本發(fā)明涉及煙氣余熱回收，尤其是一種高效梯級利用中低溫煙氣余熱回收系統(tǒng)及其方法。

背景技術：

1、隨著社會的發(fā)展，能源消耗日益增大，而能源的有效利用和環(huán)境保護成為重要議題。中低溫煙氣余熱利用系統(tǒng)正是針對工業(yè)生產中產生的低溫煙氣進行余熱回收的技術，旨在提高能源利用效率，減少環(huán)境污染。

2、煙氣是一般耗能設備浪費能量的主要途徑，比如鍋爐排煙耗能大約在15%，而其他設備比如印染行業(yè)的定型機、烘干機以及窯爐等主要耗能都是通過煙氣排放。煙氣余熱回收主要是通過某種換熱方式將煙氣攜帶的熱量轉換成可以利用的熱量。

3、中低溫煙氣余熱主要來源于工業(yè)生產過程中的廢氣排放，具有余熱量不穩(wěn)定、含塵量較大、含腐蝕性物質等特點。其溫度范圍通常在200℃以下（低溫煙氣）至650℃（中溫煙氣）之間。這些特性對余熱的回收和利用提出了特殊的要求。

4、由于能源緊張，隨著節(jié)能工作進一步開展。各種新型，節(jié)能先進爐型日趨完善，且采用新型耐火纖維等優(yōu)質保溫材料后使得爐窯散熱損失明顯下降。采用先進的燃燒裝置強化了燃燒，降低了不完全燃燒量，空燃比也趨于合理。然而，降低排煙熱損失和回收煙氣余熱的技術仍進展不快。為了進一步提高窯爐的熱效率，達到節(jié)能降耗的目的，回收煙氣余熱也是一項重要的節(jié)能途徑。

5、煙氣余熱回收途徑通常采用二種方法:一種是預熱工件；二種是預熱空氣進行助燃。煙氣預熱工件需占用較大的體積進行熱交換，往往受到作業(yè)場地的限制（間歇使用的爐窯還無法采用此種方法）。預熱空氣助燃是一種較好的方法，一般配置在加熱爐上，也可強化燃燒，加快爐子的升溫速度，提高爐子熱工性能。這樣既滿足工藝的要求，最后也可獲得顯著的綜合節(jié)能效果。此外國內從五十年代開始在工業(yè)爐窯上采用預熱空氣的預熱器，其中主要形式為管式、圓筒輻射式和鑄鐵塊狀等形式換熱器，但交換效率較低。八十年代，國內先后研制了噴流式，噴流輻射式，復臺式等換熱器，主要解決中低溫的余熱回收。

6、中低溫煙氣余熱利用系統(tǒng)主要采用熱交換器作為主要的換熱設備。根據(jù)煙氣的特性和使用場景，可以選擇不同類型的熱交換器，如熱管式換熱器、管殼式換熱器、板式換熱器、翅片管換熱器等。這些熱交換器通過輻射傳熱和對流傳熱兩種方式，將煙氣中的熱量傳遞給工作介質（如水、空氣等），實現(xiàn)熱能的回收和利用。

7、中低溫煙氣余熱利用系統(tǒng)優(yōu)化和換熱特性的研究，對提高能源利用效率、降低環(huán)境污染具有重要意義。未來研究可進一步探索新材料、新技術在系統(tǒng)中的應用，以及優(yōu)化操作條件、提高換熱效率等方面，推動該技術的廣泛應用和發(fā)展。

8、如申請?zhí)枮?01921323012.2公開了一種高效中低溫煙氣余熱回收裝置，包括：余熱回收倉和凈化倉；所述余熱回?收倉的進口端連通有煙氣進管，且煙氣進管上連通有增壓泵，所述余熱回收倉的出口端連通有煙氣出管，且煙氣出管延伸至凈化倉的內腔，所述余熱回收倉的內壁嵌設有夾環(huán)，且夾環(huán)的內壁設置有換熱組件，所述換熱組件由翅片、框架和換熱管組成，其中，翅片設置在換熱管的外壁。本實用新型中，該中低溫煙氣余熱回收裝置采用翅片結構的換熱組件，有效的增大了中低溫煙氣與低溫水流的接觸截面，實現(xiàn)對中低溫熱量的高效的回收效果，并且配合增壓泵的實時增壓作用，能夠及時的調節(jié)中低溫煙氣的流動速率，最大化的提高了中低溫煙氣的余熱回收效率。

9、但當下的煙氣余熱回收系統(tǒng)缺乏根據(jù)煙氣溫度的不同，采用不同熱效率的熱交換設備，對熱能進行分級回收。這樣可以確保每一級的熱能都得到充分利用，提高整體能源利用效率。無法實現(xiàn)余熱的最大化利用；

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術問題是根據(jù)煙氣溫度的不同，采用不同熱效率的熱交換設備，對熱能進行分級回收。這樣可以確保每一級的熱能都得到充分利用，提高整體能源利用效率，實現(xiàn)余熱的最大化利用。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種高效梯級利用中低溫煙氣余熱回收系統(tǒng)，包括鍋爐，所述鍋爐包括出煙口、導煙管、燃燒室、助燃室、進煙口、高溫助燃煙機、熱風機、第一進煙管、第二進煙管；所述鍋爐上端設置有出煙口，端面一側設置有燃燒室，所述助燃室固定設置于所述燃燒室下側，所述助燃室外壁上開設有進煙口，所述高溫助燃煙機固定設置于所述助燃室一側，所述熱風機固定設置于所述高溫助燃煙機上，所述導煙管與所述出煙口固定連接，另一端通過三通與所述第一進煙管、第二進煙管固定連接，所述第一進煙管固定設置于所述進煙口；

3、所述鍋爐一側固定設置有蒸汽回收熱能的中溫蒸汽回收機構；

4、所述中溫蒸汽回收機構后端固定設置有水循環(huán)回收熱能的低溫熱水回收機構。

5、優(yōu)選的，所述中溫蒸汽回收機構包括支撐框體、通氣熱腔體、廢氣進氣口、廢氣出氣口、熱傳導腔體、蒸汽出口、漏水口、環(huán)形熱傳導機構、噴霧式蒸發(fā)機構；所述通氣熱腔體固定設置于所述支撐框體內，所述通氣熱腔體兩側分別設置有廢氣進氣口、廢氣出氣口，兩者相向布置，所述廢氣進氣口靠近所述通氣熱腔體下側，所述廢氣出氣口靠近所述通氣熱腔體上側，所述熱傳導腔體固定設置于所述通氣熱腔體上側，所述熱傳導腔體兩端開設有蒸汽出口，所述熱傳導腔體下側靠近兩端位置設置有漏水口；所述通氣熱腔體內設置有多組環(huán)形熱傳導機構，所述熱傳導腔體上設置有噴霧式蒸發(fā)機構；

6、優(yōu)選的，所述環(huán)形熱傳導機構包括第一傳導管、第二傳導管、第三傳導管、第四傳導管、環(huán)形冷凝區(qū)、豎管蒸發(fā)區(qū)、橫管蒸發(fā)區(qū)；所述第一傳導管、第二傳導管、第三傳導管、第四傳導管沿所述熱傳導腔體軸向垂直面呈由內向外均勻布置；所述第一傳導管、第二傳導管、第三傳導管、第四傳導管上側設置有環(huán)形冷凝區(qū)，下側設置有豎管蒸發(fā)區(qū)；最外側所述第四傳導管的所述豎管蒸發(fā)區(qū)上設置有多組橫管蒸發(fā)區(qū)，所述環(huán)形冷凝區(qū)固定設置于所述熱傳導腔體內，所述豎管蒸發(fā)區(qū)、橫管蒸發(fā)區(qū)固定設置于所述通氣熱腔體內；

7、優(yōu)選的，所述噴霧式蒸發(fā)機構包括主進水口、弧形主進水管、分進水管、毛細水管、霧狀接頭、中心進水管、分水孔；所述主進水口固定設置于所述弧形主進水管上，多組所述分進水管固定設置于所述弧形主進水管上，多組所述毛細水管固定設置于所述分進水管上，所述毛細水管端頭固定設置有霧狀接頭；所述中心進水管兩端固定設置于所述中心進水管上，所述中心進水管管壁上均勻開設有多個分水孔，每個所述分水孔上固定設置有霧狀接頭；

8、優(yōu)選的，所述低溫熱水回收機構包括通氣罐體、進氣口、出氣口、分級回收機構、s型往復式熱傳導機構、梯級回收控制機構；所述進氣口、出氣口固定設置于所述氣罐體同一側；所述進氣口與所述廢氣出氣口固定連接，所述通氣罐體設置有多組所述分級回收機構，所述s型往復式熱傳導機構固定設置于所述分級回收機構內部，所述梯級回收控制機構固定設置于多組所述分級回收機構之間；

9、優(yōu)選的，所述分級回收機構包括第一回收罐、第二回收罐、第三回收罐、第四回收罐、通水罐、進水口、出水口、進水腔體、回水腔體、隔水板；所述第一回收罐、第二回收罐、第三回收罐、第四回收罐固定設置于所述通氣罐體內部均勻布置，所述進氣口經過所述通氣罐體固定設置于所述第一回收罐上側，所述出氣口經過所述通氣罐體固定設置于所述第四回收罐上側，所述第一回收罐、第二回收罐、第三回收罐、第四回收罐上側分別固定設置有通水罐，所述通水罐內部經所述隔水板分成進水腔體、回水腔體，所述通水罐頂部靠近所述進水腔體一側固定設置有進水口，所述通水罐頂部靠近所述回水腔體一側固定設置有出水口；

10、優(yōu)選的，所述s型往復式熱傳導機構包括固定座、固定桿、u型水管；所述固定座固定設置于所述通水罐下側，多組所述固定桿一端固定設置于所述固定座上，多組所述u型水管固定設置于所述固定座上，一端固定設置于所述進水腔體內，另一端固定設置于所述回水腔體內；

11、優(yōu)選的，所述s型往復式熱傳導機構還包括半圓形導氣板左、半圓形導氣板右；所述半圓形導氣板左、半圓形導氣板右設置有多組，沿所述固定桿軸線方向相互交錯均勻布置于所述第一回收罐、第二回收罐、第三回收罐、第四回收罐內，以使回收罐內形成s型煙氣通道，控制煙氣運行方向；

12、優(yōu)選的，所述梯級回收控制機構8包括第一出氣口、第二進氣口、第二出氣口、第三進氣口、第三出氣口、第四進氣口、第一通氣管、第二通氣管、第三通氣管、第一通水管、第二通水管、第三通水管、電動閥門、終端出水口；所述第一回收罐側面底部與所述進氣口相反方向設置有第一出氣口，所述第二回收罐側面靠近底部靠近所述第一出氣口位置設置有第二進氣口，其側面靠近頂部與所述第二進氣口相反方向設置有第二出氣口，所述第三回收罐側面靠近頂部靠近所述第二出氣口位置設置有第三進氣口，其側面靠近底部與所述第三進氣口相反方向設置有第三出氣口，所述第四回收罐側面靠近底部靠近所述第三出氣口位置設置有第四進氣口；所述第一通氣管固定設置于所述第一出氣口、第二進氣口之間，所述第二通氣管固定設置于所述第二出氣口、第三進氣口之間，所述第三通氣管固定設置于所述第三出氣口、第四進氣口之間，所述第一通水管固定設置于所述第一回收罐上側的所述出水口與所述第二回收罐上側的所述進水口；所述第二通水管固定設置于所述第二回收罐上側的所述出水口與所述第三回收罐上側的所述進水口；所述第三通水管固定設置于所述第三回收罐上側的所述出水口與所述第四回收罐上側的所述進水口；所述第一通水管、第二通水管、第三通水管上均設置有終端出水口，所述第一通水管、第二通水管、第三通水管靠近所述通水罐的進水口一端固定設置有電動閥門；

13、一種高效梯級利用中低溫煙氣余熱回收系統(tǒng)的處理工藝，包括如下步驟：

14、s1、煙氣通過所述出煙口進入所述導煙管，一路煙氣通過所述第一進煙管進入所述高溫助燃煙機內，經所述熱風機噴入所述助燃室內，進行高溫助燃；所述第二進煙管進入下一級煙氣余熱回收裝置；

15、s2、所述第二進煙管進入所述廢氣進氣口，通過所述通氣熱腔體內的多組所述環(huán)形熱傳導機構進行熱交換后，經廢氣出氣口進入下一級煙氣余熱回收裝置；

16、s3、帶有熱量的廢氣經過所述通氣熱腔體內，與多住所述豎管蒸發(fā)區(qū)、橫管蒸發(fā)區(qū)接觸，所述豎管蒸發(fā)區(qū)、橫管蒸發(fā)區(qū)內部液態(tài)截至經高溫汽化后，壓力增加進入所述環(huán)形冷凝區(qū)，熱量傳導至所述環(huán)形冷凝區(qū)，與其內部水汽進行熱交換后，所述熱傳導腔體內的水霧被汽化呈蒸汽，所述環(huán)形冷凝區(qū)內的介質與霧狀水熱交換后冷凝成液態(tài)，沿管壁毛細管回流至所述豎管蒸發(fā)區(qū)、橫管蒸發(fā)區(qū)內，周而復始；

17、s4、水經所述主進水口進入所述弧形主進水管，經多組所述分進水管進入每一根毛細水管內，并經所述霧狀接頭噴入所述熱傳導腔體內的所述環(huán)形冷凝區(qū)上，進行熱交換；另一路水經過所述分進水管進入所述中心進水管后，經固定在每個所述分水孔上的所述霧狀接頭噴入所述熱傳導腔體內的所述環(huán)形冷凝區(qū)上，進行熱交換；

18、s5、煙氣經過所述廢氣出氣口進入所述進氣口，進入通氣罐體的所述分級回收機構內進行熱交換后經所述出氣口排出進入下一階段廢氣處理設備；

19、s6、水經過所述進水口進入所述進水腔體，由所述進水腔體進入所述u型水管后流入所述回水腔體內，后經所述出水口流出；

20、s7、煙氣經所述進氣口相繼進入所述第一回收罐、第二回收罐、第三回收罐、第四回收罐內，進入回收罐內的煙氣經所述半圓形導氣板左、半圓形導氣板右的限制，沿其布置方向s型運動；不斷往復式對所述u型水管接觸進行熱交換；

21、s8、廢氣經所述進氣口進入所述第一回收罐、第一通氣管、第二回收罐、第二通氣管、第三回收罐、第三通氣管、第四回收罐后經所述出氣口流出；熱交換水經過所述通水罐上的所述進水口、出水口之間連接的所述第一通水管、第二通水管、第三通水管選擇性流出，例如所述第一通水管上的所述電動閥門關閉，水則通過所述第一通水管上的所述終端出水口流出，以此類推；如所述第一通水管、第二通水管、第三通水管上的所述電動閥門均打開，則通過所述第四回收罐上的所述通水罐上的所述出水口流出；

22、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

23、1、通過設置高溫助燃煙機，可將鍋爐較高溫度余熱煙氣通過熱風機送入鍋爐燃料位置進行助燃，同時可將煙氣中未充分燃燒的一氧化碳進行二次燃燒利用，提高利用率，降低煙氣中有害氣體的濃度；

24、2、通過設置中溫蒸汽回收機構，對為參與助燃的中高溫煙氣進行蒸汽加熱置換，進一步降低煙氣溫度，所產生水蒸氣并入管網；

25、3、通過設置環(huán)形熱傳導機構，增加熱傳導管路冷凝區(qū)域與熱傳導腔體內水霧的接觸面積，從而增加傳熱面積，提高熱傳導效率；

26、4、通過設置噴霧式蒸發(fā)機構，對冷凝區(qū)域進行環(huán)繞式多點噴射水霧，霧狀水相對于流動水熱交換效率更高，汽化效率更快，同時還進一步增加了傳熱面積，提高熱傳導效率；

27、5、通過設置低溫熱水回收機構，對低溫煙氣進行管式熱交換，對水進行加熱，并入管網，對煙氣進一步降溫，回收煙氣熱能，進一步提高煙氣熱能回收率；

28、6、通過設置分級回收機構，采用梯級回收控制機構，當煙氣余熱剩余較多時，增加串聯(lián)回收罐數(shù)，當煙氣余熱剩余不高時，減少串聯(lián)回收罐數(shù)，提高煙氣熱能利用率的同時，降低能源回收資源占用，提高設備自動化程度；

29、7、通過設置s型往復式熱傳導機構，同等體積下，增大管道長度，增大煙氣流通管道長度，從而極大的增加了傳熱面積，提高了熱能回收率；