CN104776726A - 一种炉窑烟气余热回收用于原液蒸发的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种炉窑烟气余热回收用于原液蒸发的方法，其特征在于：炉窑的高温烟气通过风机（1）从喷淋塔（2）喷淋区下部进入，喷淋的循环液从喷淋塔（2）上部进入，循环液从喷淋塔（2）底部排出后进入循环液储槽（3），然后通过循环泵（4）输送与冷媒蒸发原液在蒸发器加热室（5）内间接换热降温重新进入喷淋塔（2）；冷媒蒸发原液进入蒸发分离室（6），原液通过蒸发循环泵（11）进入蒸发器加热室（5），加热后的蒸发原液进入蒸发器分离室（6），蒸发器分离室（6）中排出的二次蒸汽进入直接接触冷凝器（7），采用循环水喷淋冷凝后一同排入冷凝水槽或冷凝水坑（8），再自流回到循环水站；浓缩后的蒸发原液通过出料泵（9）送回原车间；冷凝器中不凝性气体由真空泵（10）抽出排至大气。

Description

一种炉窑烟气余热回收用于原液蒸发的方法
技术领域
本发明涉及一种炉窑烟气余热回收用于原液蒸发的方法，即通过降低烟气的排烟温度至水蒸气露点温度以下来回收烟气的显热和水蒸汽的潜热，并将回收的热量用于原液蒸发的方法。本发明适用于排烟温度>100℃、水蒸汽含量≥20%的烟气，特别是氧化铝厂，可采用该发明回收氢氧化铝焙烧炉烟气和烧结法熟料烧成窑烟气的热量来进行原液蒸发。
背景技术
目前，节能减排已是我国经济发展的一项长远战略计划，也是当前一项紧迫的任务，全社会都在开展节能减排，缓解能源和环境压力，建设节能型社会和环境友好型社会的相关活动。有效降低炉窑的排烟温度是节能的主要措施之一。国内已对降低电站锅炉排烟温度进行了大量的研究工作，目前国内电站锅炉的排烟温度约为150℃，新投运的锅炉排烟温度也达120~140℃，资料显示电站锅炉排烟温度每降低15~18℃，锅炉的热效率可以提高1%。国外已经把电站锅炉的排烟温度设计值降低到100℃。
在氧化铝工业生产中，节能减排也是长期以来的一项重要任务和工作目标，氧化铝厂中氢氧化铝焙烧炉以及烧结法熟料烧成窑的排放烟气温度高达160~190℃，烟气不仅带走大量热量、水和部分氧化铝，而且还会造成环境负荷加大等问题。据测算，氢氧化铝焙烧炉排烟热损失占到了焙烧工段总热损失的65~70%。以年产100万吨的氧化铝厂为例，氢氧化铝焙烧炉烟气排放量约为30万Nm3/h，其中水蒸汽占46%左右的体积分数，按质量算约100t/h，仅这部分水蒸汽的潜热就超过200GJ/h。另外，烟气中含有约50mg/Nm3的氧化铝或氢氧化铝粉尘，年排放量约130t。目前国内氧化铝厂的产能总规模已经超过4000万吨/年，仅氢氧化铝焙烧排烟一项，就造成了热量、水和氧化铝的巨大损失。
针对此情况，国内外很多氧化铝厂都采取了各种各样的措施尽量回收焙烧炉烟气余热，这些氧化铝厂所采用的方法均为将排烟温度尽量降低，但还是控制在酸露点温度（~145℃）以上，以防止发生腐蚀，回收的热量将低温水加热用于生活用水或生产洗涤用水等。然而，这种烟气余热回收方法仅是利用了烟气的部分显热，对于氢氧化铝焙烧炉烟气而言，烟气的显热仅占烟气总热量的20%左右，80%左右的热量是烟气中水蒸汽的潜热，因此采用上述方式时，大量的烟气余热仍未得到利用。同时，烟气中的SO2（SO3）和粉尘也并没有得到有效控制。因此，研究如何进行烟气余热深度回收利用并回收其中的水和氧化铝具有重大的现实意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：提供一种炉窑烟气余热回收用于原液蒸发的方法及装置，改变以往排烟温度控制在露点温度以上的传统做法，提高烟气余热利用率，以克服上述现有技术的不足。
本发明的技术方案：一种炉窑烟气余热回收用于原液蒸发的方法，炉窑的高温烟气通过风机从喷淋塔喷淋区下部进入，喷淋的循环液从喷淋塔上部进入，循环液从喷淋塔底部排出后进入循环液储槽，然后通过循环泵输送与冷媒蒸发原液在蒸发器加热室内间接换热降温重新进入喷淋塔；冷媒蒸发原液进入蒸发分离室，原液通过蒸发循环泵进入蒸发器加热室，加热后的蒸发原液进入蒸发器分离室，蒸发器分离室中排出的二次蒸汽进入直接接触冷凝器，采用循环水喷淋冷凝后一同排入冷凝水槽或冷凝水坑，再自流回到循环水站；浓缩后的蒸发原液通过出料泵送回原车间；冷凝器中不凝性气体由真空泵抽出排至大气。
所述的风机可以作为鼓风机设置在喷淋塔前，也可以作为引风机设置在喷淋塔后。
所述的喷淋塔形式可以是逆流式或顺流式，喷淋塔的主要材质可以选择玻璃钢或石墨。
所述的喷淋塔内设置3~6层喷淋层，每个喷淋层设置雾化喷嘴。
所述的喷淋塔的烟气出口或塔顶设置一级或两级除雾器。
所述的循环液在进蒸发器加热室前，温度控制在75~95℃；出蒸发器加热室后循环液的温度控制在55~70℃，即低于排烟温度3~5℃。
所述的蒸发器加热室内管走高温循环液；内管材质可以采用石墨、钛材等耐酸材料。
蒸发原液的进料温度不受限制，且其蒸发段可以是一效或者是两效；当采用两效蒸发时，蒸发流程可以是顺流式、逆流式或错流式。
          由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优势：
（1）能够有效回收烟气中水蒸气的潜热，提高炉窑烟气余热的利用率；
（2）能够有效回收烟气中的粉尘（如氧化铝或氢氧化铝），降低炉窑烟气含尘量，减轻环境负荷；
（3）能够有效回收烟气中的水分，并将其应用到氧化铝生产中，降低氧化铝单位水耗；
（4）采用特殊配制的循环液可有效吸收烟气中的SO2等气体，减少SO2污染物的排放，减轻环境负荷；
（5）采用循环液代替烟气作为热媒，可大大增加传热系数，减少换热面积，从而节约设备投资；
（6）回收的热量巨大，只有用于原液蒸发，才能够做到“吃干榨净”，可根据需要选择一效或两效蒸发；
（7）热媒与冷媒之间由于采用间接换热，该流程不会对冷媒的成分造成影响，从而能够最大限度的减少对原氧化铝生产的影响；
（8）喷淋塔中排出的循环液进入循环液储槽，循环液储槽可以将粉尘颗粒沉降下来，使循环液澄清。
附图说明
图1为炉窑烟气余热回收用于原液蒸发流程图。
具体实施方式
炉窑的高温烟气通过风机1从喷淋塔2喷淋区下部进入，喷淋的循环液从喷淋塔2上部进入，在塔内烟气和循环液完成一系列传质和传热过程。过程中烟气温度逐渐降低，烟气最终排空的温度控制在烟气水露点以下，即60~75℃，使烟气中大部分显热和部分水蒸汽的潜热传递给循环液。循环液与烟气接触后温度上升，循环液将烟气的热量带走的同时，还会捕集烟气中的绝大部分粉尘并吸收部分SO2（SO3），所述的循环液其成分可以是水或者是为提高SO2的吸收效果而特殊配制的溶液，循环液从喷淋塔2底部排出后进入循环液储槽3（循环液中增多的水将定期或连续的排出该流程，进入氧化铝生产中；循环液中积累的固体（氧化铝或氢氧化铝）可以经过滤回收），通过循环泵4输送与冷媒蒸发原液在蒸发器加热室5内间接换热降温重新进入喷淋塔2。冷媒蒸发原液进入蒸发分离室6，原液通过蒸发循环泵11进入蒸发器加热室5，加热后的蒸发原液进入蒸发器分离室6，蒸发器分离室6中排出的二次蒸汽进入直接接触冷凝器7，采用循环水喷淋冷凝后一同排入冷凝水槽或冷凝水坑8，再自流回到循环水站。浓缩后的蒸发原液通过出料泵9送回原车间。冷凝器中不凝性气体由真空泵10抽出排至大气。采用特殊配制的循环液可有效吸收烟气中的SO2等气体，减少SO2污染物的排放，减轻环境负荷。蒸发器的形式可以是管式降膜蒸发器、板式降膜蒸发器、管板结合式降膜蒸发器、分体式降膜蒸发器或强制循环蒸发器等。
本发明的实施例1：炉窑烟气余热深度回收利用+单效蒸发技术。
本实施例为配套处理1400t/d气态悬浮焙烧炉烟气的装置。约115000Nm3/h的180℃高温烟气进入喷淋塔2降温后排烟温度为70℃，循环液的温度由67℃上升到81℃，烟气中捕集的水量约为20t/h，从烟气中回收的热量约有62GJ/h。采用单效降膜蒸发工艺利用回收的热量，降膜蒸发器为分体式（独立的加热室和分离室），降膜蒸发器加热室换热材料采用的是不锈钢，换热面积约1400m2。在蒸发原液进料温度80℃，流量200m3/h的条件下，蒸水量达到约32t/h。按照目前氧化铝厂蒸发汽水比0.25计算，小时节约新蒸汽8t/h，按蒸汽120元/t计算，年节省成本700余万元，年回收水量约16万方，年回收氧化铝48吨。整套烟气余热深度回收利用+原液蒸发装置总投资（含土建）约600万元，不计回收水的价值，投资回收期约11个月。
本发明的实施例2：炉窑烟气余热深度回收利用+两效蒸发技术
焙烧炉来的高温（155~190℃）烟气通过风机送入喷淋塔2中，低温的循环水喷淋高温烟气直接换热，烟气中的不可凝气体温度降低至70℃从喷淋塔2顶部排至大气，同时，烟气中的可凝气体水蒸气释放潜热以液态水状态与换热后温度升高的循环水从喷淋塔底部一起排出，进入循环水储槽3中。循环泵4将高温循环水送至后续蒸发系统的一效蒸发器，作为热媒与二效蒸发器来的蒸发原液换热，高温循环水在一效蒸发器中换热后温度降低去喷淋塔用于喷淋高温烟气。从氧化铝厂蒸发车间来的蒸发原液进入二效蒸发器中，与一效来的二次蒸汽换热后进入一效蒸发器，在一效蒸发器中溶液与高温循环水换热蒸发后排出，返回氧化铝厂蒸发车间。在二效蒸发器中由一效来的二次蒸汽冷凝后排入冷凝水罐，再由冷凝水泵送至用水点。二效蒸发器分离室中产生的二次蒸汽进入冷凝器，被水道循环水喷淋冷凝后排入冷凝水槽，自流回循环水站，冷凝器中不凝性气体由真空泵抽出排至大气。由于烟气温度降低到烟气露点温度以下，为防止酸腐蚀，喷淋塔2、循环液储槽3可采用玻璃钢材料，循环泵4可采用钢衬四氟材料，一效蒸发器内管采用耐酸钢材料，二效蒸发器内管则采用普通碳钢材料。

Claims (8)

1.一种炉窑烟气余热回收用于原液蒸发的方法，其特征在于：炉窑的高温烟气通过风机（1）从喷淋塔（2）喷淋区下部进入，喷淋的循环液从喷淋塔（2）上部进入，循环液从喷淋塔（2）底部排出后进入循环液储槽（3），然后通过循环泵（4）输送与冷媒蒸发原液在蒸发器加热室（5）内间接换热降温重新进入喷淋塔（2）；冷媒蒸发原液进入蒸发分离室（6），原液通过蒸发循环泵（11）进入蒸发器加热室（5），加热后的蒸发原液进入蒸发器分离室（6），蒸发器分离室（6）中排出的二次蒸汽进入直接接触冷凝器（7），采用循环水喷淋冷凝后一同排入冷凝水槽或冷凝水坑（8），再自流回到循环水站；浓缩后的蒸发原液通过出料泵（9）送回原车间；冷凝器中不凝性气体由真空泵（10）抽出排至大气。
2.根据权利要求1所述的炉窑烟气余热回收用于原液蒸发的方法，其特征在于：所述的风机（1）可以作为鼓风机设置在喷淋塔（2）前，也可以作为引风机设置在喷淋塔（2）后。
3.根据权利要求1所述的炉窑烟气余热回收用于原液蒸发的方法，其特征在于：所述的喷淋塔（2）形式可以是逆流式或顺流式，喷淋塔（2）的主要材质可以选择玻璃钢或石墨。
4.根据权利要求1所述的炉窑烟气余热回收用于原液蒸发的方法，其特征在于：所述的喷淋塔（2）内设置3~6层喷淋层，每个喷淋层设置雾化喷嘴。
5.根据权利要求1所述的炉窑烟气余热回收用于原液蒸发的方法，其特征在于：所述的喷淋塔（2）的烟气出口或塔顶设置一级或两级除雾器。
6.根据权利要求1所述的炉窑烟气余热回收用于原液蒸发的方法，其特征在于：所述的循环液在进蒸发器加热室（5）前，温度控制在75~95℃；出蒸发器加热室（5）后循环液的温度控制在55~70℃，即低于排烟温度3~5℃。
7.根据权利要求1所述的炉窑烟气余热回收用于原液蒸发的方法，其特征在于：所述的蒸发器加热室（5）内管走高温循环液；内管材质可以采用石墨或钛材耐酸材料。
8.根据权利要求1所述的炉窑烟气余热回收用于原液蒸发的方法，其特征在于：蒸发原液的进料温度不受限制，且其蒸发段可以是一效或者是两效；当采用两效蒸发时，蒸发流程可以是顺流式、逆流式或错流式。
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