專利名稱：用于快速冷卻煉鐵廠煙氣的熱交換器、包括這種熱交換器的用于處理煉鐵廠煙氣的設(shè)備 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于快速冷卻煉鐵廠煙氣的熱交換器。本發(fā)明還涉及包括這種熱交換器的用于處理煉鐵廠煙氣的設(shè)備以及相關(guān)的處理方法。
背景技術(shù)：
針對于煉鐵廠，尤其是煉鋼廠，已知的是它們排放出大量的煙氣，其溫度在15000C -18000C (在電爐的出口處)以及800°C-900°c (在供料的預(yù)熱系統(tǒng)或者后燃器的出口處)之間變化，其中存在有包含氧化物、金屬和金屬氧化物(Fe、CaO, A1203、Si02、MnO、Zn、Cu,Cr,Ni等)的粉塵以及諸如例如存在于供料中的有機(jī)聚合物質(zhì)的燃燒產(chǎn)物之類的污染物質(zhì)。各個國家中適用的規(guī)范對排放到大氣中的排放物溫度和組成有嚴(yán)格的限制，為了符合這些規(guī)范，煙氣必須經(jīng)過冷卻和還原處理，這對鋼鐵廠的運(yùn)行成本影響很大。為了限制這種處理的經(jīng)濟(jì)影響，長時(shí)間以來已經(jīng)開發(fā)出多種技術(shù)對煙氣熱量以及包含在其中的粉塵加以回收。關(guān)于粉塵，一旦在合適的去塵器設(shè)備中與煙氣分離，它們受到回收處理，以便回收存在于其中的可再用物質(zhì)，具體包括金屬例如Fe、Zn、Pb、Cr等。這種處理技術(shù)是成熟公知的技術(shù)，其基于火法冶金或濕法冶金工藝。關(guān)于煙氣的熱量，例如習(xí)慣于預(yù)熱電爐的供料或者預(yù)熱被用來作為煙氣自身的后燃燒工藝中的助燃物或作為產(chǎn)生蒸汽的能量源的空氣。例如在W02005/083130和US4655436中描述了這類技術(shù)。具體涉及煉鐵廠煙氣并尤其涉及煉鋼廠煙氣的方面在于，煙氣中存在二惡英和/或呋喃，這些術(shù)語意欲指示全部“毒性”類二惡英、二惡英類物質(zhì)及呋喃和/或它們的前體。存在這些物質(zhì)主要是由于使用了包含有機(jī)聚合物質(zhì)的原料尤其是含氯物質(zhì)作為爐的供料來產(chǎn)生鋼。這種原料例如由金屬廢料構(gòu)成，其中例如存在有涂料、油、橡膠、塑料材料等。已知的是，通過將煙氣保持在高于800°C -850°c的溫度下足夠長的時(shí)間來消除二惡英。但是，還已知的是，二惡英能夠在煙氣處理廠的“冷”段中重整。實(shí)際上，如果在煙氣中存在通過燃燒用作供料的廢料中的有機(jī)聚合物質(zhì)而形成的二惡英前體(氯苯和氯酚)，這些前體在大約800°C至大約200°C的溫度范圍內(nèi)發(fā)生反應(yīng)形成二惡英，并且它們處在這個溫度范圍內(nèi)的時(shí)間越長，產(chǎn)生的二惡英量越大。在煉鐵廠煙氣中并尤其是在煉鋼廠煙氣中存在粉塵以及包括二惡英、呋喃和/或它們的前體在內(nèi)的化學(xué)污染物還有例如酸和鹽的其它物質(zhì)，這使得回收含在煙氣自身中的熱量以對其再利用會存在問題。實(shí)際上，在一方面，摻雜金屬氧化物的粉塵對與之接觸的表面具有磨蝕作用，為了限制這種作用，煙氣流速被降低。但是，隨著煙氣流速降低，粉塵自身與煙氣的分離以及粉塵的沉積增加，這樣一來，由于其有限的熱交換系數(shù)，使得熱交換能力降低。在另一方面，需要確保釋放到大氣中的煙氣里存在的污染物以及有毒有害物質(zhì)尤其是二惡英和呋喃的含量處于由規(guī)范規(guī)定的限制范圍內(nèi)。迄今為止所開發(fā)出的技術(shù)重點(diǎn)在于降低污染物以及有毒有害物質(zhì)。這些技術(shù)基于化學(xué)、物理和熱處理。已知的化學(xué)處理包括直接在煙氣經(jīng)過的路徑一部分中直接注入合適的化學(xué)試劑，這種化學(xué)試劑例如具有抑制這些物質(zhì)形成或者捕獲其前體的特性，例如在JP2008-049206或JP2007-268372中所描述地一樣。將化學(xué)試劑加入到組成并非固定不變且不能預(yù)先估測的受污染的骯臟環(huán)境(例如煉鐵廠煙氣經(jīng)過的管道內(nèi))中，這會引起不可預(yù)測的化學(xué)反應(yīng)，從而會形成與所預(yù)見的那些物質(zhì)不同的物質(zhì)，而這些不同的物質(zhì)有可能會對環(huán)境和/或工廠本身是有害的。此外，將這種化學(xué)試劑直接注入到煙氣經(jīng)過的管道會難以確保這些化學(xué)試劑得到均勻分布。最后，在煙氣中存在的粉塵和顆粒物趨向于攔截并結(jié)合被注入的化學(xué)試劑，從而降低了其有效性。另一種已知的化學(xué)處理包括直接在煙氣經(jīng)過的管道中或者在沿著煙氣自身經(jīng)過的路徑設(shè)置的合適腔室或塔中通過噴射霧狀或雨?duì)钚问降乃畞硭^地“洗滌”煙氣。一種用于通過直接在煙氣排放管道中霧化水來洗滌并同時(shí)冷卻煙氣的系統(tǒng)的示例在GB1235803中得以描述。引入到煙氣流中的水溶解了其中的可溶物質(zhì)。但是,這種處理方法對于二惡英和呋喃而言作用有限，因?yàn)檫@些物質(zhì)在水中的溶解度低。如果向洗滌液體中加入活性碳則可以提聞效果。這種系統(tǒng)還具有廢物處置問題。確實(shí)，有害物質(zhì)實(shí)際上傳遞到洗滌液體中，因此該洗滌液體必須加以適當(dāng)?shù)奶幚砘蛱幹谩Ｗ詈?，上文描述的化學(xué)處理(通過直接注入化學(xué)試劑或通過洗滌)的效果受到煙氣溫度的限制。溫度越高，則化學(xué)試劑或洗滌液體在沒有執(zhí)行其作用或?qū)⑵洳东@的顆粒物釋放的情況下蒸發(fā)的可能性越大。物理處理基于采用過濾器尤其是活性碳過濾器。但是，這種過濾器的效果與經(jīng)其通過的煙氣的溫度相關(guān)一溫度越高，則過濾的效果越差。因此，這些過濾器需要降低輸入煙氣的溫度，并需要至少一個預(yù)過濾或潷析(decant)處理以避免過濾器自身堵塞，還需要對過濾器進(jìn)行再生或更換。為了降低要過濾和要化學(xué)處理的煙氣溫度，已知的是將它與環(huán)境空氣混合，并在輻射型熱交換器(本領(lǐng)域中稱其為“發(fā)夾式冷卻器”)中對其進(jìn)行處理。在煙氣與環(huán)境空氣混合的情況下，不利的是要處理的體積增大。在另一方面，通過將活性焦炭粉注入到要處理的煙氣中并使其通過活性碳床而對其加以過濾，使用輻射型熱交換器來降低煙氣的溫度。它們由布置在煉鐵廠車間外的直徑為300mm至600mm并且長度為8m至20m的管束構(gòu)成，其中除了通過從管道壁向周圍環(huán)境輻射熱來轉(zhuǎn)送熱之外，掠過這些管子的環(huán)境空氣也用作冷卻流體。這種冷卻不具備恒定不變及可重復(fù)的特征；人們只需要考慮氣候變化對環(huán)境空氣溫度的影響。而且在這種熱交換器中，由于管子尺寸的原因，煙氣立即慢下來，這在一方面降低了煙氣對管子本身的磨蝕作用，并在另一方面有利于使之后會阻礙熱交換的粉塵尤其是金屬氧化物沉積。最后，對于阻止在煙氣處理廠的“冷”段中合成二惡英的特定目的而言，已知的是對它們進(jìn)行所謂的淬冷(quench )。當(dāng)前，采用“濕”方法或“干”方法進(jìn)行淬冷?！皾瘛贝憷浞椒傮w上類似于沖洗處理(洗滌)，并且包括將冷卻流體(通常為水)霧化或注入到煙氣流中。因此，這些方法具有與上文針對洗滌方法所強(qiáng)調(diào)的相同缺點(diǎn)，其中尤其是產(chǎn)生出要處理或處置的廢物。“干”淬冷方法基于例如如JP2000210522中所描述地將空氣吹入煙氣流中，或者基于例如如CN101274212或JP59112197中所描述地采用管束熱交換器。但是，在管束熱交換器中，經(jīng)常容易形成沉積物和粉塵結(jié)垢，這在一方面降低了熱交換效率，并因此降低了對于有效淬冷所需的溫度急劇降低，還在另一方面堵塞管子，阻礙了煙氣流動。為了避免這些缺點(diǎn)，通常設(shè)置大量的管子來補(bǔ)償流速的降低以及在這種交換器操作期間能夠進(jìn)行的熱交換的降低。在任何情況下，這種熱交換器需要清潔干預(yù)，這只能在工廠停工期間進(jìn)行，并由于存在有許多管子而做起來復(fù)雜又費(fèi)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免以上描述的現(xiàn)有技術(shù)缺陷。具體地說，本發(fā)明的目的在于提供用于快速冷卻煉鐵廠煙氣的熱交換器，其允許煙氣的溫度能夠迅速急劇地降低以控制二惡英和/或呋喃的合成，從而遵循大氣排放物標(biāo)準(zhǔn)對它們設(shè)定的濃度限制。本發(fā)明的另一個目的在于提供用于快速冷卻煉鐵廠煙氣的熱交換器，它結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，并且容易進(jìn)行維護(hù)或清潔干預(yù)，甚至不需要工廠停工。本發(fā)明的再一個目的在于提供用于快速冷卻煉鐵廠煙氣的熱交換器，它能夠?qū)慕?jīng)其通過的煙氣中除去的熱量回收。本發(fā)明的再一個目的在于提供用于處理煉鐵廠煙氣的設(shè)備和相關(guān)聯(lián)的處理方法，它們使得煙氣的溫度能夠迅速急劇地降低以控制二惡英和/或呋喃的合成，從而遵循標(biāo)準(zhǔn)對其設(shè)定的濃度限制，并使得從煙氣自身吸取的熱量能夠得到有效地回收。本發(fā)明的另一個目的在于以低成本實(shí)現(xiàn)尤其簡單并且有用的用于快速冷卻煉鐵廠煙氣的熱交換器和用于處理煉鐵廠煙氣的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的這些目的通過提供一種用于迅速冷卻煉鐵廠煙氣的熱交換器來實(shí)現(xiàn)，該熱交換器的特征在于，它包括:至少一個模塊的支撐結(jié)構(gòu)，所述模塊又包括煙氣的入口歧管和煙氣的出口歧管，入口歧管和出口歧管相互對置并對準(zhǔn)；多塊面板，這些面板在入口歧管和出口歧管之間延伸，并且相互間隔一定距離地相互重疊，其中成對的相鄰面板限定出煙氣的流動通道，該流動通道由肩部側(cè)向地關(guān)閉，并在相對端部處分別具有與入口歧管連通的入口孔和與出口歧管連通的出口孔；與面板相關(guān)聯(lián)的冷卻流體循環(huán)管道。在優(yōu)選實(shí)施例中，成對的面板，即煙氣的流動通道，與限定在面板自身之間的中空空間交替。在另一優(yōu)選實(shí)施例中設(shè)置有兩個側(cè)向肩部，它們關(guān)閉所有煙氣流動通道的相對側(cè)面。或者，每個流動通道通過相應(yīng)的一對肩部側(cè)向地關(guān)閉。在任何情況下，無論肩部是同時(shí)關(guān)閉所有流動通道還是單獨(dú)關(guān)閉每個流動通道，肩部是可拆卸式肩部，以便能夠很容易進(jìn)入到流動通道自身中來進(jìn)行清潔和維護(hù)干預(yù)。在優(yōu)選實(shí)施例中，設(shè)置有用于煙氣流動通道的入口孔的第一同時(shí)性或選擇性關(guān)閉器件，并且可以設(shè)置有用于煙氣流動通道的出口孔的第二同時(shí)性或選擇性關(guān)閉器件。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，每條煙氣流動通道由相應(yīng)的可拆卸式肩部側(cè)向地關(guān)閉，并且流動通道自身的入口孔和出口孔設(shè)置有第一選擇性關(guān)閉器件和第二選擇性關(guān)閉器件。這種構(gòu)造可以讓流體不流過流動通道以對該流動通道進(jìn)行維護(hù)和清潔干預(yù)，并應(yīng)付待處理煙氣體積的減小，同時(shí)仍然保持其它流動通道繼續(xù)操作。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，設(shè)有串聯(lián)的兩個模塊，并且相應(yīng)的流動通道豎直地對準(zhǔn)。煙氣流動通道的橫截面可以從其入口孔向其出口孔減小，以便補(bǔ)償煙氣隨著持續(xù)冷卻而出現(xiàn)的體積減小，并且保持較高的流速。本發(fā)明的又一目的在于提供用于處理煉鐵廠煙氣的設(shè)備，包括:用于收集從電弧爐或轉(zhuǎn)爐離開的煙氣的收集組；用于所收集煙氣的預(yù)處理組；如上文限定的熱交換器，該熱交換器的入口歧管與預(yù)處理組的出口連接，并且該熱交換器的出口歧管與用于抽吸煙氣的抽吸組連接；用于從熱交換器離開的煙氣的后處理組；在熱交換器中工作的冷卻流體回路，其中沿著該冷卻流體回路放置有用于離開熱交換器的冷卻流體的冷卻組，用于回收被冷卻流體吸收的熱量以產(chǎn)生能量或者暖的工作流體。本發(fā)明的再一個目的在于提供用于處理煉鐵廠煙氣的方法，該方法包括以下步驟:一收集從電弧爐或轉(zhuǎn)爐離開的溫度處于500°C至1800°C之間的煙氣；一在預(yù)處理組中對所收集的煙氣進(jìn)行預(yù)處理，以便獲得從該預(yù)處理組中排出的溫度接近800°C至900°C的煙氣；一讓經(jīng)預(yù)處理的煙氣通過如上文限定的熱交換器，使煙氣以大于等于300°C /秒、優(yōu)選為350°C /秒、更優(yōu)選為400°C /秒的平均淬冷速度降溫到接近200°C，將從煙氣除去的熱量傳遞給冷卻流體；一將傳遞給冷卻流體的熱量回收，以便產(chǎn)生能量或者暖的工作流體。煙氣的冷卻步驟在根據(jù)本發(fā)明的熱交換器中進(jìn)行，煙氣以大于等于15m/s的平均流速經(jīng)過該熱交換器，使得煙氣的溫度從大致800°C至900°C快速急劇地降低至200°C，從而控制二惡英和呋喃的合成。冷卻流體為透熱油，并且將由它把從煙氣中吸收的熱量回收，以便產(chǎn)生出能量尤其是電能，或者產(chǎn)生出溫暖的工作流體例如蒸汽或熱水，或者自身用作載體流體(vectorfluid)。


參照示意性附圖從以下示例性而非限制性描述將更加清楚了解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的熱交換器的示意性頂側(cè)剖面；圖2和圖3為示意性放大圖，顯示出圖1的交換器的端部細(xì)節(jié)；圖4為示意性放大圖，顯示出圖3的細(xì)節(jié)；圖5為示意性軸測視圖，示出了沒有支撐結(jié)構(gòu)的圖1的交換器；圖6示出了根據(jù)圖5的V1-VI平面的示意性剖面；圖7示意性地顯示出圖5的端部細(xì)節(jié)的局部剖視圖；圖8示意性地顯示出根據(jù)本發(fā)明的交換器的煙氣流動通道的一部分的分解視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明交換器面板的IX-1X平面的示意性剖視圖；圖10示意性地顯示出圖9的面板內(nèi)部的管道；圖11示意性地顯示出圖8的通道部分的整體視圖；圖12和圖13示意性地顯示出本發(fā)明的熱交換器的兩個不同實(shí)施例；圖14顯示出根據(jù)本發(fā)明的用于處理煉鐵廠煙氣的設(shè)備的視圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖，顯示出整體上用附圖標(biāo)記I指示的用于快速冷卻煉鐵廠煙氣的熱交換器。熱交換器I包括至少一個模塊100的支撐結(jié)構(gòu)2，所述至少一個模塊又包括煙氣的入口歧管3和煙氣的出口歧管4，該入口歧管和出口歧管相互對置和對準(zhǔn)。多塊面板5在入口歧管3和出口歧管4之間延伸，這些面板彼此間隔一定距離地相互疊合(superimpose)。成對的相鄰面板5限定出煙氣的流動通道6，該通道6由肩部7側(cè)向地關(guān)閉，并且在相對端部處分別具有與入口歧管3連通的入口孔8和與出口歧管4連通的出口孔9。面板5具有與其相關(guān)聯(lián)的冷卻流體(優(yōu)選為透熱油)的循環(huán)管道10。成對的面板5與限定在這些面板自身之間的中空空間11交替。在入口歧管3和通道6的入口孔8之間，插置有用于對進(jìn)入通道的煙氣進(jìn)行分配的分配器件12。同樣，在通道6的出口孔9和出口歧管4之間，插置有用于輸送朝出口歧管自身離開的冷卻煙氣的輸送器器件13。此外，還設(shè)置有用于通道6的入口孔8的第一同時(shí)性或選擇性關(guān)閉器件14，以及用于流動通道6的出口孔9的第二同時(shí)性或選擇性關(guān)閉器件15。尤其參照圖8-圖10，每個通道6由兩塊面板5界定，這可以從組裝在一起的模塊實(shí)現(xiàn)。在圖8-圖11僅顯示出這種模塊中的一個模塊，該模塊因此形成面板5的一部分，然而圖1、圖5、圖12和圖13顯示出由許多組裝好的模塊組成的面板5。每塊面板5由導(dǎo)熱材料制成。在每塊面板5內(nèi)部存在有冷卻流體的循環(huán)管道10。冷卻流體的流動相對于煙氣的流動可以是逆流的或者同流的(equ1-current)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以很好理解的是，管道10的數(shù)量、布置、尺寸和形狀可以根據(jù)不同設(shè)計(jì)狀況變化，圖10所示的流動僅僅是示意性的而非限制性的。面板5用來限定通道6內(nèi)表面的表面平坦且光滑，即不粗糙，以便降低受到煙氣中存在的粉塵磨蝕的危險(xiǎn)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，限定在一對面板5之間的每條通道6由相應(yīng)一對肩部7側(cè)向地關(guān)閉，這對肩部中至少有一個肩部是可拆卸式肩部；優(yōu)選地，限定在一對面板5之間的每條通道6由相應(yīng)一對肩部7側(cè)向地關(guān)閉，這一對肩部都是可拆卸式肩部。在未繪出的備選實(shí)施例中設(shè)置有單對肩部，這對肩部也是可拆卸式的肩部，它們用來關(guān)閉所有通道6的相對側(cè)面。在任何情況下，側(cè)向關(guān)閉肩部7可以被移除，從而允許容易地進(jìn)入到通道6內(nèi)來執(zhí)行清潔和維護(hù)干預(yù)。在每條通道6由相應(yīng)一對肩部7側(cè)向地關(guān)閉的情況下，每次可以在單個通道6上進(jìn)行干預(yù)。分配器件12包括多個楔形體16，每個楔形體布置成其底部在兩條相繼通道6的兩塊相鄰面板5之間延伸，而其斜面從這些面板5自身伸出，如圖1和圖3中所示。楔形體16將進(jìn)入交換器I的煙氣分離在各個通道之間。類似地，輸送器器件13包括多個楔形體17，每個楔形體布置成其底部在兩條相繼通道6的兩塊相鄰面板5之間延伸，而其斜面從這些面板5自身伸出，如圖1和圖2中所示。楔形體17輸送朝出口歧管4離開的冷卻煙氣，從而能夠降低渦流的形成，該渦流會增大煙氣中存在的粉塵的磨蝕作用。在出口歧管4內(nèi)部還存在有偏流器(flow deviator) 18。通道6的入口孔8的第一關(guān)閉器件14可以由具有適當(dāng)形狀的單個可運(yùn)動板(mobile plate)組成或者由楔形體16自身組成，在由楔形體組成的情況下，楔形體將安裝成能夠在楔形體底部延伸于兩個相繼通道6的相鄰面板5之間的構(gòu)造和楔形體底部與這兩個通道6中的一個通道的入口孔8重疊的構(gòu)造之間運(yùn)動。在圖1-圖3中所示的實(shí)施例中，第一關(guān)閉器件14包括多個滑門19，每扇門都適用于關(guān)閉通道6的入口孔8。同樣，通道6的出口孔9的第二關(guān)閉器件15可以由具有適當(dāng)形狀的單個可運(yùn)動板組成或者由楔形體17自身組成，在由楔形體組成的情況下，楔形體將安裝成能夠在楔形體底部在兩個相繼通道6的相鄰面板5之間延伸的構(gòu)造與楔形體底部安坐重疊于這兩個通道6中的一個通道的出口孔9上的構(gòu)造之間運(yùn)動。在圖1-圖3所示實(shí)施例中，第二關(guān)閉器件15包括多個滑門20，每扇門都適用于關(guān)閉通道6的出口孔9。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很好理解的是，在第一關(guān)閉器件14和第二關(guān)閉器件15使通道6的一個或多個通道的入口孔8和出口孔9能夠分別選擇性地關(guān)閉的情況下，還可以隔離出單個通道6并同時(shí)仍然保持其它通道繼續(xù)工作，以便能夠?yàn)榱司S護(hù)和清潔原因?qū)Ω綦x出的單個通道進(jìn)行干預(yù)，或者應(yīng)對待處理煙氣體積的減小。設(shè)置使得通道6中的一個或多個通道的入口孔8和出口孔9能夠分別選擇性地關(guān)閉的第一關(guān)閉器件14和第二關(guān)閉器件15，和設(shè)置用于每個通道6的相應(yīng)側(cè)向肩部7 (其中至少一個肩部并且優(yōu)選地兩個肩部都為可拆卸式肩部)，允許以選擇性的方式將一個或多個通道6與交換器I的操作隔離和排除，同時(shí)保持其余通道繼續(xù)工作，從而能夠在如此排除的流動通道6上進(jìn)行維護(hù)和清潔干預(yù)，而不必關(guān)閉整個交換器I的操作。為了補(bǔ)償因冷卻造成的煙氣體積減小，并為了仍確保熱交換器I內(nèi)部的高流速(其平均值大于等于15m/s)，通道6的橫截面從其入口孔8朝其出口孔9減小。在一個實(shí)施例中，面板5相互平行，并通過使面板5的寬度逐漸減小來實(shí)現(xiàn)通道6橫截面的減小。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，可以以逐漸離散的方式或連續(xù)的方式實(shí)現(xiàn)面板5寬度的減小。在備選實(shí)施例中，如圖12所示，面板5布置成相互傾斜，朝著每個通道6的出口孔9會聚。在該情況下，可以以連續(xù)的方式或者以逐漸離散的方式實(shí)現(xiàn)界定出通道6的兩塊面板5之間距離的減小。在以上兩種情況下，通道6的橫截面在其入口孔8和其出口孔9之間大約減小了50%，該減小幅度為在煙氣冷卻期間所預(yù)期的煙氣體積的減小幅度。在圖1-圖7中所示的實(shí)施例中，交換器I包括單個模塊100，其入口歧管3和出口歧管4豎直地對準(zhǔn)，入口歧管3位于下端部處，此處設(shè)置有與煙氣分離的粉塵的收集和排空器件，所述器件例如由料斗21構(gòu)成。在這種實(shí)施例中，面板5相互平行，并且具有恒定的寬度。圖12顯示出交換器I的備選實(shí)施例，其中通道6具有朝其出口孔9逐漸減小的橫截面。圖13所示熱交換器包括并排布置的兩個模塊100、100’，各自的入口歧管3和出口歧管4豎直地對準(zhǔn)，并且這兩個模塊以第一模塊100的出口歧管4與第二模塊100’的入口歧管3接合的方式串聯(lián)連接在一起。第一模塊100的入口歧管3和第二模塊100’的出口歧管4布置在交換器I的下端部處，并各設(shè)置有相應(yīng)的料斗21。為了顧及煙氣在冷卻時(shí)出現(xiàn)的體積減小，第二模塊100’的面板5的寬度將小于第一模塊100的面板5的寬度,或者,第二模塊100’的通道6的數(shù)量可以小于第一模塊100的通道6的數(shù)量。這種構(gòu)造確保了即使是在煙氣流速意外減小的情況下，煙氣中存在的粉塵或可能的固體聚集體也能夠在重力作用下分離出，并被收集在第二模塊100’的底部上。對于通道6的相同整體長度而言，這種構(gòu)造允許兩個模塊100、100’的高度減小，使得交換器I甚至能夠安裝在沿豎直方向的空間有限的地方。在附圖中，用箭頭F以示例性而非限制性方式示意性地指示煙氣的流動，而用箭頭H示意性地指示冷卻流體的流動。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會很好理解的是，與串聯(lián)或并聯(lián)的模塊100的數(shù)量可以變化一樣，面板5以及通道6的數(shù)量可以根據(jù)情況要求變化。例如，每個模塊100可以水平地布置，而不是如附圖中所示地豎直地布置。圖14顯示出合并有根據(jù)本發(fā)明的熱交換器I的用于處理煉鐵廠煙氣的處理設(shè)備200。設(shè)備200包括:用于收集從電弧爐202或轉(zhuǎn)爐中離開的煙氣的組202 ;用于所收集的煙氣的預(yù)處理組203 ;熱交換器I，其入口歧管與預(yù)處理組203的出口連接，而其出口歧管與用于抽吸煙氣的組(未示出)連接；以及用于從交換器I離開的煙氣的后處理組204。還設(shè)有在交換器I中操作的用于冷卻流體的回路205，其中，用于從交換器I離開的冷卻流體的冷卻組206沿著該回路205放置，用于回收被冷卻流體吸收的熱量來產(chǎn)生電能或者暖的工作流體。
預(yù)處理組203包括用于所收集的煙氣的后燃器和/或用于電弧爐202的填料的預(yù)熱隧道。后處理組204例如包括除塵器或過濾器。從電弧爐202離開的煙氣被收集并且輸送到預(yù)處理組203中。在從電弧爐202離開時(shí)，煙氣的溫度在500°C至1800°C之間。在預(yù)處理組203 (其例如包括用于電弧爐的填料的預(yù)熱隧道)中，煙氣給出一部分熱量，從而達(dá)到接近800°C至900°C的輸出溫度。800°C至900°C溫度下的煙氣進(jìn)入熱交換器1，并且在抽吸組的作用下以至少15m/s的高速穿過該抽吸組。在熱交換器I內(nèi)部，煙氣溫度以大于等于300°C /秒(優(yōu)選為350°C /秒，更優(yōu)選為4000C /秒)的平均淬冷速度下降到接近200°C，將熱量傳遞給冷卻流體。與煙氣分離的可能顆粒物收集在交換器I的料斗21中。這種迅速急劇的冷卻使得能夠控制或者甚至更好地防止二惡英和呋喃的合成。傳遞給冷卻流體的熱量被回收在冷卻組206中，用于產(chǎn)生能量或暖的工作流體。離開交換器I的冷卻煙氣傳送給后處理組204，其例如是過濾裝置。本發(fā)明的熱交換器的優(yōu)點(diǎn)在于，允許利用很容易適用于現(xiàn)有工廠的非常簡單的模塊式結(jié)構(gòu)對煉鐵廠的煙氣進(jìn)行快速急劇的冷卻。本發(fā)明的熱交換器由于單個流動通道形成的特定結(jié)構(gòu)而能夠簡單方便地進(jìn)行維護(hù)和清潔干預(yù)，而不必將工廠停工，因此確保了工廠操作的連續(xù)性。本發(fā)明的熱交換器由于可以選擇性地關(guān)閉所包括的通道，因此即使在待處理煙氣體積變化的情況下也能確保所期望的溫度降低。而且，基本形式由平坦面板(這些面板根據(jù)平行六面體的面布置)界定的各個煙氣流動通道的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造有利于煙氣自身的流動，降低了面板自身發(fā)生磨損的危險(xiǎn)。根據(jù)本發(fā)明用于處理煉鐵廠煙氣的設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于，將從煙氣中吸收的熱量回收以產(chǎn)生出能量或暖的工作流體。如此構(gòu)思出的用于處理煉鐵廠煙氣的熱交換器和設(shè)備能夠具有許多變型和變化，所有這些都被本發(fā)明涵蓋；而且，所有細(xì)節(jié)內(nèi)容都能夠由技術(shù)上等效的元件替代。實(shí)踐中，所使用的材料以及尺寸可以根據(jù)技術(shù)要求而定。
權(quán)利要求
1.一種用于快速冷卻煉鐵廠煙氣的熱交換器(1)，其特征在于，該熱交換器包括:至少一個模塊(100)的支撐結(jié)構(gòu)(2)，所述模塊又包括煙氣的入口歧管(3)和煙氣的出口歧管(4)，入口歧管和出口歧管相互對置并對準(zhǔn)；多塊面板(5)，這些面板在入口歧管(3)和出口歧管(4)之間延伸，并且相互間隔一定距離地相互重疊，其中成對的相鄰面板(5)限定出煙氣的流動通道(6)，該流動通道由肩部(7)側(cè)向地關(guān)閉，并在相對端部處分別具有與入口歧管(3)連通的入口孔(8)和與出口歧管(4)連通的出口孔(9);與面板(5)相關(guān)聯(lián)的冷卻流體循環(huán)管道(10);用于流動通道(6)中的一個或多個流動通道的入口孔(8)的第一選擇性關(guān)閉器件(14);以及用于流動通道(6)中的一個或多個流動通道的出口孔(9)的第二選擇性關(guān)閉器件(15),其中，流動通道(6)中的每一個由相應(yīng)一對肩部(7)側(cè)向地關(guān)閉,這對肩部中的至少一個肩部為可拆卸式肩部。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器(1)，其特征在于，成對的面板(5)與限定在這些面板(5)之間的中空空間(11)交替。
3.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的熱交換器(1)，其特征在于，每一個肩部(7)是可拆卸式肩部。
4.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的熱交換器(I)，其特征在于，在入口歧管(3)與流動通道(6)的入口孔(8)之間，插置有用于分配進(jìn)入流動通道的煙氣的分配器件(12)。
5.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的熱交換器(1)，其特征在于，在出口歧管(4)與流動通道(6)的出口孔(9)之間，插置有用于輸送朝出口歧管(4)離開的煙氣的輸送器件(13)。
6.如權(quán)利要求4或5所述的熱交換器(I)，其特征在于，分配器件(12)和/或輸送器件(13)包括多個楔形體(16，17)，該楔形體的底部在兩個相繼流動通道(6)的相鄰面板(5)之間延伸，并且該楔形體的斜面從面板伸出。
7.如權(quán)利要求6所述的熱交換器(I)，其特征在于，第一選擇性關(guān)閉器件(14)或第二選擇性關(guān)閉器件(15)包括楔形體(16，17)，該楔形體安裝成能夠在該楔形體的底部延伸于兩個相繼的流動通道(6)的相鄰面板(5)之間的構(gòu)造與該楔形體的底部與所述兩個相繼的流動通道(6)其中之一的入口孔(8)或出口孔(9)疊置的構(gòu)造之間運(yùn)動。
8.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的熱交換器(1)，其特征在于，第一選擇性關(guān)閉器件(14)和/或第二選擇性關(guān)閉器件(15)包括用于每條流動通道(6)的相應(yīng)的滑門(19，20)。
9.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的熱交換器(1)，其特征在于，流動通道(6)的橫截面從入口孔(8)朝出口孔(9)減小。
10.如權(quán)利要求9所述的熱交換器(1)，其特征在于，面板(5)的寬度從面板的靠近入口孔(8)的端部向面板的靠近出口孔(9)的端部減小。
11.如權(quán)利要求9或10所述的熱交換器(1)，其特征在于，每對面板(5)朝著出口孔(9)傾斜并會聚。
12.如權(quán)利要求1至10中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的熱交換器(1)，其特征在于，所述面板(5)相互平行。
13.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的熱交換器(I)，其特征在于，入口歧管(3)和出口歧管(4)豎直地對準(zhǔn)，并且在所述熱交換器的下端部處設(shè)置有用于與煙氣分離的粉塵的收集和排空器件(21)。
14.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的熱交換器(I)，其特征在于，所述熱交換器包括串聯(lián)地相互連接的至少兩個模塊(100，100’)，其中第一個模塊(100)的出口歧管與第二模塊(100’)的入口歧管連接。
15.如權(quán)利要求14所述的熱交換器(I)，其特征在于，所述至少兩個模塊(100,100’)并排地設(shè)置，并且所述至少兩個模塊各自的入口歧管和出口歧管豎直地對準(zhǔn)。
16.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的熱交換器(1)，其特征在于，每塊面板(5)具有模塊式結(jié)構(gòu)。
17.一種用于處理煉鐵廠煙氣的設(shè)備(200)，包括:用于收集從電弧爐(202)或轉(zhuǎn)爐離開的煙氣的收集組(201);用于對所收集煙氣進(jìn)行預(yù)處理的預(yù)處理組(203);如權(quán)利要求1至16中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的熱交換器(1)，該熱交換器的入口歧管與預(yù)處理組(203)的出口連接，并且該熱交換器的出口歧管與用于抽吸煙氣的抽吸組連接；用于對從熱交換器(I)離開的煙氣進(jìn)行后處理的后處理組(204);在熱交換器中工作的冷卻流體回路(205)，其中沿著該冷卻流體回路放置有用于冷卻離開熱交換器(I)的冷卻流體的冷卻組(206)，用于回收被所述冷卻流體吸收的熱量。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備(200)，其特征在于，所述預(yù)處理組(203)包括用于所收集的煙氣的后燃燒器和/或用于對電弧爐的填料預(yù)熱的預(yù)熱隧道。
19.如權(quán)利要求17或18所述的設(shè)備(200)，其特征在于，所述冷卻組(206)回收熱量以產(chǎn)生能量或暖的工作流體。
20.如權(quán)利要求17至19中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的設(shè)備(200)，其特征在于，所述后處理組(204)包括除塵器或過濾器。
21.一種用于處理煉鐵廠煙氣的方法，該方法包括以下步驟: 一收集從電弧爐(202)或轉(zhuǎn)爐離開的溫度處于500°C至1800°C之間的煙氣； 一在預(yù)處理組(203)中對所收集的煙氣進(jìn)行預(yù)處理，以便獲得從該預(yù)處理組中排出的溫度接近800°C至900°C的煙氣； 一讓經(jīng)預(yù)處理的煙氣通過如權(quán)利要求1至16中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的熱交換器(I)，使煙氣以大于等于300°C /秒、優(yōu)選為350°C /秒、更優(yōu)選為400°C /秒的平均淬冷速度降溫到接近200°C，將從煙氣除去的熱量傳遞給冷卻流體； 一將傳遞給冷卻流體的熱量回收，以便產(chǎn)生能量或者暖的工作流體。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中在所述通過步驟中，煙氣的平均流動速度大于等于15m/s,優(yōu)選在35m/s與50m/s之間。
23.如權(quán)利要求21或22所述的方法，還包括對離開熱交換器的煙氣進(jìn)行后處理的后處理步驟。
24.如權(quán)利要求21至23中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中所述預(yù)處理步驟包括讓從電弧爐離開的煙氣通過電弧爐的填料的預(yù)熱隧道，它們彼此逆向流動，其中煙氣在預(yù)熱隧道內(nèi)部將一部分熱量傳遞給廢料。
25.如權(quán)利要求21至24中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中所述預(yù)處理步驟包括對從電弧爐離開的煙氣進(jìn)行后氧化。
26.如權(quán)利要求21至25中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中冷卻流體為透熱油。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于迅速冷卻煉鐵廠煙氣的熱交換器(1)，其特征在于，該熱交換器包括至少一個模塊(100)的支撐結(jié)構(gòu)(2)，所述模塊又包括煙氣的入口歧管(3)和煙氣的出口歧管(4)，入口歧管和出口歧管相互對置并對準(zhǔn)；多塊面板(5)，這些面板在入口歧管(3)和出口歧管(4)之間延伸，并且相互間隔一定距離地相互重疊，其中成對的相鄰面板(5)限定出煙氣的流動通道(6)，該流動通道由肩部(7)側(cè)向地關(guān)閉，并在相對端部處分別具有與入口歧管(3)連通的入口孔(8)和與出口歧管(4)連通的出口孔(9)；與面板(5)相關(guān)聯(lián)的冷卻流體循環(huán)管道(10)；用于流動通道(6)中的一個或多個流動通道的入口孔(8)的第一選擇性關(guān)閉器件(14)；以及用于流動通道(6)中的一個或多個流動通道的出口孔(9)的第二選擇性關(guān)閉器件(15)，其中，流動通道(6)中的每一個由相應(yīng)一對肩部(7)側(cè)向地關(guān)閉，這對肩部中的至少一個肩部為可拆卸式肩部。
文檔編號F28D1/03GK103154654SQ201180045592
公開日2013年6月12日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月23日
發(fā)明者N·A·M·蒙蒂 申請人:特諾恩股份公司