CN102980198B - 水洗凝结式烟气三回收装置 - Google Patents

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Abstract

水洗凝结式烟气三回收装置，本发明涉及一种烟气热量、水分、硫氮三回收装置，本发明为解决目前的烟气回收装置存在回收功能与物质单一，烟气中的热能以及烟气中水分的回收率和利用率低的问题。水洗喷淋塔下端的侧壁上设置有第一进气管，水洗喷淋塔的上端与第一出气管的一端连通设置，第一出气管上固接有气水凝结预热器，二者连通设置，脱硫水管的出水端与水洗喷淋塔的下端侧壁连通设置，第一喷淋水管的出水端穿过第一水与水换热器与第一喷头连通设置，载热循环水管自上而下依次连通气水凝结预热器和第一水与水换热器。本发明用于回收烟气中的热能、烟气中水分和硫氮化合物。

Description

水洗凝结式烟气三回收装置
技术领域
本发明涉及一种烟气的热量、水分、硫氮化合物的三回收装置。
背景技术
我国能源结构以燃煤为主，燃煤烟气造成大量的能源浪费和严重的环境污染，我国目前约有55万台燃煤工业锅炉和炉窑，耗煤量约占全国年耗煤总量的1/3。排烟温度高和烟尘排放浓度高等问题，导致锅炉运行效率较低和出力不足。一般来说，我国链条锅炉设计热效率在72％～80％左右，但实际运行中平均热效率只有约60％～65％，部分锅炉运行热效率甚至低于50％，如何解决热效率的问题，直接影响了节能减排。有研究发现，锅炉热效率提高1％，可节煤0.5％。我国工业锅炉的排烟热损失占送入锅炉热量的8％～20％。因此烟气热回收是提高锅炉效率、节省燃煤的重要途径之一。
当前，工业锅炉除尘多为水膜除尘系统，烟气尾部热能无法回收利用，既浪费水源、增加运行成本，又容易造成尾部腐蚀，还造成锅炉尾部热能损失。锅炉烟尘中有害成分主要有二氧化硫(SO2)，一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)，氧化氮(NO)和粒径小于10μm的炭粒和灰粒所组成的飘尘。排入大气的烟尘，不仅污染环境，而且严重危害人类健康。烟气脱硫是目前控制锅炉废气中SO2最有效的途径，其工业化应用的成熟工艺有十几种。目前湿法工艺仍占绝对统治地位。在烟气脱硫系统中，脱硫塔是核心装置，近年来国内外的发展趋势表明，喷淋塔逐渐成为湿式烟气脱硫吸收塔的主流塔型。
在常规的锅炉燃烧设备中，为防止烟气对烟道及附属设备的腐蚀，要求排烟温度必须高于某一数值，以保证烟气中水蒸气不冷凝，这样水蒸气带走的潜热就会造成很大的热损失。而要回收烟气中的水蒸汽潜热，就必须先脱硫去氮除尘，才能避免硫化物对换热器腐蚀。回收水蒸汽潜热的过程，也就是回收烟气中水分的过程。因此烟气水分的回收对西北等缺水地区而言，具有重要的节水意义。
传统的锅炉废气热回收装置，大多只是单一的气水换热器，其传热系数小、热回收率低，一般只有50％到60％。传统设备热回收率低主要是受烟气露点(90℃左右)的限制，因为：(1)烟气中含有烟尘，烟气一旦结露，烟尘就会沉积附在换热器上，堵塞肋片，并且急剧恶化传热效果；(2)烟气中含有SO2、NO、NO2等腐蚀性气体，烟气一旦结露，就会造成严重腐蚀，导致换热器清洗成本高、换热器使用寿命短。传统的锅炉废气脱硫除氮技术和装置，虽可做到较高的S和N的回收率，但是对工艺造成中热量的浪费和水的浪费没有充分考虑，造成这些单一功能的脱硫除氮技术工艺或装置的投资成本和运行费用很高，降低了其经济可行性。
因此，目前的烟气处理装置，功能比较单一，主要有以下缺点：1、注重脱硫除氮，而忽视了热能回收或无法实现热能回收；2、注重热量回收，但受烟气结露和腐蚀的限制，无法回收水蒸汽的潜热；3、忽视了烟气中水分的回收利用。
发明内容
本发明为解决目前的烟气处理技术与装备存在回收功能与物质单一，烟气中的热能、烟气中水分以及硫氮化合物回收率低的问题，进而提供一种水洗凝结式烟气三回收装置。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
水洗凝结式烟气三回收装置包括水洗喷淋塔、气水凝结预热器、第一水与水换热器、硫氮回收水处理器、第一喷淋泵、第一水处理泵、第一出气管、脱硫水管、凝结水管、第一喷淋水管和载热循环水管；水洗喷淋塔内的上部设置有第一气水分离填料，水洗喷淋塔内的中部安装有第一喷头，第一喷头的喷淋方向向下设置，水洗喷淋塔内的下部设置有第一喷淋填料，水洗喷淋塔内的下端设置有第一接水盘，水洗喷淋塔下端的侧壁上设置有第一进气管，水洗喷淋塔的上端与第一出气管的一端连通设置，第一出气管上固接有气水凝结预热器，二者连通设置，第一接水盘的下端依次连通固接有第一水处理泵、硫氮回收水处理器和脱硫水管，脱硫水管的出水端与水洗喷淋塔的下端侧壁连通设置，第一接水盘的侧壁依次与第一喷淋泵和第一喷淋水管连通设置，第一喷淋水管的出水端穿过第一水与水换热器与第一喷头连通设置，气水凝结预热器的下端通过凝结水管与水洗喷淋塔的下端侧壁连通设置，载热循环水管自上而下依次连通气水凝结预热器和第一水与水换热器。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：烟气经第一进气管进入水洗喷淋塔后，烟气中的硫、氮等氧化物在喷淋填料表面与喷淋水中的化学物质发生化学反应，形成稳定的化学物质并溶于喷淋水中，在硫氮回收水处理器内被处理，实现了氮、硫等氧化物的回收；部分喷淋水在水洗喷淋塔内受热蒸发，增加烟气的含湿量，烟气在接近饱和的状态下进入气水凝结预热器，烟气中本来含有的水分和喷淋水蒸发的水分都将在气水凝结预热器冷凝成液态，并通过凝结水管流回水洗喷淋塔内，完成了烟气水分的回收和再利用；烟尘和硫氮化合物已经在水洗喷淋塔内被去除干净，避免了气水凝结预热器内烟尘沉积和腐蚀，可更大限度地降低烟气温度；高温烟气进入水洗喷淋塔后，一部分烟气热量通过接触式对流换热传递给喷淋水使之升温，一部分烟气热量通过水分蒸发由显热形式转化为水蒸气的潜热形式，喷淋水吸收的烟气热量再通过第一水与水换热器传递给载热循环水；从喷淋塔出来的烟气再通过气水凝结预热器将剩余的显热和水蒸气蕴含的全部潜热传递给载热循环水，完成了烟气热量的回收，在此热回收过程中用接触式换热、凝结换热、水与水换热等高效换热方式代替了传统烟气热回收中的气与水低效换热方式，进一步节省换热设备的投资；通过第一喷淋泵和第一水处理泵可以使喷淋水重复使用。本发明实现了烟气中的水分、硫氮化物以及热量的三回收，提高了烟气中的热能、烟气中水分以及硫氮化合物的回收率和利用率。
附图说明
图1是本发明的水洗凝结式烟气三回收装置的原理图，图2是具体实施方式二中水洗凝结式烟气三回收装置的原理图，图3是具体实施方式三中水洗凝结式烟气三回收装置的原理图，图4是具体实施方式四中水洗凝结式烟气三回收装置的原理图，图5是具体实施方式五中水洗凝结式烟气三回收装置的原理图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明，本实施方式的水洗凝结式烟气三回收装置包括水洗喷淋塔1、气水凝结预热器2、第一水与水换热器3、硫氮回收水处理器4、第一喷淋泵5、第一水处理泵6、第一出气管7、脱硫水管8、凝结水管9、第一喷淋水管10和载热循环水管11；水洗喷淋塔1内的上部设置有第一气水分离填料1-1，水洗喷淋塔1内的中部安装有第一喷头1-2，第一喷头1-2的喷淋方向向下设置，水洗喷淋塔1内的下部设置有第一喷淋填料1-3，水洗喷淋塔1内的下端设置有第一接水盘1-4，水洗喷淋塔1下端的侧壁上设置有第一进气管1-5，水洗喷淋塔1的上端与第一出气管7的一端连通设置，第一出气管7上固接有气水凝结预热器2，二者连通设置，第一接水盘1-4的下端依次连通固接有第一水处理泵6、硫氮回收水处理器4和脱硫水管8，脱硫水管8的出水端与水洗喷淋塔1的下端侧壁连通设置，第一接水盘1-4的侧壁依次与第一喷淋泵5和第一喷淋水管10连通设置，第一喷淋水管10的出水端穿过第一水与水换热器3与第一喷头1-2连通设置，气水凝结预热器2的下端通过凝结水管9与水洗喷淋塔1的下端侧壁连通设置，载热循环水管11自上而下依次连通气水凝结预热器2和第一水与水换热器3设置。
硫氮回收水处理器4：从水洗喷淋塔出来的水，富含硫氮和泥尘，在该装置内对硫、氮等化合物以及污泥进行处理，实现了硫和氮的回收和烟尘的去除。处理达标的水一部分返回水洗喷淋塔，多余的部分作为烟气回收水排出。
气水凝结预热器2：主要用于水洗喷淋塔1出来的饱和、无烟尘、无硫氮的低温烟气的热量回收，该预热器可将烟气温度降低至10～30℃左右，大大提高了烟气中热能的回收率，同时通过烟气结露实现烟气中的水回收。
第一水与水换热器3：该换热器一般为高效板式换热器或壳管式换热器，在该换热器内，被烟气加热了的水洗水将热量传递给载热循环水管11中的水，实现一部分烟气废热的高效回收。
工作原理：高温烟气由第一进气管1-5进入水洗喷淋塔1后，一部分烟气热量传递给第一喷头1-2喷出的喷淋水并使之升温，一部分烟气的热量通过水分蒸发由显热形式转化为水蒸气的潜热形式。第一喷淋泵5将喷淋水抽入第一喷淋水管10，然后回流到第一喷头1-2中继续喷淋，喷淋水吸收的烟气热量在此过程中通过第一水与水换热器3传递给载热循环水管11中的循环水。从喷淋塔出来的烟气再通过气水凝结预热器2将剩余的显热和水蒸气蕴含的全部潜热传递给载热循环水管11中低温的载热循环水。在整个能量传递过程中，实现了烟气与载热循环水的纯逆流换热，而换热过程采用了接触式换热、凝结相变、水与水换热等传热系数远远大于气与水换热的高效换热方式。
系统中氮硫尘等物质的传递过程如下：烟气进入水洗喷淋塔1后，在第一喷淋填料1-3表面，硫、氮氧化物与喷淋水内的化学物质反应，形成稳定的化学物质并溶于喷淋水中，同时烟尘也被洗入喷淋水中，实现烟气中硫氮尘的去除，并向喷淋水的转移。喷淋水中富集的硫氮尘在硫氮回收水处理器4中被处理并回收利用。
系统中水的传递过程如下：部分喷淋水在水洗喷淋塔1内受热蒸发，增加烟气的含湿量，在接近饱和的状态下进入气水凝结预热器2，烟气中本来含有的水分和喷淋水蒸发的水份都将在这里被冷凝成液态，并通过凝结水管9引至水洗喷淋塔1内，实现烟气水分的回收和再利用，同时经硫氮回收水处理器4处理后的水回流到水洗喷淋塔中。
具体实施方式二：结合图2说明，本实施方式的水洗凝结式烟气三回收装置还包括烟气水过热器12，烟气水过热器12连通设置在第一进气管1-5与水洗喷淋塔1之间，载热循环水管11经第一水与水换热器3后还与烟气水过热器12连通。
烟气水过热器12：用于将载热循环水加热至100℃以上，在该过热器内，由于是高温换热，不可能出现结露，因此减少了硫、氮等化合物对锅炉管壁的腐蚀。
如此设计，高温烟气首先在烟气水过热器12内通过对流换热方式将一部分显热传递给载热循环水管11中的载热循环水，烟气温度降低之后再进入水洗喷淋塔1中，本实施方式是为了得到更高温度的载热水利用温度(100℃以上)，同时降低烟气进入水洗喷淋塔1的温度，满足硫氮化合物进行化学反应的较低温度要求。其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图3说明，本实施方式的水洗凝结式烟气三回收装置还包括喷淋水过热器13，喷淋水过热器13设置在第一喷淋填料1-3中，第一喷淋水管10依次连通喷淋水过热器13和第一水与水换热器3与第一喷头1-2连接。
如此设计，从第一接水盘1-4抽取的喷淋水，先经过喷淋水过热器13进行加热，进一步升温后进入第一水与水换热器3，使载热循环水管11中的载热循环水得到更高的温度。其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图4说明，本实施方式的水洗凝结式烟气三回收装置还包括喷淋水预热器14，喷淋水预热器14设置在第一喷淋填料1-3中，第一喷淋水管10依次连通第一水与水换热器3和喷淋水预热器14与第一喷头1-2连接。
如此设计，从第一接水盘1-4抽取的喷淋水，先直接进入第一水与水换热器3，换热之后温度降低，再经过喷淋水预热器14进行预加热，然后进入水洗喷淋塔1喷洒。其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图5说明，本实施方式的水洗凝结式烟气三回收装置还包括一级喷淋塔15，一级喷淋塔15包括一级喷淋塔体15-1、第二气水分离填料15-2、第二喷头15-3、第二喷淋填料15-4、第二接水盘15-5、第二进气管15-6、第二出气管15-7、第二水与水换热器15-8、烟尘回收水处理器15-9、第二喷淋泵15-10、第二水处理泵15-11、除尘水管15-12和第二喷淋水管15-13；第二气水分离填料15-2设置在一级喷淋塔体15-1内的上部，第二喷头15-3安装在一级喷淋塔体15-1内的中部，第二喷头15-3的喷淋方向向下设置，第二喷淋填料15-4设置在一级喷淋塔体15-1内的下部，第二接水盘15-5设置在一级喷淋塔体15-1内的下端，第二进气管15-6连通设置在一级喷淋塔体15-1下端的侧壁上，第二接水盘15-5的下端依次连通设置有第二水处理泵15-11、烟尘回收水处理器15-9和除尘水管15-12，除尘水管15-12的出水端连通设置在一级喷淋塔体15-1下端侧壁上，第二接水盘15-5的侧壁上依次连通设置有第二喷淋泵15-10和第二喷淋水管15-13，第二喷淋水管15-13的出水端穿过第二水与水换热器15-8与第二喷头15-3连通设置，第二出气管15-7的一端连通固接在一级喷淋塔体15-1的上端，第二出气管15-7的另一端与水洗喷淋塔1的第一进气管1-5连通固接，载热循环水管11的出水端穿过第二水与水换热器15-8设置。
如此设计，一级喷淋塔15主要用于除尘和换热，水洗喷淋塔1主要用于脱硫去氮，一级喷淋塔15的设置可以避免进入水洗喷淋塔1的烟气温度过高，保证了硫和氮的去除效果。其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。

Claims (5)

1.一种水洗凝结式烟气三回收装置，其特征在于：所述烟气回收装置包括水洗喷淋塔(1)、气水凝结预热器(2)、第一水与水换热器(3)、硫氮回收水处理器(4)、第一喷淋泵(5)、第一水处理泵(6)、第一出气管(7)、脱硫水管(8)、凝结水管(9)、第一喷淋水管(10)和载热循环水管(11)；水洗喷淋塔(1)内的上部设置有第一气水分离填料(1-1)，水洗喷淋塔(1)内的中部安装有第一喷头(1-2)，第一喷头(1-2)的喷淋方向向下设置，水洗喷淋塔(1)内的下部设置有第一喷淋填料(1-3)，水洗喷淋塔(1)内的下端设置有第一接水盘(1-4)，水洗喷淋塔(1)下端的侧壁上设置有第一进气管(1-5)，水洗喷淋塔(1)的上端与第一出气管(7)的一端连通设置，第一出气管(7)上固接有气水凝结预热器(2)，二者连通设置，第一接水盘(1-4)的下端依次连通固接有第一水处理泵(6)、硫氮回收水处理器(4)和脱硫水管(8)，脱硫水管(8)的出水端与水洗喷淋塔(1)的下端侧壁连通设置，第一接水盘(1-4)的侧壁依次与第一喷淋泵(5)和第一喷淋水管(10)连通设置，第一喷淋水管(10)的出水端穿过第一水与水换热器(3)与第一喷头(1-2)连通设置，气水凝结预热器(2)的下端通过凝结水管(9)与水洗喷淋塔(1)的下端侧壁连通设置，载热循环水管(11)自上而下依次连通气水凝结预热器(2)和第一水与水换热器(3)。
2.根据权利要求1所述的一种水洗凝结式烟气三回收装置，其特征在于：所述水洗凝结式烟气回收装置还包括烟气水过热器(12)，烟气水过热器(12)连通设置在第一进气管(1-5)与水洗喷淋塔(1)之间，载热循环水管(11)自上而下依次连通气水凝结预热器(2)、第一水与水换热器(3)和烟气水过热器(12)。
3.根据权利要求1所述的一种水洗凝结式烟气三回收装置，其特征在于：所述水洗凝结式烟气回收装置还包括喷淋水过热器(13)，喷淋水过热器(13)设置在第一喷淋填料(1-3)中，第一喷淋水管(10)依次连通喷淋水过热器(13)和第一水与水换热器(3)与第一喷头(1-2)连接。
4.根据权利要求1所述的一种水洗凝结式烟气三回收装置，其特征在于：所述水洗凝结式烟气回收装置还包括喷淋水预热器(14)，喷淋水预热器(14)设置在第一喷淋填料(1-3)中，第一喷淋水管(10)依次连通第一水与水换热器(3)和喷淋水预热器(14)与第一喷头(1-2)连接。
5.根据权利要求1所述的一种水洗凝结式烟气三回收装置，其特征在于：所述水洗凝结式烟气回收还包括一级喷淋塔(15)，一级喷淋塔(15)包括一级喷淋塔体(15-1)、第二气水分离填料(15-2)、第二喷头(15-3)、第二喷淋填料(15-4)、第二接水盘(15-5)、第二进气管(15-6)、第二出气管(15-7)、第二水与水换热器(15-8)、烟尘回收水处理器(15-9)、第二喷淋泵(15-10)、第二水处理泵(15-11)、除尘水管(15-12)和第二喷淋水管(15-13)；第二气水分离填料(15-2)设置在一级喷淋塔体(15-1)内的上部，第二喷头(15-3)安装在一级喷淋塔体(15-1)内的中部，第二喷头(15-3)的喷淋方向向下设置，第二喷淋填料(15-4)设置在一级喷淋塔体(15-1)内的下部，第二接水盘(15-5)设置在一级喷淋塔体(15-1)内的下端，第二进气管(15-6)连通设置在一级喷淋塔体(15-1)下端的侧壁上，第二接水盘(15-5)的下端依次连通设置有第二水处理泵(15-11)、烟尘回收水处理器(15-9)和除尘水管(15-12)，除尘水管(15-12)的出水端连通设置在一级喷淋塔体(15-1)下端侧壁上，第二接水盘(15-5)的侧壁上依次连通设置有第二喷淋泵(15-10)和第二喷淋水管(15-13)，第二喷淋水管(15-13)的出水端穿过第二水与水换热器(15-8)与第二喷头(15-3)连通设置，第二出气管(15-7)的一端连通固接在一级喷淋塔体(15-1)的上端，第二出气管(15-7)的另一端与水洗喷淋塔(1)的第一进气管(1-5)连通固接，载热循环水管(11)的出水端穿过第二水与水换热器(15-8)设置。
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