CN102721305B - 一种烟气加热装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种烟气加热装置和方法，是采用冷却器位于低位的高温烟气入口烟道、加热器位于高位的低温烟气出口烟道的布置方式，并使工作介质在冷却器和加热器之间非能动流动来加热烟气。其中冷却器出口工作介质温度由所设置的排水管的竖直高度自动确定。本发明在启动时采用循环泵强制循环。本发明的冷却器和加热器是采用H型鳍片管、螺旋鳍片管或光管构成介质流动管道，使工质在管内流动。本发明的运行平稳、安全、节电，具有良好的防止烟气侧腐蚀的效果，尤其适用于烟气脱硫的排气加热。

Description

一种烟气加热装置和方法

技术领域

本发明属于电力环保领域，特别是涉及一种烟气加热装置和方法。

背景技术

在电力、冶金、化工、建材等领域中，所产生的带有二氧化硫的烟气，为了达标排放，一般需要进行烟气脱硫处理。烟气脱硫技术以湿法为主，使烟气经过碱性溶液，烟气中的二氧化硫被溶液吸收。净化后的烟气温度下降(简称低温烟气)，含水蒸汽的量较高，在经过烟囱排放的过程中，由于压力下降、散热温度下降，导致水蒸气部分转化为液滴，对烟囱发生腐蚀。烟囱防腐是一项经济性很差、可靠性不高的工程，因此国际上大量采用烟气加热的方法，利用进入脱硫塔之前温度相对较高的烟气(简称高温烟气)的热量，将净化后含水蒸气的湿烟气加热，以使其温度超过饱和温度15℃左右，再采用干烟囱排放。

烟气加热目前主要有两种方式，一种是利用回转式加热装置进行加热，另一种是采用管式加热器进行加热。回转式加热装置由于加热的温度条件限制，导致其积灰非常严重，再加上装置漏风严重，因此很难长期运行。目前建成的回转式加热装置大多数已被迫拆除，而将干烟囱经过技术改造改为湿烟囱，也带来了极大的经济压力，同时湿烟囱的防腐工程的可靠性也一直备受关注。另一种采用管式加热器进行烟气加热的方法是通过闭式循环的介质在高温烟气中吸收热量，然后将其作为加热介质来加热脱硫塔出口的低温烟气。由于要使烟气的温度加热到65℃以上，故通过脱硫塔出口的低温烟气的介质的温度要比较高，一般应在85℃以上，而高温烟气的温度也仅仅是在140℃左右，因此单位质量的介质在高温端吸收的热量和低温端放出的热量都比较小，这就要求循环介质的流量要很大，由此导致循环泵的电耗很高。同时，由于传热温差较小，因此需要提供大量的受热面，故其整体经济性不高，这也限制了该技术的使用。

由此可见，上述现有的烟气加热装置和方法在产品结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品及方法又没有适切的结构及方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的烟气加热装置和方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的烟气加热装置和方法存在的缺陷，而提出一种新的烟气加热装置和方法，所要解决的技术问题是使其能够实现携带大量热量对烟气进行加热，并且加热过程实现了非能动控制，完成高温烟气的热量向低温烟气转移的电耗消耗低，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种烟气加热方法，是通过将冷却器设置于一高温烟气入口烟道上，将加热器设置于一低温烟气出口烟道上；并利用导汽管在上方连通所述冷却器与所述加热器，非能动循环供水管在下方连通所述冷却器与所述加热器，使工作介质在所述冷却器和所述加热器之间非能动循环流动来加热流经所述低温烟气出口烟道的低温烟气。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的一种烟气加热方法，其中在所述导汽管的上方还设置有定压罐，所述定压罐是与所述导汽管连通；在所述定压罐的上方设有排气管道，在所述排气管道的两条并列的排气管上分别设置有定压阀和安全阀；在所述定压罐的下方设有排水管，在所述排水管上设置有排水阀；其中，当工作介质在所述冷却器和所述加热器之间非能动循环流动时，所述冷却器的介质流动管道的出口处的工作介质的温度取决于所述定压罐内的压力，而所述定压罐内的压力是由所述排水管的竖直高度确定。

前述的一种烟气加热方法，其中在所述冷却器与所述加热器之间还设置有强制循环供水管，所述强制循环供水管是与所述非能动循环供水管并联，在下方连通所述冷却器与所述加热器；在所述强制循环供水管上设有循环泵和强制循环阀；而在所述非能动循环供水管上还设有非能动循环阀；所述强制循环供水管的一端还与一工质补充管通过工质补充阀相连；其中，在所述冷却器和所述加热器之间的非能动循环没有建立起来时，启动所述循环泵，使工作介质在所述冷却器和所述加热器之间强制循环流动；当所述冷却器的介质流动管道的出口处的工作介质的温度达到希望控制的温度时，停止所述循环泵，使工作介质在所述冷却器和所述加热器之间进入非能动循环流动，开启所述排水阀，通过所述排水管排出工作介质，直到所述排水管排不出工作介质。

前述的烟气加热方法，其中所述冷却器和所述加热器是采用H型鳍片管、螺旋鳍片管或光管构成加热器和冷却器的介质流动管道。

前述的烟气加热方法，其中所述工作介质是水或氨水。

前述的烟气加热方法，其中所述冷却器是设置于位于一脱硫塔低位的所述高温烟气入口烟道上；所述加热器是设置于位于所述脱硫塔高位的所述低温烟气出口烟道上。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种烟气加热装置，其包括：定压阀、定压罐、冷却器、强制循环供水管、循环泵、强制循环阀、工质补充阀、非能动循环供水管、非能动循环阀、加热器、导汽管、安全阀、排气管道、排水阀和排水管；其中，所述冷却器设置于一高温烟气入口烟道上；所述加热器设置于一低温烟气出口烟道上；所述导汽管在上方连通所述冷却器与所述加热器；所述非能动循环供水管与所述强制循环供水管并联，并且在下方连通所述冷却器与所述加热器；所述非能动循环阀设置在所述非能动循环供水管上；所述循环泵和所述强制循环阀设置在所述强制循环供水管上；所述强制循环供水管的一端还与一工质补充管通过所述工质补充阀相连；所述定压罐设置于所述导汽管的上方，并与所述导汽管连通；所述定压罐的上方设有所述排气管道，所述定压阀和所述安全阀是分别设置于所述排气管道的两条并列的排气管上；所述排水管设置于所述定压罐的下方，所述排水阀设置于所述排水管上。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的烟气加热装置，其中所述导汽管的一端是与所述加热器的介质流动管道的入口连接，其另一端是与所述冷却器的介质流动管道的出口连接；由所述非能动循环供水管和所述强制循环供水管构成的并联管道的一端是与所述加热器的介质流动管道的出口连接，其另一端是与所述冷却器的介质流动管道的入口连接。

前述的烟气加热装置，其中所述冷却器和所述加热器是采用H型鳍片管、螺旋鳍片管或光管构成加热器和冷却器的介质流动管道。

前述的烟气加热装置，其中所述冷却器是设置于位于一脱硫塔低位的所述高温烟气入口烟道上；所述加热器是设置于位于所述脱硫塔高位的所述低温烟气出口烟道上。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明一种烟气加热装置和方法至少具有下列优点及有益效果：

1、本发明实现了冷却器和加热器之间的自动流动，系统的工作不依赖于泵，可靠性高，能耗低；

2、本发明的冷却器的管壁温度自动位于较高水平，有效地抑制了冷却器管道在烟气侧的低温腐蚀；

3、本发明的加热器的管壁温度自动位于较高水平，有效地抑制了加热器管道的腐蚀；

4、本发明有效降低了脱硫塔进口烟气的温度，节约了脱硫的耗水量。

综上所述，本发明是有关于一种烟气加热装置和方法，是采用冷却器位于低位的高温烟气入口烟道、加热器位于高位的低温烟气出口烟道的布置方式，并使工作介质在冷却器和加热器之间非能动流动来加热烟气。其中冷却器出口工作介质温度由所设置的排水管的竖直高度自动确定。本发明在启动时采用循环泵强制循环。本发明的冷却器和加热器是采用H型鳍片管、螺旋鳍片管或光管构成介质流动管道，使工质在管内流动。本发明的运行平稳、安全、节电，具有良好的防止烟气侧腐蚀的效果，尤其适用于烟气脱硫的排气加热。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明烟气加热装置的示意图。

图2是本发明由排水管的竖直高度确定冷却器介质流动管道出口处工作介质温度的原理示意图。

1：冷却器 2：加热器

3：导汽管 4：非能动循环供水管

5：定压罐 6：排气管道强制

7：定压阀 8：安全阀

9：排水管 10：排水阀

11：强制循环供水管 12：循环泵

13：强制循环阀 14：非能动循环阀

15：工质补充阀 16：工质补充管

17：高温烟气入口烟道 18：低温烟气出口烟道

19：脱硫塔

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种烟气加热装置和方法其具体实施方式、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效获得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

请参阅图1所示，图1是本发明烟气加热装置的示意图。本发明较佳实施例的一种烟气加热装置包括：定压阀7、定压罐5、冷却器1、强制循环供水管11、循环泵12、强制循环阀13、工质补充阀15、非能动循环供水管4、非能动循环阀14、加热器2、导汽管3、安全阀8、排气管道6、排水阀10和排水管9。其中，冷却器1设置于一高温烟气入口烟道17上；加热器2设置于一低温烟气出口烟道18上。导汽管3在上方连通冷却器1与加热器2。非能动循环供水管4与强制循环供水管11并联，并在下方连通冷却器1与加热器2。非能动循环阀14设置在非能动循环供水管4上。循环泵12和强制循环阀13设置在强制循环供水管11上。强制循环供水管11还与一工质补充管16通过工质补充阀15相连。定压罐5设置于导汽管3的上方，并与导汽管3连通。定压罐5的上方设有排气管道6。定压阀7和安全阀8分别设置于排气管道6的两条并列的排气管上。排水管9设置于定压罐5的下方，排水阀10设置于排水管9上。其中导汽管3的一端是与加热器2的介质流动管道的入口连接，其另一端是与冷却器1的介质流动管道的出口连接；而由非能动循环供水管4和强制循环供水管11构成的并联管道的一端是与加热器2的介质流动管道的出口连接，其另一端是与冷却器1的介质流动管道的入口连接。

本发明是通过使工作介质(以下简称工质)在冷却器1和加热器2之间非能动流动来加热烟气。具体而言，本发明的烟气加热方法是利用冷却器1加热后的工质温度上升密度变小、加热器2冷却后的工质温度下降密度增加，而在加热侧与冷却侧产生密度差，进而形成压力差，从而克服流动阻力，使工质在加热端和冷却端之间的流动通过非能动的方法来实现。

其具体的工作过程描述如下：

首先，打开工质补充阀15，使工质由工质补充管16进入；同时，打开定压阀7，通过排气管道6排出空气，最终使装置的所有管道和容器内充满工质。然后，关闭工质补充阀15和定压阀7，使工质在冷却器1中受热膨胀；同时，打开排水阀10，通过排水管9卸掉装置内的工质，直到排水管9排不出液态工质。

由于排水管9的竖直高度与冷却器1的介质流动管道出口处工质的温度之间存在着如图2所示的关系，即本发明冷却器1的介质流动管道出口处工质的温度取决于装置内的压力，而装置内的压力则由所设置的排水管9的竖直高度自动确定。故本发明可以由排水管9的竖直高度来确定在排水管9排不出液态工质时定压罐5内的压力所对应的冷却器1的介质流动管道出口处工质的温度，从而使冷却器1的介质流动管道出口处工质的温度达到希望控制的温度。

当排水管9不再排出液态工质时，关闭排水阀10，由定压罐5、冷却器1、非能动循环供水管4、非能动循环阀14、加热器2和导汽管3构成一非能动的循环回路。其中，工质在冷却器1内被高温烟气加热，产生的汽水两相混合物经过导汽管3自动流至加热器2，在加热器2内工质放热，加热低温烟气，同时工质自身被冷却，密度变大，在重位压头的作用下自动经过非能动循环供水管4流到冷却器1，在冷却器1内工质再次被高温烟气加热，进入到下一个循环。

本发明在启动时，由于冷却器1和加热器2之间的非能动循环没有建立起来，可以先启动循环泵12，由定压罐5、冷却器1、强制循环供水管11、开循环泵12、强制循环阀13、加热器2和导汽管3构成一强制循环回路。其中，工质在冷却器1内被高温烟气加热加热，被加热的工质在循环泵12的压头作用下，经过导汽管3流至加热器2，在加热器2内工质放热，加热低温烟气，同时工质自身被冷却，流向循环泵12，通过循环泵12加压，再由强制循环供水管11流到冷却器1，在冷却器1内工质再次被高温烟气加热，进入到下一个循环。当冷却器1的介质流动管道出口处工质的温度达到希望控制的温度时，停止循环泵12，切换到非能动循环，开启排水阀10，通过排水管9排出装置内的工质，直到排水管9排不出液态工质。

为了确保装置的安全性，在定压罐5上设置有安全阀8。当由于某种未知的原因，如装置内的管道堵塞、阀门开关误操作等，造成装置内的压力升高时。在压力升高到安全阀8的整定压力时(一般设置为0.11MPa)，安全阀8自动打开，通过排气管道6泄压，从而保证整个装置的安全性。

本发明的冷却器1和加热器2可以采用H型鳍片管、螺旋鳍片管或光管构成加热器和冷却器的介质流动管道。本发明冷却器1和加热器2内的工作介质可以是水或氨水等有机物。

如图1所示，本发明可用于一脱硫塔19，其中冷却器1是设置于位于脱硫塔19低位的高温烟气入口烟道17上；而加热器2是设置于位于脱硫塔19高位的低温烟气出口烟道18上。

本发明烟气加热装置内的工质可以全部在液态下工作，也可以通过加热后放气的方法降低装置内部的压力，从而自动实现冷却器1介质流动管道出口处工质处于蒸汽状态，而该蒸汽的温度为控制压力下工质的饱和温度(恒定)，并且控制冷却器1的管壁温度位于较高的水平，以抑制冷却器1管道在烟气侧的低温腐蚀。

本发明提供的烟气加热装置及烟气加热方法，可以使烟气的加热效果得到保证，并且装置的压力为常压，从而使装置的安全性也得到了最大程度的保证。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种烟气加热方法，其特征在于，其通过将冷却器(1)设置于一高温烟气入口烟道(17)上，将加热器(2)设置于一低温烟气出口烟道(18)上；并利用导汽管(3)在上方连通所述冷却器(1)与所述加热器(2)，非能动循环供水管(4)在下方连通所述冷却器(1)与所述加热器(2)，使工作介质在所述冷却器(1)和所述加热器(2)之间非能动循环流动来加热流经所述低温烟气出口烟道(18)的低温烟气；

其中在所述导汽管(3)的上方还设置有定压罐(5)，所述定压罐(5)是与所述导汽管(3)连通；在所述定压罐(5)的上方设有排气管道(6)，在所述排气管道(6)的两条并列的排气管上分别设置有定压阀(7)和安全阀(8)；在所述定压罐(5)的下方设有排水管(9)，在所述排水管(9)上设置有排水阀(10)；其中，当工作介质在所述冷却器(1)和所述加热器(2)之间非能动循环流动时，所述冷却器(1)的介质流动管道的出口处的工作介质的温度取决于所述定压罐(5)内的压力，而所述定压罐(5)内的压力是由所述排水管(9)的竖直高度确定。

2.根据权利要求1所述的烟气加热方法，其特征在于：其中在所述冷却器(1)与所述加热器(2)之间还设置有强制循环供水管(11)，所述强制循环供水管(11)是与所述非能动循环供水管(4)并联，在下方连通所述冷却器(1)与所述加热器(2)；在所述强制循环供水管(11)上还设有循环泵(12)和强制循环阀(13)；而在所述非能动循环供水管(4)上还设有非能动循环阀(14)；所述强制循环供水管(11)的一端还与一工质补充管(16)通过工质补充阀(15)相连；

其中，在所述冷却器(1)和所述加热器(2)之间的非能动循环没有建立起来时,启动所述循环泵(12)，使工作介质在所述冷却器(1)和所述加热器(2)之间强制循环流动；当所述冷却器(1)的介质流动管道的出口处的工作介质的温度达到希望控制的温度时,停止所述循环泵(12)，使工作介质在所述冷却器(1)和所述加热器(2)之间进入非能动循环流动,开启所述排水阀(10)，通过所述排水管(9)排出工作介质，直到所述排水管(9)排不出工作介质。

3.根据权利要求1所述的烟气加热方法，其特征在于：其中所述冷却器(1)和所述加热器(2)是采用H型鳍片管、螺旋鳍片管或光管构成加热器和冷却器的介质流动管道。

4.根据权利要求1所述的烟气加热方法，其特征在于：其中所述工作介质是水或氨水。

5.根据权利要求1所述的烟气加热方法，其特征在于：其中所述冷却 器(1)是设置于位于一脱硫塔(19)低位的所述高温烟气入口烟道(17)上；所述加热器(2)是设置于位于所述脱硫塔(19)高位的所述低温烟气出口烟道(18)上。

6.一种烟气加热装置,其特征在于其包括:定压阀(7)、定压罐(5)、冷却器(1)、强制循环供水管(11)、循环泵(12)、强制循环阀(13)、工质补充阀(15)、非能动循环供水管(4)、非能动循环阀(14)、加热器(2)、导汽管(3)、安全阀(8)、排气管道(6)、排水阀(10)和排水管(9)；其中,所述冷却器(1)设置于一高温烟气入口烟道(17)上；所述加热器(2)设置于一低温烟气出口烟道(18)上；所述导汽管(3)在上方连通所述冷却器(1)与所述加热器(2)；所述非能动循环供水管(4)与所述强制循环供水管(11)并联，并且在下方连通所述冷却器(1)与所述加热器(2)；所述非能动循环阀(14)设置在所述非能动循环供水管(4)上；所述循环泵(12)和所述强制循环阀(13)设置在所述强制循环供水管(11)上；所述强制循环供水管(11)的一端还与一工质补充管(16)通过所述工质补充阀(15)相连；所述定压罐(5)设置于所述导汽管(3)的上方,并与所述导汽管(3)连通；所述定压罐(5)的上方设有所述排气管道(6)，所述定压阀(7)和所述安全阀(8)是分别设置于所述排气管道(6)的两条并列的排气管上；所述排水管(9)设置于所述定压罐(5)的下方，所述排水阀(10)设置于所述排水管(9)上；

其中所述导汽管(3)的一端是与所述加热器(2)的介质流动管道的入口连接，其另一端是与所述冷却器(1)的介质流动管道的出口连接；由所述非能动循环供水管(4)和所述强制循环供水管(11)构成的并联管道的一端是与所述加热器(2)的介质流动管道的出口连接，其另一端是与所述冷却器(1)的介质流动管道的入口连接；

其中所述冷却器(1)和所述加热器(2)是采用H型鳍片管、螺旋鳍片管或光管构成加热器和冷却器的介质流动管道。

7.根据权利要求6所述的烟气加热装置，其特征在于：其中所述冷却器(1)是设置于位于一脱硫塔(19)低位的所述高温烟气入口烟道(17)上；所述加热器(2)是设置于位于所述脱硫塔(19)高位的所述低温烟气出口烟道(18)上。