置有金属钢丝清洁球621的夹持臂622及引导机构623，两个夹持臂622与横梁620垂直固定连接且两个夹持臂622平行，两个夹持臂622夹持在膜式壁换热组件542的两侧且与膜式壁换热组件542的换热管5420及热传金属板5421相接触，夹持臂622与膜式壁换热组件542的换热管5420及热传金属板5421相互垂直；膜式壁换热组件542的两侧均设置引导机构623，引导机构623位于夹持臂622的下方，且夹持臂622与引导机构623相接触，引导机构623的引导方向与换热管5420及热传金属板5421的延伸方向相同。

夹持臂622包括两个夹持件6220，内部清灰装置62还包括钢丝球状态保持件624，钢丝球状态保持件624的两端与金属钢丝清洁球621相抵接，安装有钢丝球状态保持件624的金属钢丝清洁球621等间距的设置在两个夹持件6220之间，两个夹持件6220将钢丝球状态保持件624及金属钢丝清洁球621夹紧固定，且钢丝球状态保持件624与夹持件6220垂直，相邻的两个钢丝球状态保持件624之间的距离与待清扫换热管的直径相对应。夹持件6220内设置有气流腔体6221，夹持件6220上还设置有气流进入孔6222、气流出孔6223，气流进入孔6222、气流出孔6223与气流腔体6221连通，气流出孔6223位于两根夹持件6220相对的面上，以通过气流进入孔6222将高压气体引入气流腔体6221中，并从气流出孔6223排出以吹掉钢丝球状态保持件624及金属钢丝清洁球621上的灰尘。

在本实施方式中，请同时参看图5至图6，钢丝球状态保持件624包括支撑件6240及抵接件6241，支撑件6240的两端对应的设置所述抵接件6241，抵接件6241与支撑件6240相互垂直，抵接件6241与金属钢丝清洁球621相抵接，以使金属钢丝清洁球621保持伸长。

其中，支撑件6240中部设置有固定孔6242，两个夹持件6220的与支撑件6240上的固定孔6242相正对的位置上也开设有固定孔6221，通过螺栓穿过支撑件6240的固定孔6242及夹持件6220的固定孔6221再与螺帽配合，以将设置在两根夹持件6220之间的钢丝球状态保持件624及金属钢丝清洁球621夹紧固定。夹持件6220上设置有定位槽6222，支撑件6240对应的嵌在两个夹持件6220的定位槽6222中，以实现快速定位，定位槽6222的槽底上设置所述固定孔6221。

支撑件6240包括定位件62400及两个弹性件62401，定位件62400中部设置有固定孔6242，定位件62400的两端对应的与弹性件62401连接，弹性件62401的另一端还与抵接件6241连接。弹性件62401可以为弹簧或者为弹片。定位件62400对应的嵌在两个夹持件6220的定位槽6222中。由于钢丝球状态保持件624与金属钢丝清洁球621相抵接，使得金属钢丝清洁球621可以长时间保持固定的形状，以克服因金属钢丝清洁球621自身的柔性及重力作用和在高温下长时间运行而导致无法恢复到原来的形状或往下耷拉的问题。

请同时参看图7，钢丝球状态保持件624还包括四个弧形抵接件6243，支撑件6240的一端还对应的与两个弧形抵接件6243固定连接，支撑件6240的另一端还对应的与另外两个弧形抵接件6243固定连接，四个弧形抵接件6243的另一端都靠近夹持件6220，弧形抵接件6243还与金属钢丝清洁球621抵接，以使金属钢丝清洁球621产生变形并与待清扫换热管的外壁相配合接触。例如, 弧形抵接件6243与弹性件62401的一端连接，弹性件62401的与弧形抵接件6243连接的一端同时也与抵接件6241连接。