实施方式1
《余热锅炉》提供一种余热锅炉、其振打装置及导热管安装结构。《余热锅炉》的主要发明原理是将带翅片导热管的翅片结构和振打装置结合起来，来共同应对工业废气中的高温余热、高附着性粉尘，从而能够对例如温度为300℃—500℃、粉尘浓度为10-100克/标准立方米、在干燥状态下粉尘附着性高的各类品味的废气进行有效回收，并且余热锅炉兼具高导热性能、低成本、有效清除附着粉尘的特性。如图1所示，该实施方式的余热锅炉为立式结构，该余热锅炉包括锅炉1，在锅炉1的上部和下部分别设置废气入口2和废气出口3。
作为《余热锅炉》的一个重要的技术特征，在锅炉1内设置多根带翅片23的导热管4，导热管4采用水平并且格子布置结构，这样当废气按箭头所示从上到下均匀流过的过程中，会吹走可能堆积在翅片23之间的粉尘，从而明显增加废气中的热量传递到导热管4的传递量，提高整个锅炉对废气进行热量回收的效率。采用带翅片23的导热管4，能有效增加换热面积，提升换热性能，但却不增加成本。如图2—4所示，翅片23垂直于导热管4的外周面且沿外周面径向向外凸出设置，在一根导热管4的外周，沿长度方向即轴向方向间隔地设置多个翅片23。在一个优选的实施例中，如图2所示，翅片23设于导热管4外周的整个周面，即翅片23为封闭环形片，由于翅片23垂直卷绕于导热管4的外周面，翅片23的主要换热表面与粉尘的重力方向一致，因此粉尘很难在翅片23间堆积，并且废气流动方向也与翅片23的设置方向一致，能耗小。封闭环形的翅片23能使换热面积最大化，通过变更导热管4的长度方向上配置的翅片23的数量以及间隔、翅片23的高度和厚度，能够调整换热面积。在一个可选实施例中，如图3、4所示，可将封闭环形的翅片23替换为不连续的两个以上的扇形片，这种翅片23虽然减小了换热面积，但是扇形片之间的间隙24可供废气穿行流动，能在一定程度增加废气中的热量传递到导热管4的传递量。
作为《余热锅炉》的另一个重要的技术特征是与振打装置相关的导热管安装结构。如图1、5所示，在《余热锅炉》的一个实施例中，在导热管4的轴线方向上间隔布置两个以上的支撑组件，一根导热管4穿过两个以上的支撑组件的对应的两个以上的支撑孔部。当然，也可在导热管4的轴线方向的中央部设置一个支撑组件，然后在导热管4的两端用另外的支撑物活动支撑。在优选的实施例中，用于支撑导热管4的支撑组件包括分别与各导热管4对应的多个支撑环5以及固定这些支撑环5的支撑梁8。支撑环5的孔构成支撑孔部。在导热管4为格子布置的情况下，支撑环5也为格子布置。在导热管4的长度方向上间隔设置两个以上的支撑组件，一根导热管4穿过各组支撑组件的相对应的支撑环5。这样导热管4以不固定的方式与支撑组件的支撑环5连接，导热管4的外周面与支撑环5的内周面之间的间隙构成能使二者发生相对移动的间隙。通过该实施方式中的导热管的安装结构，导热管4被活动自由的安装，在振打装置的振打作用下，导热管4与支撑环5能够发生相对运动，可进行充分的振动作用，并且，振打冲击力也不会对支撑组件造成负担，设备耐久性提升。
在另一个优选实施例中，如图6所示，支撑组件包括在导热管4的长度方向上间隔设置的两个以上的支撑板51，各支撑板51上设置与各导热管4对应的穿孔52，一根导热管4穿过多个支撑板51的相对应的穿孔52，该穿孔52构成支撑孔部，支撑板51与废气流动方向一致，能耗小。以上两个实施例中提供了导热管4与支撑环5、穿孔52活动安装的结构。可以想到的，在可选的实施例中，如图7所示，可以通过具有网孔53的金属的杆组件54来活动支撑导热管4，该网孔53构成了支撑孔部，只要使网孔53的尺寸大于导热管4的外周面的尺寸即可。当然，能够活动支撑导热管4的支撑组件并不局限于以上例举的结构，任何能够实现导热管4活动安装的结构均可采用。在极端情况下，也可以采用金属链条将导热管悬挂于锅炉内。
发明人进行了使来自水泥窖的PH塔的废气在假想为PH锅炉的实验装置中流动的实验。带翅片23的导热管4的外径为导热管4为水平格子布置、与废气流动方向垂直的垂直方向间距为90毫米、在废气流动方向上的间距为90毫米、翅片23的高度为21毫米、厚度为1.2毫米，导热管4内部用温水冷却。这里，为确认粉尘的堆积动态而没有设置除尘装置。变更翅片23的间距使废气流动来实验导热管的牵伸损失、导热管4的污垢表现，来确认导热性能。实验结果表示：将翅片23的间距设为15毫米以上例如15—18毫米，能够得到与2016年2月以前，已有的PH锅炉结构（导热管是裸管外径为的垂直交错布置、气体垂直方向间距为90毫米、气体流动方向间距为78毫米）相同程度的粉尘堆积表现（利用稳定状态的压力损失和初期的压力损失比来评价）。并且确认到：通过优化导热管4的布置结构和翅片23的间距，粉尘的堆积量饱和，通过与除尘装置相配合，能够实现在高粉尘废气条件下的稳定动转。
在一个实施例中，《余热锅炉》的余热锅炉可以不自配振打装置，而采用人工振打或外配振打装置来进行除尘。在优选的实施例中，《余热锅炉》的余热锅炉自配振打装置。振打装置的结构可采用2016年2月以前，已有的技术中的任意振打装置。基于《余热锅炉》中的导热管安装结构，相对2016年2月以前，已有的导热管安装结构，采用任何2016年2月以前，已有的振打装置，均能获得提升的振打效果。在《余热锅炉》的一个优选的实施例中，采用《余热锅炉》的特别设计的振打装置，对导热管4进行分束振打。
首先对导热管4进行分束。关于具体的分束方式，对于导热管4为水平格子布置的情况下，同一个垂直平面内的上下相邻的多根导热管4构成一个导热组件9，该情况下，如图1所示，余热锅炉包括在竖直方向上平行的多个导热组件9。此外，还可选择同一个水平面内相邻的多根导热管4构成一个导热组件9。当然，对于导热管4交错布置的情况下，完全可以使某一斜面内相邻的多个导热管构成一个导热组件，余热锅炉包括多个在该倾斜方向上平行的导热组件。现说明《余热锅炉》的针对该分束的导热管进行振打的振打装置。《余热锅炉》的余热锅炉的振打装置包括与导热组件9连接的振打杆6和能够对振打杆6进行敲打的振打组件7。每个导热组件9设置一个振打杆6。振打组件7包括水平布置的振打轴体10、固定于振打轴体10的振打锤11、与振打轴体10相连接而能够控制振打轴体10按设定的速度往复转动的驱动电机12。各振打锤11分别布置在振打杆6的上部或侧面。这样的结构中，每个振打锤11对应一个振打杆6，多个振打锤6随着振打轴体10的转动动作而一致动作，实现对每个导热组件9的有效振打除尘，从而能够确保对高浓度粉尘进行处理，避免粉尘堆积于导热管4以及翅片23。可以想到的，在一个实施例中，振打锤11也可不锤击振打杆6，而是与支撑组件对应，即振打支撑组件，例如振打支撑板51，也能够得到较好的振打效果。对于设计空间受限的余热锅炉，锤击支撑板也提供了一种设计振打装置的选择。
在一个实施例中，不局限于前面提到的按照导热组件9对导热管4进行分束的方式，振打杆6完全可与任意多个相邻或不相邻的导热管4连接，只需变更振打杆6的具体形状即可，例如图5中的右上相邻的四根导热管4与一个矩形的振打杆6相连接，来实现分束振打。在此，不再详述。相对于2016年2月以前，已有的水泥成套PH锅炉塔的振打装置敲打管束整体的结构，《余热锅炉》的分束敲打每个管束即导热组件9的方式，能够获得更加充分的振打效果。分束振打的振打冲击力对导热管4和安装配件不造成负担，耐久性更佳。
发明人利用与实物相同大小的振打装置实施了耐久实验和振动测量。采取使来自水泥窖的PH塔的废气在假想为PH锅炉的实验装置中流动的实验中所提到的导热管4的布置结构、翅片23的间距，进行从上方敲打与导热管4连接的振打杆6的试验和从侧面横向敲打振打杆6的试验。利用振打力不同的3种振打锤（大中小）来敲打振打杆6。通过振动测量确认到：利用大振打锤会产生导致装置破坏的冲击力，不管多大的振打锤都会得到比2016年2月以前，已有的PH锅炉大的导热管振动。在耐久实验中，确认了对于100万次以上的连续击打具有耐久性。并且，确认了通过在该结构中选定最佳振打锤，能够获得更佳除尘性，并且能够进行稳定的作业。为了能够应对浓度低粒径小的粉尘，例如对硅铁制造电气炉的粉尘浓度为10克/标准立方米的废气进行热回收，在《余热锅炉》的优选实施例中，还可配置吹灰装置，以在必要时机代替振打装置进行除尘。对于吹灰装置，可以采用2016年2月以前，已有的技术中的吹灰装置。《余热锅炉》的优选实施例中，如图1、5所示，吹灰装置13包括气源14、连接管15、吹灰管件16、推拉杆18和控制装置20。吹灰管件16水平布置且位于导热管4上方，吹灰管件16与导热管4二者的轴线为直角关系，吹灰管件16与水平布置的推拉杆18连接，推拉杆18一端与能够推动推拉杆18向前伸出或向后收缩的控制装置20连接，每个吹灰管件16下方的面设置按间隔布置的喷气口17。喷气管件16的角度可以调节。
控制部件20包括电机21和与电机21连接的啮合齿轮22。推拉杆18一端穿过锅炉壁19，并延伸出锅炉壁19的外侧，该一端的结构是螺杆结构，啮合齿轮22与螺杆结构啮合连接，啮合齿轮22的旋转方向根据电机21的旋转方向所不同，由此，控制推动杆18的伸缩动作。这样的结构，不仅结构简单，而且操作推拉杆18动作带动吹灰管件16时性能稳定可靠，不易发生故障。当需要吹灰装置13工作时，通过控制部件20控制推动推拉杆18向前伸出或向后收缩，顺便带动吹灰管件16前后移动，吹灰管件16上的喷气口17从上向下喷出高压气体，对导热管4以及翅片23上堆积的粉尘进行除尘。《余热锅炉》通过在导热管4上方设置移动式的吹灰装置13，对每个导热管4的间隔实现向下吹灰。《余热锅炉》的吹灰装置13，不仅结构简单，而且能够实现对带翅片23的导热管4上的附着性粉尘进行有效处理而使其不堵塞，确保了导热管具有较高的导热性能，提高锅炉热量回收效率。在《余热锅炉》中，由于振打装置和吹灰装置的有效工作，可以在导热管4上设置翅片23，翅片23的设置，在不增加导热管4体积或数量的情况下，有效增加了导热面积，提高了导热性能，而且有效降低了导热管以及整个锅炉的成本。为了对高温或超高温的废气进行回收，在优选的实施例中，可以进一步增加导热组件9即导热管的数量，从而增加锅炉内导热管的导热面积，提高余热锅炉的整体热量回收效率。当然，在一个可选的实施例中，完全可以采用《余热锅炉》的导热管安装结构，同时采用2016年2月以前，已有的的振打装置对余热锅炉的全部导热管的管束整体进行振打，也能获得提升的振打效果。
《余热锅炉》的余热锅炉，克服了本领域技术中的导热管的翅片结构和振打装置没有结合起来应对粉尘的技术偏见，通过设计翅片结构并结合振打装置和吹灰装置，获得了对高温和超高温、包括各种浓度的高附着性粉尘的废气进行回收、兼具高导热性能、低成本、运转稳定的余热锅炉。使用水平布置的带翅片的导热管，且各个导热管4之间呈平行分布（格子布置）。对于浓度高粒径大的粉尘，通过振打装置的振打杆将一定数量的导热管的端部固定连接，再振打振打杆的最上部或者侧面，就能通过设置一个振打组件，实现对多根导热管的振打除尘。对于浓度低粒径小的粉尘例如硅铁制造电气炉的废气中的粉尘，通过在导热管上方设置移动式的吹灰装置13，对各导热管的间隙实现向下吹灰。《余热锅炉》的余热锅炉，不仅结构简单，而且能够实现对带翅片的导热管上的附着性粉尘进行有效处理而使其不致堵塞，确保了导热管具有较高的导热性能，提高锅炉热量回收效率。
实施方式2
如图9—10所示，该实施方式与实施方式1的原理相同、导热管的安装结构、振打装置和吹灰装置的结构相同，导热管分束方式相同，不再重述。区别之处是：余热锅炉改为卧式，导热管4为竖直格子布置，导热管4的下端部可以放置在某支撑物50上。如图9—10所示，该实施方式中，锅炉1的左侧和右部分别设置废气入口2和废气出口3。导热管4依次穿过在上下方向上布置的多个支撑板51的作为支撑孔部的多个穿孔52（图未示出）。导热管4上的翅片23垂直于导热管4的外周面且沿导热管的轴线方向凸出设置，优选的实施例中，将翅片23设置成与箭头所示的废气流动方式大致相同，即在导热管4的废气流动的上游测和下游侧的相对的两侧设置翅片23，导热管的与废气流动方向垂直的两侧不设计翅片23，以避免造成能量损耗。在优选的实施例中，翅片23在轴线方向上不连续，即在导热管长度方向上设置多段翅片23，这样废气可以穿经各翅片23之间的间隙24而增加废气与导热管之间的热传递量。并且，翅片23之间的间隙24可以作为与支撑组件配合的部位。当然，在轴向上连续的翅片23也可选用。在该实施方式中，虽然导热管4采取竖直布置的方式，但导热管4的表面和翅片23的表面仍然与粉尘的重力方向一致，粉尘不易附着。振打装置可对导热管4的上端或支撑组件进行振打。基于该实施方式，能够获得与实施方式1相同的效果，在此不再重述。
实施方式3
在实施方式1、2的基础之上，该实施方式的余热锅炉采用与实施方式1、2相同的导热管的安装结构、振打装置和吹灰装置。不同之处是：将实施方式1、2中的带翅片管替换为裸管，除了换热性能有所降低以外，该实施方式依然能获得优越的振打效果。因此，可对2016年2月以前，已有的的PH余热锅炉进行改造，以用于回收300℃—500℃高温、粉尘浓度为10—100克/标准立方米、粉尘附着性高的废气。
实施方式4
在实施方式1、2的基础之上，该实施方式的余热锅炉采用与实施方式1、2相同的导热管的安装结构。不同之处是：将实施方式1、2中的带翅片导热管替换为2016年2月以前，已有的技术中的螺旋翅片导热管，即采用《余热锅炉》的导热管的安装结构来改造2016年2月以前，已有的带螺旋形翅片的导热管的AQC余热锅炉。基于《余热锅炉》的导热管的安装结构，可获得优越的振打效果，再结合振打装置和吹灰装置，同样能对300℃—500℃高温、粉尘浓度为10—100克/标准立方米、粉尘附着性高的废气进行有效回收。对于2016年2月以前，已有的的AQC余热锅炉，由于本身通常不包括振打装置，因此，在一个实施例中，可以仅使AQC余热锅炉的导热管安装结构替换为《余热锅炉》的安装结构，然后另外配置振打装置。
其它变形例
实施方式1的图2-4中示出的垂直地设置于导热管4的外周面且沿外周面凸出设置的翅片23也可应用于竖直布置的导热管中。实施方式2的图9-10中示出的垂直地设置于导热管4的外周面且沿导热管4的轴线方向凸出设置的翅片23也可应用于水平布置的导热管中。螺旋形翅片可以应用于竖直布置或水平布置的导热管中。
