CN103203154A - 水冷管式凝水除尘器 - Google Patents

Abstract

本发明属于废气净化技术领域，具体涉及一种水冷管式凝水除尘器。本发明一般应用于电力环保行业，工作位置在火力发电厂烟气湿法脱硫装置（FGD）的下游，捕捉烟气中的细颗粒灰尘、石膏、液态水等杂质，实现火电厂烟气的洁净排放，同时通过冷却水对水蒸汽饱和的烟气进行冷却，部分回收烟气中的气态水，并使之在换热管表面形成水膜，同时达到强化灰尘捕捉能力和冲洗已收集尘粒的作用，保证设备的除尘效率和长期工作稳定性。

Description

水冷管式凝水除尘器

技术领域

本发明属于废气净化技术领域，具体涉及一种水冷管式凝水除尘器，可用于湿法脱硫装置后烟气的除尘和除雾。

背景技术

中国以煤炭为主的能源结构，造成国内电源点主要以燃煤火力发电为主。2010年年底，我国发电装机容量达到9.5亿千瓦左右，其中火力发电电装机容量为7亿千瓦，占总容量的73.68%左右。

燃煤电厂为了解决锅炉烟气排放污染问题，近年来采取了大量技术措施，减少烟尘，SO₂，氮氧化物等污染物的排放，先后进行了静电除尘器、烟气脱硫系统（FGD）、烟气脱硝系统（SCR）的增设和改造。目前火电行业整体排污水平已经大大降低。

但是，由于湿法脱硫的大量使用，使得锅炉烟囱中石膏的含量大大提高，虽然电厂装设了静电除尘器，但是由于脱硫装置布置在除尘器的下游，所以无法处理脱硫系统产生的石膏，无论如何提高除尘器的效率，也无法降低烟气中的石膏含量。而石膏雨现象目前已经成为严重影响电厂周围居民生活的主要环境问题之一。很多地方电厂已经因此不能正常生产，对社会和企业都带来了恶劣的影响。而且由于国民经济的快速发展以及环保要求的进一步提高，使得目前的烟气灰尘排放水平还需要得到进一步的降低。

目前，国内燃煤火力发电厂大量装备了不设GGH（烟气加热器）的石灰石石膏法烟气脱硫装置，烟气排放温度为50℃左右，烟气中水蒸汽呈饱和状态，烟气中还含有超细烟尘、SO₂、SO₃等脱硫装置未能完全洗涤掉的污染物，其中SO₃为气溶胶状态，另外由于脱硫工艺的影响，烟气中还会夹带石膏颗粒，这些污染物将被直接从烟囱中带入大气，然后遇冷凝结，会加剧石膏雨的形成。不仅造成环境污染，还会大量浪费水资源。

目前对脱硫石膏雨的治理主要包括以下几种方式：

1.烟气再热：将脱硫吸收塔出口烟温从50℃左右升高至80℃，使得烟气中的水蒸汽为不饱和状态，排出烟囱时不会发生凝结现象，同时提高烟气抬升高度，增大扩散面积，降低污染的局部影响。

2.在吸收塔出口增设湿式静电除雾器，捕捉烟气中的尘粒和液滴，达到减排的目的。

上述两种方法均存在不同的问题，前者要对脱硫装置进行彻底的改造，加装GGH换热器，不仅设备造价高，而且体积大，很多现场难以布置，设备阻力在1000Pa以上，带来的辅机电耗相当可观；后者由于要考虑防腐问题，所以设备造价非常高，为了保证除雾效果，需要将烟气流速降得很低，所以设备体积更加巨大，现场很难布置，而且该类设备在电力行业应用极少，实际使用经验不多。

石膏雨的防治问题已经非常急迫，需要一种简单、可靠、高效的技术手段来解决。另外，目前国家环保局已经展开对火电厂烟尘排量进一步降低的讨论，这使得脱硫后进一步除尘成为业界讨论的热门话题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种水冷管式凝水除尘器，通过将撞击式除尘器和管式换热器的技术原理结合，实现了饱和湿烟气的除尘和水回收，解决了湿法脱硫装置后烟气的除尘和除雾问题。

为实现上述发明目的，本发明提供了如下技术方案：

一种水冷管式凝水除尘器，布置于烟道中，其特征在于：其包括冷却水进口1、冷却水出口2、阻流换热管栅4、管栅支撑件5、换热管7；

其中，换热管7为U型管，垂直于烟道方向布置，其进水端与冷却水进口1连通，出水端与冷却水出口2连通；多个换热管7的管束垂直于烟道布置，形成阻流换热管栅4；所述换热管7由支撑装置固定；所述支撑装置包括位于阻流换热管栅4两侧的管栅支撑件5；布置于管栅支撑件5之间的支撑杆10，支撑杆10两侧通过管夹8固定有多个换热管7；以及用于调节多个换热管7之间间距的、设置于管夹8之间的间距环9；其中，布置于相邻支撑杆10的相邻侧的换热管7的管排之间设有漏灰间隔11；

冷却水出口2和冷却水进口1设置在所述支撑装置上端；

阻流换热管栅4一侧设有水冲洗系统；阻流换热管栅4及水冲洗系统下方设有集水槽。

所述水冷管式凝水除尘器中，换热管7沿平行于烟气方向之间的管排间隔为换热管7外径的1.3-2倍，换热管7沿垂直于烟气方向之间的管排间隔为换热管7外径的1.5-3倍。

所述换热管7采用氟塑料或聚丁烯材料制成。

所述支撑装置采用氟塑料制成。

所述水冲洗系统、包括冲洗水接口3，与冲洗水接口3相连的冲洗水母管6，其中，冲洗水母管6上设有深入式冲洗水管12。

所述水冷管式凝水除尘器还包括前后压差在线测量装置。

所述水冷管式凝水除尘器还包括前后温差在线测量装置和流量测量调节装置。

所述换热管7的管外径为5-10mm，壁厚为04-1.0mm。

所述水冲洗系统的冲洗水压达到0.8MPa，每8小时冲洗20秒。

所述支撑装置中，所述支撑杆10上设有孔，管夹8穿过支撑杆10上的孔，缠绕在支撑杆10上形成U型管夹，其中U型管夹之间设有间距环9。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的水冷管式凝水除尘器一般应用于电力环保行业，工作位置在火力发电厂烟气湿法脱硫装置（FGD）的下游，捕捉烟气中的细颗粒灰尘、石膏、液态水等杂质，实现火电厂烟气的洁净排放，同时通过冷却水对水蒸汽饱和的烟气进行冷却，部分回收烟气中的气态水，并使之在换热管表面形成水膜，同时达到强化灰尘捕捉能力和冲洗已收集尘粒的作用，保证设备的除尘效率和长期工作稳定性。

2、本发明的水冷管式凝水除尘器对脱硫装置后烟气的整体除尘效率可以根据需要在40-95%之间设计，二次扬尘可以根本避免；可以有效彻底地解决现有脱硫装置石膏雨的问题，石膏颗粒去除效率可在80-98%之间选择设定；液态水去除效率超过80%；材料的选用可以使得设备腐蚀问题得到根本解决；设备结构设计可以避免堵灰结垢问题；冷凝水收集效率可以根据需求确定，一般在15-40%之间。

附图说明

图1为本发明的水冷管式凝水除尘器的结构示意图；

图2为图1的局部左视图；

图3为图1的顶视图；

图4为图3中A部分的局部放大图，示出了本发明中换热管的支撑结构示意图。

附图标记

具体实施方式

下面，结合附图与实施例，进一步地详细解释本发明的水冷管式凝水除尘器。

如图1-4所示，本实施例的水冷管式凝水除尘器包括冷却水进口1、冷却水出口2、阻流换热管栅4、管栅支撑件5、换热管7。

其中，所述换热管7为U型管，垂直于烟道方向布置，其进水端与冷却水进口1连通，出水端与冷却水出口2连通。多个换热管7的管束垂直于烟道布置，形成阻流换热管栅4。

所述换热管7由支撑装置固定。所述支撑装置包括位于阻流换热管栅4两侧的管栅支撑件5；布置于管栅支撑件5之间的支撑杆10，支撑杆10两侧通过管夹8固定有多个换热管7；以及用于调节多个换热管7之间间距的、设置于管夹8之间的间距环9。

冷却水进口1和冷却水出口2设置在所述支撑装置上端。阻流换热管栅4一侧设有水冲洗系统。阻流换热管栅4及水冲洗系统下方设有集水槽。其中，布置于相邻支撑杆10的相邻侧的换热管7的管排之间设有漏灰间隔11。

其中，换热管7沿平行于烟气方向之间的管排间隔为换热管7外径的1.3-2倍，换热管7沿垂直于烟气方向之间的管排间隔为换热管7外径的1.5-3倍。

本实施例采用U型列管式的换热管7作为烟尘扰流阻拦件，并且作为换热元件，其管外径为5-10mm，壁厚为0.4-1.0mm。多个换热管7的管束垂直于烟道布置，形成阻流换热管栅4。并采用纵向氟塑料支撑管夹8固定，可以吸收管束的垂直方向膨胀位移，同时形成垂直方向的流动通道，保证凝结水和冲洗水能够直接流下，不发生聚集。

换热管管材的选择：管材的选择需要考虑运行温度，耐磨损性能，管材抗蠕变性能等重要因素，最终确定选用氟塑料（FEP或者PFA）和聚丁烯两种材料，根据不同的工况选定。

换热管管间距的确定：换热管7的管间距（包括沿平行于烟气方向以及垂直于烟气方向的管排间隔）通过实验数据确定，以保证最小的气侧阻力和除尘换热效果。

换热管管排数量的确定：管束沿烟气流动方向的管排数量需要根据除尘效率要求和回收水量要求计算确定；管束沿垂直烟气流动方向的数量根据烟气阻力要求和除尘效率要求计算确定。

管板材料与管束的焊接工艺：采用多级导热一次焊接成型技术，保证堵管率小于千分之五。

如图4所示，本实施例的支撑装置采用模块化设计的垂直悬挂结构，支撑杆10上设有孔，管夹8穿过支撑杆10上的孔，缠绕在支撑杆10上形成U型管夹8，其中U型管夹8之间设有间距环9。并且，所述支撑装置采用全氟塑料构件，避免腐蚀结垢，设计结构形成了通畅的垂直水流通道（漏灰间隔11），防止灰水聚集板结。

本实施例采用固定式高压水冲洗系统，对换热管1进行在线水冲洗，冲洗水压达到0.8MPa，每8小时冲洗20秒，保证管栅表面的洁净。所述水冲洗系统，包括冲洗水接口3，与冲洗水接口3相连的冲洗水母管6，其中，冲洗水母管6上设有深入式冲洗水管12，可以冲洗到管束内部，保证良好的冲洗效果。

本实施例中的冷却水采用电厂循环冷却水，温升为3-8℃。烟气温度下降0.5-3℃。

本实施例设有冷却水前后温差在线测量装置和流量测量调节装置，保证有足够的水被凝结出来，从而保证足够的除尘效率。

本实施例设有前后压差在线测量装置，当烟气阻力达到设定上限时，自动开启水冲洗系统，直到烟气阻力达到设定下限。

本实施例的工作过程如下：将本实施例的水冷管式凝水除尘器布置在脱硫吸收塔后的烟道中，向U型列管式换热管7中通冷却水，形成阻流换热管栅4对烟气中的液滴和颗粒进行拦截，使其发生激烈的绕流和碰撞，液态颗粒包裹固态颗粒逐渐长大，并沾附在换热管7上，由于换热管7中通有冷却水，在水蒸汽饱和状态下，冷却水会导致烟气中的水蒸汽发生冷凝现象，换热管7的管外壁会形成足够厚度的水膜，不仅起到粘连灰尘的作用，还可以起到收集凝结水和冲洗换热管7的作用，换热器7的列管采用垂直布置方式且设有一定的漏灰间隔11，水膜会自上而下流动，将沾附的固态颗粒雾带下至集水槽中。集水槽可以与水处理系统相连接，将冲洗下来的灰浆和凝结水收集后送往水处理系统，由于收集的冷凝水是经过脱硫处理过的，所以实际污染物含量很低，经过简单的处理就可以作为脱硫的补充水使用。此外，本实施例还设有独立的水冲洗装置，当凝结水不能彻底清洁换热管7的表面时，可以开启水冲洗装置，保证换热面洁净，同时起到排灰的作用；同时本实施例的水冲洗装置也可以根据压差在线测量装置的检测结果开启，当烟气阻力达到设定上限时，自动开启水冲洗系统，直到烟气阻力达到设定下限。

Claims (10)

1.一种水冷管式凝水除尘器，布置于烟道中，其特征在于：其包括冷却水进口（1）、冷却水出口（2）、阻流换热管栅（4）、管栅支撑件（5）、换热管（7）；

其中，换热管（7）为U型管，垂直于烟道方向布置，其进水端与冷却水进口（1）连通，出水端与冷却水出口（2）连通；多个换热管（7）的管束垂直于烟道布置，形成阻流换热管栅（4）；所述换热管（7）由支撑装置固定；所述支撑装置包括位于阻流换热管栅（4）两侧的管栅支撑件（5）；布置于管栅支撑件（5）之间的支撑杆（10），支撑杆（10）两侧通过管夹（8）固定有多个换热管（7）；以及用于调节多个换热管（7）之间间距的、设置于管夹（8）之间的间距环（9）；其中，布置于相邻支撑杆（10）的相邻侧的换热管（7）的管排之间设有漏灰间隔（11）；

冷却水出口（2）和冷却水进口（1）设置在所述支撑装置上端；

阻流换热管栅（4）一侧设有水冲洗系统；阻流换热管栅（4）及水冲洗系统下方设有集水槽。

2.如权利要求1所述的水冷管式凝水除尘器，其特征在于：所述水冷管式凝水除尘器中，换热管（7）沿平行于烟气方向之间的管排间隔为换热管（7）外径的1.3-2倍，换热管（7）沿垂直于烟气方向之间的管排间隔为换热管（7）外径的1.5-3倍。

3.如权利要求1所述的水冷管式凝水除尘器，其特征在于：所述换热管（7）采用氟塑料或聚丁烯材料制成。

4.如权利要求1所述的水冷管式凝水除尘器，其特征在于：所述支撑装置采用氟塑料制成。

5.如权利要求1所述的水冷管式凝水除尘器，其特征在于：所述水冲洗系统、包括冲洗水接口（3），与冲洗水接口（3）相连的冲洗水母管（6），其中，冲洗水母管（6）上设有深入式冲洗水管（12）。

6.如权利要求1所述的水冷管式凝水除尘器，其特征在于：所述水冷管式凝水除尘器还包括前后压差在线测量装置。

7.如权利要求1所述的水冷管式凝水除尘器，其特征在于：所述水冷管式凝水除尘器还包括前后温差在线测量装置和流量测量调节装置。

8.如权利要求1所述的水冷管式凝水除尘器，其特征在于：所述换热管（7）的管外径为5-10mm，壁厚为04-1.0mm。

9.如权利要求1或5所述的水冷管式凝水除尘器，其特征在于：所述水冲洗系统的冲洗水压达到0.8MPa，每8小时冲洗20秒。

10.如权利要求1所述的水冷管式凝水除尘器，其特征在于：所述支撑装置中，所述支撑杆（10）上设有孔，管夹（8）穿过支撑杆（10）上的孔，缠绕在支撑杆（10）上形成U型管夹，其中U型管夹之间设有间距环（9）。

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