烟气冷却装置及冷却方法

技术领域

本发明涉及冷却装置技术领域，尤其涉及一种烟气冷却装置及冷却方法。

背景技术

现代工业高温烟气降温处理过程中，往往采用间接风冷、直接风冷、间接水冷、直接水冷等冷却方式，其中，直接水冷是将水通过喷头直接喷入高温烟道，水和烟气直接接触的方式对烟气进行冷却；间接水冷是通过换热管将烟气和水隔离开来，水在换热管的管内流动，烟气在换热管的管外流过，通过管壁的热交换达到烟气降温的目的。不同领域的处理工艺一般采用的冷却方式也不同。在选择冷却方式的过程中，间接水冷冷却器往往因为传热效率高、余热容易被回收利用等优点首先考虑。

但是，在间接水冷冷却器中，大多需要单独配置凉水塔，水经过换热器后温度升高，高温水经水泵送进凉水塔，凉水塔对高温水进行降温后才能重新进入冷却器循环利用。

发明内容

本发明提供一种烟气冷却装置及冷却方法，用以解决现有技术中间接水冷冷却装置大多需要单独配置凉水塔，设备配置复杂，占用空间大的缺陷，实现将和烟气交换后的高温水直接冷却，重新进入冷却循环使用。

本发明提供一种烟气冷却装置，包括：

烟道，供高温烟气流通；

烟气冷却组件，包括多根换热管，每个所述换热管穿设于所述烟道，所述换热管的一端为进水口，另一端为出水口，所述进水口和所述出水口均位于所述烟道的外部，且所述进水口高于所述出水口；

供水装置，与各个所述换热管的进水口连通，用于向所述换热管内供水；

风机，用于驱动空气由所述出水口向所述进水口方向流动，形成风道。

根据本发明提供的一种烟气冷却装置，所述烟气冷却组件包括多个竖直设置的换热管，多个所述换热管的间隙形成烟气流通通道，每个所述换热管上下通透，且所述换热管的内部形成水流通通道；且每个所述换热管侧壁的顶部设置有多个所述进水口，所述进水口与所述供水装置连通。

根据本发明提供的一种烟气冷却装置，还包括储液槽，设置于所述壳体的内部，且所述储液槽的顶端低于所述换热管的顶端；且所述进水口与所述储液槽连通。

根据本发明提供的一种烟气冷却装置，还包括填料，所述填料与出水口相对应，以使出水口流出的水漏入填料，所述填料设置于所述烟气冷却组件的底部；且所述风道贯穿所述填料。

根据本发明提供的一种烟气冷却装置，所述填料和所述供水装置之间在竖直方向上具有间隔距离，且所述进风口设置于所述间隔距离对应的侧壁处。

根据本发明提供的一种烟气冷却装置，所述供水装置通过管道与所述储液槽连通，且所述管道上设置有水泵和单向阀。

根据本发明提供的一种烟气冷却装置，所述供水装置的内部设置有浮球阀。

根据本发明提供的一种烟气冷却装置，所述烟气冷却组件分隔成多个换热单元，每个所述换热单元包括多个所述换热管，且相邻所述换热单元之间的间隔大于同一个所述换热单元内部的相邻所述换热管之间的间隔。

根据本发明提供的一种烟气冷却装置，多个所述换热单元之间均设置有进水支管，所述进水支管均与所述管道连通。

本发明还提供一种烟气冷却方法，包括以下步骤：

向供水装置中注入冷水；

冷水通过进水口进入烟气冷却组件，在烟气冷却组件内形成一层水膜；

热烟气经过烟气冷却组件并和冷水进行热交换；

烟气冷却组件内空气在风机的作用下，自下而上流经水表面，蒸发过程的潜热使水温降低，降低水在下降过程中的升温速度；

烟气冷却组件流出来的水进入填料，使换热后的水的温度降低到换热前的温度；

重新进入供水装置，进入系统循环使用。

本发明提供的烟气冷却装置，冷水自供水装置至进水口再进入烟气冷却组件中自上而下流动，流动过程中对烟道中的高温烟气进行冷却换热，风道自下而上贯穿烟气冷却组件，通过风机的设置，使得空气在风机的作用下与换热后的水呈相反方向流动，蒸发的汽化潜热降低水温，经过降低水温后的水自出水口处流出重新与供水装置汇合，实现冷却循环；省去了换热后的高温水进入凉水塔的步骤；整个设备常压运行，可以采用不锈钢薄钢板制作，相对现有技术大幅降低设备重量；设备不运行时，烟气冷却组件内没有水，可以避免冬天结冰的情况。

本发明提供的烟气冷却方法，由于包括如上所述的烟气冷却装置，因此具备如上所述的各种优势。

附图说明

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简单地介绍，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。

图1是本发明提供的烟气冷却装置的主视剖视图；

图2是本发明图1中A处的结构放大示意图；

图3是本发明提供的烟气冷却装置的侧视剖视图；

图4是本发明提供的烟气冷却装置的俯视剖视图；

附图标记：

1、壳体；2、进风口；3、风机；4、烟气冷却组件；41、换热管；410、换热单元；5、进水口；6、供水装置；7、储液槽；8、填料；9、管道；10、水泵；11、单向阀；12、浮球阀。

具体实施方式

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。

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。

下面结合图1至图4描述本发明的烟气冷却装置。

如图1和图2所示，本发明实施例在于提供一种烟气冷却装置，烟道、烟气冷却组件4、供水装置6和风机3，烟道供高温烟气流通；烟气冷却组件4包括多根换热管41，每个所述换热管41穿设于烟道，换热管41的一端为进水口5，另一端为出水口，进水口5和出水口均位于烟道的外部，且进水口5高于出水口；供水装置6与各个换热管41的进水口5连通，用于向换热管41内供水；风机3用于驱动空气由出水口向进水口5方向流动，形成风道。

具体风道的设置，烟气冷却装置可以包括壳体1，壳体1的侧壁上设置有进风口2，顶壁上设置有出风口，且出风口处设置有风机3，在风机3的作用下可自进风口2至出风口形成用于空气流通的风道；烟气冷却组件4设置于壳体1的内部；烟气冷却组件4用于对烟气进行冷却换热，烟气冷却组件4的顶部设置有进水口5，底部设置有出水口；供水装置6中的水可以通过任何动力装置将冷水压入到进水口5处，从而实现对烟气的冷却。自进风口2至出风口形成风道，且风道贯穿烟气冷却组件4。

本发明提供的烟气冷却装置，冷水自供水装置6至进水口5再进入烟气冷却组件4中自上而下流动，流动过程中对烟气进行冷却换热，风道自下而上贯穿烟气冷却组件4，通过进风口2、出风口和风机3的设置，使得空气在风机3的作用下与换热后的水呈相反方向流动，蒸发的汽化潜热降低水温，经过降低水温后的水自出水口处流出重新与供水装置6汇合，实现冷却循环；省去了换热后的高温水进入凉水塔的步骤；整个设备常压运行，可以采用不锈钢薄钢板制作，不锈钢薄钢板的厚度可以在2mm左右即可满足使用要求，相对现有技术大幅降低设备的重量；设备不运行时，烟气冷却组件4内没有水，可以避免冬天结冰的情况。即，本发明结合冷却器和凉水塔的原理，将和烟气热交换后的高温水直接冷却，重新进入供水装置循环使用。

在本发明的一个实施例中，烟气冷却组件4包括多个竖直设置的换热管41，以确保换热管41的水能够因重力的作用向下流动；换热管41可以为并排设置的多个；多个换热管41的间隙形成烟气流通通道，如图1中虚线箭头所示，烟气进口和烟气出口之间形成烟气流通通道；每个换热管41上下通透，且换热管41的内部形成水流通通道；为了方便设置，烟气流通通道和水流流通通道的轴线可以相互垂直；如图2所示，每个换热管41侧壁的顶部设置有多个进水口5，进水口5与供水装置6连通。通过多个换热管41的设置，换热管41内部流通有冷水，烟气在换热管41外部的间隙内流通，从而实现对烟气的换热冷却作用。

在本发明的一个实施例中，还包括填料8，填料8可以为S波填料，填料8与出水口相对应，以使出水口流出的水漏入填料8，填料8设置于烟气冷却组件4的底部；且风道贯穿填料8。S波填料充分利用梯形斜波的合理设计原则，同时增加水膜截流的次数，使水膜多次重分配且更趋于均匀。增加竖向凸纹滞留波，提高水膜横向扩散能力，能使在填料中水气热质交换更充分，同时使水膜下泄速度减缓，延长热质交换时间，提高冷却效果。S波填料可以为S波聚氯乙烯填料。

其中，进水口5为小孔，水通过小孔从换热管41内表面流淌，形成水膜，自上而下流淌；换热管41通常依次排列，能够达到目标换热面积。当烟气自烟气进口向烟气出口流通时，热烟气和水经过换热管41的传热进行热交换，由于水在沿着换热管41的内壁面流淌，管内其余空间的空气在风机3作用下，空气自下而上流经水表面，蒸发过程的潜热可以使温度降低，降低水在下降过程的升温温度，气体上升速度低于液泛速度。

其中，潜热是指单位质量的物质在等温等压的情况下，从一个相变化到另一个相吸收或放出的热量。液泛速度是使填料塔内出现液泛现象的气流速度。液泛现象是指填料塔内，上升气流对液体所产生的曳力组织液体下流，以致填料层空隙内大量积液，气体只能鼓泡上升，并将液体带出塔外的现象。

如图3所示，在烟气冷却组件4下方设置填料8，上方布置风机3，经过热交换的高温水在填料表面流淌过程中，空气在风机3的作用下与高温水呈反方向流经填料8，蒸发的汽化潜能降低水温，进入供水装置6的低温水又可以重新送回换热管41和烟气进行热交换。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，还包括储液槽7，设置于壳体1的内部，储液槽7可以与换热管41镶嵌交叉设置，储液槽7为水平设置，顶部开口，具有底板和侧板，底板和四周的侧板围成可以容纳水的空间，换热管41的顶端贯穿储液槽7的底板，且换热管41和底板之间设置有密封圈，防止漏水。储液槽7的顶端低于换热管41的顶端，且进水口与储液槽7连通。由于换热管41的顶部开口，储液槽7的顶端低于换热管41的顶端这样设置的目的是防止储液槽7内的水直接从换热管41的顶部开口进入到换热管41的内部，而是需要水从换热管41侧壁的进水口5处流入换热管41内侧壁，以使水在换热管41内表面流淌形成水膜，自上而下流淌，形成水膜。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，填料8和供水装置6之间在竖直方向上具有间隔距离，且进风口2设置于间隔距离对应的侧壁处，即进风口2设置于填料8和供水装置6之间。为了实现更好的蒸发效果，在壳体1侧壁的两侧均设置有进风口2。为了保证空气的清洁，进风口2处可以设置有百叶窗，或是在进风口2处还可以设置过滤网。在实际应用中，间隔距离的大小可以根据实际情况自行设定，只要能保证进风口2足够大，保证风速即可。例如，当烟气的流通速度为12米/秒时，风速达到4米/秒时即可。风速的大小可以通过进风口2的大小和风机3的开机功率共同实现。如图1中是实线箭头所示，为空气的流通方向。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，供水装置6通过管道9与储液槽7连通，且管道9上设置有水泵10和单向阀11，水泵10用于给予供水装置6中的冷水提供动力，将供水装置6中的冷水克服重力等提升到储液槽7中。单向阀11的设置，是防止冷水自储液槽7至供水装置6的直接倒流，即供水装置6中的冷水只能从供水装置6中通过水泵10等驱动装置流入储液槽7内，而不能从储液槽7内直接通过管道9倒流入供水装置6中，从而保证冷却装置的正常工作。

在本发明的一个实施例中，供水装置6的内部设置有浮球阀12。浮球阀12是由曲臂和浮球等部件组成的阀门，可用来自动控制供水装置6的液面，保养简单、灵活耐用，液位控制准确度高，水位不受水压干扰且开闭紧密不漏水。浮球阀12是依靠浮球室中的浮球受液面作用的降低和升高，去控制一个阀门的开启和关闭。浮漂始终漂是水上，当水面上涨时，浮漂也跟着上升。漂上升就带动连杆也上升。连杆与另一端的阀门相连，当上升到一定位置时，连杆支起橡胶活塞垫，封闭水源。当水位下降时，浮漂也下降，连杆又带动活塞垫开启。

如图4所示，在本发明的一个实施例中，烟气冷却组件4分隔成多个换热单元410，每个换热单元410包括多个换热管41，且相邻换热单元410之间的间隔大于同一个换热单元410的相邻换热管41之间的间隔。换热管41可以采用横截面为椭圆形的管体，且椭圆形的长轴方向与烟气的流通方向平行，以提高烟气冷却组件4对烟气的换热效率。

在本发明的一个实施例中，多个换热单元410之间均设置有进水支管，进水支管均与管道9连通，进水支管的出水口与储液槽7连通，增加多个换热管41的进水口5进水的均匀性。

本发明提供的烟气冷却装置的工作过程为：

首先向设备底部的供水装置6内注入固定容积的水，经过水泵10提升到冷却器顶部的储液槽7中，水经过小孔的进水口5流入换热管41内壁表面，形成一层水膜。当热烟气自烟气进口至烟气出口通过冷却器时，即，热烟气通过烟气冷却组件4；热烟气和水经过换热管41的传热进行热交换；由于水是沿着换热管41的内壁面流淌，管内其余空间的空气在风机3作用下，自下而上流经水表面，蒸发过程的潜热可以使水温度降低，降低水在下降过程的升温速度，气体上升速度应该低于液泛速度，以避免液泛现象的发生。

水经过换热管41后，进入填料8，水在重力作用下向下流过S波聚氯乙烯填料，空气在风机3的作用下通过填料底部的百叶窗进风口2进入壳体1的内部，和水流程反方向经过填料8，在填料8完成热交换，空气继续上升流经换热管41，再通过风机3的叶片排出系统。填料的作用是为了尽可能使换热后温度较高的水温降低到换热前的温度，重新进入系统循环使用，是保证进入系统的水在系统全流程中全部蒸发的关键所在。

本发明提供的烟气冷却装置，将经过和烟气热交换升温后的水直接在设备内的填料8降温，使水在设备内部循环使用，在冷却装置的内部完成了水经过换热管41升温，经过填料8降温的过程，节省了高温水进入凉水塔的步骤，相对于带有凉水塔的冷却装置，本发明降低了设备成本，也节省了冷却装置的占用空间。而且，整个冷却装置在常压下运行，可以采用不锈钢薄板制作，相对现有技术可大幅降低设备重量；而且冷却装置在不运行时，换热管41内没有水，可以避免冬天水管结冰的情况。

下面对本发明提供的烟气冷却方法进行描述，下文描述的烟气冷却方法与上文描述的烟气冷却装置可相互对应参照。

本发明的另一方面实施例在于提供一种烟气冷却方法，利用上述任一项的烟气冷却装置，包括以下步骤：

向供水装置6中注入冷水；

冷水在水泵10的作用下通过进水口5进入烟气冷却组件4，在烟气冷却组件4的内壁中形成一层水膜；

热烟气经过烟气冷却组件4的缝隙并和烟气冷却组件4管内的冷水进行热交换；

烟气冷却组件4内空气在风机3的作用下，自下而上流经水膜表面，蒸发过程的潜热使水温降低，降低水在下降过程中的升温速度；

烟气冷却组件4流出来的水进入填料8，使换热后的水的温度降低到换热前的温度；

重新进入供水装置6，进入系统循环使用。

与现有技术相比，本发明的提供的烟气冷却方法，在冷却装置的内部完成了水经过换热管41升温，经过填料8降温的过程，省去了高温水进入凉水塔的步骤；整个冷却装置常压运行，可以采用不锈钢薄钢板制作，较比现有技术可大幅降低设备重量；设备不运行时，换热管41内无水，可以避免冬天水管结冰的情况。

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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“方式”、“具体方式”、或“一些方式”等的描述意指结合该实施例或方式描述的具体特征、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方式中。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方式。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方式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方式以及不同实施例或方式的特征进行结合和组合。

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。