CN103090403B - 一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置。该装置包括热交换室、烟气均流室和电除尘室；热交换室下端设有烟气进口、导流板II，中部设有水冷式热交换器，上端设有烟气出口、导流板I，水冷式热交换器上装有吹灰器；烟气均流室前端设有导流板III，后端设有整流孔板，整流孔板上装有小型挂板；电除尘室设有阳极系统、阴极系统，阴极系统顶端设有热吹扫系统；热交换室、烟气均流室和电除尘室底部均设有清灰系统和蒸汽加热管；并且热交换室与烟气均流室连通，烟气均流室与电除尘室连通。该一体化装置用于锅炉后高效除尘和烟气余热回收具有烟气余热利用率高，除尘效率高，降低后续脱硫工序运行成本等优点。

Description

一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置及其在锅炉后除尘和烟气余热回收中的应用，属于环保、节能领域。

背景技术

燃煤发电厂烟气中的粉尘物质是《火电厂大气污染物排放标准》中规定的一项重要污染物指标。目前，环保部已对国标GB13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》进行了修订，将粉尘最高排放浓度由原标准中规定的50mg/Nm³收紧到30mg/Nm³，重点地区的允许排放值更是不得大于20mg/Nm³。

在《国民经济和社会发展第十二个五年(2011～2015年) 规划纲要》中提出重要的约束性指标—:“国内生产总值能耗降低16%左右，主要污染物排放总量减少8%～10%”。这是针对资源环境压力日益加大的突出问题提出来的，体现了建设资源节约型和环境友好型社会的要求。也就是说，在考虑污染物减量达标排放的同时，应该选用低能耗、效率高的技术。

此外，近年来随着优质电煤的不断开采，电厂燃煤的质量迅速下降。从而使得电厂发电效率下降，电厂烟气中的污染物，尤其是粉尘类物质，浓度增加。因此，寻找一种能够充分利用电厂能源和高效的粉尘去除方法和装置是非常有必要的。

电厂烟气所带走的热量是电厂运行过程中的一项重要能量损失，经验数据表明，使得烟气温度每降低10℃，回收的能量相当于电厂发电量的1%。如能对这部分热量进行回收并利用到机组中去，那么既能为国家对国内生产总值能耗降低指标做出贡献，还能有效的提高机组的经济效益。

在本技术领域中，对烟气余热的回收方式主要是采用安装烟气换热器（GGH）及其它换热器。但是，GGH存在土建施工周期长、运行复杂、设备初期投资大等缺点。目前，其它换热器中采用的多为水冷式，即换热采用的热媒是水，利用水在换热器内部的翅片管内不断流动吸收热量。

电除尘器由于其运行阻力低、除尘效率高、维护工作量少和以自动化控制等优点，是目前燃煤电厂的主要除尘方法和设备。但是，由于电除尘器工作原理所决定，他的性能受到燃料(煤)及粉尘特性影响较大，而粉尘特性又与烟气温度密切相关，因此，电除尘器受烟气温度等工艺条件的制约，设备性能不能得到充分的发挥。

烟气中粉尘比电阻在10⁵～10¹⁰ Ω.cm 之间时，电除尘器具有最高的除尘效率，当粉尘比电阻增大到10¹⁰～10¹² Ω.cm 之间时，电除尘器在工作时会出现不同程度的反电晕现象，致使除尘效率快速下降，相反电耗量却快速上升。粉尘比电阻在一定范围内与烟气温度呈正相关，目前燃煤电厂的电除尘器工作温度一般在120～150 ℃之间，该温度范围恰恰是粉尘比电阻在10¹¹～10¹³ Ω.cm 之间的区域。

发明内容

本发明的目的之一是为了解决上述的电除尘器工作温度在120～150 ℃之间时，粉尘比电阻增大到10¹¹～10¹³ Ω.cm，电除尘器会出现不同程度的反电晕现象，致使除尘效率快速下降，电耗量快速上升及烟气余热回收降低能耗等的技术问题而提供一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置，该锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置通过水冷式热交换器回收利用烟气中热能的同时，使得电除尘器的工作温度下降到80℃左右，粉尘比电阻可下降到10¹⁰～10¹² Ω.cm，从而提高电除尘器的除尘效率，从而实现高效除尘和余热回收的一体化。

本发明的目的之二是提供一种利用上述的一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置进行锅炉后除尘和烟气余热回收的方法。

本发明的技术方案

一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置，包括热交换室、烟气均流室和电除尘室；

所述热交换室上端设有烟气出口，烟气出口上设有导流板I，下端设有烟气进口，烟气进口上设有导流板II，中部设有水冷式热交换器；所述的导流板I与水冷式热交换器的出口相连，所述的导流板II与水冷式热交换器的进口相连；

所述的热交换室的换热面积可保证热交换室中烟气出口的温度为80℃左右；

所述的水冷式热交换器的换热元件为鳍状叶片管，水冷式热交换器上设有吹灰器，其水流方向与烟气流动方向垂直；

所述的烟气均流室前端设有圆弧形导流板III，优选2组，弧度为55～75°,且单边加长0.5～1.0 m，后端设有整流孔板、整流孔板上固定安装有小型挂板；

所述整流孔板垂直布置于烟气均流室，整流孔板开口率在30～40%之间，开口孔径为90mm；

所述的小型挂板优选为长500mm，宽200mm的方形板，经螺栓固定在整流孔板上后点焊焊死，小型挂板与整流孔板上开的孔错开布置；

所述的电除尘室的内部设有阳极系统、阴极系统，用于捕集进入电除尘室中的烟气中的粉尘，阴极系统的顶端设有热吹扫系统，用于防结露，电除尘室的前端设有烟气进口、末端设有烟气排放口；

热交换室、烟气均流室和电除尘室底部分别有清灰系统；其中热交换室通过上端设有的烟气出口与烟气均流室相连通、烟气均流室通过后端设有的烟气出口与电除尘室前端设有的烟气进口相连通；

所述电除尘室顶部设有热吹扫系统；

所述清灰系统包括灰斗及蒸汽加热管，蒸汽加热管设置在灰斗外壁，蒸汽加热管的设置主要是加热灰斗中捕集的灰尘，增加灰的流动性，避免灰斗堵塞。

利用上述的一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置进行锅炉后除尘和烟气余热回收的方法，步骤如下：

待处理的120～150℃的烟气从烟气进口进入热交换室，经烟气进口上的导流板II导流后与水冷式热交换进行热交换，从而回收利用烟气中的部分热能，此时，热交换室的烟气出口中的烟气温度在80℃左右；水冷式热交换的出口中的烟气经烟气出口上的导流板I导流进入烟气均流室，烟气在烟气均流室内经过导流板III和整流孔板的整流后经烟气均流室的出口均匀进入电除尘器进行除尘；由于进入电除尘器的烟气温度降低，其体积和粉尘的比电阻均大大减小，使得电除尘器的除尘效率得到提高，最后电除尘器出来的烟气经电除尘室的烟气排放口再进入后续的烟气脱硫装置继续进行脱硫处理，经锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置沉降和收集到的灰尘由清灰系统去除。

本发明的有益效果

一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置，烟气通过水冷式热交换器后，烟气的温度降低，使得进入电除尘室中的烟气的体积和粉尘的比电阻均降低，从而提高了电除尘器的除尘效率，实现高效除尘和余热回收的一体化。

进一步，本发明的一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置，由于利用水冷式热交换器回收利用烟气中的能量，从而提高了机组的能量利用率。

进一步，本发明的一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置，通过水冷式热交换器后，由于烟气的温度降低，使得烟气体积约减小10%，增压风机电耗约减少9%，后续的脱硫工序中补给水约减少32%，因此也可进一步降低后续脱硫工序的成本。

实际工程应用也表明，水冷式热交换器的烟气进出口温度若降低40℃，最大可回收利用的能量相当于4.8%机组发电容量的热量；同时，粉尘的比电阻能够降低10¹～10² Ω.cm的数量级，从而使得除尘效率大幅提高；相应的烟气体积也将减少10%。

综上所述，与现行的单独电除尘器对锅炉后除尘相比，在保证相同除尘效率条件下，使用本发明的一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置，不仅可以提高电除尘器的除尘效率，实现高效除尘和余热回收的一体化，而且还可以降低了除尘的能耗，降低后续脱硫工序的运行成本。

附图说明

图1、本发明的一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置的结构示意图；

图2、本发明的一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置的结构剖面图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。

实施例1

一种锅炉后除尘和烟气余热回收一体化的装置，其结构示意图如图1、图2所示，包括热交换室1、烟气均流室2和电除尘室3；

所述的热交换室1上端设有烟气出口，烟气出口上设有导流板I、下端设有烟气进口4、烟气进口4上设有导流板II、中部设有水冷式热交换器5；

所述的水冷式热交换器5的换热面积可保证热交换室1中烟气出口的温度为80℃左右；

所述的水冷式热交换器5的换热元件为鳍状叶片管，水冷式热交换器5上设有吹灰器6，水冷式热交换器5中的水流方向与烟气流动方向垂直；

烟气均流室2前端设有2组圆弧形导流板III，弧度为55～75°,且单边加长0.5～1.0m，后端设有整流孔板7、整流孔板7上固定安装有小型挂板8；

所述整流孔板7垂直布置于烟气均流室2中，整流孔板7开口率在36%，开口孔径为90mm；

所述的小型挂板8为长500mm，宽200mm的方形板，经螺栓固定在整流孔板7上后点焊焊死，小型挂板8与整流孔板上开的孔错开布置；

电除尘室3设有阳极系统9、阴极系统10，阴极系统10的顶端设有热吹扫系统11，电除尘室3的前端设有烟气进口，末端设有烟气排放口12；

热交换室1、烟气均流室2和电除尘室3底部分别设有清灰系统；

所述的清灰系统包括灰斗13和设置在灰斗13外壁上的蒸汽加热管14；

热交换室1通过上端设有的烟气出口与烟气均流室2相连通、烟气均流室2通过后端设有的烟气出口与电除尘室3前端设有的烟气进口相连通。

应用实施例1

使用实施例1所述的一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置，对上海某3MW中试锅炉后的烟气进行除尘和烟气余热进行回收，具体步骤如下：

锅炉后空气预热器出来的待处理的温度为120℃的烟气从锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置的烟气进口4进入热交换室1，经烟气进口上的导流板I导流后与水冷式热交换器5进行热交换，从而回收利用烟气中的部分热能，此时，水冷式热交换器5出口的烟气温度在80℃，沉降在水冷式热交换器5上的烟气中部分灰尘由吹灰器6吹扫至水冷式热交换器5底部后经热交换室1底部的清灰系统被清除；

冷却至80℃的烟气经热交换室1上部的烟气出口4上的导流板II导流后进入烟气均流室2，烟气在烟气均流室2内经过导流板III和整流孔板7的整流后经烟气均流室的出口均匀进入电除尘室3，烟气均流室2内沉降和收集到的灰尘均由其底部设置的清灰系统去除；

电除尘室3设有的阳极系统9和阴极系统10用于捕集进入电除尘室中的烟气中的粉尘，电除尘室3中收集到的灰尘由其底部设置的清灰系统去除，阴极系统10装有热吹扫系统11，防止出现结露现象，由于进入除尘室3内的烟气温度降低，烟气的体积和粉尘的比电阻均大大减小，使得电除尘室3的除尘效率得到提高，最后电除尘室3出来的烟气经电除尘室3的烟气排放口12进入后续的脱硫装置进行脱硫处理。

最终结果表明：烟气经上述的一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置处理后，空气预热器出来的烟气温度由原来120℃降低到80℃的过程中，烟气中粉尘的比电阻由原来的10¹¹ Ω.cm降低为10¹⁰ Ω.cm，烟气量由 6378 m3/h（湿态）降到 5729 m3/h（湿态），粉尘浓度由7.25g/Nm3（干态）降低到18.2 mg/Nm3（干态），最终的除尘效率为99.75%，回收能量约478MJ/h。

对照实施例

使用单独的电除尘器技术对该中试锅炉后的烟气进行除尘，具体步骤如下：

锅炉后空气预热器出来的待处理的温度为120℃的烟气从直接进入电除尘室3。最终结果表明：经单独的电除尘器3处理后粉尘浓度由7.25g/Nm3（干态）降低到42 mg/Nm3（干态），除尘效率约为99.42%。

综上所述，本发明的一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置，水冷式热交换器的烟气进出口温度若降低40℃，最大可回收利用的热量相当于4.8%的机组发电量的能量；

同时，经检查进入电除尘室的烟气中的粉尘的比电阻能够降低10¹ Ω.cm的数量级，从而使得除尘效率提高了0.33%；

进一步，由于相应的烟气体积减少约10%，从而降低后续脱硫工序的运行成本。

上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置，包括电除尘室，还包括热交换室和烟气均流室；

所述热交换室上端设有烟气出口，烟气出口上设有导流板I，下端有烟气进口，烟气进口上设有导流板II，中部设有水冷式热交换器；所述的导流板I与水冷式热交换器的出口相连，所述的导流板II与水冷式热交换器的入口相连；

进一步，所述的水冷式热交换器上装有吹灰器；

所述水冷式热交换器的换热元件为鳍状叶片管，水冷式热交换器中水流方向与烟气流动方向垂直；

烟气均流室前端设有导流板III、后端设有整流孔板；

电除尘室的内部设有阳极系统和阴极系统、其阴极系统的顶端设有热吹扫系统；

热交换室、烟气均流室和电除尘室底部分别设有清灰系统；

热交换室通过上端设有的烟气出口与烟气均流室相连通、烟气均流室通过后端设有的烟气出口与电除尘室前端设有的烟气进口相连通；

其特征在于所述的烟气均流室前端的导流板III为2组圆弧形导流板，弧度为55～75°，且单边加长0.5～1.0m。

2.如权利要求1所述的一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置，其特      征在于所述的烟气均流室后端的整流孔板垂直布置于烟气均流室中，整流孔板具有不同开口率，其上固定安装有小型挂板。

3.如权利要求2所述的一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置，其特     征在于所述的烟气均流室后端的整流孔板开口率在30～40%，开口孔径为90mm，整流孔板上装有的小型挂板为长500mm，宽200mm的方形板，经螺栓固定在整流孔板上后点焊焊死，小型挂板与整流孔板上开的孔错开布置。

4.如权利要求3所述的一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置，其特征   在于所述清灰系统包括灰斗及蒸汽加热管，蒸汽加热管设置在灰斗外壁。

5.利用如权利要求1-4中任一所述的一种锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置进行锅炉后除尘和烟气余热回收的方法，其特征在于步骤如下：

待处理的120～150℃的烟气从烟气进口进入热交换室，经烟气进口上的导流板II导流后与水冷式热交换进行热交换，从而回收利用烟气中的部分热能，此时，水冷式热交换的出口中的烟气温度在80℃左右；水冷式热交换的出口中的烟气经烟气出口上的导流板I导流进入烟气均流室，烟气在烟气均流室内经过导流板III和整流孔板的整流后经烟气均流室的出口均匀进入电除尘器进行除尘，最后电除尘器出来的烟气经电除尘室的烟气排放口进入后续的烟气脱硫装置继续进行脱硫处理，经锅炉后除尘和烟气余热回收的一体化装置沉降和收集到的灰尘由清灰系统去除。