CN102961944B - 节能、循环式多级除尘系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种节能、循环式多级除尘系统,其特点是：包括烟气余热利用装置、碱水循环除尘脱酸装置、上置式喷头格栅装置和尾气清洁烟气循环回引系统，烟气余热利用装置的入口与烟气入口和尾气清洁烟气循环回引系统的出口相连通；碱水循环除尘脱酸装置的入口通过烟气离心偏转装置、连接法兰与烟气余热利用装置的出口连接，碱水循环除尘脱酸装置的出口与上置式喷头格栅装置的入口相连接；上置式喷头格栅装置的出口与除尘后烟气出口和转轮除湿装置的入口相连通；烟气余热利用装置置于烟气入口处。具有结构合理，除尘效果佳，节能、环保，能够使资源充分循环利用等优点。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉辅机领域，是一种节能、循环式多级除尘系统。
背景技术
现有的多种燃烧烟煤系统的除尘器都在一定程度上存在着设计结构不合理，而造成其消除烟气中的有害气体和灰尘以及回收热能效果不太理想。目前国内比较普及的燃烧烟煤系统的除尘器大体分为三类：旋涡式除尘器、水淋式除尘器、电离式除尘器。旋涡式只能除掉比重大的颗粒灰尘，而比重小的颗粒灰尘和有害气体散布到高空，污染大气环境；水淋式效果一般，且需要消耗和浪费大量水资源，不利于可持续发展的战略；电除尘式既需要消耗和使用大量电能，又无法彻底的消除灰尘和有害气体。在回收热能方面，目前采用的各种回收热能的换热器，由于结构不合理导致其回收热能效果亦不理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，对现有技术进行有机的组合和实质性创新，提供一种结构合理，除尘效果佳，节能、环保，能够使资源充分循环利用的循环式多级除尘系统。
解决其技术问题采用的技术方案是：一种节能、循环式多级除尘系统,其特殊之处在于：它包括烟气余热利用装置1a、碱水循环除尘脱酸装置2a、上置式喷头格栅装置3a和尾气清洁烟气循环回引系统4a，所述的烟气余热利用装置1a的入口与烟气入口1和尾气清洁烟气循环回引系统4a的出口相连通，所述的碱水循环除尘脱酸装置2a的入口通过烟气离心偏转装置7、连接法兰6与烟气余热利用装置1a的出口连接，碱水循环除尘脱酸装置2a的出口与上置式喷头格栅装置3a的入口相连接，所述的上置式喷头格栅装置3a的出口与除尘后烟气出口26和转轮除湿装置27的入口相连通；所述的烟气余热利用装置1a置于烟气入口1处，烟气余热利用装置1a具有垂直盘旋管换热器3；所述的碱水循环除尘脱酸装置2a 的结构是，在碱水水箱21内横置的转动轴22上固定有若干个两端半圆型叶轮9，碱水水箱21的碱水出口至碱水水箱21的碱水入口管路上依次连接有第一控制阀11、过滤器12、PH值分析显示器14、小型水泵15和第三控制阀16，过滤器12通过第二控制阀13与碱水补给管道17连接；所述的上置式喷头格栅装置3a的结构是，碱水补给管道17通过第四控制阀18与进口水管道19连接，在进口水管道19与连接的喷雾头输水管23上连接有混合式溶度配置器20，喷雾头输水管23与若干个喷雾格栅24连接；所述的尾气清洁烟气循环回引系统4a的结构是，转轮除湿装置27与小功率引风机28连接，小功率引风机28通过第五控制阀29与烟道入口1连接。
本发明的循环式多级除尘系统，由于在锅炉的尾部烟道出口处装有垂直盘旋管换热器的烟气余热利用装置，可对回收的余热进行充分利用；并通过碱水循环除尘脱酸装置去除烟气中酸性气体和杂质，再通过上置式喷雾格栅装置进行更进一步除尘脱硫，还可根据设计的混合式溶度配置器依据除尘脱硫的效果对碱水溶度的控制，处理后的烟气可以根据盘旋管余热回收的需要，相应的通过调整第五控制阀的开度调节烟气的流量。具有结构合理，除尘效果佳，节能、环保等优点，能够使资源充分循环利用，可广泛用于工业锅炉以及部分电站锅炉。
附图说明
图1为节能、循环式多级除尘系统结构示意图；
图2 为图1中烟气余热利用装置1a结构示意图；
图3 为图1中烟气离心偏转装置7结构示意图；
图4为图1中烟气余热利用装置1a尺寸结构示意图；
图5 为图1中碱水循环除尘脱酸装置2a结构示意图；
图6 为图1中过滤器12结构示意图；
图7为图1中上置式喷头格栅装置3a结构示意图；
图8 为图1中尾气清洁烟气循环回引系统4a结构示意图。
图中：1a-烟气余热利用装置，2a-碱水循环除尘脱酸装置，即一级除尘脱酸装置，3a-上置式喷头格栅装置，即二级除尘脱酸装置，4a-尾气清洁烟气循环回引系统，1-烟气入口，2-保温层，3-垂直盘旋管换热器，4-输水管入口，5-衔接弯头，6-连接法兰，7-烟气离心偏转装置，8-皮带轮，9-两端半圆型叶轮，10-溢流水管，11-第一控制阀，12-过滤器，13-第二控制阀，14-PH值分析显示器，15-小型水泵，16-第三控制阀，17-碱水补给管道，18-第四控制阀，19-进口水管道，20-混合式溶度配置器，21-碱水水箱，22-转动轴，23-喷雾头输水管，24-喷雾格栅，25-喷雾筒，26-除尘后烟气出口，27-转轮除湿装置，28-小功率引风机，29-第五控制阀，30-输水管出口。
具体实施方式
下面利用附图所示的实施例对本发明的节能、循环式多级除尘系统做进一步的说明。
参照图1，本发明的节能、循环式多级除尘系统包括烟气余热利用装置1a、碱水循环除尘脱酸装置2a、上置式喷头格栅装置3a和尾气清洁烟气循环回引系统4a，所述的烟气余热利用装置1a的入口与烟气入口1和尾气清洁烟气循环回引系统4a的出口相连通，所述的碱水循环除尘脱酸装置2a的入口通过烟气离心偏转装置7、连接法兰6与烟气余热利用装置1a的出口连接，碱水循环除尘脱酸装置2a的出口与上置式喷头格栅装置3a的入口相连接，所述的上置式喷头格栅装置3a的出口与除尘后烟气出口26和转轮除湿装置27的入口相连通；所述的烟气余热利用装置1a置于烟气入口1处，烟气余热利用装置1a具有垂直盘旋管换热器3；所述的碱水循环除尘脱酸装置2a 的结构是，在碱水水箱21内横置的转动轴22上固定有若干个两端半圆型叶轮9，碱水水箱21的碱水出口至碱水水箱21的碱水入口管路上依次连接有第一控制阀11、过滤器12、PH值分析显示器14、小型水泵15和第三控制阀16，过滤器12通过第二控制阀13与碱水补给管道17连接；所述的上置式喷头格栅装置3a的结构是，碱水补给管道17通过第四控制阀18与进口水管道19连接，在进口水管道19与连接的喷雾头输水管23上连接有混合式溶度配置器20，喷雾头输水管23与若干个喷雾格栅24连接；所述的尾气清洁烟气循环回引系统4a的结构是，转轮除湿装置27与小功率引风机28连接，小功率引风机28通过第五控制阀29与烟道入口1连接。
在烟气余热利用装置1a具有垂直盘旋管换热器3，换热后烟气温度下降至115℃，垂直盘旋管换热器3内的水温度由18℃提升至40℃，换热后的水用于锅炉给水，节省了标准煤的使用。通过小功率引风机28将烟气余热利用装置1a的烟气引入碱水循环除尘脱酸装置2a，即一级除尘脱酸装置内，皮带轮上两端半圆型叶轮9高速旋转将碱水补给管道17给入的碱水击打成水雾状，用来中和烟气里面的酸性气体以及粘附一些细小颗粒，通过上置式喷头格栅装置3a，即二级除尘脱酸装置来进一步中和和吸附烟气里的酸性气体和细小颗粒。完成两级除尘脱酸后，烟气通过除尘后烟气出口26排出。在上置式喷头格栅装置2a，即第二级除尘脱酸装置出口处设有尾气清洁烟气循环回引系统4a。尾气清洁烟气循环回引系统4a的尾气烟气具有一定的回引方向的分速度，外加小功率引风机28的作用，通过第五控制阀29间歇性地回引尾气清洁烟气对垂直盘旋管换热器3表面进行冲刷，带走表面所贴附的灰尘，同时，回引烟气冲刷前经过转轮除湿装置27，避免了换热器表面的灰尘与烟气中水分的接触而使灰尘粘附在换热器表面上，从而保障和提高了换热效率，与此同时，转轮除湿装置27置于小功率引风机28之前，保证了通过小功率引风机28烟气的干燥性，有效的防止了烟气中的水分对小功率引风机28叶片的腐蚀。从换热器表面带走的灰尘的烟气再次经过两级除尘脱酸后，从烟气出口排出，达到了烟气的内循环。
烟气余热利用装置1a尾部通过连接法兰6、烟气离心偏转装置7与碱水循环除尘脱酸装置2a，即一级除尘脱酸装置连接， 上置式喷头格栅装置3a，即二级除尘脱酸装置通过碱水循环控制管道上的第二控制阀13和第四控制阀18与碱水循环除尘脱酸装置2a，即一级除尘脱酸装置连接，尾气清洁烟气循环回引系统4a通过第五控制阀29与上置式喷头格栅装置3a，即二级除尘脱酸装置连接。
参照图2，工质水通过输水管入口4进入垂直盘旋管换热器3，换热后的水通过输水管出口30引出，烟气余热利用装置1a尾部通过连接法兰6与烟气离心偏转装置7连接。其中烟气离心偏转装置7是根据烟气中的颗粒在遇到转向时会产生离心力的作用，则烟气中的大部分颗粒由于受到离心力的作用会偏向烟气离心偏转装置7的颗粒偏转面，如图3所示，这样使烟气中的颗粒集中在单侧面上更加有助于烟气中颗粒的集中去除和脱硫脱硝。烟气通过小功率引风机28的抽引作用，从烟气入口1流经烟气余热利用装置1a、经过垂直盘旋管换热器3使盘旋管内工质温度由18℃提升至40℃，管内工质和烟气逆流布置，增大了工质和烟气的换热强度，换热后的水用于锅炉给水，节省了标准煤的使用。
烟气余热利用装置1a的相关计算参数见表1
表1烟气余热利用装置1a计算参数
| 盘管内水的质量流速（kg/m2.S） | 700 |
| 烟气的体积流量m3/h | 1.35×104 |
| 盘管内水的进口温度℃ | 18 |
| 盘管内水的出口温度℃ | 40 |
| 进口烟气温度℃ | 150 |
| 出口烟气温度℃ | 115 |
烟气余热利用装置1a已知的相关尺寸如图4所示。
制造N圈所需的管长度L
------螺管平均直径
------螺旋管外径
其中上式
可供流体流动的容积
------内筒内径
------内筒外径
环形区内可供流体流动的容积
壳程的当量螺旋管直径
流体的质量流速
------螺旋管圈外径
------螺旋管圈内径
雷诺准则数为：
当雷诺数大于10000时，利用下式
其中
------流体的定压比热
------平均温度下流体的粘度
------平均温度下流体的导热系数
管内的传热系数
管内流体流速的计算公式
------水的流量
------流体流通的截面积
------水的质量流量
------水的密度
根据管程的传热因数对雷诺准则数曲线图查得
当时，
对螺旋管进行修正
以螺管外径为基准的给热传热系数
螺旋管的壁厚
计算总传热系数U
------不锈钢的导热系数
kcal/s·m2·℃
确定换热面积
对数平均温差为：
热负荷
------烟气的质量流量
------烟气的定压比热
所需的传热面积
计算所需的螺旋圈数
所需的螺旋管圈数
可知余热利用系统的高度为4.688m。
参照图5，烟气离心偏转装置7与碱水循环除尘脱酸装置2a，即一级除尘脱酸装置连接，皮带轮8通过转动轴22与两端半圆型叶轮9相连接，碱水水箱21通过第一控制阀11连接过滤器12，过滤器12通过三通装置分别与第二控制阀13和PH值分析显示器14连接，PH值分析显示器14通过一个90°弯管与小型水泵15相连接，小型水泵15通过90°弯管与第三控制阀16连接，第三控制阀16与碱水箱21连接，碱水箱21在其高度2/3位置处，接溢流水管10，当碱水水箱21内碱水水位达到溢流管位置处，碱水从溢流管流出，从而保证了水箱内液位。烟气在小功率引风机28的作用下流经碱水循环除尘脱酸装置2a，即一级除尘脱酸装置，两端半圆型叶轮9通过转动轴22固定，整个轮轴装置由皮带轮8带动，通过两端半圆型叶轮9的高速转动，促使碱液Ca（OH）2水溶液被击打至内壁上方无水处，碱性Ca（OH）2水溶液撞击内壁产生水滴、水幕和雾，由于半圆型叶轮9叶片高速转动，将烟气打入水中进行洗涤，经过多次打击和洗涤，将烟气中的灰尘和有害酸性气体洗涤掉，碱水与烟气中SO2、SO3等酸性气体反应生成中性盐，消除酸性物质对铁的腐蚀。同时通过第一控制阀11与过滤器12、第二控制阀13、PH值分析显示器14、小型水泵15、第三控制阀16连接共同组成了碱水可以循环利用的装置，反应后的碱水由第一控制阀11调整相应开度使碱水流经过滤器12，碱水中的杂质被过滤器12过滤掉。
其中小型水泵15的选型如表2所示：
表2 小型水泵15选型
| 型号 | 扬程 | 流量 | 电机功率 | 转速 |
| CDL2-2 | 15m | 4m3/h | 0.37kw | 2900r/min |
如图6所示，过滤器12采用多层不锈钢网过滤装置，来流碱水管置于出流碱水管的上方，多层不锈钢网布置在来流管和出流管之间，碱水的杂质则被多层不锈钢网过滤掉，从不锈钢流下的即为出去杂质颗粒后的碱水。，过滤器12为上开口式过滤器，工作人员可以定期清除积留在不锈钢网上的杂质，过滤的杂质可以用于砖厂制造等行业。通过PH值分析显示器14，相应的调整第二控制阀13的开度使碱液的PH值在一定的范围内。BPH-200B经济型在线pH计环境适应性强、清晰的显示、简易的操作和优良的测试性能使其具有很高的性价比，能精确测量溶液的pH值和温度。可广泛应用于火电、化工化肥、冶金、环保、制药、生化、食品和自来水等溶液中pH值的连续监测。PH值分析仪的技术参数见表3。
表3 PH值分析仪的技术参数
当碱液的高度达到碱水补给系统容器的2/3时，多余的碱水通过溢流水管10流出。其中碱水补给管道17的相关计算参数见表4。
表4 碱水补给管道17的相关参数
| 碱水箱的长度 | 0.6m |
| 碱水箱的宽度 | 0.3m |
| 碱水箱的高度 | 0.5m |
| 碱水箱碱水的体积 | 2.826×10-3m3 |
| 碱水箱进、出流管道管直径 | 0.06m |
经过计算规定通过碱水进出口管道的质量流量为：
根据已知数据，可知经过
将碱水水箱21里的碱水全部置换掉。
参照图7，碱水补给管道17与第四控制阀18连接，碱水补给管道17与进口水管道19组成三通管，碱水、淡水混合管道与混合式溶度配置器20-连接，混合式溶度配置器20与喷雾头输水管23连接，喷雾头输水管23与喷雾格栅连接24。当烟气流经上置式喷头格栅装置3a，即二级除尘脱酸装置时，在喷雾头内设有多个喷头朝上的喷雾格栅24，喷雾格栅通过喷雾头输水管23与混合式溶度配置器20相连接，朝头向上，延长了喷雾和烟气的反应时间。通过混合式溶度配置器20与喷雾格栅24、第四控制阀18-连接，可以根据碱水循环除尘脱酸装置2a，即一级除尘脱酸装置除尘脱酸的效果对碱水溶度进行控制，即通过调整第四控制阀18的开度调整淡水与碱水的混合浓度，在节约资源的同时，为清洁烟气的循环回引提供了基础。
表5为蓬莲喷头工质的相关参数的选取
表5 蓬莲喷头工质参数
| 喷头水流量 | 4.0m3/h |
| 喷头水压 | 2.4kPa |
| 喷头水管直径 | 30mm |
| 喷头直径 | 100mm |
参照图8，节能、循环式多级除尘系统末端设置成二通管道，一部分烟气通过除尘后烟气出口26流出，另一部分流过转轮除湿装置27通过小功率引风机28、第五控制阀29与烟气余热利用装置1a连接。完成两级除尘脱酸后，烟气从除尘后烟气出口26排出，达到了烟气清洁排放的目的，烟气余热回收装置通过小功率引风机28抽引部分烟气，相应的调整第五控制阀29的开度可以控制回流烟气流量的大小。
其中小功率引风机28相关参数如表6所示：
表6 小功率引风机28相关参数
所选用烟气分流通道管径为400mm，则通过引风机加速后管内的烟气流速为：
回流烟气由于经过碱水循环除尘脱酸装置2a，即一级除尘脱酸装置、上置式喷头格栅装置3a，即二级除尘脱酸装置后可能由于高温作用会使部分碱液汽化，则回流烟气里面会夹带液滴，所以在小功率引风机28的前面安装了转轮除湿装置27，通过第五控制阀29间歇性地回引尾气清洁烟气对垂直盘旋管换热器3表面进行冲刷，带走表面所贴附的灰尘，同时，回引烟气冲刷前经过转轮除湿装置27，避免了换热器表面的灰尘和烟气中水分的接触贴附在换热器表面上，从而保障和提高了换热效率。从换热器表面带走的灰尘的烟气再次经过两级除尘脱酸后，从烟气出口排除，达到了烟气的内循环。
所述的转轮除湿装置27则是通过转轮的旋转，使被除湿的气流所流经的转轮除湿器的扇形部分对湿空气进行除湿，再生空气气流流过的剩余扇形部分同时进行吸附剂的再生。被除湿的处理烟气和再生气流一般逆流流动。当需要除湿的被处理烟气通过除湿轮的除湿区时，能充分与吸湿剂接触，使烟气中所含的水蒸气大部分被除湿轮中的吸湿剂吸收并放出吸附热。于是通过除湿轮吸湿区的被处理烟气成为湿度降低温度升高的干燥烟气从除湿轮的另一侧流出。用作为再生的空气经加热器加热到预定的温度，与处理烟气相反的方向流入除湿轮，并从旋转着的除湿轮再生区的蜂窝状通道中通过，吸湿剂温度升高，从而使其所含水分汽化并被热的再生空气带走，从除湿轮的另一侧流出。转轮除湿装置有着可循环利用除湿的作用，并且被除湿的烟气吸收了吸附热可以使干燥空气的温度升高，从而可以利用干燥的热烟气对余热利用装置中的盘管进行冲刷。
本发明的节能、循环式多级除尘系统所用的各控制阀、过滤器、PH值分析显示器、小型水泵、混合式溶度配置器、小功率引风机和转轮除湿装置等均为市售产品。
Claims (3)
1.一种节能、循环式多级除尘系统，它包括烟气余热利用装置（1a）和碱水循环除尘脱酸装置（2a），所述的烟气余热利用装置（1a）具有垂直盘旋管换热器（3），烟气余热利用装置（1a）的入口与烟气入口（1）相连通，所述的碱水循环除尘脱酸装置（2a）是在碱水水箱（21）内横置的转动轴（22）上固定有若干个两端半圆型叶轮（9），其特征是：还包括上置式喷头格栅装置（3a）和尾气清洁烟气循环回引系统（4a），所述的烟气余热利用装置（1a）的入口与尾气清洁烟气循环回引系统（4a）的出口相连通，所述的碱水循环除尘脱酸装置（2a）的入口通过烟气离心偏转装置（7）、连接法兰（6）与烟气余热利用装置（1a）的出口连接，碱水循环除尘脱酸装置（2a）的出口与上置式喷头格栅装置（3a）的入口相连接，所述的上置式喷头格栅装置（3a）的出口与除尘后烟气出口（26）和转轮除湿装置（27）的入口相连通；所述的烟气余热利用装置（1a）置于烟气入口（1）处；所述的碱水循环除尘脱酸装置（2a ）还包括碱水水箱（21）的碱水出口至碱水水箱（21）的碱水入口管路上依次连接的第一控制阀（11）、过滤器（12）、pH值分析显示器（14）、小型水泵（15）和第三控制阀（16），过滤器（12）通过第二控制阀（13）与碱水补给管道（17）连接。
2.根据权利要求1所述的节能、循环式多级除尘系统，其特征是：所述的上置式喷头格栅装置（3a）的结构是，碱水补给管道（17）通过第四控制阀（18）与进口水管道（19）连接，在与进口水管道（19）连接的喷雾头输水管（23）上连接有混合式溶度配置器（20），喷雾头输水管（23）与若干个喷雾格栅（24）连接。
3. 根据权利要求1所述的节能、循环式多级除尘系统，其特征是：所述的尾气清洁烟气循环回引系统（4a）的结构是，转轮除湿装置（27）与小功率引风机（28）连接，小功率引风机（28）通过第五控制阀（29）与烟气入口（1）连接。
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