CN103672936A - 自然循环间接式烟气再热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自然循环间接式烟气再热器，其包括置于烟道内的吸热段和第一放热段、置于烟道外加热冷凝水的第二放热段以及控制系统，吸热段置于脱硫塔前方的高温烟道中，第一放热段置于脱硫塔后方的低温烟道中，第一放热段、第二放热段分别通过循环管与吸热段相连，循环管内设有传热介质；在进入第二放热段的冷凝水管道上设有流量调节阀，第一放热段和吸热段上均设有温度传感器，流量调节阀、温度传感器均与控制系统相连。本发明采用回收脱硫前烟气的热量来间接加热脱硫后净烟气，其不同于传统GGH的直接用脱硫前烟气和脱硫后净烟气换热的方式来加热脱硫后净烟气，解决了原有GGH系统的腐蚀、泄漏等问题，改变了传统GGH系统的不稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及湿法脱硫后净烟气再加热领域，特别是涉及一种自然循环间接式烟气再热器。
背景技术
锅炉的烟气中含有二氧化硫，直接排放会形成酸雨，造成严重的环境污染；尤其是火电厂的二氧化硫治理工作已引起了广泛关注,国内电厂现都已采用有效装置进行二氧化硫治理工作。国内目前应用最多的脱硫方式是烟气湿法脱硫，特别是石灰石(或石灰)-石膏湿法脱硫。石灰石(或石灰)-石膏湿法脱硫是以石灰石(或石灰)作吸收剂洗涤烟气中的二氧化硫生成亚硫酸钙，再与加入的空气进行氧化反应最后生成石膏，脱除二氧化硫，净化烟气。整个反应过程均在脱硫吸收塔内完成，反应温度一般为50℃左右。
在石灰石(或石灰)-石膏湿法脱硫系统中常设气-气换热器(简称GGH)，气-气换热器的具体作用：一是吸收进入脱硫塔的烟气热量，降低进入脱硫塔的烟气温度，优化脱硫塔的运行工况；二是利用吸收的烟气热量来加热脱硫吸收塔后方的净烟气，提高排烟温度(一般要求不低于80℃)，减轻烟道和烟囱的低温湿烟气的腐蚀，同时使烟囱出口的烟气有足够的抬升高度，从而改善周围大气的环境质量。
目前市场上应用的GGH装置流程如图1所示，进脱硫塔1前的烟气与脱硫塔后的净烟气通过回转式换热器4直接换热，吸热的净烟气进入烟囱5，高温烟道2与低温烟道3（净烟气烟道）是垂直平行布置。在传统GGH运行过程中，由于回转式换热器结构的局限性，其密封性能不好，在运行过程中易发生泄漏造成二氧化硫逃逸，使得脱硫效率降低，甚至排放不达标，回转式换热器结构见图2。另一方面，如前述的烟气中含有二氧化硫，它与烟气中的水蒸汽在烟气温度低于某一温度时会形成硫酸，会腐蚀设备，因此无论是脱硫吸收塔上游侧的降温换热器还是下游侧的加热器，都存在酸露腐蚀的问题。并且安装GGH后，由于GGH部件的腐蚀和换热元件的堵塞会降低湿法脱硫系统的可用率，增加GGH的维修费用。因此，一些湿法脱硫系统选择不安装GGH，直接湿烟囱运行，但就会产生烟雨下洗和白烟问题。
日本的低温电除尘技术也在一定程度上解决了脱硫后湿烟囱的问题，其系统有“热回收器+电除尘器+再加热器”三部分组成，热回收器(MGGH-H/E)布置在空气预热器之后和电除尘器的入口端之间，再加热器(MGGH-R/E)布置在湿法脱硫后与烟囱之间的烟道上，该技术的工作原理是采用热媒体（一般为水介质）与烟气通过热回收器、再加热器进行热交换，使进入电除尘器的运行温度由通常的低温状态（130～140℃）下降到低低温状态（90～100℃），并使脱硫后的烟温由通常的50℃提升到90℃左右，从而达到烟气余热利用降低能耗、提高除尘与脱硫效率、节省脱硫用水、缓解电除尘下游设备腐蚀等问题。但该技术中热媒介在系统中运行需要热泵来传送，需要消耗大量能量来辅助系统运行，造成运行成本有较大提高。
中国专利ZL200610169891.9公开一种蒸发冷却烟气加热器，其也为一种替代传统GGH的换热器，其将原烟气换热器和净烟气换热器通过汽室相连，运用真空泵来控制换热器内部压力以调节壁温，但是由于原烟气换热管和净烟气换热管直接通过汽室连接，介质的循环并不能顺利进行，而且通过真空泵来进行壁温控制，在实际实施过程中会遇到压力传感器测压不准而导致控制系统不能有效工作，导致整个系统运行不稳定。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自然循环间接式烟气再热器，其可在避免酸露腐蚀以及不影响脱硫效率的基础上加热脱硫后的净烟气，且不用添加动力设备，克服现有技术中存在的上述问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自然循环间接式烟气再热器，其包括置于烟道内的吸热段和第一放热段、置于烟道外加热冷凝水的第二放热段以及控制系统，所述吸热段置于脱硫塔前方的高温烟道中，所述第一放热段置于脱硫塔后方的低温烟道中，所述第一放热段、第二放热段分别通过循环管与吸热段相连，所述循环管内设有传热介质；在进入所述第二放热段的冷凝水管道上设有流量调节阀，所述第一放热段和吸热段上均设有温度传感器，所述流量调节阀、温度传感器均与控制系统相连。
优选的，所述传热介质为除氧水。
优选的，所述第二放热段、第一放热段和吸热段按竖直方向依次上下排列设置。
优选的，所述高温烟道和低温烟道按水平方向平行设置。
优选的，所述吸热段的壁面温度在酸露点温度以下20℃以上。
如上所述，本发明的自然循环间接式烟气再热器，具有以下有益效果：其采用回收脱硫前烟气的热量来间接加热脱硫后净烟气，其不同于传统GGH的直接用脱硫前烟气和脱硫后净烟气换热的方式来加热脱硫后净烟气，解决了原有GGH系统的腐蚀、泄漏等问题，改变了传统GGH系统的不稳定性。同时又更进一步深度地回收了烟气的余热，降低脱硫塔进口烟温，实现脱硫系统节能节水的效果。也不同于日本的低温电除尘技术，本间接式烟气再热器中传热介质自然循环，无需添加动力设备即可实现高温烟气和低温烟气的间接换热，并且控制系统合理有效；本发明中的控制系统结合温度传感器提供的信号来控制进入第二放热段的冷凝水流量，以此来控制吸热段的壁温和第一放热段的出口净烟气温度，不仅达到控制壁温和烟温的目的，也将多余的热量进行了有效的回收利用。
附图说明
图1显示为传统GGH流程示意图。
图2显示为回转式换热器示意图。
图3显示为本发明的自然循环间接式烟气再热器示意图。
图4显示为本发明的自然循环间接式烟气再热器实施例流程示意图。
元件标号说明
1 脱硫塔
2 高温烟道
3 低温烟道
4 回转式换热器
5 烟囱
6 吸热段
7 第一放热段
8 第二放热段
9、10 循环管
11 流量调节阀
12 控制系统
13 冷凝水管道
14 温度传感器
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图3及图4所示，本发明提供一种自然循环间接式烟气再热器，其包括置于烟道内的吸热段6和第一放热段7、置于烟道外加热冷凝水的第二放热段8以及控制系统12，吸热段6置于脱硫塔1前方的高温烟道2中，第一放热段7置于脱硫塔1后方的低温烟道3中，第一放热段7、第二放热段8分别通过循环管9、10与吸热段6相连，循环管内设有传热介质；在进入第二放热段8的冷凝水管道13上设有流量调节阀11，第一放热段7和吸热段6上均设有温度传感器14，流量调节阀11、温度传感器14均与控制系统12相连。本发明利用脱硫前烟气的余热来间接加热脱硫后的净烟气，防止脱硫后烟温过低而生成烟雨下洗和白烟等问题，同时有效降低脱硫塔进口烟温，得到脱硫塔节能节水的效果；同时本发明的吸热段和放热段通过循环管直接相连，循环管内的传热介质自动流动，无需添加动力设备；并且通过控制系统调节第二放热段的放热量来调节吸热段的吸热量，确保设备避免酸露腐蚀，控制系统的应用更精确地控制吸烟温度，不仅达到控制壁温和烟温的目的，也将多余的热量进行了有效的回收利用。
上述冷凝水管道可以是锅炉补给水系统中的冷凝水输送管道，因此，上述控制系统12通过调节第二放热段8的放热量来达到控制壁温和烟温的目的，第二放热段8在控制过程中同时也吸收了部分热量，这部分热量用来加热冷凝水，提高锅炉补给水的温度，使得热量得以有效利用。
为更好的实现传热介质在循环管内完成自循环，见图4所示，上述脱硫塔1前方的高温烟道2和脱硫塔后方的低温烟道3按水平方向平行设置，这样可以满足将上述第二放热段8、第一放热段7和吸热段6按竖直方向依次上下排列设置，这种竖直方向的设置更好地满足传热介质在自重下完成循环。优选的，上述传热介质为除氧水。
上述循环管9、10由连接吸热段6和第一放热段7、第二放热段8的上升管和下降管构成。
本发明与传统GGH技术相比，有三个技术优势，第一，本发明着眼于回收脱硫前烟气余热来间接地加热脱硫后的净烟气，避免了传统GGH技术中所出现的泄漏，腐蚀等问题；第二，通过对低温酸露腐蚀的进一步研究，本间接式烟气再热器壁面温度允许降低至一个比烟气酸露点温度更低的温度水平，进一步说，如果采用传统GGH技术，脱硫塔烟温一般维系在酸露点温度以上，但是，如果使用本发明提供的技术，将后端间接式烟气再热器的壁面温度严格控制在酸露点以下20℃，即通常所述的“第一安全区”内，它意味着至少又有与烟气20℃温降相对应的低温余热能够为人们所利用；第三，本发明经间接式烟气换热后进入脱硫塔的烟气温度进一步降低，使得脱硫系统得到了节能节水的效果。
本发明自然循环间接式烟气再热器的工作原理如下：
从除尘器排出的具有较高温度的烟气，通过高温烟道2进入间接式烟气再热器的吸热段6，经过吸热段6释放部分热量后进入脱硫塔1，在脱硫塔1内进行反应后通过低温烟道3进入第一放热段7，经过第一放热段7被加热后进入烟囱5，从烟囱5排出。
在烟气依次被引至间接式烟气再热器的吸热段6和第一放热段7时，间接式烟气再热器的间接换热与GGH的回转式换热器直接换热相比，间接式换热具有无泄漏特性，且本发明的间接式烟气再热器的壁面温度可保持恒定，且壁面温度和烟气温度只有较小梯度温降，间接式烟气再热器的吸热段壁面温度在酸露点温度以下20℃以上（第一安全区）时，排烟温度仅比间接式烟气再热器吸热段的壁温高出15℃左右，与此同时，脱硫后的净烟气流经间接式烟气换热器的放热段时，壁面温度亦能保证恒定。
烟气在经过吸热段6时将热量释放给吸热段中的传热介质，传热介质一般为除氧水，传热介质吸收热量后因密度差产生的升力通过循环管9、10中的上升管进入第一放热段7和第二放热段8中，在第一放热段7和第二放热段8中释放热量后通过循环管9、10中的下降管回到吸热段6，由此完成一个循环，在整个循环过程中无需外部动力，传热介质的循环为自然循环。在第一放热段7中，从脱硫塔出来的净烟气被传热介质加热，然后进入烟囱顺利排出，在第一放热段7和吸热段6上均设有温度传感器14，温度传感器将信号传递给控制系统12，在温度低于设定值时，控制系统12控制流量调节阀11的开度，将其开度减小，使进入第二放热段8的冷凝水量减少，使第一放热段7和吸热段6的壁温上升，控制系统11使壁面温度始终保持在一个合理值，使吸热段的壁面温度在酸露点温度以下20℃以上，从而保证壁面不会发生严重腐蚀现象。
本发明的自然循环间接式烟气再热器，可单独使用，也可以并联使用。
综上所述，本发明的自然循环间接式烟气再热器，利用脱硫前烟气的余热来间接加热脱硫后的净烟气，防止脱硫后烟温过低而生成烟雨下洗和白烟等问题，同时有效降低脱硫塔进口烟温，得到脱硫塔节能节水的效果；同时本发明的吸热段和放热段通过循环管直接相连，循环管内的传热介质自动流动，无需添加动力设备；并且通过控制系统调节第二放热段的放热量来调节吸热段的吸热量，确保设备避免酸露腐蚀，控制系统的应用更精确地控制吸烟温度，不仅达到控制壁温和烟温的目的，也将多余的热量进行了有效的回收利用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (5)
1.一种自然循环间接式烟气再热器，其特征在于，包括置于烟道内的吸热段（6）和第一放热段（7）、置于烟道外加热冷凝水的第二放热段（8）以及控制系统（12），所述吸热段（6）置于脱硫塔前方的高温烟道（2）中，所述第一放热段（7）置于脱硫塔后方的低温烟道（3）中，所述第一放热段（7）、第二放热段（8）分别通过循环管（9、10）与吸热段（6）相连，所述循环管（9、10）内设有传热介质；在进入所述第二放热段的冷凝水管道（13）上设有流量调节阀（11），所述第一放热段（7）和吸热段（6）上均设有温度传感器（14），所述流量调节阀（11）、温度传感器（14）均与控制系统（12）相连。
2.根据权利要求1所述的自然循环间接式烟气再热器，其特征在于：所述传热介质为除氧水。
3.根据权利要求1所述的自然循环间接式烟气再热器，其特征在于：所述第二放热段（8）、第一放热段（7）和吸热段（6）按竖直方向依次上下排列设置。
4.根据权利要求1所述的自然循环间接式烟气再热器，其特征在于：所述高温烟道（2）和低温烟道（3）按水平方向平行设置。
5.根据权利要求1所述的自然循环间接式烟气再热器，其特征在于：所述吸热段（6）的壁面温度在酸露点温度以下20℃以上。
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