CN102287841B - 一种增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘的方法 - Google Patents

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Abstract

一种增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘的方法，它将烟气引入高压水冷式旋风除尘冷凝装置，烟气在装置内与水冷壁换热冷凝，烟气中的粉尘、液滴、被甩向水冷壁的内壁，冷凝形成的液膜在重力的作用向下流，并冲刷内壁面上的粉尘，同时，烟气中的硫酸蒸汽也被冷凝，一起流向装置下部的锥形室底部，处理后的烟气由出气管排出，聚集在装置底部的灰由排灰阀排出，酸性液体排放至酸液处理回收装置，分离稀硫酸；分离后的水送至除尘冷凝装置内的喷管，对除尘冷凝装置进行吹灰，经换热后的冷却水送回锅炉给水加热系统。本发明具有设备简单可靠、能耗小、简化捕集CO2流程、烟气脱水除尘效果好等特点。

Description

一种增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘的方法
技术领域
    本发明涉及一种锅炉烟气冷凝除尘方法，特别是回收增压富氧燃煤锅炉低温烟气中的显热和水分凝结热量、脱除水分与粉尘，避免积灰，并具有回收稀硫酸溶液及自给水吹灰功能的方法，属锅炉技术领域。 
背景技术
以捕集CO2为目的的增压富氧燃烧整体化发电系统，使锅炉燃烧与捕集CO2的全过程在约6.0-8.0MPa的压力下完成。在此高压下，锅炉排烟中的水分凝结温度提高到200℃左右，因此可将原本无法利用的水分凝结热量回收，加热汽轮机凝结水，减少锅炉排烟损失，也增加了汽轮机出力，降低了大型火电锅炉机组捕集CO2的费用。增压富氧煤燃烧烟气中的主要成分为CO2和水蒸汽，还有少量的O2、SO2、SO3、NOx和粉尘等。在高压及富氧条件下，SO2转化为SO3的比例远高于常压锅炉，烟气SO3的分压力提高，并与烟气中的水分结合生成硫酸蒸汽，其凝结温度也远高于常压，因此，在烟气冷凝过程中产生的冷凝水中不仅存在粉尘、还存在硫酸溶液。传统的列管式排烟冷凝器，在用于增压富氧燃煤锅炉回收烟气水分的凝结热量过程中，无法避免管间堵灰和腐蚀，从而给业界带来极大的困惑。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘的方法，它能在回收增压富氧燃煤锅炉排烟中的冷凝热量同时，除去烟气中的粉尘和硫酸溶液，并具有自给水吹灰功能。
本发明所称问题是由以下技术方案解决的：
一种增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘的方法，它设有一个高压水冷式旋风除尘冷凝装置，所述高压水冷式旋风除尘冷凝装置的内壁设有水冷壁，水冷壁中设置盘管，内充流动冷却水，改进后，它将增压富氧燃煤锅炉省煤器排出的烟气引入高压水冷式旋风除尘冷凝装置，烟气经进气管在高压水冷式旋风除尘冷凝装置的上部筒形室内与水冷壁换热冷凝，烟气中的粉尘、液滴、被甩向水冷壁的内壁，冷凝形成的液膜在重力作用下向下流动，并冲刷内壁面上的粉尘；同时，烟气中的硫酸蒸汽也被冷凝，流向高压水冷式旋风除尘冷凝装置的下部锥形室底部，处理后的烟气旋转向上，由出气管排出；聚集在锥形室底部排灰筒的酸性液体和粉尘混合物中的灰分经排灰阀排出，酸液被排放至酸液处理回收装置，分离其中的稀硫酸；用水泵将分离后的水抽回高压水冷式旋风除尘冷凝装置内，并用固定在高压水冷式旋风除尘冷凝装置轴线的喷管通过喷嘴对高压水冷式旋风除尘冷凝装置进行喷水除尘；经换热后的水冷壁冷却水送回锅炉给水加热系统。 
上述增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘的方法，所述高压水冷式旋风除尘冷凝装置工作压力为6.0-8.0Mpa，所述高压水冷式旋风除尘冷凝装置由外至内分别设置压力层、保温层、水冷壁和防腐层。
上述增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘的方法，所述水冷壁内冷却水经冷却水泵由高压水冷式旋风除尘冷凝装置底部的入口联箱泵入、由顶部的出口联箱流出，与烟气逆向换热。
上述增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘的方法，所述高压水冷式旋风除尘冷凝装置为多级串联布置。
上述增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘的方法，所述排灰阀由多个高压容器和高压阀门串联组成多级排灰机构。
上述增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘的方法，所述酸液处理回收装置采用闪蒸分离、膜分离或离子交换分离方法将稀硫酸分离成水和硫酸。
本发明方法在回收增压富氧燃煤锅炉排烟中的冷凝热量同时，可有效除去烟气中粉尘及硫酸，回收烟气中硫酸溶液，并利用凝结下来的水进行吹灰。该方法在承受高压的水冷式旋风除尘冷凝装置上实现，一体化解决高压烟气冷凝、凝结水收集、烟气显热和水分凝结热量回收、烟气除尘、硫酸溶液回收及冷凝器堵灰问题，具有设备简单可靠、能耗小、占地空间小、简化了捕集CO2流程中的烟气脱水工艺等特点，有效提高了燃煤火力发电装置整合CO2捕集系统整体运行的经济性。
附图说明
图1是本发明示意图；
图2是逐级扩容降压排灰原理示意图；
图3是采用多级串联布置的水冷式旋风除尘冷凝装置的原理示意图。
附图中标号表示如下：1. 高压水冷式旋风除尘冷凝装置，2.进气管，3.出气管，4. 出口联箱，5.压力层，6.保温层，7.水冷壁，8.防腐层，9.排灰阀，10.排灰筒，11. 酸液处理回收装置，12.冷却水泵，13.入口联箱，14.水泵，15.喷管。
具体实施方式
本发明提供了一种用于增压富氧燃烧发电系统的增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘方法，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，所述方法通过高压水冷式旋风除尘冷凝装置1来实现，所述高压水冷式旋风除尘冷凝装置的上部为筒形室、下部为锥形室，在锥形室底部设置排灰筒10，由排灰阀9控制排灰。所述装置的上部设置水平进气管2和竖直出气管3。该装置工作压力为6.0-8.0Mpa，装置由外至内分别设置压力层5、保温层6、水冷壁7和防腐层8。装置还包括自给水吹灰装置，用水泵将除灰脱酸后的冷凝水抽回高压水冷式旋风除尘冷凝装置内，利用喷嘴对高压水冷式旋风除尘冷凝装置进行吹灰。
本发明的工作原理为：增压富氧燃煤锅炉省煤器出口的高压烟气温度约200℃，主要成分为CO2和水蒸汽，高压烟气由进气管2切向流入高压水冷式旋风除尘冷凝装置的筒形室，沿筒形室内壁呈螺旋形向下流动，在流动的过程中与水冷壁7内的冷却水进行对流换热。烟气的螺旋形流动方式，相当于在同样的流速下增加了与水冷壁的接触面积，提高了对流换热量，节省换热面面积。由于水冷壁温度远低于烟气中水蒸汽的饱和温度，烟气释放出大量显热与汽化潜热，烟气中的水蒸汽被凝结为液态，同时烟气中的粉尘通过离心力的原理被分离出来，附着在筒形室的内壁面上，进而被冷凝水冲刷下来，烟气中的粉尘也能被液滴捕获下来，而且在水的冲洗下，有效避免了二次扬灰，相当于同时采用旋风式和湿法除灰，大大提高除尘效率。与此同时，烟气中被冷凝的硫酸被分离出来，一起流到锥形室的底部。处理后的烟气主要成分为CO2，在锥形室底部旋转向上，由出气管3排出。开启排灰阀9，可将聚集在锥形室底部排灰筒10的灰排出。随后酸性液体被排放至酸液处理回收装置11，经过酸液处理回收装置分离出其中的稀硫酸回收。剩余的水通过水泵14送至高压水冷式旋风除尘冷凝装置轴线上的喷管15，再由喷管上的喷嘴喷向高压水冷式旋风除尘冷凝装置内壁进行吹灰。水冷壁内冷却水来自汽轮机凝结水，冷却水经冷却水泵12由装置底部的入口联箱13泵入，在水冷壁内强制流动，由顶部的出口联箱4流出，换热升温后的出口水回送至锅炉给水系统。
所述酸液处理回收装置可采用闪蒸分离、膜分离或离子交换分离方法。由于酸液处于高压下，采用闪蒸的方法比较方便。闪蒸分离即当高压酸液压力降低时，由于水和硫酸沸点不同，混合物中水先汽化，硫酸仍为液态，从而达到水和硫酸分离的目的。但是若采用闪蒸法，需要将汽化的水重新冷凝，然后通过高压水泵将水送至冷凝器内吹灰。
采用酸回收装置可将烟气中的硫酸和水分分离，使水回收利用，减少了水的消耗；同时还可以生产硫酸，降低了成本。
所述高压水冷式旋风除尘冷凝装置的水冷壁内壁由耐腐蚀钢或涂有有机涂层的普通钢制成。
本发明中的排灰阀9应在保证装置密封性的同时将形成的杂质降压排出，可采用逐级扩容降压的方式，结构示意图如图2所示。
图2中的排灰阀9由多个高压容器及高压阀门串联组成多级排灰机构，这多级排灰机构分别称之为第一级排灰机构A、第二级排灰机构B、第三级排灰机构C、……，等等。其工作原理如下：关闭第一级排灰机构A下方的出口阀门，打开上方的进口阀门，使得沉积在排灰筒10底部的灰和部分水的混合物流入第一级排灰机构A内，然后关闭第一级排灰机构A的进口阀门，打开出口阀门，使高压混合物流入第二级排灰机构B内，这样混合物的容积增大了，从而压力降低。继续使混合物流入后一级排灰机构C、D……，直到混合物压力降到足够低，最后将混合物低压排出。
    采用多级排灰机构的优点是：在保证高压装置的密封性的同时采用逐级扩容降压的方法可顺利将高压灰水混合物排出，并避免了高压混合物直接排至低压环境时速度过大及密封困难的问题。
图3中旋风除尘冷凝装置采用多级串联布置，不但可以提高换热量和除尘效率，还可以减小单个冷凝装置的尺寸，避免高压容器尺寸过大导致的成本高及安全问题。
水冷式旋风除尘冷凝中的防腐层可采用有机涂层，如特氟龙涂层等。

Claims (6)

1.一种增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘的方法，它设有一个高压水冷式旋风除尘冷凝装置（1），所述高压水冷式旋风除尘冷凝装置的内壁设有水冷壁（7），水冷壁（7）中设置盘管，内充流动冷却水，其特征在于：它将增压富氧燃煤锅炉排出的烟气引入高压水冷式旋风除尘冷凝装置（1），烟气经进气管（2）切向进入高压水冷式旋风除尘冷凝装置的上部筒形室内后与水冷壁换热冷凝，烟气中的粉尘、液滴、被甩向水冷壁的内壁，冷凝形成的液膜在重力作用下向下流动，并冲刷内壁面上的粉尘；同时，烟气中的硫酸蒸汽也被冷凝，流向高压水冷式旋风除尘冷凝装置的下部锥形室底部，经换热冷凝、液膜除尘处理后的烟气旋转向上，由出气管（3）排出；聚集在锥形室底部排灰筒（10）的酸性液体和粉尘混合物中的灰分经排灰阀排出，酸液被排放至酸液处理回收装置（11），分离其中的稀硫酸；用水泵（14）将分离后的水抽回高压水冷式旋风除尘冷凝装置内，并用固定在高压水冷式旋风除尘冷凝装置轴线的喷管（15）通过喷嘴对高压水冷式旋风除尘冷凝装置进行喷水除尘；经换热后的水冷壁冷却水送回锅炉给水加热系统。
2.根据权利要求1所述的增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘的方法，其特征在于：所述高压水冷式旋风除尘冷凝装置工作压力为6.0-8.0Mpa，所述高压水冷式旋风除尘冷凝装置由外至内分别设置压力层（5）、保温层（6）、水冷壁（7）和防腐层（8）。
3.根据权利要求1或2所述的增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘的方法，其特征在于：所述水冷壁内冷却水经冷却水泵（12）由高压水冷式旋风除尘冷凝装置底部的入口联箱（13）泵入、由顶部的出口联箱（4）流出，与烟气逆向换热。
4.根据权利要求3所述的增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘的方法，其特征在于：所述高压水冷式旋风除尘冷凝装置（1）为多级串联布置。
5.根据权利要求4所述的增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘的方法，其特征在于：所述排灰阀（9）由多个高压容器和高压阀门串联组成多级排灰机构。
6.根据权利要求5所述的增压富氧燃煤锅炉排烟冷凝除尘的方法，其特征在于：所述酸液处理回收装置采用闪蒸分离、膜分离或离子交换分离方法将稀硫酸分离成水和硫酸。
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