CN102087021B - 锅炉烟气余热利用与脱硫一体化系统 - Google Patents

锅炉烟气余热利用与脱硫一体化系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锅炉烟气余热利用与脱硫一体化系统。该系统以管壳式换热器为换热主体，布置于增压风机与脱硫吸收塔之间的尾部烟道，管壳式换热器与凝结水加热系统连接，换热器内布置多组喷嘴对换热器内管壁及烟道壁进行间歇冲洗，冲洗选取来自于脱硫系统的工艺水或石灰石浆液或二者的组合；冲洗液在换热器底部汇集后又回到脱硫吸收塔回收使用。本发明可以将锅炉尾部烟气温度降低至50-70℃，从而更好回收锅炉余热并提高锅炉效率；同时该温度范围的烟气进入尾部脱硫系统的吸收塔，仍能满足脱硫反应温度的需要，同时可大幅降低脱硫水耗达50-80％。并不用单独设计浆液制备与污水处理流程，最终实现整个系统的节水、节能、抗腐蚀和循环利用。

Description

锅炉烟气余热利用与脱硫一体化系统
技术领域
本发明属于锅炉烟气余热脱硫系统范围，特别涉及充分利用锅炉余热、节能节水、且满足脱硫要求的一种锅炉烟气余热利用与脱硫一体化系统。
背景技术
目前各种锅炉的排烟温度较高，特别是大型电站锅炉，其在脱硫系统增压风机出口(或引风机出口)处的烟气温度大约在120-160℃之间，继续降低烟温虽然可以明显提高锅炉和全厂效率，但同时也会造成烟气温度低于烟气的酸露点和水露点，从而会导致酸性液体在换热器管壁及烟道壁上凝结，严重的腐蚀管壁；再加上烟气中的飞灰又易于在凝结液体混合，聚集在烟道壁上，从而带来灰堵等问题，严重影响锅炉安全运行。
另一方面，随着环保要求的提高，目前很多大型锅炉特别是电站锅炉都安装了脱硫设备，其中绝大部分是较为成熟的石灰石湿法脱硫系统(即FGD系统)，传统的FGD系统往往设有回转式烟气-烟气换热器(GGH)，进入脱硫系统的核心设备-脱硫吸收塔的入口温度在90-110℃之间，而脱硫反应的合理温度范围为45-55℃，因此烟气需要被进一步降温至50℃左右。由于烟气的流量巨大，因此在这一过程中造成了大量的热量浪费，并且在烟气降温过程中还需要消耗大量的水来吸收汽化潜热对烟气进行冷却，用于降温的水耗可达脱硫系统总水耗的50-90％。当取消GGH时，为了避免进入吸收塔烟温过高，一般采用烟气喷水降温的方法，这同样会带来大量的热能浪费，同时会使会使脱硫系统用于烟气降温的水耗进一步增加约40-60％。
随着空冷机组的推广应用和气力吹灰技术的普遍应用，电厂的耗水指标在不断下降，在此情况下，降低脱硫系统耗水量就显得尤为重要，特别是对于我国华北、西北等具有丰富煤炭资源但水资源匮乏的地区而言更是如此。同时，为响应国家节能减排战略，目前很多电站都在积极进行节能减排工作。而锅炉尾部余热的深度利用，有望使锅炉效率从目前的90-92％进一步提高至95％以上，使电站效率继续提高0.5-1个百分点，节约供电煤耗2-4克标煤/kWh，节能效果显著。因此，实现锅炉尾部余热的深度合理利用、降低脱硫系统水耗意义重大。
CN101586803A公开了一种布置于除尘器和脱硫系统之间以低压省煤气为吸热主体的余热利用系统，换热器出口烟温≥80℃，并没有对烟气余热进行充分利用，采用搪瓷或镍基合金渗层耐腐蚀钢材防腐，且防腐措施影响换热；CN86105222A公开了一种采用面式或热管式换热器布置于空气预热器后的低压节能器复合系统，但利用烟气温度较高，不能实现烟气余热的深度利用；CN108745A公开了一种布置于空气预热器前的低压节能器复合系统，可以通过调节阀实现向低压节能器的凝结水量最佳配合选择，但利用烟气温度较高，不能实现烟气余热的深度利用；CN1104755A公开了一种耐酸换热器回收余热的方法，该方法采用烟气洗涤液对换热器进行间歇冲洗，并未与电站锅炉尾部的湿法烟气脱硫系统相结合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锅炉烟气余热利用与脱硫一体化系统，该系统以管壳式换热器3为换热主体，布置于增压风机(或锅炉引风机)4与脱硫吸收塔1之间的尾部烟道。管壳式换热器3内烟气为放热工质，烟气从增压风机(或锅炉引风机)4流入换热器3，并通过A2阀门连接至脱硫吸收塔1下部；管壳式换热器3的水侧为吸热工质，其入口来自于凝结水回热加热系统的8号低压加热器之前(即凝结水泵9的出口)，由调压阀A1控制进入换热器3的水流量；水侧出口通过B1阀门、B2阀门和B3阀门分别连接5号低压加热器出口、6号低压加热器出口和7号低压加热器出口；管壳式换热器3顶部大量布置工艺水喷头2对换热器的部分管壁及内壁实施间隙式冲洗以降低腐蚀。
所述管壳式换热器3，可根据负荷情况灵活调整水侧工质的流程：在机组满负荷运行时，可通过开启阀门B2或B3将经换热器加热后的凝结水引入6号低压加热器出口或7号低压加热器出口；在低负荷状况下运行，可根据各级低压加热器出口水温的实际情况，通过开启阀门B1或B2将加热后的凝结水引入到5号低压加热器出口或6号低压加热器出口。
所述工艺水喷头2通过A4阀门和工艺水箱11连通，通过A3阀门、浆液泵14和石灰石浆液箱10连通。可以通过冲洗液输送管路上的A4阀门和A3阀门灵活选择工艺水冲洗、石灰石浆液冲洗或二者的组合冲洗等多种模式，而在两次冲洗之间阀门关闭；冲洗的频率与持续时间可根据换热器管与烟道壁的材料、烟气中腐蚀性气体及水汽的含量等因素进行设定与调整。
本发明有益效果是通过管壳式换热器向水工质的放热，使进入锅炉尾部的烟气温度从130℃左右烟气温度大幅降低到的50-70℃左右，充分回收了锅炉烟气的余热并提高了锅炉效率。在该温度下烟气进入脱硫吸收塔，吸收塔反应温度仍能维持在45℃左右，该温度依然能满足脱硫反应温度的需要，本发明较低的入吸收塔烟温，经过吸收塔能量传递，吸收塔出口烟温降低，使脱硫系统中由于烟气带走的水量消耗减少50-80％。
本发明工艺水由泵引自工艺水箱，石灰石浆液取自脱硫系统石灰石浆液箱，冲洗后的液体在换热器底部汇集并引入尾部脱硫系统的吸收塔中重复使用，这种与吸收塔的整合，不用单独设计浆液制备与污水处理流程。，最终实现整个系统的节水、节能、抗腐蚀和循环利用。
附图说明
图1为锅炉烟气余热利用与脱硫一体化系统图。
图2为凝结水加热系统图。
具体实施方式
本发明提供一种锅炉烟气余热利用与脱硫一体化系统。下面结合附图和实施例对本发明引用进一步说明。在图1所示的锅炉烟气余热利用与脱硫一体化系统图中，该系统以管壳式换热器3为换热主体，布置于增压风机(或锅炉引风机)4与脱硫吸收塔1之间的尾部烟道。管壳式换热器3内烟气为放热工质，烟气从增压风机(或锅炉引风机)4流入管壳式换热器3，并通过A2阀门连接至脱硫吸收塔1下部；管壳式换热器3的水侧为吸热工质，其入口来自于凝结水回热加热系统的8号低压加热器之前(即凝结水泵9的出口)，由调压A1阀控制进入管壳式换热器3的水流量；水侧出口通过B1阀门、B2阀门和B3阀门，分别连接5号低压加热器、6号低压加热器和7号低压加热器出口，在凝结水回热加热系统中，8号低压加热器、7号低压加热器、6号低压加热器和5号低压加热器为串联布置，凝结水在其中实现逐级加热升温(如图2所示)；管壳式换热器3顶部大量布置工艺水喷头2，对管壳式换热器的部分管壁及内壁实施间隙式冲洗以降低腐蚀。工艺水喷头2通过A4阀门和工艺水箱11连通，通过A3阀门、浆液泵14和石灰石浆液箱10连通；所述脱硫吸收塔上部通过出口挡板6和烟囱5连通，烟囱通过旁路挡板7、入口挡板8和增压风机4连接。脱硫吸收塔1内部从上到下设置除雾器、喷淋层和吸收塔搅拌器，脱硫吸收塔外部，其中部通过石灰石浆液泵15和石灰石浆液箱10连通，除雾器通过除雾器冲洗水泵16和工艺水箱11连通；脱硫吸收塔下部连接排污泵13；还通过浆液循环泵12和喷淋层连接，
本发明工作时，烟气从增压风机(或锅炉引风机)4出口进入特制的管壳式换热器3，放出热量，温度降低，电厂凝结水回热加热系统中的凝结水进入管壳式换热器3接受烟气热量，温度达到100℃左右时再回到凝结水回热加热系统(如图2所示的凝结水加热系统图)中。在受热的水工质侧具有很多的调节手段：可根据锅炉运行的实际情况调整进入烟气加热器的凝结水水量，同时返回凝结水回热加热系统的凝结水可以根据运行情况不同而选择不同的路径，管壳式换热器3出口的热水经过B3阀门、B2阀门、B1阀门可以根据机组运行情况分别连接入凝结水回热加热系统的7号低压加热器出口、6号低压加热器出口以及5号低压加热器出口。在机组满负荷运行时，可通过开启B2阀门或B3阀门将加热后的凝结水引入6号低压加热器出口或7号低压加热器出口，经过8号低压加热器出口，一部分凝结水从凝结水泵9进入脱硫吸收塔1下部，另一部分经过A1阀控制进入管壳式换热器3；在低负荷状况下运行，可根据各级低压加热器出口水温的实际情况，将通过开启B1阀门或B2阀门加热后的凝结水引入到5号低压加热器出口或6号低压加热器出口。这样可以适合变工况运行，大幅度降低排烟温度，更好地回收余热。
在机组满负荷运行时，可通过开启阀门B2阀门或B3阀门将经换热器加热后的凝结水引入6号低压加热器出口或7号低压加热器出口；在低负荷状况下运行时，可根据各级低压加热器出口水温的实际情况，通过阀门调节将加热后的凝结水引入到5号低压加热器出口或6号低压加热器出口。经本发明锅炉烟气余热利用与脱硫一体化系统后，热量通过该管壳式换热器3传递给凝结水，烟温降至约50-70℃，从而可以大幅降低脱硫吸收塔1中由于烟气温度过高而带走的降温水量。系统运行过程中，间歇性地从脱硫吸收塔1的脱硫石灰石浆液箱10引来石灰石溶液和从脱硫吸收塔1的工艺水箱11引来工艺水对管壳式换热器3管道和烟道壁进行组合冲洗，冲洗周期和冲洗时间可根据管壳式换热器3管道与烟道壁的材料、烟气中腐蚀性气体及水汽的含量等因素进行灵活选择；亦可通过阀门调节，只使用工艺水或石灰石浆液进行冲洗；冲洗液将在系统内进行循环利用：冲洗后的溶液和中水将由换热器底部汇集后引至脱硫吸收塔1中回收使用，冲洗结束，关闭管壳式换热器底部到脱硫吸收塔管路上的阀门。

Claims (3)

1.一种锅炉烟气余热利用与脱硫一体化系统，该系统以管壳式换热器(3)为换热主体，布置于增压风机(4)与脱硫吸收塔(1)之间的尾部烟道，管壳式换热器(3)内烟气为放热工质，烟气从增压风机(4)流入管壳式换热器(3)，其特征在于，管壳式换热器(3)顶端布置工艺水喷头(2)，对管壳式换热器的部分管壁及内壁实施间隙式冲洗以降低腐蚀；管壳式换热器(3)下端通过A2阀门连接至脱硫吸收塔(1)下部，管壳式换热器(3)的水侧为吸热工质，其入口来自于凝结水回热加热系统的8号低压加热器之前凝结水泵的出口，由A1调压阀控制进入管壳式换热器(3)的水流量；水侧出口通过B1阀门、B2阀门和B3阀门分别连接5号低压加热器出口、6号低压加热器出口和7号低压加热器出口；工艺水喷头(2)通过A4阀门和工艺水箱(11)连通，通过A3阀门、浆液泵(14)和石灰石浆液箱(10)连通；通过冲洗液输送管路上的A4阀门、A3阀门可灵活选择工艺水冲洗、石灰石浆液冲洗或二者的组合冲洗模式；冲洗的频率与持续时间根据管壳式换热器与烟道壁的材料、烟气中腐蚀性气体及水汽的含量因素进行设定与调整；冲洗液在管壳式换热器底部汇集后又回到锅炉烟气余热利用与脱硫一体化系统的脱硫吸收塔中回收使用；整套冲洗装置充分利用锅炉尾部的锅炉烟气余热利用与脱硫一体化系统的原有设备，不用单独设计浆液制备与污水处理流程。
2.根据权利要求1所述锅炉烟气余热利用与脱硫一体化系统，其特征在于，所述管壳式换热器(3)内烟气向水工质的放热，可将进入管壳式换热器(3)的烟气温度从130℃降低至50-70℃后再进入锅炉烟气余热利用与脱硫一体化系统的脱硫吸收塔中，脱硫吸收塔内反应温度仍可维持在45—55℃，但脱硫水耗可降低50-80％。
3.根据权利要求1所述的锅炉烟气余热利用与脱硫一体化系统，其特征在于，所述管壳式换热器(3)根据负荷情况灵活调整水侧工质的流程：在机组满负荷运行时，通过开启B2阀门或B3阀门将经管壳式换热器加热后的凝结水引入6号低压加热器出口或7号低压加热器出口，以提高余热利用效率：在低负荷状况下运行，根据6号低压加热器出口或7号低压加热器出口水温的实际情况，通过开启B1阀门或B2阀门将加热后的凝结水引入到5号低压加热器出口或6号低压加热器出口，在凝结水的回热加热系统中，8号低压加热器、7号低压加热器、6号低压加热器和5号低压加热器为串联布置，凝结水在其中实现逐级加热升温。
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