CN102563678A - 湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，包括套管烟囱和主烟道，其特殊之处在于：所述套管烟囱包括烟囱外筒和烟囱内筒，在所述套管烟囱内部设有液滴回收装置，所述液滴回收装置包括第一级酸液排出装置和第二级酸液排出装置，所述液滴回收装置下还设有防堵塞清洗装置。本发明通过合理的套管烟囱内筒筒形方案、液滴回收装置和防堵塞清洗装置设计解决烟囱出口的烟气液滴携带问题。本发明能有效地避免液滴携带现象的发生，推广使用本发明的技术方案，可以大大改善电厂及周边的环境状况，减少清扫及维护工作量，能取得很好的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及电力行业中的燃煤火力发电厂烟气处理，具体地指是一种湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置。
背景技术
目前国内新建燃煤电厂脱硫工艺普遍采用石灰石/石膏法工艺，并且不配备GGH(烟气-烟气换热器)，此时进入烟囱的烟气为饱和烟气，配置的烟囱称常规为“湿烟囱”。国内大量配备湿法脱硫装置的燃煤电厂未设置GGH装置，由于对于“湿烟囱”的设计认识不足，国内“湿烟囱”出口烟气液滴携带现象极为普遍，即烟囱出口的烟气带有液滴，由于液滴中含有粉尘、石膏颗粒和酸性物质等，会对电厂及周边环境造成较大的不利影响，对烟囱周边造成了环境危害，本质上是增加了相关污染物的排放；同时，带腐蚀性的液滴若淌流至无防腐的烟囱外壁，会造成外表面腐蚀、损伤，也影响烟囱的安全性。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种结构简单、安装方便、高效节能的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置。
为实现上述目的，本发明所设计的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，包括套管烟囱和主烟道，其特殊之处在于：所述套管烟囱包括烟囱外筒和烟囱内筒，在所述套管烟囱内部设有液滴回收装置，所述液滴回收装置包括第一级酸液排出装置和第二级酸液排出装置，所述液滴回收装置下还设有防堵塞清洗装置。
作为优选方案，所述烟囱内筒套在所述烟囱外筒内，所述烟囱内筒包括出口段和下部排烟管，所述出口段包括出口收缩段和出口直段，所述下部排烟管的直径大于所述出口直段的直径，出口收缩段位于出口直段和下部排烟管之间。
进一步地，所述出口直段高度H4不小于出口直段内径D0。
更进一步地，所述出口收缩段内筒壁面坡度不大于0.06；所述烟囱外筒内设置至少一个烟囱内筒。
作为又一种优选方案，所述第二级酸液排出装置设置在烟囱内筒下部，所述第一级酸液排出装置设置在所述第二级酸液排出装置下方，所述第一级酸液排出装置穿过所述烟囱内筒筒壁与所述主烟道连接。
进一步地，所述第二级酸液排出装置包括设置在所述烟囱内筒下部的沿烟囱内筒管壁圆周布置的环形集液槽和与所述环形集液槽底部连接的酸液排出管，所述第一级酸液排出装置包括与所述主烟道呈倾角α的导流底板和位于所述主烟道底部的排出管。
更进一步地，所述倾角α取值为30～45°；所述酸液排出管沿所述烟囱内筒壁圆周分布；所述酸液排出管沿所述烟囱内筒壁圆周均匀分布2～4根。
作为再又一种优选方案，所述防堵冲洗装置包括冲洗水管道，所述冲洗水管道穿过烟囱内筒上的开孔并位于所述主烟道内，所述冲洗水管道包括沿所述导流底板铺设的主管道和垂直于主管道的支管道。
进一步地，所述所述支管道上设有指向所述导流底板的弯头管，所述弯头管的头部与所述导流底板底面呈夹角β。
更进一步地，所述夹角β取值为10～30°；所述弯头管通过螺纹接头与清洗喷嘴连接。
进一步地，所述冲洗水管道为单侧设置或双侧对称设置。
更进一步地，所述冲洗水管道设有至少一个支管道。
作为又一种优选方案，所述烟囱内筒的材料采用复合钛钢板。
本发明中烟囱内筒的材料优选采用复合钛钢板，这是由于一方面“湿烟囱”中腐蚀性较强；其次，不同材料的二次携带临界速度不同，相对于耐酸砖、耐酸胶泥等材料，钢板的二次携带临界速度更高，同时钢板材料更易于实现筒体收缩结构。
本发明的优点在于：本发明通过合理的套管烟囱内筒筒形方案、液滴回收装置和防堵塞清洗装置设计解决烟囱出口的烟气液滴携带现象。本发明能有效地避免液滴携带现象的发生，推广使用本发明的技术方案，可以大大改善电厂及周边的环境状况，减少清扫及维护工作量，能取得很好的社会效益和经济效益。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是图1的A-A向示意图
图3是本发明的局部放大示意图
图4是本发明的局部结构示意图
图5是本发明的局部结构俯视示意图
图中：1、套管烟囱，11、烟囱外筒，12、烟囱内筒，120、出口段，121、出口收缩段，122、出口直段，123、下部排烟管，124、开孔，2、液滴回收装置，21、第一级酸液排出装置，211、导流底板，212、排出管，22、第二级酸液排出装置，221、环形集液槽，222、酸液排出管，3、浆液池，4、主烟道，5、防堵塞清洗装置，51、冲洗水管道，511、主管道，512、支管道，52、弯头管，521、头部，53、螺纹接头，54、清洗喷嘴。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
图中所示的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，包括套管烟囱1和主烟道4，套管烟囱1包括烟囱外筒11和烟囱内筒12，在套管烟囱1内部设有液滴回收装置2，液滴回收装置2包括第一级酸液排出装置21和第二级酸液排出装置22，液滴回收装置2下还设有防堵塞清洗装置5。
烟囱内筒12套在烟囱外筒11内，烟囱内筒12包括出口段120和下部排烟管123，出口段120包括出口收缩段121和出口直段122，下部排烟管123的直径大于出口直段122的直径，出口收缩段121位于出口直段122和下部排烟管123之间；出口直段122高度H4不小于出口直段122内径D0；出口收缩段121内筒壁面坡度不大于0.06；烟囱外筒11内设置至少一个烟囱内筒12。
第二级酸液排出装置22设置在烟囱内筒12下部，第一级酸液排出装置21设置在第二级酸液排出装置22下方，第一级酸液排出装置21穿过烟囱内筒12筒壁与主烟道4连接；第二级酸液排出装置22包括设置在烟囱内筒12下部的沿烟囱内筒12管壁圆周布置的环形集液槽221和与环形集液槽221底部连接的酸液排出管222，酸液排出管222内的酸液流入前端湿法脱硫工艺装置中的浆液池3内，第一级酸液排出装置21包括与主烟道4呈倾角α的导流底板211和位于主烟道4底部的排出管212；倾角α取值为30～45°；酸液排出管222沿所述烟囱内筒12壁圆周分布；酸液排出管222沿烟囱内筒12壁圆周均匀分布2～4根。
防堵冲洗装置5包括冲洗水管道51，冲洗水管道51穿过烟囱内筒12上的开孔124并位于主烟道4内，冲洗水管道51包括沿导流底板211铺设的主管道511和垂直于主管道511的支管道512；支管道512上设有指向导流底板211的弯头管52，弯头管52的头部521与导流底板211底面呈夹角β；夹角β取值为10～30°；弯头管52通过螺纹接头53与清洗喷嘴54连接；冲洗水管道51为单侧设置或双侧对称设置；冲洗水管道51设有至少一个支管道512。
烟囱内筒12的材料采用复合钛钢板。
本发明的工作原理和过程如下：
本发明中筒形方案的设计主要考虑合理地控制烟气流速。
(1)上部收缩变截面烟囱防止酸液液滴携带的机理：采用上部收缩变截面烟囱解决了烟囱出口要求较高的烟气流速与烟囱下部筒体为防止液滴携带而要求较低的烟气流速之间的矛盾。
不同材质的烟气携带液滴的临界流速见下表所示：
| 材料 | 临界流速(m/s) |
| 耐酸砖(砖砌结构的径向允差为3mm) | 13～17 |
| 硼硅酸玻璃砖 | 15～18 |
| 玻璃钢 | 15～18 |
| 合金、钛或不锈钢 | 18～22 |
| 涂料 | 18～22 |
对于内衬钛钢板的烟囱，烟囱下部筒体直径按照烟气流速为18～20m/s(锅炉BRL工况，多台锅炉接入同一个烟囱内筒时，应按照多台锅炉的烟气量)进行设计。
(2)上部收缩变截面烟囱降低烟囱内的运行压力的机理：采用变截面烟囱后，由于烟囱下部筒体加大，烟气流速降低，烟囱的阻力下降，通过合理控制烟囱的内筒型线，可降低烟囱的运行阻力，使烟囱入口处或烟囱全高程范围内在负压状态下工作。
当烟气流速低于二次携带临界速度时，烟囱筒壁凝结出的液滴不易被烟气带走，而是会沿筒壁下流，因此，应合理控制烟囱直径，将烟气速度控制在二次携带临界速度以下；对于内衬钛钢板的烟囱，烟囱下部筒体直径按照烟气流速为18～20m/s(锅炉BRL工况，多台锅炉接入同一个烟囱内筒时，应按照多台锅炉的烟气量)进行设计；另一方面，为了避免“烟羽下洗”(大气中的侧风会使烟羽垂直的流向发生偏转甚至下灌现象)现象，烟囱出口的烟气流速应不低于当地烟囱出口标高处环境风速的1.5倍(锅炉THA工况，多台锅炉接入同一个烟囱内筒时，应按照单台最小容量的锅炉的烟气量)；因此，烟囱内筒的筒形应采用带收缩段的方案，即在烟囱下部采用相对较大的直径，在烟囱出口段采用相对较小的直径。
烟囱口径变化比例优点：常规湿烟囱多采用直筒型内筒(烟囱内筒下部筒体内径与烟囱出口内径相同)，采用上部收缩变截面烟囱一方面可以防止酸液液滴携带出烟囱污染环境，另一方面可以降低烟囱内的运行压力，使烟囱入口处为负压运行状态或烟囱全高程范围内为负压运行状态(烟囱内存在负压是较为有利的运行工况)。
烟囱口径及烟囱筒体收缩坡度范围设计的有效效果：上部收缩变截面烟囱的收缩段的坡度、下部筒体直段的高度的取值的主要原则如下：首先，为保证烟气内的液滴充分冷凝、聚集并回收，应使下部的大直径直段越长越好(但大直径直段长度增加会带来投资增加)，理想设计是上部仅留5～10米的小直径直段；另外，为了控制烟囱内烟气的运行压力，保证烟囱入口处或烟囱全高程范围内为负压运行状态，下部筒体直段的高度、收缩段的高度越大越有利于烟囱内烟气运行压力的下降，设计时为降低现场施工制造烟囱的工作量，烟囱收缩段的坡度一般应不大于0.06。
本发明中液滴回收装置设计：采用两级液滴回收装置，分级回收液滴。
第一级液滴回收装置：烟气在烟囱底部转向90°后进入烟囱内筒，在离心力及惯性力的作用下，部分较大颗粒的液滴首先在烟囱底部被分离下来，烟气在上行过程中部分液滴在重力作用下返回烟囱底部，因此在烟囱内筒的主烟道底板接口标高处设置坡向主烟道的导向底板，导向底板收集的液滴流向主烟道内，最终通过主烟道底部的排出管回收液滴。
第二级液滴回收装置：理论分析及工程实践均表明，当烟气速度低于二次携带临界速度时，凝结的液滴主要沿烟囱筒壁下流。为了有效回收烟囱内的液滴，在水平烟道接入口的上方设置一圆环形集液槽，并通过集液槽底部的排管将回收液接至湿法脱硫系统的浆液池中去。
液滴回收装置分级与不分级在回收效果上的不同：脱硫后饱和湿烟气为气液两相流动，并含部分脱硫还原剂浆液液滴，吸收塔后的烟气在流经烟道时，在烟道转弯及变径处经过了初步分离，所分离出的液滴经过排出管(即第一级酸液排出装置)进行收集。烟气进入烟囱后，在烟囱底部经过90°弯头垂直上行，在惯性力的作用下，部分大颗粒液滴再次经过分离，分离出的大颗粒液滴经烟囱底部的导流板及排出管(即第一级酸液排出装置)进行收集；细小颗粒的液滴随烟气继续上行，细小颗粒液滴随烟气的上升过程中，一方面烟气由于绝热膨胀温度下降，另一方面由于烟囱存在散热损失，烟气温度沿烟囱高程逐渐下降，由于烟囱同一截面中烟囱壁面是温度最低的区域，主要的液滴凝结在烟囱内壁形成、并汇集向下流动，同时烟囱内壁形成的液膜也捕获部分烟气中携带的液滴，这部分液滴由烟道入口上部的集液槽排出(即第二级酸液排出装置)；烟囱中部的烟气随着温度下降也会析出液滴，较小的液滴在气流中碰撞、聚合成较大液滴后也会从烟囱中部下落，此部分液滴也通过排出管(即第一级酸液排出装置)进行收集。
烟囱内筒设置两级液滴回收装置的目的是提高酸液的收集效率、降低烟气携带液滴的数量，改善烟囱内的运行工况。仅在烟囱底部设置液滴回收装置时(即为常规的仅设置一级液滴回收装置)，烟囱内壁液膜下行至烟囱入口烟窗时(烟囱内筒与烟道的接口截面，称之为烟囱入口烟窗)，由于液膜从烟窗下落，原已形成的液膜将在烟窗处被分裂为细小液滴，大部分细小液滴将重新被烟气携带，因此在烟囱入口烟窗上部设置积液槽(即第二级酸液排出装置)收集酸液，可以有效地减少烟气携带液滴的数量。同时由于烟囱壁面是液滴析出的主要区域，大量凝结液滴通过集液槽(即第二级酸液排出装置)回收，避免其落至烟囱底部的导流板及排出管(即第一级酸液排出装置)进行收集，也大大降低了烟道酸液排出管堵塞的可能性(根据调研，很多工程的排出管由于液滴内的浆液、粉尘积聚而堵塞)。烟囱底部收集物为液滴、脱硫浆液液滴及粉尘的混合物，为防止烟囱底部积液流动不畅，烟囱底部导流平板及烟道底板设置了30～45°的夹角。
本发明中烟囱内防堵冲洗装置设计：为防止烟囱底部导流板、环形积液槽及酸液排出管结垢堵塞，烟囱内设置了必要的冲洗水系统，定期对上述设备进行冲洗。
为保证烟囱底部的收集物及时排出，防止固态物质积聚，烟囱底部设置了防堵塞冲洗装置，包括冲洗水管道、弯头、喷嘴等，为保证冲洗效果，冲洗水流与烟囱底部导流平板之间的设置10～30°的夹角，每排冲洗喷嘴的间距为2000～3000mm；为防止喷嘴出口被收集物堵塞，喷嘴出口距离烟囱底板或烟道底板的距离为250mm。
本装置的主要目的是防止烟气携带出烟囱污染环境，且能有效地收集酸液。
Claims (17)
1.一种湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，包括套管烟囱(1)和主烟道(4)，其特征在于：所述套管烟囱(1)包括烟囱外筒(11)和烟囱内筒(12)，在所述套管烟囱(1)内部设有液滴回收装置(2)，所述液滴回收装置(2)包括第一级酸液排出装置(21)和第二级酸液排出装置(22)，所述液滴回收装置(2)下还设有防堵塞清洗装置(5)。
2.根据权利要求1所述的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，其特征在于：所述烟囱内筒(12)套在所述烟囱外筒(11)内，所述烟囱内筒(12)包括出口段(120)和下部排烟管(123)，所述出口段(120)包括出口收缩段(121)和出口直段(122)，所述下部排烟管(123)的直径大于所述出口直段(122)的直径，出口收缩段(121)位于出口直段(122)和下部排烟管(123)之间。
3.根据权利要求2所述的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，其特征在于：所述出口直段(122)高度H4不小于出口直段(122)内径D0。
4.根据权利要求3所述的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，其特征在于：所述出口收缩段(121)内筒壁面坡度不大于0.06。
5.根据权利要求2所述的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，其特征在于：所述烟囱外筒(11)内设置至少一个烟囱内筒(12)。
6.根据权利要求1所述的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，其特征在于所述第二级酸液排出装置(22)设置在烟囱内筒(12)下部，所述第一级酸液排出装置(21)设置在所述第二级酸液排出装置(22)下方，所述第一级酸液排出装置(21)穿过所述烟囱内筒(12)筒壁与所述主烟道(4)连接。
7.根据权利要求6所述的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，其特征在于：所述第二级酸液排出装置(22)包括设置在所述烟囱内筒(12)下部的沿烟囱内筒(12)管壁圆周布置的环形集液槽(221)和与所述环形集液槽(221)底部连接的酸液排出管(222)，所述第一级酸液排出装置(21)包括与所述主烟道(4)呈倾角α的导流底板(211)和位于所述主烟道(4)底部的排出管(212)。
8.根据权利要求7所述的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，其特征在于：所述倾角α取值为30～45°。
9.根据权利要求7所述的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，其特征在于：所述酸液排出管(222)沿所述烟囱内筒(12)壁圆周分布。
10.根据权利要求7或9所述的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，其特征在于：所述酸液排出管(222)沿所述烟囱内筒(12)壁圆周均匀分布2～4根。
11.根据权利要求1所述的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，其特征在于：所述防堵冲洗装置(5)包括冲洗水管道(51)，所述冲洗水管道(51)穿过烟囱内筒(12)上的开孔(124)并位于所述主烟道(4)内，所述冲洗水管道(51)包括沿所述导流底板(211)铺设的主管道(511)和垂直于主管道(511)的支管道(512)。
12.根据权利要求11所述的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，其特征在于：所述所述支管道(512)上设有指向所述导流底板(211)的弯头管(52)，所述弯头管(52)的头部(521)与所述导流底板(211)底面呈夹角β。
13.根据权利要求12所述的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，其特征在于：所述夹角β取值为10～30°。
14.根据权利要求12或13所述的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，其特征在于：所述弯头管(52)通过螺纹接头(53)与清洗喷嘴(54)连接。
15.根据权利要求11所述的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，其特征在于：所述冲洗水管道(51)为单侧设置或双侧对称设置。
16.根据权利要求11或15所述的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，其特征在于：所述冲洗水管道(51)设有至少一个支管道(512)。
17.根据权利要求1所述的湿法脱硫后烟囱出口防烟气液滴携带装置，其特征在于：所述烟囱内筒(12)的材料采用复合钛钢板。
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