一种梯级回收烟气余热的净化系统的制作方法

[0001]
本申请涉及新能源与节能领域，具体涉及一种梯级回收烟气余热的净化系统。


背景技术：

[0002]
我国工业领域能源消耗量约占全国能源消耗总量的70，主要工业产品单位能耗平均比国际先进水平高出约30％。除了生产工艺相对落后、产业结构不合理等因素外，工业余热利用率低是造成单位工业产值能耗高的重要原因，我国能源利用率仅为33％左右，比发达国家低约10％，至少50％的工业能耗以各种形式的余热被直接排放或废弃。在被直接排放或废弃的余热中，以高温工业尾气形式排放进入的余热占比最大，超过余热总量的60％。我国工业余热资源丰富，广泛存在于工业各行业生产过程中，余热资源约占其燃料消耗总量的 17％-67％，其中可回收余热约占排放余热60％，余热利用率提升空间大，节能潜力巨大。工业余热回收利用被认为是一种“新能源”，近年来成为我国节能减排工作的重要内容。
[0003]
目前，国内大型燃煤电厂应用的烟气脱硫方法(flue gas desulfurization，简称fgd)，大多采用的是石灰/石灰石—石膏湿法脱硫工艺，其最佳工作温度为 50℃左右。而电站锅炉的排烟温度一般都设计在120℃～140℃范围，很少采用低于120℃的排烟温度。当锅炉排烟进入fgd的吸收塔后，通过喷淋方式将烟气温度降低到工作温度，不仅消耗了大量的水资源，增加了烟气排放量，也白白浪费了烟气降温区间的能源。出于节能增效目的，许多电厂现在空气预热器至fgd之间的烟道上装设了烟气换热器，将烟气温度降低到100℃～80℃后进入fgd吸收塔，以回收利用部分烟气余热。更多的是将烟气换热器安装在静电除尘器(esp)人口，回收烟气余热兼顾降低烟温而提高除尘效率。实现了节能减排效果的同时，也带来了烟道及换热器受热面产生低温腐蚀的风险，其中烟气酸露点温度是最主要影响因素。未经降温的锅炉排烟温度至fgd吸收塔工作温度之间有80℃～60℃的温差，如果全部依靠喷水蒸发降温，其耗水量是十分可观的。目前，绝大多数烟气冷却器设计的出口烟温一般在90℃左右，只能回收烟气中的部分热量。
[0004]
在湿法脱硫塔内回收冷却器后低于90℃烟气中的热量，可有效避免换热器因酸露点腐蚀及湿法脱硫塔耗水量大的问题，但存在以下问题：1、现有湿法脱硫系统主要承担烟气净化功能，难以在不影响烟气净化效率的前提下实现低品位余热取出；2、湿法脱硫塔内气液两相流动强烈，洗涤液分布极不均匀且磨损性强，常规换热器难以适应长周期稳定运行；3、湿法脱硫塔内取热余热品位低，难以回收利用。目前在湿法脱硫塔内对烟气中的低品位余热进行高效回收领域还处于空白。


技术实现要素：

[0005]
本申请提供一种梯级回收烟气余热的净化系统，对净化喷淋浆液和净化饱和烟气进行两级取热，实现湿法脱硫塔内对烟气中的低品位余热高效回收，并将取出热量用于锅炉除氧器补水的两级加热，提升除氧器进水温度，降低除氧器运行能耗。
[0006]
一种梯级回收烟气余热的净化系统，包括净化塔、浆液取热泵、净烟气取热泵、余
热回收器、除氧器补水泵和连接管路；
[0007]
所述净化塔的塔壁上设有烟气进口、顶部设有烟气出口，烟气进口与烟气出口之间的塔体内由下向上依次设有整流取热层、净化喷淋层、脱浆层、接水层和净烟气取热层；
[0008]
所述余热回收器包括壳体、均流器、预热器和再热器，所述壳体的一端设置余热回收器进水口、另一端设置余热回收器出水口，所述均流器、预热器和再热器在壳体内沿水流方向依次设置，所述预热器和再热器各自独立地设有进水口和出水口；
[0009]
所述浆液取热泵的入口通过管路与再热器的出水口连通，浆液取热泵的出口通过管路与整流取热层的进水口连通，整流取热层的出水口通过管路与再热器的进水口连通；
[0010]
所述净烟气取热泵的入口通过管路与预热器的出水口连通，净烟气取热泵的出口通过管路与净烟气取热器的进水口连通，净烟气取热器的出水口通过管路与预热器的进水口连通；
[0011]
所述除氧器补水泵的入口通过管路与余热回收器的出水口连通，除氧器补水泵的出口通过管路连接至除氧器进水口。
[0012]
以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
[0013]
可选的，所述整流取热层包括整流孔板和若干个浆液取热单元；若干个浆液取热单元安装于整流孔板的上方。
[0014]
可选的，所述整流孔板的孔径为20mm-40mm、开孔率为25％-40％。
[0015]
可选的，所述浆液取热单元包括进水腔体、出水腔体和若干连接进水腔体和出水腔体的金属管；进水腔体上设有与整流取热层的进水口连通的入水口，出水腔体上设有与整流取热层的出水口连通的排水口。
[0016]
可选的，所述金属管设置n层，其中n≥2；层与层之间等间距分布，同层内的金属管之间等间距分布；相邻层之间的金属管交错分布；金属管的管径为 15mm-40mm；同层内相邻两根金属管间缝隙间距为50mm-100mm，层与层之间的间距为60mm-150mm；金属管的管壁厚度为0.3mm-1.5mm，底层金属管的最低点距离整流孔板顶面的距离为60mm-120mm。
[0017]
可选的，所述净烟气取热层包括若干层金属翅片管；每根金属翅片管的入水口与净烟气取热层的进水口连通，每根金属翅片管的排水口与净烟气取热层的出水口连通；所述金属翅片管的基管管径为15mm-35mm，金属翅片高度为基管直径的0.5-1.0倍，金属翅片间隙为0.5mm-4.0mm。
[0018]
可选的，若干个余热回收器进水口均匀分布在余热回收器的壳体的进水端面上。
[0019]
可选的，相对于壳体内的水流方向，所述预热器的进水口位于出水口下游，所述再热器的进水口位于出水口下游。
[0020]
与现有技术相比，本申请至少具有如下优势之一：
[0021]
(1)本申请提供了一种在烟气净化系统中梯级回收烟气余热的解决方案，采用取热水分别对净化喷淋浆液和净化饱和烟气进行两级取热，并将取出热量用于锅炉除氧器补水的两级加热，提升除氧器进水温度，降低除氧器运行能耗；
[0022]
(2)本申请提供了一种在烟气净化系统中高效回收烟气余热的解决方案，在入口烟气上方和净化喷淋层下方设置整流取热层，浆液取热单元安装于气液湍流层内，利用气
液在整流孔板上湍流层的强烈扰动实现取热金属管外壁面液膜的快速更新，提高取热水与高温烟气及喷淋浆液之间的换热速率，实现高温烟气中余热的高效回收；
[0023]
(3)本申请提供了一种降低烟气净化系统运行耗水量的解决方案，通过对进入整流取热层的烟气和喷淋浆液进行间接取热，降低烟气净化过程气液的反应温和水分蒸发量；通过对净化洗涤后的饱和净烟气进行取热冷凝，并将冷凝水由接水盘导出回用，保证了湿法烟气洗涤系统的水平衡，大幅降低湿法烟气净化系统的运行耗水量。
附图说明
[0024]
图1为本申请净化系统的结构示意图；
[0025]
图2为图1中整流取热层的结构示意图；
[0026]
图3为图2中a部分的局部放大图。
[0027]
图4为图2中单个浆液取热单元的结构示意图。
[0028]
图中所示附图标记如下：
[0029]
1-净化塔
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2-整流取热层
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3-净化喷淋层
[0030]
4-脱浆层
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5-接水层
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6-净烟气取热层
[0031]
7-烟气出口
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8-烟气入口
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
9-余热回收器
[0032]
91-壳体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
92-整流器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
93-预热器
[0033]
94-再热器
[0034]
10-循环泵
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11-浆液取热泵
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12-除氧器补水泵
[0035]
13-净烟气取热泵
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
14-净烟气取热水缓冲箱
ꢀꢀ
15-浆液取热水缓冲箱
[0036]
21-整流孔板
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
22-浆液取热单元
[0037]
221-金属管
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
222-进水腔体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
223-出水腔体
[0038]
224-取热单元入水口
ꢀꢀꢀꢀꢀ
225-取热单元排水口
具体实施方式
[0039]
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0040]
为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的实用新型创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。
[0041]
需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
[0042]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
[0043]
如图1所示，一种梯级回收烟气余热的净化系统，包括净化塔1、浆液取热泵11、净
烟气取热泵13、余热回收器9、除氧器补水泵12、连接管路及设于对应管路上的控制阀。
[0044]
净化塔1采用湿法喷淋塔改造，净化塔的塔壁上设有烟气进口8、顶部设有烟气出口7，烟气进口8与烟气出口9之间的塔体内由下向上依次设置整流取热层2、净化喷淋层3、脱浆层4、接水层5和净烟气取热层6。
[0045]
整流取热层2和净烟气取热层6均与余热回收器9相连，余热回收器9包括壳体、均流器92、预热器93和再热器94。壳体91的一个端面上设置余热回收器进水口，与之相对的另一个端面上设置余热回收器出水口，低温取热液从余热回收器进水口送入壳体，与整流取热层2和净烟气取热层6从净化塔内取出的热量交换后由余热回收器出水口排除，均流器、预热器和再热器在壳体内沿水流方向依次设置，预热器和再热器各自独立地设置进水口和出水口，即预热器带有进水口和出水口，再热器也带有进水口和出水口。
[0046]
净烟气取热泵13的出口通过管路与净烟气取热器6的进水口连通，净烟气取热器6的出水口通过管路与预热器93的进水口连通，预热器93的出水口连通净烟气取热水缓冲箱15，净烟气取热水缓冲箱15的出水口通过管路连通净烟气取热泵13的入口，形成净烟气取热液循环回路。净烟气取热器6对净烟气的低品余热进行回收，经净烟气取热器6升温后的取热液送入预热器内作为预热器的加热介质，对流经预热器的低温水进行预热。
[0047]
浆液取热泵11的出口通过管路与整流取热层2的进水口连通，整流取热层 2的出水口通过管路与再热器94的进水口连通，再热器94的出水口通过管路连通浆液取热水缓冲箱14，浆液取热水缓冲箱14的出水口通过管路连通浆液取热泵11的入口连通，形成浆液取热液循环回路。经整流取热层2与浆液热交换升温后的取热液作为再热器的加热介质，对流经再热器的低温水进行再次加热。
[0048]
除氧器补水泵12的入口通过管路与余热回收器出水口连通，除氧器补水泵的出口通过管路连接至除氧器进水口，除氧器补水泵将依次经预热器93和再热器94加热后的高温水送至除氧器内。
[0049]
本申请采用取热水分别对净化喷淋浆液和净化饱和烟气进行两级取热，并将取出热量用于锅炉除氧器补水的两级加热，提升除氧器进水温度，降低除氧器运行能耗。实现对烟气低品热的有效回收。
[0050]
整流取热层2水平安装于净化塔1的烟气入口8上方、净化喷淋层3的下方，用作对烟气进行整流和对洗涤液进行余热回收。作为整流取热层2的一种实施方式，其结构如图2所示，包括整流孔板21和若干个浆液取热单元22，若干个浆液取热单22安装于整流孔板的上方，与整流孔板21之间间隔一定距离。
[0051]
携带有污染物的高温烟气由烟气进口进入净化塔向上流动，高温气流经整流孔板整流后，以均匀向上的气流高速穿过整流取热层。洗涤浆液由净化喷淋层雾化成浆液液滴向下移动进入整流取热层。高速气流和喷淋液滴在整流取热层的浆液取热单元托盘区域形成一定厚度气液湍流区；浆液取热泵将低温取热水送入整流取热层的浆液取热单元内，通过浆液取热单元在气液湍流区对高温烟气和喷淋浆液进行传质、换热，部分烟气中的污染物被脱除，完成取热的高温取热水经管路送至余热回收器中再热器进水口。
[0052]
作为整流孔板21的一种实施方式，整流孔板的孔径为20mm-40mm、开孔率为25％-40％，其局部放大图如图3所示。
[0053]
若干个浆液取热单元紧密排列组装于净化塔的水平截面上，作为浆液取热单元22
的一种实施方式，单个浆液取热单元呈矩形，其结构如图4所示，浆液取热单元22包括若干金属管221、进水腔体222和出水腔体223，若干金属管并行设置，金属管的两端分别连接进水腔体和出水腔体。该实施方式中，进水腔体和出水腔体均采用长方体腔体，进水腔体上设置取热单元入水口224，出水腔体上设置取热单元排水口225，所有的取热单元入水口并联后连接整流取热层的进水口，然后再连接浆液取热泵11的出水口，所有的取热单元排水口并联后连接整流取热层的出水口，然后连接再热器94的进水口。
[0054]
金属管内为取热液流通通道，作为金属管的一种设置方式，金属管设置n 层，其中n≥2；层与层之间等间距分布，同层内的金属管也等间距分布。
[0055]
作为相邻层金属管的一种分布方式，相邻层之间的金属管交错分布，也可理解为每根金属管位于相邻两根上层金属管的正下方和下层两根相邻金属管的正上方。
[0056]
作为金属管设置尺寸的一种具体实施方式，金属管的管径为15mm-40mm；同层内相邻两根金属管间缝隙间距为50mm-100mm，层与层之间的间距为60mm-150mm；金属管的管壁厚度为0.3mm-1.5mm，底层金属管的最低点距离整流孔板顶面的距离为60mm-120mm。
[0057]
浆液取热单元以金属管水平设置安装于净化塔的水平截面上。在入口烟气上方和净化喷淋层下方设置整流取热层，浆液取热单元安装于气液湍流层内，利用气液在整流孔板上湍流层的强烈扰动实现取热金属管外壁面液膜的快速更新，提高取热水与高温烟气及喷淋浆液之间的换热速率，实现高温烟气中余热的高效回收。
[0058]
净化塔塔体内底部设置洗涤液循环池，洗涤液循环池与净化喷淋层之间通过循环泵10连通。循环泵及净化喷淋层均采用湿法喷淋塔常规设备。
[0059]
脱浆层4位于净化喷淋层3的上方，用于脱除饱和烟气中的洗涤浆液液滴，作为脱浆层的一种实施方式，脱浆层包括若干并行且倾斜设置于净化塔水平截面上的除雾挡板，除雾挡板等间距分布，倾斜挡板与塔体水平截面之间夹角为 30～60
°
。相邻除雾挡板之间为烟气通道。
[0060]
净烟气取热层6对净烟气的余热进行回收，并将回收的余热送入预热器用作预热器的加热介质。作为净烟气取热层的一种实施方式，净烟气取热层6包括若干层并行设置的金属翅片管；每根金属翅片管的入水口与净烟气取热层的进水口连通，每根金属翅片管的排水口与净烟气取热层的出水口连通。
[0061]
作为金属翅片管的一种具体实施方式，金属翅片管的基管管径为15mm-35 mm，金属翅片高度为基管直径的0.5-1.0倍，金属翅片间隙为0.5mm-4.0mm。
[0062]
接水层5位于脱浆层上方、净烟气取热层6下方，接水层收集来自净烟气取热层的冷凝水并将冷凝水排除至塔体外回用，保证了湿法烟气洗涤系统的水平衡，大幅降低湿法烟气净化系统的运行耗水量。接水层的结构本身为喷淋塔内常规设备，满足烟气可自下而上穿过而浆液不会下落即可。
[0063]
作为预热器和再热器的一种实施方式，预热器和再热器均采用蛇形管。相对于壳体内的水流方向，预热器的进水口位于出水口下游，再热器的进水口位于出水口下游。若干个余热回收器进水口均匀分布在余热回收器的壳体的进水端面上，控制余热回收器内水流速度为0.2m/s-0.8m/s。
[0064]
利用上述净化系统进行梯级回收烟气余热的方法包括：
[0065]
(1)携带有污染物的高温烟气由烟气进口进入净化塔内向上流动，高温气流经整
流孔板整流后，以均匀向上的气流高速穿过整流取热层；洗涤浆液由净化喷淋层雾化成浆液液滴向下移动进入整流取热层，高速气流和喷淋液滴在整流取热层的托盘区域形成一定厚度气液湍流区；
[0066]
(2)浆液取热泵将低温取热水送入整流取热层的浆液取热单元内，通过浆液取热单元的金属管壁在气液湍流区对高温烟气和喷淋浆液进行传质、换热，部分烟气中的污染物被脱除，完成取热的高温取热水经管路送至余热回收器中再热器进水口；
[0067]
(3)烟气继续向上流动进入净化喷淋层脱除烟气中的污染物，在气液湍流区和喷淋区内，部分净化洗涤浆液中的水在换热过程中蒸发成水蒸气，穿过净化喷淋层后的烟气达到饱和状态；饱和烟气经脱浆层去除烟气中洗涤浆液液滴后穿过接水层进入净烟气取热层；
[0068]
(4)净烟气取热泵将低温取热水送入净烟气取热层中，通过金属翅片管对饱和净烟气进行间接换热，净烟气中大部分水蒸气经换热冷凝形成液态冷凝水在重力作用下落入接水层，并由接水层排水管路排出塔外回用，完成净烟气取热的取热水由净烟气取热层出水口经管路送至余热回收器中预热器进水口；
[0069]
(5)锅炉除氧器补水由余热回收器进水口进入余热回收器，经均流器整流均匀后依次流经预热器和再热器，与预热器和再热器内的高温取热水进行两级换热升温后，由除氧器补水泵送入除氧器除氧，降低除氧器运行能耗实现尾气余热回收利用；完成对除氧器补水预热的预热器中低温取热水经净烟气取热泵送至净烟气取热器进水口循环取热；完成对除氧器补水再热的再热器中低温取热水经浆液取热泵送至整流取热层进水口循环取热。
[0070]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0071]
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。