一种加热炉的烟气净化及热量回收装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及一种加热炉烟气热能回收技术领域,更具体地说，它涉及一种用于加热炉的烟气净化及热量回收装置及其控制方法。


背景技术：

2.我国很多钢厂在加热炉的余热利用方面是给予了高度重视的，并开展了相应开发与应用，例如：在烟道内增加空(煤)气预热器，采用蓄热式燃烧技术，加热炉水梁采用汽化冷却等，这些措施在节能方面起到了很好的作用。冷却加热炉的水梁及立柱产生的热损失的利用，目前国内外多采用汽化冷却系统以回收所散失的热量。
3.加热炉的烟气具有较高的温度，而烟气余热流失对能源的浪费是较大的问题，在针对上述问题时，可以通过对水进行加热并形成蒸汽，再通过汽轮机形成电能的转化并储存，提高对能源的利用率，但是因为烟气在进入烟道时的流速过快，不能充分有效的吸收烟气的全部热量，绝大部分能量也照样流失；并且如果提高对烟气的净化效果，降低对环境的污染也是目前存在的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能源利用率高，节能效果好，以及减少对大气污染的加热炉的烟气净化及热量回收装置。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种加热炉的烟气净化及热量回收装置，包括炉体，该炉体内设有炉腔，所述炉腔设有进风口以及出风口，所述出风口连接有呈多段迂回曲折状的出风通道，该出风通道依次连接有热回收部分以及净化处理部分，所述热回收部分包括包覆于出风通道外的热交换器以及设置于出风通道的缓流机构，所述净化处理部分包括与出风通道连通的储气室、与储气式连接的净化通道、设置于净化通道内的净化器、设置于储气室内并用于将烟气推入净化通道内的推动装置以及设置于净化通道和推动装置之间的压力控制机构。
6.本发明进一步设置为：所述缓流机构包括设置于出风通道内的内安装结构、设置于内安装结构内且两端封闭的主轴体以及设置于主轴体侧面上沿同一方向旋转且均匀分布的螺旋结构的至少两个曲面导流体，所述曲面导流体的螺旋中心线沿主轴体轴线方向设置，所述曲面导流体引导烟气流向，形成定向移动，所述曲面导流体引导热空气沿叶片形状形成缓速旋流。
7.本发明进一步设置为：所述缓流机构位于出风通道入口和/或出风通道本体的迂回曲折部分内,且缓流机构位于迂回曲折部分内时，则在该区域内形成离心区域，该离心区域通过的热空气保持进入时的速度和方向，形成离心运动并再次减速气流。
8.本发明进一步设置为：所述压力控制机构包括与净化通道连通的控制流道以及设置于控制流道内且用于控制烟气进入净化通道后净化速度的控制组件，所述控制流道包括互相平行设置的第一流道和第二流道，所述第一流道与净化通道相连通，控制组件包括活
动设置于第一流道内的第一活塞、设置于的第二流道内的第二活塞、依次连接第一活塞的杆体部分和第二活塞的杆体部分的连接杆以及设置于第一、二流道内的控压组件，所述推动装置与连接杆连接。
9.本发明进一步设置为：所述控压组件包括设置于第一活塞上且设置于有杆腔一侧的盘体、设置于第一活塞杆体部分内的通道a、贯穿第二活塞杆体部分的通道b、设置于连接杆上且依次连接通道a和通道b的通道c、设置于盘体上且与通道a连通的径向通道以及设置于盘体上且与横向通道垂直设置的出气通道，所述第一流道的有杆腔一侧设有的出气口，出气通道与出气口相互连通。
10.本发明进一步设置为：所述盘体的周侧上开设有沿盘体的径向设置若干内安装腔，各内安装腔设置于横向通道内，内安装腔内有内弹簧和可滑动的施压块，施压块在内弹簧的拉力作用下向盘体的轴线方向滑动。
11.本发明进一步设置为：所述第二流道无杆腔的内壁上设有进气单向阀，该进气单向阀被配置为第二活塞远离进气单向阀时，气流为通路；反之，气流为断路。
12.本发明进一步设置为：所述通道a、b、c的内径均相同且大于横向通道的内径，所述横向通道的内径大于出气通道的内径。
13.本发明进一步设置为：所述储气室包括与出气通道连通的左气室、一侧于左气室连通的另一侧与净化通道连通的右气室以及设置于左、右气室的通断结构，该通断结构包括隔离左、右气室的a板、设置于a板上的通气孔a、设置于a板上且与a板活动连接的b板、设置于b板上的通气孔b以及设置于储气室外且用于驱动b板活动并形成通气孔a、b通断的驱动气缸。
14.通过采用上述技术方案，有益效果，1、通过在出风口连接有呈多段迂回曲折状的出风通道，上述结构的出风通道结构，增加了烟气在出气通道内的停留时间，在与热交换器进行配合时，增加了热交换的时间，提高了整体的热量回收效果，实用性强，结构简单，而且通过热回收部分包括包覆于出风通道外的热交换器以及设置于出风通道的缓流机构，通过包覆型结构以增加于热交换器之间的接触效果，而缓流机构则是缓冲烟气的流动速度，增加于热交换器之间的接触时间，形成较大程度上的热转换，进一步的将净化处理部分设置为包括与出风通道连通的储气室、与储气式连接的净化通道、设置于净化通道内的净化器、设置于储气室内并用于将烟气推入净化通道内的推动装置以及设置于净化通道和推动装置之间的压力控制机构，采用上述结构设置，则通过压力控制机构对烟气净化的速度进行控制，确保净化的程度较高，稳定性强；2、通过将缓流机构设置为包括设置于出风通道内的内安装结构，因为内安装结构呈筒状结构，而且设置于内安装结构内且两端封闭的主轴体以及设置于主轴体侧面上沿同一方向旋转且均匀分布的螺旋结构的至少两个曲面导流体，而且通过将曲面导流体的螺旋中心线沿主轴体轴线方向设置，曲面导流体引导烟气流向，形成定向移动，曲面导流体引导热空气沿叶片形状形成缓速旋流，本发明将曲面导流体的宽度设置为与内安装结构的内径相适配，则增加了整体的缓冲效果，提高整体的热转化效果；3、通过将压力控制机构设置为包括与净化通道连通的控制流道以及设置于控制流道内且用于控制烟气进入净化通道后净化速度的控制组件，控制流道包括互相平行设置的第一流道和第二流道，第一流道为主动腔室，第二流道为联动腔，第一流道与净化通道相
连通，控制组件包括活动设置于第一流道内的第一活塞、设置于的第二流道内的第二活塞、依次连接第一活塞的杆体部分和第二活塞的杆体部分的连接杆，推动装置与连接杆连接，通过连接杆进行连接第一活塞和第二活塞，使得三者之间形成联动，而且因为第一、二流道属于不同的腔室，则两者之间的存在的压力并不相同，再通过设置于第一、二流道内的控压组件，对推动装置进行控压限制，防止启动是形成较强的冲击，影响推动压力的不平稳性；4、进一步的通过将储气室设置为包括与出气通道连通的左气室、一侧于左气室连通的另一侧与净化通道连通的右气室以及设置于左、右气室的通断结构，将储气室设置为左、右两个腔室，形成较好的调控效果，将储气和净化腔室进行分离操作，并且通过将该通断结构设置为包括隔离左、右气室的a板、设置于a板上的通气孔a、设置于a板上且与a板活动连接的b板、设置于b板上的通气孔b以及设置于储气室外且用于驱动b板活动并形成通气孔a、b通断的驱动气缸，采用上述结构设置，通气孔a、b的通断形成气室之间的相互连通，确保两气室的互不干扰，提高净化作业时的整体性，稳定性强，结构简单。
15.一种适用于上述加热炉的烟气净化及热量回收装置的控制方法，还包括与热交换器连接的蒸汽发生室以及与蒸汽发生室连接的汽轮机，汽轮机电性连接有蓄电池，所述蒸汽发生室内设有水位感应器，所述储气室内设有用于检测气体体积的烟气浓度检测器，所述水位感应器、烟气浓度检测器、驱动气缸以及推动装置均电性连接有控制器，控制器包括水位接收单元、烟气浓度接收单元、用于驱动驱动气缸启、停的第一启停单元以及用于驱动推动装置启、停的第二启停单元，其控制方法包括如下步骤，s1、加热炉正常工作，烟气沿着出风口排出，进入出气通道，并与热交换器开始产生热交换，蒸汽发生室在高温下不断产生蒸汽，带动汽轮机产生动能后转化为电能储存在蓄电池中，形成能源回收利用；s2、烟气在经过缓流机构时，气流在曲面导流体的叶片形状形成缓速旋流，延长与热交换器之间的接触时间；s3、烟气经过多段迂回曲折状的出风通道后，气流速度逐渐减缓，进入储气室，待净化处理；s4、储气室内的烟气浓度检测器监测到烟气浓度达到k值时，控制器驱动b板活动，使通气孔a和通气孔b相互连通，烟气从左气室进入右气室，直至右气室处于饱和状态，控制器驱动b板复位，通气孔a和通气孔b不连通；s5、右气室和净化通道形成通路，并通过推动装置对净化通道内的烟气进行净化处理，压力控制机构控制烟气的流速，对压力进行控制，保持烟气的净化速度≤p值；s6、检测器再次监测到烟气达到k值时，重复步骤4和步骤5；s7、将净化后的烟气排放入大气，完成烟气热量回收及净化；s8、水位检测器实时检测水位的变化，在缺少水时，则报警添加水，防止空烧。
16.通过采用上述技术方案，有益效果，通过采用热交换器对出气通道内的烟气进行热交换，将蒸汽发生室作为媒介，蒸汽带动汽轮机，并将产生的电能储存在蓄电池内形成闭环，其中本发明通过对烟气的缓冲以及在净化时控制烟气的流速，实现了热交换时的充分转换，而净化时控制流速，则是为了保障对烟气的充分净化，减小对大气的污染，提高环保的效果。
附图说明
17.图1为本发明一种加热炉的烟气净化及热量回收装置及其控制方法实施例的结构示意图。
18.图2为本发明一种加热炉的烟气净化及热量回收装置及其控制方法实施例缓流机构的结构示意图。
19.图3为本发明一种加热炉的烟气净化及热量回收装置及其控制方法实施例图1中a处结构放大图。
20.图中附图标记，1、炉体；2、炉腔；20、进风口；21、出风口；3、出风通道；30、热交换器；31、缓流机构；310、内安装结构；311、主轴体；312、曲面导流体；32、迂回曲折部分；40、储气室；401、左气室；402、右气室；403、a板；404、通气孔a；405、b板；406、通气孔b；407、驱动气缸；41、净化通道；42、净化器；43、推动装置；5、控制流道；51、第一流道；510、第一活塞；511、通道a；512、出气口；52、第二流道；520、第二活塞；521、通道b；53、连接杆；531、通道c；54、盘体；541、径向通道；542、出气通道；543、内安装腔；544、内弹簧；545、施压块；6、进气单向阀。
具体实施方式
21.参照图1至图3对本发明一种加热炉的烟气净化及热量回收装置及其控制方法实施例做进一步说明。
22.为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
23.而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
24.一种加热炉的烟气净化及热量回收装置，包括炉体1，该炉体1内设有炉腔2，炉腔2设有进风口20以及出风口21，出风口21连接有呈多段迂回曲折状的出风通道3，该出风通道3依次连接有热回收部分以及净化处理部分，热回收部分包括包覆于出风通道3外的热交换器30以及设置于出风通道3的缓流机构31，净化处理部分包括与出风通道3连通的储气室40、与储气式连接的净化通道41、设置于净化通道41内的净化器42、设置于储气室40内并用于将烟气推入净化通道41内的推动装置43以及设置于净化通道41和推动装置43之间的压力控制机构，通过在出风口21连接有呈多段迂回曲折状的出风通道3，上述结构的出风通道3结构，增加了烟气在出气通道542内的停留时间，在与热交换器30进行配合时，增加了热交换的时间，提高了整体的热量回收效果，实用性强，结构简单，而且通过热回收部分包括包覆于出风通道3外的热交换器30以及设置于出风通道3的缓流机构31，通过包覆型结构以增加于热交换器30之间的接触效果，而缓流机构31则是缓冲烟气的流动速度，增加于热交换器30之间的接触时间，形成较大程度上的热转换，进一步的将净化处理部分设置为包括与出风通道3连通的储气室40、与储气式连接的净化通道41、设置于净化通道41内的净化器
42、设置于储气室40内并用于将烟气推入净化通道41内的推动装置43以及设置于净化通道41和推动装置43之间的压力控制机构，采用上述结构设置，则通过压力控制机构对烟气净化的速度进行控制，确保净化的程度较高，稳定性强。
25.本发明进一步设置为，缓流机构31包括设置于出风通道3内的内安装结构310、设置于内安装结构310内且两端封闭的主轴体311以及设置于主轴体311侧面上沿同一方向旋转且均匀分布的螺旋结构的至少两个曲面导流体312，曲面导流体312的螺旋中心线沿主轴体311轴线方向设置，曲面导流体312引导烟气流向，形成定向移动，曲面导流体312引导热空气沿叶片形状形成缓速旋流，通过将缓流机构31设置为包括设置于出风通道3内的内安装结构310，因为内安装结构310呈筒状结构，而且设置于内安装结构310内且两端封闭的主轴体311以及设置于主轴体311侧面上沿同一方向旋转且均匀分布的螺旋结构的至少两个曲面导流体312，而且通过将曲面导流体312的螺旋中心线沿主轴体311轴线方向设置，曲面导流体312引导烟气流向，形成定向移动，曲面导流体312引导热空气沿叶片形状形成缓速旋流，本发明将曲面导流体312的宽度设置为与内安装结构310的内径相适配，则增加了整体的缓冲效果，提高整体的热转化效果。
26.本发明进一步设置为，缓流机构31位于出风通道3入口和/或出风通道3本体的迂回曲折部分32内，在本发明实施例中，将缓流机构31的设置位置进行调整，实现了多方位减速,且缓流机构31位于迂回曲折部分32内时，则在该区域内形成离心区域，该离心区域通过的热空气保持进入时的速度和方向，形成离心运动并再次减速气流，多段式的减速气流，极大程度上增加了烟气与热交换器30之间的接触时长，提高整体的热能回收效果，结构简单，实用性强。
27.在本发明实施例中，需要根据缓流机构31的设置位置，对缓流机构31进行曲度的调整，例如缓流机构31在设置于迂回曲折部分32时，则需要采用弧状结构，且缓流机构31和出气通道542之间为过盈配合，值得一提的是，出气通道542采用分离式结构，便于后续对缓流机构31的安装。
28.本发明进一步设置为，压力控制机构包括与净化通道41连通的控制流道5以及设置于控制流道5内且用于控制烟气进入净化通道41后净化速度的控制组件，控制流道5包括互相平行设置的第一流道51和第二流道52，第一流道51与净化通道41相连通，控制组件包括活动设置于第一流道51内的第一活塞510、设置于的第二流道52内的第二活塞520、依次连接第一活塞510的杆体部分和第二活塞520的杆体部分的连接杆53以及设置于第一、二流道内的控压组件，推动装置43与连接杆53连接，通过将压力控制机构设置为包括与净化通道41连通的流道以及设置于流道内且用于控制烟气进入净化通道41后净化速度的控制组件，流道包括互相平行设置的第一流道51和第二流道52，第一流道51为主动腔室，第二流道52为联动腔，第一流道51与净化通道41相连通，控制组件包括活动设置于第一流道51内的第一活塞510、设置于的第二流道52内的第二活塞520、依次连接第一活塞510的杆体部分和第二活塞520的杆体部分的连接杆53，推动装置43与连接杆53连接，通过连接杆53进行连接第一活塞510和第二活塞520，使得三者之间形成联动，而且因为第一、二流道属于不同的腔室，则两者之间的存在的压力并不相同，再通过设置于第一、二流道内的控压组件，对推动装置43进行控压限制，防止启动是形成较强的冲击，影响推动压力的不平稳性。
29.本发明进一步设置为，控压组件包括设置于第一活塞510上且设置于有杆腔一侧
的盘体54、设置于第一活塞510杆体部分内的通道a511、贯穿第二活塞520杆体部分的通道b521、设置于连接杆53上且依次连接通道a511和通道b521的通道c531、设置于盘体54上且与通道a511连通的径向通道541以及设置于盘体54上且与横向通道垂直设置的出气通道542，第一流道51的有杆腔一侧设有的出气口512，出气通道542与出气口512相互连通，通过通道a511、b、c、径向通道541以及出气通道542之间的配合，因为第一、二活塞之间是相互联动的，在受到推动装置43的推动作用下，第二流道52内的气压瞬间增大，活塞的运动在这一瞬间是受限的，此时会增加的这部分气压会通过通道b521、通道c531、通道a511、径向通道541和出气通道542，再经过出气口512排出，实现了整体压力控制效果，减小了压力变化对烟气净化时的影响。
30.本发明进一步设置为，盘体54的周侧上开设有沿盘体54的径向设置若干内安装腔543，各内安装腔543设置于横向通道内，内安装腔543内有内弹簧544和可滑动的施压块545，施压块545在内弹簧544的拉力作用下向盘体54的轴线方向滑动，采用上述结构设置，配合上述通道结构，则在出气通道542排气的过程中，会因为气流存在一定的冲击而进入内安装腔543内，气流则会对施压块545形成冲击，施压块545与第一流道51形成抵触，控制压力的输出。
31.本发明进一步设置为，第二流道52无杆腔的内壁上设有进气单向阀6，该进气单向阀6被配置为第二活塞520远离进气单向阀6时，气流为通路；反之，气流为断路，采用上述结构设置，通过设置在第二流道52无杆腔内的进气单向阀6，便于活塞的复位运动，实用性得到提升，结构简单，稳定性强。
32.本发明进一步设置为，通道a511、b、c的内径均相同且大于横向通道的内径，所述横向通道的内径大于出气通道542的内径，采用上述结构设置，通过设置的上述通道结构，逐渐减小的通道的内径，实现对气压的控制，从而极大程度的降低压力，确保了对压力的稳定输出，保障了对烟气的充分净化，保护大气，减少有害物质的排放。
33.本发明进一步设置为，储气室40包括与出气通道542连通的左气室401、一侧于左气室401连通的另一侧与净化通道41连通的右气室402以及设置于左、右气室402的通断结构，该通断结构包括隔离左、右气室402的a板403、设置于a板403上的通气孔a404、设置于a板403上且与a板403活动连接的b板405、设置于b板405上的通气孔b406以及设置于储气室40外且用于驱动b板405活动并形成通气孔a404、b通断的驱动气缸407，进一步的通过将储气室40设置为包括与出气通道542连通的左气室401、一侧于左气室401连通的另一侧与净化通道41连通的右气室402以及设置于左、右气室402的通断结构，将储气室40设置为左、右两个腔室，形成较好的调控效果，将储气和净化腔室进行分离操作，并且通过将该通断结构设置为包括隔离左、右气室402的a板403、设置于a板403上的通气孔a404、设置于a板403上且与a板403活动连接的b板405、设置于b板405上的通气孔b406以及设置于储气室40外且用于驱动b板405活动并形成通气孔a404、b通断的驱动气缸407，采用上述结构设置，通气孔a404、b的通断形成气室之间的相互连通，确保两气室的互不干扰，提高净化作业时的整体性，稳定性强，结构简单。
34.一种适用于上述加热炉的烟气净化及热量回收装置的控制方法，还包括与热交换器30连接的蒸汽发生室以及与蒸汽发生室连接的汽轮机，汽轮机电性连接有蓄电池，所述蒸汽发生室内设有水位感应器，所述储气室40内设有用于检测气体体积的烟气浓度检测
器，所述水位感应器、烟气浓度检测器、驱动气缸407以及推动装置43均电性连接有控制器，控制器包括水位接收单元、烟气浓度接收单元、用于驱动驱动气缸407启、停的第一启停单元以及用于驱动推动装置43启、停的第二启停单元，其控制方法包括如下步骤，s1、加热炉正常工作，烟气沿着出风口21排出，进入出气通道542，并与热交换器30开始产生热交换，蒸汽发生室在高温下不断产生蒸汽，带动汽轮机产生动能后转化为电能储存在蓄电池中，形成能源回收利用；s2、烟气在经过缓流机构31时，气流在曲面导流体312的叶片形状形成缓速旋流，延长与热交换器30之间的接触时间；s3、烟气经过多段迂回曲折状的出风通道3后，气流速度逐渐减缓，进入储气室40，待净化处理；s4、储气室40内的烟气浓度检测器监测到烟气浓度达到k值时，控制器驱动b板405活动，使通气孔a404和通气孔b406相互连通，烟气从左气室401进入右气室402，直至右气室402处于饱和状态，控制器驱动b板405复位，通气孔a404和通气孔b406不连通；s5、右气室402和净化通道41形成通路，并通过推动装置43对净化通道41内的烟气进行净化处理，压力控制机构控制烟气的流速，对压力进行控制，保持烟气的净化速度≤p值；s6、检测器再次监测到烟气达到k值时，重复步骤4和步骤5；s7、将净化后的烟气排放入大气，完成烟气热量回收及净化；s8、水位检测器实时检测水位的变化，在缺少水时，则报警添加水，防止空烧。
35.通过采用上述技术方案，有益效果，通过采用热交换器30对出气通道542内的烟气进行热交换，将蒸汽发生室作为媒介，蒸汽带动汽轮机，并将产生的电能储存在蓄电池内形成闭环，其中本发明通过对烟气的缓冲以及在净化时控制烟气的流速，实现了热交换时的充分转换，而净化时控制流速，则是为了保障对烟气的充分净化，减小对大气的污染，提高环保的效果。
36.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行通常的变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。