CN102168888A - 一种接触式低温烟气余热深度回收利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接触式低温烟气余热深度回收利用系统，属于烟气余热深度回收利用技术领域。该系统包括接触式低温烟气余热深度回收子系统、热量存贮与水质保持净化子系统和余热输出利用子系统三个部分；该接触式低温烟气余热深度回收子系统主要由带多功能翅片的挡水冷凝器、布水器、接触式喷淋塔、喷淋泵所组成；该热量存贮与水质保持净化子系统主要由热水沉降蓄水箱、排污管、溢流管、循环泵、全自动水质测量控制保持器所组成；该余热输出利用子系统主要由板式换热器和给水泵所组成。利用本发明不仅回收了烟气显热，还回收了液、气燃料烟气中存在的大量水蒸汽潜热，对烟气具有洗涤净化，对设备与烟道具有冲洗、减弱酸腐蚀的作用。

Description

一种接触式低温烟气余热深度回收利用系统

技术领域

本发明属于以液体、气体为燃料的热能、动力系统的烟气余热深度回收利用技术领域，特别涉及一种直接接触式的低温烟气余热深度回收利用系统。

背景技术

随着中国能源结构的调整，能源中柴(重)油、天然气的消耗量与所占比例迅速增加。燃油、燃气锅炉、燃气蒸汽联合循环以及大型内燃机余热锅炉出口的排烟温度一般为160～180℃之间或更高。此时的烟气温度低，能流密度小，不再具有做功能力或热利用经济价值，是现阶段尚未充分回收利用的废弃能量。在能源问题日益成为社会经济发展瓶颈的今天，深度回收再利用这部分烟气的低温余热，将其作为二次能源资源化利用，已成为节能工作最具潜力的部分之一。

柴(重)油(主要成分碳、氢及其化合物)、天然气(主要成分为甲烷)燃烧后的烟气，较燃煤设备烟气的含湿量大，水蒸汽潜热多，且更清洁，热回收更容易；同时燃油、燃气锅炉与动力装置的单位热值(GJ)的价格比煤贵，使用成本高，该类燃料烟气热回收利用的经济性更好。

以燃气锅炉为例，天然气的主要成分是甲烷CH₄，是一种清洁燃料，燃烧后的排烟中含有大量水蒸汽。烟气温度高时，排烟中的水蒸汽以气态形式存在，如果使其全部或部分降冷凝到露点温度以下时，会释放出大量汽化潜热，天然气的燃料利用率就会迅速增加。理论燃烧时，在烟气中水蒸汽未冷凝的条件下，排烟温度每降低10℃，天然气的利用率大约可以提高1％，但烟气中水蒸汽冷凝或部分冷凝时，就可以大大提高天然气的利用率。比如当烟气温度从80℃降低到60℃时，燃料的利用率大约能提高8％，可见深度温降，冷凝回收烟气中水蒸汽的潜热，对燃油、燃气等热能、动力装置排烟余热回收具有重要意义。

烟气余热的回收现在一般采用热管、翅片管、管壳式、板式换热器等间壁式换热器的形式。烟气在这些换热器表面的热阻大，传热系数经过强化后的范围是K＝30～200W/m²·℃，且低温烟气的传热温差小，必然造成烟气余热回收设备的体积巨大、造价高，应用受限。

中国专利ZL200910014905.3公开了一种锅炉深度降低排烟温度余热利用系统，很明显该专利采用的是间壁式换热器的结构形式。公开的说明书中提到“将烟气冷凝到露点以下”是个很不明确的提法，因为当烟气中只要有0.005％(50ppm)左右SO₂时，烟气的酸露点即可高达150℃，而烟气中水蒸汽的露点一般才在80℃左右。酸在换热器表面冷凝实际上是一个不断浓缩积累的过程，为了防止酸腐蚀，该专利不得不采用了搪瓷、镍基渗层的换热元件或耐腐蚀的钢材。

发明内容

本发明的目的在于为克服了现有间壁式烟气余热回收设备在实际应用过程中普遍存在的传热系数低、体积大、阻力损失大的不足，提出一种接触式的低温烟气余热深度回收利用系统，可实现深度回收利用以液体、气体为燃料的热能、动力系统的低温烟气余热，尤其是具有回收这些燃料的烟气中所含水蒸汽的潜热功能。

本发明提出的一种接触式低温烟气余热深度回收利用系统，其特征在于，该系统包括接触式低温烟气余热深度回收子系统、热量存贮与水质保持净化子系统和余热输出利用子系统三个部分；该接触式低温烟气余热深度回收子系统主要由带多功能翅片的挡水冷凝器、布水器、接触式喷淋塔、喷淋泵所组成；该热量存贮与水质保持净化子系统主要由热水沉降蓄水箱、排污管、溢流管、循环泵、全自动水质测量控制保持器所组成；该余热输出利用子系统主要由板式换热器和给水泵所组成；其中，带有多功能翅片的挡水冷凝器和布水器分别依次安装在接触式喷淋塔内，喷淋泵的出口通过管道与挡水冷凝器相连，喷淋泵的入口通过管道与热水沉降蓄水箱下部的出水口相连；排污管与热水沉降蓄水箱底部的排污口相连通，溢流管与热水沉降蓄水箱顶部的溢流口相连通；循环泵通过管道连接于热水沉降蓄水箱下部的进水口与板式换热器的热水出口之间；全自动水质测量控制保持器通过管道连接于热水沉降蓄水箱上部的出水口与板式换热器的热水进口之间；用户的回水管通过管道与板式换热器的用户侧进水口相连；给水泵通过管道连接于用户供水管与板式换热器的用户侧出水口之间。

本发明的特点及有益效果：

本发明满足了低温烟气余热深度回收的要求，可将烟气的温度冷凝到烟气中水蒸汽的露点以下，减弱了冷凝酸液凝结积累于换热器表面而对设备的腐蚀，同时可净化烟气，提供了一种可安装于燃油、燃气锅炉与热能、动力装置尾部烟道的，具有减弱腐蚀与净化烟气功能的直接接触式的低温烟气余热深度回收利用装置及其系统。

本发明采取直接接触换热的方式，喷嘴喷出的以液(雾)滴形式存在的水粒子具有很大的表面积，可实现与烟气的充分接触，水粒子表面与烟气间进行热量与质量的耦合传递过程，综合传热系数可达到K＝2000～20000W/m²·℃。因此，回收相同的热量，直接接触式烟气余热回收装置的体积要比间壁式换热器小得多，可以直接安装于原系统的烟道尾部上，更便于工程的安装实施。

本发明在一定程度上避免了中国专利ZL200910014905.3在回收烟气余热时，酸露在换热器表面浓缩积累，腐蚀严重，不得不采用高性能防腐材料的不足。在系统中，挡水冷凝器的多功能翅片阻挡下来的烟气带水与冷凝器及其翅片表面上不断产生的凝水，都有利于稀释酸露，减弱腐蚀。尤其是利用喷淋过程对烟道进行清洗冲刷，减弱了烟道的酸腐蚀。烟气中水蒸汽的凝结水不断地补充到热水沉降蓄水箱中，对水中已溶解吸收的酸具有稀释作用，且通过溢流管可将水不断的排除，酸在系统中不累积，浓度不增加。

附图说明

图1为本发明的实施例一的总体结构示意图。

图2为图1的A-A剖示图。

图3为图1的B-B剖示图。

图4为图2的C-C剖示图。

图5为图2的D-D剖示图。

图6为全自动水质测量控制保持器的结构示意图

图7为本发明的实施例二的总体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施实例来说明本发明的结构、功能，工作原理与过程：

本发明提出的一种接触式低温烟气余热深度回收利用系统实施例一，如图1所示，该系统包括接触式低温烟气余热深度回收子系统、热量存贮与水质保持净化子系统和余热输出利用子系统三个部分；其中，接触式低温烟气余热深度回收子系统主要由带多功能翅片的挡水冷凝器1、布水器2、接触式喷淋塔3、喷淋泵4所组成；热量存贮与水质保持净化子系统主要由热水沉降蓄水箱5、排污管6、溢流管7、循环泵8、全自动水质测量控制保持器9所组成；余热输出利用子系统主要由板式换热器10和给水泵11所组成；其中，带有多功能翅片的挡水冷凝器1和布水器2依次安装在接触式喷淋塔3的内部，喷淋泵4的出口通过管道与挡水冷凝器1相连，喷淋泵4的入口通过管道与热水沉降蓄水箱5下部的出水口相连；排污管6与热水沉降蓄水箱5底部的排污口相连通，溢流管7与热水沉降蓄水箱5顶部的溢流口相连通；循环泵8通过管道连接于热水沉降蓄水箱5下部的进水口与板式换热器10的热水出口B之间；全自动水质测量控制保持器9通过管道连接于热水沉降蓄水箱5上部的出水口与板式换热器10的热水进口A之间；板式换热器10位于热量存贮与保持净化子系统和余热输出利用子系统之间交换热量，位于热量存贮与水质保持净化子系统一侧板式换热器的热水进、出口分别为A、B，位于余热输出利用一侧(用户侧)板式换热器10的进、出水口分别为C、D；用户的回水管通过管道与板式换热器10的用户侧进水口C相连；给水泵11通过管道连接于用户供水管与板式换热器10的用户侧出水口D之间。

本实施实例系统中所包含的三个子系统的各设备的结构与功能分别详细说明如下：

本实施例中以多功能翅片的挡水冷凝器1、布水器2、接触式喷淋塔3、喷淋泵4组成的接触式低温烟气余热深度回收子系统，其特征是以立式直接接触塔3作为低温烟气余热回收的主体设备，接触式喷淋塔3的内部从上至下依次布置挡水冷凝器1、布水器2。

带有多功能翅片的挡水冷凝器1结构如图2所示(为图1的A-A剖面图)，由冷凝器入口管21、冷凝盘管22、波纹翅片23、冷凝器出口管24以及导流板25组成。其中，冷凝器入口管21是系统中吸收烟气余热用水的入口总管，冷凝器出口管24为出口总管，冷凝器入口管、冷凝器出口管分别连接在冷凝盘管的两端口，冷凝盘管22呈“s”形，冷凝盘管22外部套有呈以“＜”或“～”形结构的多功能波纹板翅片23，冷凝盘管22外部的多功能波纹板翅片23的形状如剖面图4、5所示，图4为图2的C-C剖面中翅片23的外观结构形状，图5为图2的C-C剖面中翅片表面上具有的小波纹形状，为翅片的细部结构，；导流板25为二次曲线形板，安装在接触式喷淋塔内壁上，冷凝盘管的四周。

布水器2如图3所示(为图1的B-B剖面图)，由布水器入口立管31、布水干管32、布水支管33以及喷嘴34组成。其中，布水器入口立管31连接于冷凝器出口管24与布水干管32之间，各个布水支管33间并联于布水干管32，布水支管33为相互平行布置，每一个布水支管上平均布置若干个喷嘴34，图中虚线圆所示为各喷嘴的喷水区域边界35。

接触式喷淋塔3的上部从上至下依次布置带有多功能翅片的挡水冷凝器1、布水器2。接触式喷淋塔3连接于烟道出口12和烟囱进口13之间。接触式喷淋塔3基板为碳钢材质，内刷防腐漆并且喷涂耐高温的聚脲防腐层3mm，外表面为30mm厚的硅酸铝或岩棉板的保温结构层。本实施例的直接接触塔为立式结构，该直接接触塔的进口为渐扩结构，出口为渐缩结构，直接接触塔本体横截面为圆形、矩形或类似圆形、矩形。

喷淋泵4为常规的柱塞式高压水泵，通过管道连接于冷凝器入口管21与热水沉降蓄水箱5下部的出水口之间。

本发明中以带有多功能翅片的挡水冷凝器1、布水器2、接触式喷淋塔3、喷淋泵4组成的接触式低温烟气余热深度回收子系统的功能为：当带有一定余热(180℃以下)的低温烟气通过接触式喷淋塔3时，来自于热水沉降蓄水箱5的低于烟气水蒸汽露点温度(80℃左右)的约70℃的水，经喷淋泵4提升压力后，先经过带有多功能翅片的挡水冷凝器1的盘管，再经布水器2(水顺序流经布水器入口立管31、布水干管32、布水支管33以及喷嘴34)后，在压力的作用下由不锈钢Y-1、BTL或FL型的水粒子喷嘴34，喷淋于接触式喷淋塔3中。喷淋的水粒子的粒径分布范围为100μm～1mm之间，喷水张角70～100°之间，喷水边界35(如图3中虚线圆所示)的直径为0.3～0.5m，可对接触塔式喷淋塔3横截面的95％以上的面积实现覆盖，位于内圈相邻喷嘴的喷水区域边界35之间有0.05～0.01m的重叠覆盖区。由于喷淋的雾化、破碎作用，水粒子表面在塔中与烟气具有很大的接触表面积(相对于间壁式换热器的传热方式)，利于烟气与水粒子的液滴表面间的对流传热，烟气的高温使液滴表面的一部分水气化蒸发，实现了接触式热、质耦合蒸发冷凝传热，烟气余热被大量地快速地吸收；同时亦由于烟气与水粒子表面间的巨大接触面积，也使烟气中的污染物很容易地被吸附溶解。吸收了热量与烟气污染物的水粒子中较大的液滴(温度约90℃)绝大部分降落于烟道下部的热水沉降蓄水箱5中，由喷淋泵4再次送入布水器2中，并由喷嘴34喷出，使吸收烟气余热的用水完成循环，烟气余热得到回收。烟气的余热回收深度则由喷淋水的温度、液滴破碎、雾化接触传热传质过程共同决定。这一过程不仅回收了烟气的显热，同时回收了烟气中的水蒸汽潜热，还对烟气具有净化洗涤，对设备冲洗较少腐蚀的作用。烟气余热回收过程为热、质耦合传递过程，综合传热系数大，与间壁式换热器比较，具有体积小，阻力损失小的特点，对原有热力系统的运行与烟气的排放过程影响很小，可有效地深度回收低温烟气余热。

本发明的接触式喷淋塔3上部安装有带多功能翅片的挡水冷凝器1。虽然通过喷嘴的形式与喷口的大小可控制水粒子液滴的粒径分布，使参与热、质耦合蒸发、冷凝接触式传热过程的绝大多数的较大直径的水粒子落入烟囱下部的热水沉降蓄水箱中，但仍会有少部分小粒径的水粒子在烟气曳力的带动下，随烟气流动的方向一起运动，遇到接触式喷淋塔3上部的挡水冷凝器1，冷凝盘管22中的水温低于烟气中水蒸汽的冷凝温度，烟气中的水蒸汽在盘管表面与多功能波纹翅片23翅片表面再度被冷凝释热，实现了烟气余热的二次深度回收。烟气经过挡水冷凝器1后，烟气在烟囱进口13处的相对湿度可能为100％，但与初始时的(未进入接触式喷淋塔前的)烟气相比，绝对湿度还是被降低了。直接接触式传热过程属于烟气余热深度冷凝热回收过程(烟气的降焓、降温过程)，凝水量大于蒸发量，系统运行过程中不仅不需要对系统补水，还需要将多余的冷凝水及时排除。

本发明中的挡水冷凝器1的翅片特征为多功能波纹翅片23。多功能波纹翅片是将带有小波纹的铝箔板弯折成折角为“＜”形或“～”形的外观结构形状，外套于S形冷凝盘管22表面。翅片的多功能特性体现在三方面：(1)强化冷凝传热功能：翅片扩大了盘管的外表面积，减小热阻，盘管内70℃的水使烟气内的水蒸汽进一步冷凝，烟气温度可降低到80℃以下；(2)挡水功能：烟气及其携带的小水粒子自下而上经过接触式冷凝器时，如图4所示的，翅片与烟气流动方向夹角为45°，且中间有折角，翅片的阻挡会改变烟气的流动方向，与烟气一起做同向运动的水粒子由于具有一定的动量，在惯性的作用下，会撞在波纹形状的翅片板上，被拦截下来；(3)导流排水功能：翅片板的表面还有小波纹，是凝水与被挡下的水粒子的排水通道，如图5所示。凝结、积聚于挡水板表面的水滴，停留于翅片上有利于减小翅片表面的热阻，强化传热。水滴汇集到在挡水翅片板的下端，依靠重力的作用可形成二次淋水。淋水温度低于烟气温度，相当于加大了喷淋水量，有利于低温烟气余热的回收。

本发明中的导流板25为二次曲线形板。导流板呈二次曲线形有利于减小导流时烟气的阻力损失。导流板将烟气集中于接触式喷淋塔3的挡水冷凝器1的换热主流区域，避免了烟气在挡水冷凝器1与接触式喷淋塔3之间的空隙产生非换热的直接流动(烟气的短路现象)，从而有利于提高低温烟气与挡水冷凝器1间的换热效率。

因此，在接触式低温烟气余热深度回收子系统中，通过接触式喷淋塔3实现了低温烟气余热的深度热回收功能，通过挡水冷凝器1保证了低温烟气余热回收过程的高效率。

本发明中以热水沉降蓄水箱5、排污管6、溢流管7、循环泵8、全自动水质测量控制保持器9为核心设备的热量存贮与水质保持净化子系统。其功能在于以热水沉降蓄水箱5容纳储存吸收了低温烟气余热的热水，沉降吸附于热水中的烟气杂质。排污管6接于热水沉降蓄水箱5的下部；溢流管7接于热水沉降蓄水箱5的上部；循环泵8通过管道连接于热水沉降蓄水箱5下部的进水口与板式换热器10的热水出口B之间；全自动水质测量控制保持器9通过管道连接于热水沉降蓄水箱5上部的出水口与板式换热器10的热水进口A之间。

热水沉降蓄水箱5为普通保温水箱，外表面为30mm厚的硅酸铝或岩棉板的保温结构层，材质为不锈钢。其中，排污管6与热水沉降蓄水箱5的底部排水口相连通，溢流管7与热水沉降蓄水箱5的上部出水口相连通。

排污管6连接于热水沉降蓄水箱5的底部。

溢流管7连接于热水沉降蓄水箱5的顶部。

循环泵8连接于热水沉降蓄水箱5下部与板式换热器10的热水出口B之间，采用立式或卧式具有防腐功能的高温水泵产品。

全自动水质测量控制保持器9如图6所示，采用KTS-QZW型全自动水质测量控制保持器，由微处理控制器41、数据线42、电磁式水质PH值测量仪43、Y型过滤器44、投药仪45、加药管46、药液罐47、加药口48与加药计量泵49组成。

其中，微处理控制器41通过数据线42分别与电磁式水质PH值测量仪43、Y型过滤器44相连接；电磁式水质PH值测量仪43、Y型过滤器44与投药仪45依序采用法兰连接，通过管道连接于热水沉降蓄水箱5上部的出水口与板式换热器10的热水进口A之间；药液罐47上部具有加药口48；加药计量泵49通过加药管46连接于药液罐47与微处理控制器41之间，微处理控制器41与投药仪45之间亦连接有加药管46。

本发明的全自动水质测量控制保持器9具有水质的测量、加药维持水质稳定与过滤功能，具有减弱酸腐蚀，提高系统运行的稳定性的功能。电磁式水质PH值测量仪43可测量热水的PH值，并将数据通过数据线42传递给微处理控制器41。微处理控制器41自动将测量值与设定值进行比对，根据比对的结果判断是否对系统进行加化学药剂处理。由于热水酸性较小，故采用MgO₂和MgO的混合物作为氧化剂，MgO或Mg(OH)₂作为中和剂，中和水中的酸性物质，溶解水中的悬浮物和固形物，使水质达到国家相关标准，满足安全稳定运行的要求。化学药剂于加药口48投入，在药液罐47内储存。加药计量泵49根据微处理控制器41的指令通过加药管46定量的将化学药剂由药液罐47加到投药仪45中，投药仪45利于药剂与热水的混合，使热水的PH值维持在7～9之间。Y型过滤器44可实现对热水中的杂质颗粒与悬浮物的过滤功能，微处理控制器41可根据获得的压差信号来确定Y型过滤器的效果与清洗时间。

板式换热器10采用等截面积的BR型不锈钢板、钛板的波纹板式换热器产品。

本发明中以热水沉降蓄水箱5、排污管6、溢流管7、循环泵8、全自动水质测量控制保持器9为核心设备的热量存贮与水质保持净化子系统的功能为：在接触式喷淋塔3内，水粒子经过直接接触传热过程温度由70℃升到90℃，并落入热水沉降蓄水箱5中。热水沉降蓄水箱5为外表面具有30mm厚的硅酸铝或岩棉板的保温结构层的不锈钢保温水箱。热水沉降蓄水箱5的功能为蓄存热水——满足接触式低温烟气余热深度回收子系统连续供水，稳定获取的低温烟气余热的要求以及满足余热输出利用子系统向外界热用户连续稳定输出热量的要求，是联系烟气余热深度回收与利用之间的关键设备；沉降在接触式传热过程中吸附于热水中的烟气杂质；溢流在接触式传热过程中冷凝的烟气中的水蒸气。吸收了低温烟气余热落入热水沉降蓄水箱5中的90℃热水通过连接在热水沉降蓄水箱5上部的管道流出、经过全自动水质测量控制保持器9进入板式换热器10的A入口。90℃的热水在换热器中温降到70℃后由板式换热器10的出口B流出，在循环泵8的加压作用下回到热水沉降蓄水箱5。热水沉降蓄水箱5的底部具有排污管6，便于排除沉降于水箱底部的烟气杂质与不溶于水的中和产物(镁的硫酸盐或亚硫酸盐)。热水沉降蓄水箱5的顶部具有溢流管7，溢流排除系统中由于烟气冷凝而产生的富余水量。

因此，在热量存贮与水质保持净化子系统中，通过热水沉降蓄水箱5实现了热量的存贮，通过全自动水质测量控制保持器9实现了热水循环过程的水质保持净化子功能。

本发明中以板式换热器10、给水泵11组成的余热输出利用子系统。其中，给水泵11采用立式或卧式的高温水泵产品。

本发明中以板式换热器10、给水泵11组成的余热输出利用子系统的功能为：热用户65℃的回水由板式换热器10的入水口C进入换热器，经过换热器，被换热器另一侧A入口流入的90℃，B出口流出的70℃热水加热后，由板式换热器10的出水口D流出，水温升为85℃，并由给水泵11送至热用户，供用户使用。从而将获得的热量输出，实现了回收的低温烟气余热的利用，同时也降低了热水沉降蓄水箱的水温，使其低于烟气中水蒸汽的露点温度，为深度回收烟气余热创造条件。

因此，在余热输出利用子系统中，通过板式板式换热器10获得用户所需的热量，由给水泵11实现了获取的低温烟气余热以热水的形式向热用户侧输出的功能。

本发明的接触式低温烟气余热深度回收利用系统的结构形式比较简单，针对低温烟气余热的特点，适宜于低温烟气余热的深度提取与利用。可安装于燃油、燃气锅炉与热动力装置尾部烟道。接触式喷淋塔的结构形式易于实现深度回收低温烟气余热系统的工程实施。

本发明在工作时，实现了低温烟气余热的深度回收与利用，其工作原理与过程如下：

以带有多功能翅片的挡水冷凝器1、布水器2、接触式喷淋塔3、喷淋泵4为核心设备的接触式低温烟气余热回收子系统是低温烟气余热回收的主体部分，安装于液体、气体为燃料的热能与动力系统的烟道出口12和烟囱进口13之间。热能与动力系统排出的160～180℃烟气通过烟道进入接触式喷淋塔3内部时，与布水器喷嘴喷淋出的70℃的液(雾)滴状态的水粒子逆向运动，并相互直接接触。由喷嘴喷出的水粒子的覆盖区域范围的边界如图3中的35所示，水粒子的表面积增大了水与烟气的接触面积，强化了水与烟气的对流传热，使烟气的温度降低，烟气的显热被液(雾)滴形式的水粒子吸收；由于液体与气体燃料中含有大量的水蒸汽，虽然烟气的温度高于常压下水的汽化温度(沸点)，强烈的传热会使液滴表面得水一部分汽化蒸发，但水的温度低于烟气中所含水蒸汽的露点温度(常压下，计算天然气燃烧后的理论烟气水蒸汽的露点温度为80℃左右)，可以通过控制喷淋水的温度，喷水量，液滴破碎、雾化程度，使烟气中水蒸汽的冷凝量大于水向烟气中的蒸发量，烟气中水蒸汽被冷凝的多，向烟气中蒸发的水少，结果是烟气中水蒸汽的潜热也被水粒子吸收。因此在接触式热、质耦合冷凝传热过程中，综合传热系数大，烟气余热被大量地快速地吸收到水粒子中，水粒子在重力的作用下，落入烟囱下部的热水沉降蓄水箱5中，水箱中的水温最终可达90℃以上，实现了低温烟气余热高效的深度热回收。

160～180℃烟气经过接触式冷凝传热后温度降为80℃左右。由于烟气的曳力作用，会携带少量小的液(雾)态的水粒子，与烟气一起继续向烟囱上部运动。为提高烟气余热回收的效率，需对这部分水粒子及其携带的热量进行再回收。因此，在接触式喷淋塔的顶部设有如图2所示的挡水冷凝器1，挡水冷凝器1为带有多功能翅片的盘管。随烟气一起做同向运动的水粒子由于具有一定的动量，在惯性的作用下，会撞在挡水冷凝器波纹形状的翅片板上，被拦截下来；在挡水板表面有三角形或正弦形的小波纹，是排水的通道，利于排除凝结、积聚于挡水板表面的水粒子，在挡水翅片板的下端水粒子形成水滴，依靠重力的作用形成二次淋水。淋水温度低于烟气温度，相当于加大了喷淋水量。可见由于挡水冷凝器1的存在，不仅减少了喷淋水丢失可能带来的水量与热量的双重损失，还提高了烟气余热回收的效率，从而实现了烟气余热的深度热回收。二次曲线形的导流板25是提高烟气与挡水冷凝器1换热效率的重要部件。导流板25将烟气集中于直接接触塔的挡水冷凝器1的主要换热区域，避免了烟气在挡水冷凝器1与直接接触塔3之间的空隙流过，未参与冷凝换热过程，形成烟气的短路的现象。在低温烟气余热得到深度热回收的同时，烟气中的污染物(如灰尘颗粒、SO₂、NO_X等)也会被吸附、溶解在水中，实现了对烟气的洗涤与净化。由于烟气中水蒸汽被冷凝下来，系统中的多余水量会自动溢流排除。

在上述子系统的工作过程中160～180℃烟气温度降低到80℃以下，并得到了洗涤净化。喷入70℃的热水通过直接接触式传热过程，温度被提升至90℃，回收了低温烟气的余热。

以热水沉降蓄水箱5、排污管6、溢流管7、循环泵8、全自动水质测量控制保持器9为核心设备组成的热量存贮与保持净化子系统，是联系烟气余热深度回收与利用的中介。热水沉降蓄水箱5的蓄存热量作用体现在可存储一定的量的热水，有利于系统持续的稳定运行。90℃的热水在热水沉降蓄水箱5上部流出，经过全自动水质测量控制保持器9进入板式换热器10的A入口，使热水的水温由90℃降为70℃，温降后的热水由板式换热器10的出口B流出，在循环泵8的加压作用下回到热水沉降蓄水箱5，从而完成热媒侧的循环。热水沉降蓄水箱5的沉降作用是使烟气中的灰尘颗粒与中和作用得到的不溶于水的硫酸镁与亚硫酸镁等盐类能够沉降于水箱的底部，通过排污管6将排出；热水沉降蓄水箱5上部的溢流管7，可自动溢流排除烟气中由于水蒸汽冷凝而产生的富余水量。其中，全自动水质测量控制保持器9可控制保持水质与维持酸碱度的稳定性。它通过Y型过滤器滤除水中的固体颗粒杂质与悬浮物；通过电磁式水质PH值测量仪43自动测量水的酸碱度，将数据通过数据线42传递给微处理控制器41。微处理控制器41自动将测量值与设定值进行比对，自动对系统进行加药处理，使水的PH值维持在7～9之间，使设备保持在安全稳定运行的工况条件下，吸附、溶解在水中的污染物在系统中也不会累积。

在本子系统的工作过程中，吸收了低温烟气余热的中90℃热水，经换热器后温度降为70℃，其温度低于烟气中水蒸汽的露点温度，为深度回收低温烟气余热的直接接触式冷凝热回收过程提供低温度水；同时控制了水质，利于大系统连续、稳定的工作。

板式换热器10、给水泵11组成的余热输出利用子系统，是将获得的热量向热用户输出，完成了低温烟气余热的利用。

在子系统工作过程中，热用户的回水温度为65℃，经换热器加热后，向热用户输出的水温为85℃，此温度参数可满足绝大多数工业与民用建筑供热的参数需求。

可见，通过以上三个子系统的联合有序运行工作，实施本发明时，可实现低温烟气余热排放时的深度热回收与利用。

本发明提出的一种接触式低温烟气余热深度回收利用系统实施例二，如图7所示。本实施例的组成结构与实施例一基本相同，与实施实例一的区别在于：安装于液体、气体为燃料的热能与动力系统的烟道出口12和烟囱进口13之间的接触式喷淋塔为卧式结构。实施例一的烟气流动方向与喷淋的液(雾)滴的流动方向相反，为逆流形式。实施例一中的逆流工况的传热温差大，传热效率最高；实施例二中的烟气流动方向与喷淋的水粒子的流动方向相互交叉，为叉流形式，传热效率要差一些，但实施例二的优点在于：在工程实际应用中，不仅便于布置接触式喷淋塔，还可以通过增加布水器的布水支管33的排数来实现低温烟气的更深度的冷凝换热。若实施例二与实施例一相比较，在喷淋水温一致的条件下，实施例二达到与实施例一的逆流直接接触换热方式相同的烟气热回收深度，传热效率要差一些，设备尺寸会大一些。

实施例二与实施例一的系统工作过程基本相同。

Claims (5)

1.一种接触式低温烟气余热深度回收利用系统，其特征在于，该系统包括接触式低温烟气余热深度回收子系统、热量存贮与水质保持净化子系统和余热输出利用子系统三个部分；该接触式低温烟气余热深度回收子系统主要由带多功能翅片的挡水冷凝器、布水器、接触式喷淋塔、喷淋泵所组成；该热量存贮与水质保持净化子系统主要由热水沉降蓄水箱、排污管、溢流管、循环泵、全自动水质测量控制保持器所组成；该余热输出利用子系统主要由板式换热器和给水泵所组成；其中，带有多功能翅片的挡水冷凝器和布水器分别依次安装在接触式喷淋塔内，喷淋泵的出口通过管道与挡水冷凝器相连，喷淋泵的入口通过管道与热水沉降蓄水箱下部的出水口相连；排污管与热水沉降蓄水箱底部的排污口相连通，溢流管与热水沉降蓄水箱顶部的溢流口相连通；循环泵通过管道连接于热水沉降蓄水箱下部的进水口与板式换热器的热水出口之间；全自动水质测量控制保持器通过管道连接于热水沉降蓄水箱上部的出水口与板式换热器的热水进口之间；用户的回水管通过管道与板式换热器的用户侧进水口相连；给水泵通过管道连接于用户供水管与板式换热器的用户侧出水口之间。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多功能翅片的挡水冷凝器由冷凝器入口管、冷凝盘管、波纹翅片、冷凝器出口管以及导流板组成；其中，所述冷凝盘管呈“S”形，冷凝器入口管、冷凝器出口管分别连接在冷凝盘管的两端口，所述多功能波纹板翅片呈“＜”或“～”形外观结构，套固在冷凝盘管外部，导流板为二次曲线形板，安装在接触式喷淋塔内壁上，冷凝盘管的四周。

3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述布水器由布水器入口立管、布水干管、布水支管以及喷嘴组成；其中，布水器入口立管连接于冷凝器出口管与布水干管之间，各个布水支管间并联于布水干管，布水支管为相互平行布置，每一个布水支管上平均布置若干个喷嘴。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接触式喷淋塔壁基板为碳钢材质，该基板的内表面设有防腐层，外表面设有保温结构层。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的系统，其特征在于，所述的直接接触塔为立式或卧式结构；该直接接触塔的进口为渐扩结构，出口为渐缩结构，直接接触塔本体横截面为圆形、矩形或类似圆形、矩形，烟气流动方向与喷淋的液、雾滴的流动方向为逆流形式或叉流形式。

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