CN104154553A - 一种烟气处理装置 - Google Patents

Abstract

一种烟气处理装置，特别是对湿法烟气脱硫工艺后的烟气进行处理的装置。具体的，一种烟气处理装置，其特征在于，所述的烟气处理装置为包括第一换热器的蒸汽压缩循环系统，所述的第一换热器设置在湿式脱硫装置与烟囱之间的烟道中；所述的第一换热器作为蒸汽压缩循环系统的冷凝器，加热烟气。本发明增加了烟气在烟囱出口的抬升高度，避免了结露，防止了石膏雨的发生，很好地保护了环境；减轻了对烟囱的腐蚀；减少了冷却塔的运行负荷，机组的发电效率也得到提高。

Description

一种烟气处理装置

技术领域

本发明涉及一种烟气处理装置，特别是对湿法烟气脱硫工艺后的烟气进行处理的装置。 

背景技术

目前，大多数发电厂都安装了烟气脱硫系统。采用湿法烟气脱硫工艺，具体如采用石灰石-石膏脱硫工艺，在烟气从烟囱中排放过程中易出现石膏雨现象，即“湿烟囱”的情况，不仅对发电厂的运作安全带来一定的危害，而且对周围的生态环境带来污染。现行的解决方法多数都采用烟气换热器（GGH），还有的采用锅炉二次风加热净烟气、增加电加热装置、控制烟气流速、强化除雾器效果。但是问题诸多，如达不到预期效果、耗能高、运行不稳定、后期维护量大等。因此，寻找合理有效的治理措施，从而可以最大程度减少石膏雨现象的产生，无论是当前还是未来都是迫切需要的。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是:解决上述现有技术存在的问题，而提供一种新型的、有效防止石膏雨产生的烟气加热系统。 

本发明采用的技术方案为一种烟气处理装置，所述的烟气处理装置为包括第一换热器的蒸汽压缩循环系统，所述的第一换热器设置在湿式脱硫装置与烟囱之间的烟道中；所述的第一换热器作为蒸汽压缩循环系统的冷凝器。 

所述的第一换热器的冷媒入口与节流部件连接，第一换热器的冷媒出口与压缩机连接，且压缩机和节流部件之间还连接有第二换热器。 

所述的蒸汽压缩循环系统采用的冷媒工质为CO2，且在所述第一换热器中的CO2为超临界状态。 

所述的第一换热器设置在烟气通道中，且第一换热器的冷媒换热管为竖直设置。 

所述的第一换热器设置在一旁通烟道中，处理后的烟气在汇合处与其他烟气混合。 

所述的蒸汽压缩循环系统中设置有四通阀，该四通阀对第一换热器的冷媒流向进行控制；所述蒸汽压缩循环系统包括第一换热器作为蒸发器的第一状态；所述蒸汽压缩循环系统包括第一换热器作为冷凝器的第二状态。 

所述的蒸汽压缩循环系统中的第二换热器为空气换热器，在第一状态情况下，第二换热器作为冷凝器；在第二状态下情况下，第二换热器为蒸发器。 

所述的蒸汽压缩循环系统中还有作为蒸发器使用的第二换热器，该第二换热器设置在第一换热器与湿式脱硫装置之间的烟道中。 

另一方面，本发明还提供一种烟气处理装置的控制方法，具体的，在烟气处理装置中还设置有检测进入第一换热器前烟气温度T1的温度传感器，获得其湿度T2的传感器，以及检测烟囱外部环境温度T3的温度传感器。包括如下控制步骤： 

读取T1，T2，T3；

计算加热需要的能耗QH=f(T1，T2，T3)；

计算蒸发除湿需要的能耗QC=f(T1，T2，T3)；

比较两者的大小，切换四通阀的方向，按照能耗小的运行方式运行。这样既可以减少能耗，又可以避免过多的热能对外部环境的污染。

其中，石灰石-石膏法烟气脱硫或者氨法烟气脱硫都属于湿法烟气脱硫，经湿法脱硫，烟气湿度增加，温度降低，烟气极易在烟囱内壁结露。主要因为，脱硫后的烟气湿度大于饱和湿度，进入烟囱时，烟囱外的大气温度要低于烟气的露点温度，所以，就会使烟囱中的烟气产生凝露，本发明就是通过第一换热器对烟气进行降温除湿，降低烟气的绝对湿度，或者在某些情况下经过加热降低烟气的相对湿度；或者除湿和提高烟气温度相结合，使烟囱中的烟气还没有达到露点温度的情况下就离开烟囱，避免出现湿烟囱的现象。 

附图说明

图1是本发明第一实施例的结构示意图； 

图2是本发明第二实施例的结构示意图；

图3是本发明第三实施例的结构示意图;

图4是本发明第三实施例另一种实施形式的结构示意图；

图5是本发明另一种实施例的示意图。

其中：1.烟气处理装置，2.湿式脱硫装置，3.烟道，4.烟囱，5.第一换热器，6.第二换热器，7.压缩机，8. 节流部件，9. 四通阀，10.换热风扇，11.旁通烟道，12.汇合处。 

具体实施方式

下面通过具体实施方式详细介绍本发明 

实施例一

如图1所示，虚线框中的为烟气处理装置1，该装置1包括蒸汽压缩循环系统，即图1中由冷媒管道顺序连接的压缩机7、第一换热器5、节流部件8和第二换热器6，冷媒按照压缩机7的排出口方向顺序通过第一换热器5、节流部件8和第二换热器6后，回到压缩机7。即第一换热器5的冷媒入口与压缩机7连接，冷媒出口与节流部件8连接，且压缩机7和节流部件8之间还连接有第二换热器6。

具体的，第一换热器5设置在湿式脱硫装置2与烟囱4之间的烟道3中，第一换热器5作为蒸汽压缩循环系统的冷凝器，对烟气进行加热，第一换热器5外侧为烟气，通过冷媒工质在蒸汽压缩循环系统中循环往复，从而实现对烟气的加热处理。这里提到的冷凝器是指，冷媒在换热器中进行冷凝，由高压的气体变成高压的液体，释放大量的热，在这里是指冷媒释放热量对烟气进行加热。 

在本实施例中，换热器作为蒸汽压缩循环系统中的冷凝器，压缩机排出高压高温的冷媒气体，该冷媒气体在冷凝器中对烟气进行加热，当加热后的烟气温度超过其露点温度后，即烟气不会冷凝。具体的，经过湿式脱硫后，烟气的实际温度为t1=52度，但是当时的露点温度为t2=62度，也即在烟气中水分含量已经超出了饱和湿空气的含湿量，需要加热到超出露点温度以上才有可能避免凝露。在实际处理过程中，湿式脱硫后的露点温度t2为烟气当前温度t1+δ，其中δ的范围在-5至15度之间，本实施例中δ等于10度。而且，烟囱在传送烟气的上升过程中，烟囱的外壁会和外部空气进行换热，当垂直高度越高时，烟囱外空气的温度会降低，所以一般在冷凝器中会加热烟气到一定的温度，从而确保在烟囱出口处的温度t3会高于62度的露点温度t2，从而避免烟气在烟囱中凝露, 烟囱出口处的最小不凝露温度T与烟气的露点温度t2的温差由烟囱的围护结构和室外空气温度决定。一般，为了减少加热烟气的能量消耗，采用实际的t2=T+(3至10)度，在本实施例中第一换热器5的冷凝器温度为90度，处理后的烟气的实际温度为70度，从而即使烟气在烟囱中降温，其温度也会高于露点温度。 

进一步的，本实施例的蒸汽压缩循环系统采用的冷媒工质为CO2，由于第一换热器作为冷凝器的实际温度较高，在第一换热器中的CO2为超临界状态。超临界状态的CO2在做管内流动时，温度对CO2的比重的影响较为明显，特别是在换热管竖直设置的情况下，经过降温后的超临界状态的CO2会形成管道侧壁与管道中的相互置换，从而在竖直管上形成外壁温度间隔变化的情况，从而提高了换热效果。具体的，在本实施例中，第一换热器5中的冷媒换热管采用竖直设置，管外强化换热的肋水平设置。 

 实施例二 

图2的方案，与实施例一的区别在于，第一换热器5设置在旁通烟道11内，与该旁通烟道11内的烟气进行换热，一部份烟气经过旁通烟道11内的第一换热器5进行换热后，处理过的烟气在汇合处12与另一部分烟气混合成温度高于最小不凝露温度T的烟气。

在实际的烟气处理中，往往采用定制的加热处理装置，为了适应烟气处理装置的设计要求，会只对部分烟气进行处理，再进行混合的形式，提高了烟气处理装置设置的灵活性。再比如，当另一个烟道中的设备进行检修，则旁通烟道中的换热器就可以担负起加热烟气的工作。 

 实施例三 

如图3所示，本实施例与实施例一的区别在于，蒸汽压缩循环系统中还设置有四通阀9，该四通阀9对第一换热器的冷媒流向进行控制，当四通阀9如图3中的流向流动时，第一换热器5做为冷凝器使用，即烟气处理装置包括第一换热器作为冷凝器的第一状态；当四通阀9如图4中的流向流动时，第一换热器5作为蒸发器使用，即烟气处理装置包括第一换热器作为蒸发器的第二状态。

在本实施例中，第二换热器的功能也会随着四通阀9的切换发生对应的变化，在第一状态时，第二换热器6作为蒸发器使用；第二状态时，第二换热器6作为冷凝器使用。如图3或图4中，第二换热器6为空气换热器，其中换热器包括驱动空气流动的换热风扇10。可以理解的第二换热器6也可以是两个或者两个以上的可以相互切换的换热器的组合，只需要能够按照蒸汽压缩循环的需求切换成蒸发器或者冷凝器即可。 

当第一换热器作为冷凝器使用时，可以参考具体实施例一；当第一换热器作为蒸发器使用时，还是以52度的烟气，62度的露点温度为例，蒸发器可以直接把烟气中的水份冷凝掉，从而降低露点温度。在本实施例中，第一换热器的蒸发温度为15度，降温后的烟气温度为35度，露点温度为35度；该状态的烟气和另外一部分未处理的烟气混合，产生温度为43度，露点温度为40度的烟气，由于43度已经较接近外部空气的温度，所以传热温差小，并不会在烟囱内产生凝露。在第二状态下，第一换热器作为蒸发器使用，烟气处理后的实际温度要远远小于第一状态时的情况，但是，具体能耗情况，还需要考虑烟气的含湿量，如果含湿量较大，则由于需要处理的潜热大，而需要较多的能耗。 

本发明还提供一种烟气处理装置的控制方法，在本实施例中采用四通阀的技术方案中，通过切换四通阀的方向，使得烟气处理装置按照最节能的方式运行。 

在烟气处理装置中还设置有检测进入第一换热器前烟气温度T1的温度传感器，获得其湿度T2的传感器，以及检测烟囱外部环境温度T3的温度传感器。 

读取T1，T2，T3； 

计算加热需要的能耗QH=f(T1，T2，T3)；

计算蒸发除湿需要的能耗QC=f(T1，T2，T3)；

比较两者的大小，切换四通阀的方向，按照能耗小的运行方式运行。这样既可以减少能耗，又可以避免过多的热能对外部环境的污染。

 实施例四 

如图5所示,本实施例与实施例一的区别在于，第二换热器6设置在湿式脱硫装置2与第一换热器5之间的烟道3中，第二换热器6连接节流部件8的出口和压缩机7的吸入口，作为蒸发器使用。经过湿式脱硫的烟气先是经过第二换热器6的降温除湿，可以冷凝烟气中的水分，降低烟气的绝对含湿量；处理后的烟气再经过第一换热器5的等湿加热，提高烟气温度的同时，可以显著提高相对湿度，使得在烟囱中不易冷凝。由于第一换热器和第二换热器是作为蒸发压缩循环系统的一部分，即通过一个压缩机，同时完成了对烟气的降温除湿和等湿加热，比单独使用其中的一个换热器来说，可以显著的降低能耗。

具体的，仍然以烟气的初始温度为52度，露点温度为62度，蒸发温度15度，冷凝温度90度为例，烟气从52度降低到35度，通过冷凝器又从新加热到55度，由于这个时候的露点温度只有35度，所以，可以与更多的未处理烟气进行混合，提高处理的烟气的量。采用如图5所示的形式，是使用效果最好的一种形式，对烟气既进行了蒸发器除湿，又进行了冷凝器的加热，使用同样的能量（驱动压缩机运行），蒸发和冷凝的两个效果都会对烟气除湿其作用。所需的能量应该比上面的方式减少40%以上。而且，出口烟气的温度会显著降低，对外的热污染最小。 

Claims (9)

1.一种烟气处理装置，其特征在于，所述的烟气处理装置为包括第一换热器的蒸汽压缩循环系统，所述的第一换热器设置在湿式脱硫装置与烟囱之间的烟道中；所述的第一换热器作为蒸汽压缩循环系统的冷凝器。

2.根据权利要求1所述的烟气处理装置，其特征在于，所述的第一换热器的冷媒入口与节流部件连接，第一换热器的冷媒出口与压缩机连接，且压缩机和节流部件之间还连接有第二换热器。

3.根据权利要求1所述的烟气处理装置，其特征在于，所述的蒸汽压缩循环系统采用的冷媒工质为CO2，且在所述第一换热器中的CO2为超临界状态。

4.根据权利要求3所述的烟气处理装置，其特征在于，所述的第一换热器设置在烟气通道中，且第一换热器的冷媒换热管为竖直设置。

5.根据权利要求1所述的烟气处理装置，其特征在于，所述的第一换热器设置在一旁通烟道中，处理后的烟气在汇合处与其他烟气混合。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的烟气处理装置，其特征在于，所述的蒸汽压缩循环系统中设置有四通阀，该四通阀对第一换热器的冷媒流向进行控制；

所述蒸汽压缩循环系统包括第一换热器作为蒸发器的第一状态；

所述蒸汽压缩循环系统包括第一换热器作为冷凝器的第二状态。

7.根据权利要求6所述的烟气处理装置，其特征在于，所述的蒸汽压缩循环系统中的第二换热器为空气换热器，在第一状态情况下，第二换热器作为冷凝器；在第二状态下情况下，第二换热器为蒸发器。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的烟气处理装置，其特征在于，所述的蒸汽压缩循环系统中还有作为蒸发器使用的第二换热器，该第二换热器设置在第一换热器与湿式脱硫装置之间的烟道中。

9.一种烟气处理装置的控制方法，根据权利要求6所述的烟气处理装置，该装置还设置有检测进入第一换热器前烟气温度T1的温度传感器，获得其湿度T2的传感器，以及检测烟囱外部环境温度T3的温度传感器，所述控制方法的步骤包括：

S1：读取T1，T2，T3；

S2：计算加热需要的能耗QH=f(T1，T2，T3)；计算蒸发除湿需要的能耗QC=f(T1，T2，T3)；

S3：比较QH、QC两者的大小，切换四通阀的方向，按照能耗小的运行方式运行。