CN105889959A - 一种用于湿法脱硫系统的一体化换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于湿法脱硫系统的一体化换热装置，所述湿法脱硫系统具有入口烟道、出口烟道及脱硫塔，所述入口烟道与所述出口烟道具有一水平交汇段；包括：布置于所述水平交汇段的多列热管束，每列热管束包括多根直线均布的热管，所述热管的吸热端伸入所述入口烟道，放热端伸入所述出口烟道；每列热管束与其相邻的热管束之间平行交错布置。利用烟气高温段热量加热低温段烟气，不需外部热源，提高了系统工作性能，促进了烟气排放的扩散，缩小了工程建设投资和占地面积。与传统的GGH系统及现有的代替GGH系统的各种换热装置相比，结构简单、轻便，能够减少相应的烟道支撑结构，并且单根热管出现故障不会影响换热系统的整体运行，稳定性高。

Description

一种用于湿法脱硫系统的一体化换热装置

技术领域

本发明涉及环保技术领域，特别涉及湿法烟气脱硫技术领域，具体涉及一种用于湿法脱硫系统的一体化换热装置。

背景技术

随着全球经济的迅速发展，人们在享受其成果时也面临着严峻的环境问题，由燃煤电厂及工业锅炉产生的污染物是大气环境污染的主要来源。

《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020)》要求东部地区(辽宁、北京、天津、河北、山东、上海、江苏、浙江、福建、广东、海南等11省市)新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值(即在基准氧含量6％条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米)，中部地区(黑龙江、吉林、山西、安徽、湖北、湖南、河南、江西等8省)新建机组原则上接近或达到燃气轮机组排放限值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值。到2020年，东部地区现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组、10万千瓦及以上自备燃煤发电机组以及其他有条件的燃煤发电机组，改造后大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值。

燃煤电厂和工业锅炉的烟气中含有大量的二氧化硫，直接排放会形成酸雨，造成严重环境污染，二氧化硫的治理工作已引起社会各界广泛关注。湿法脱硫是我国最主要的燃煤电站烟气二氧化硫排放控制技术。尤其是石灰石(或石灰)—石膏湿法脱硫工艺，为目前应用较为广泛的湿法烟气脱硫工艺。其以石灰石(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，脱硫二氧化硫，净化烟气。整个反应过程均在脱硫吸收塔内完成，反应的最佳温度一般为50℃左右。

而采取例如石灰石(或石灰)—石膏湿法脱硫工艺对烟气进行脱硫处理以后，在我国局部地区出现了严重的“烟囱雨”现象，而且湿法脱硫后，烟气温度明显降低，导致烟气的抬升高度严重不足，烟气污染物扩散能力受到影响。另外，我国大部分地区现役的燃煤电厂和工业锅炉排出的烟气一般温度都在130～160℃，基本都超过原设计的经济排烟温度110℃，当排烟温度较高时，烟尘比电阻较高，导致设置于脱硫吸收塔的烟气入口前的静电除尘器的除尘效率也会随之降低，可能导致粉尘排放不达标，排放的烟气不但出现“烟囱雨”，还有可能出现冒“白烟”的现象。

针对上述情况，业内多采用设置气—气换热器(简称GGH)解决相关问题，设置GGH后，“石膏雨”问题可得到控制，但GGH投资及运行费用较高，且存在阻力高、腐蚀与堵塞严重等缺点。

中国发明专利申请(CN 103672936A)公开了一种自然循环间接式烟气再热器，具体公开了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，吸热装段置于脱硫塔前方的高温烟道中，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。通过采用回收脱硫前烟气的热量来间接加热脱硫后净烟气。其实质是以带外循环的介质换热装置代替传统的GGH系统，从而改善传统的GGH系统的腐蚀、泄漏等情况，提供高系统的稳定性。然而，该专利申请的自然循环间接式烟气再热器，由于采取了外循环的方式，一部分的热量通过冷凝水传至锅炉补给水，对于脱硫塔出口烟气来说，其换热效率较低。并且其结构非常复杂，增加大量的介质流通管道，增加安装的施工量，提高维护的难度。且为了安装该再热器需要对烟道进行相应的调整，也就是说，在安装段的烟道需要增大截面，这样的结构无疑会增大阻力，影响脱硫的效果。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于湿法脱硫系统的一体化换热装置，利用换热技术，通过吸收烟气高温段的热量，降低进入脱硫塔的烟气流量，降低脱硫塔建设投资，并在脱硫塔出口利用换热器所吸收的烟气高温段的热量对低温烟气进行加热，提高排烟温度，达到消除“烟囱雨”现象，提高烟气抬升高度，促进排烟污染物扩散的目的。并且，本发明的装置结构更加合理，占地面积小，施工便捷，投资及运行成本均比较小，其装置阻力较小，也不容易引起腐蚀和堵塞。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于湿法脱硫系统的一体化换热装置，所述湿法脱硫系统具有入口烟道、出口烟道及脱硫塔，所述入口烟道与所述出口烟道具有一水平交汇段；

包括：布置于所述水平交汇段的多列热管束，每列热管束包括多根直线均布的热管，所述热管的吸热端伸入所述入口烟道，放热端伸入所述出口烟道；每列热管束与其相邻的热管束之间平行交错布置。

进一步地，所述平行交汇段的流通面积开孔率为35-50％。

进一步地，每列所述热管束中的热管之间的间距为热管管径的0.4～0.85倍。

进一步地，每列所述热管束之间的间距为热管管径的0.3～0.85倍。

进一步地，所述热管的外形为直径为25～65mm的圆管。

进一步地，所述热管的外形选自椭圆管、方管、矩形管、扁平形管及波纹管。

进一步地，所述水平交汇段包括位于上方的出口烟道交汇段及位于下方的入口烟道交汇段，所述出口烟道交汇段的底板与所述入口烟道交汇段的顶板接近或贴合。

进一步地，还包括设置于出口烟道交汇段的顶板的上遮流板及设置于入口烟道交汇段底板的下遮流板。

进一步地，所述上遮流板及下遮流板为均蛇形板，穿梭布置于两列相邻的热管束。

进一步地，所述上遮流板及下遮流板的高度为80mm～180mm。

通过采取上述技术方案，在烟气进入脱硫塔前，通过热管的吸热端吸收烟气中的热量，降低进入脱硫塔的烟气温度，达到降低进入脱硫塔烟气体积流量的目的，并降低湿法脱硫系统建设投资。经过湿法脱硫后的烟气，在出口烟道内经过热管的放热端进行加热，提高排烟温度，达到消除“烟囱雨”现象，提高烟气抬升高度，促进排烟污染物扩散的目的。

本发明可以通过利用烟气高温段自身热量加热低温段烟气，不需要外部热源，有效提高了脱硫系统工作性能，促进了烟气排放的扩散，缩小了工程建设投资和占地面积。与传统的GGH系统及现有的代替GGH系统的各种换热装置相比，结构简单、轻便，能够减少相应的烟道支撑结构，并且单根热管出现故障不会影响换热系统的整体运行，稳定性高。

附图说明

图1为本发明的用于湿法脱硫系统的一体化换热装置的结构示意图。

图2为图1中A-A向剖视图。

附图标记说明：1-入口烟道；2-脱硫塔；3-出口烟道；4-热管。

具体实施方式

首先，对于热管的工作原理进行简单介绍。

热管(heat pipe)技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器即便采用低转速、低风量电机，同样可以得到满意效果，使得困扰风冷散热的噪音问题得到良好解决，开辟了散热行业新天地。现在常见于cpu的散热器上。

从热力学的角度看，为什么热管会拥有如此良好的导热能力呢？物体的吸热、放热是相对的，凡是有温度差存在的时候，就必然出现热从高温处向低温处传递的现象。从热传递的三种方式来看(辐射、对流、传导)，其中对流传导最快。热管是利用介质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程(即利用液体的蒸发潜热和凝结潜热)，使热量快速传导。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速汽化，蒸气在热扩散的动力下流向另外一端，并在冷端冷凝释放出热量，液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端，如此循环不止，直到热管两端温度相等(此时蒸汽热扩散停止)。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。

鉴于热管产品的以上特点，本发明将该产品引入脱硫烟气换热系统，并通过合理的布置方式，使其发挥最佳的效用。

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。

如图1及图2所示，本发明的用于湿法脱硫系统的一体化换热装置，所述湿法脱硫系统具有入口烟道1、出口烟道3及脱硫塔2，入口烟道1与出口烟道3具有一水平交汇段；前述的一体化换热装置包括：布置于所述水平交汇段的多列热管束，每列热管束包括多根直线均布的热管4，所述水平交汇段包括位于上方的出口烟道交汇段及位于下方的入口烟道交汇段，所述出口烟道交汇段的底板与所述入口烟道交汇段的顶板接近或贴合。热管4的吸热端伸入所述入口烟道平行交汇段，放热端伸入所述出口烟道平行交汇段。每列热管束与其相邻的热管束之间平行交错布置。

具体地，所述平行交汇段的流通面积开孔率为35-50％。确定该流通面积开孔率，首先根据入口烟气的温度和流量确定换热面积，再根据该换热面积计算得到流通阻力，再根据目标温度进行迭代计算，对最初确定换热面积进行反馈验证计算，最后再根据最终计算得到的换热面积及热管的规格确定流通面积开孔率。

根据湿法脱硫系统的特性，每列所述热管束中的热管4之间的间距为热管管径的0.4～0.85倍。每列所述热管束之间的间距为热管管径的0.3～0.85倍。所述热管的外形为直径为50mm的圆管。也可选用椭圆管、方管、矩形管、扁平形管及波纹管。根据流场模拟分析和实际的实验，采用外形为圆管的热管，阻力最小，且能够取得最佳的换热效率。

由于热管4的两端并不与出口烟道交汇段的顶板及入口烟道交汇段的底板接触，其具有50～100mm的间隙。为了避免出现烟气短路，从间隙逃逸的现象，在出口烟道交汇段的顶板设置上遮流板，在入口烟道交汇段底板设置下遮流板，所述上遮流板及下遮流板为均蛇形板，穿梭布置于两列相邻的热管束。如图2所示为下遮流板布置方式的一具体实例，上遮流板的布置方式与之对应，因此不再做重复的绘制与说明。所述遮流板的高度为80～180mm。需要强调的是，图2仅用以说明下遮流板及上遮流板的布置方式，其中热管4的数量和排列方式及下遮流板的数量和排列方式仅为示意，本发明并不限于此，实际上，热管4的数量和布置方式需由前文的流通面积开孔率确定，而下遮流板及上遮流板根据热管4的数量和排列方式针对性地布置。

由上述可知，本发明针对我国大规模应用的湿法脱硫系统，不借助外部热源，利用吸收烟气中的余热，加热脱硫塔后的低温烟气，达到提高湿法脱硫系统工作性能，降低湿法脱硫塔建设投资和场地需求，提高排烟温度，促进烟气污染物扩散的目的。

另外，本发明将换热结构、进口烟道和出口烟道采取一体化布置，减少了系统占地面积，换热结构布置在脱硫塔附近，进入脱硫塔的烟气先经由热管的吸热端，通过热管吸热作用，降低烟气温度，降温后的烟气进入脱硫塔进行脱硫处理。脱硫塔出口的烟气通过热管的放热端加热升温以后排出。相较于传统的GGH系统及现有的代替GGH系统的各种换热装置，结构简单、轻便，能够减少相应的烟道支撑结构，并且单根热管出现故障不会影响换热系统的整体运行，稳定性高。

以一实际的湿法烟气脱硫系统为例：30万火电机组应用的湿法烟气脱硫系统，其系统风量为100万立方米，如采用传统的GGH系统，其烟道改造费用需2000万元，相关的烟道支撑结构需800吨，造价约500万元；如采用如背景技术中发明专利申请(CN 103672936A)的自然循环间接式烟气再热器，其烟道改造费用需2000万元，额外增加的介质流通管道、冷凝水输送管道等造价约500万元，相关的烟道支撑结构需1000吨，造价约800万元；而采用本发明的一体化换热装置，不仅能够节省占地面积，且无需对烟道结构进行大幅度改造，其烟道改造费用需200万元，相关的烟道支撑结构需500吨，造价约300万元。由此可见，采用本发明的一体化换热装置能够降低设备总重及相关改造费用。

综上所述，本发明利用一体化换热装置，对进入湿法脱硫塔的烟气进行吸热降温，提高了湿法脱硫塔的工作性能，降低了烟气污染治理设施的建设投资，并利用烟气自身热量，加热经过脱硫后的烟气，提高了烟气抬升高度，促进了烟气中污染物的扩散。本发明不借助外部热量，达到了节能、环保的目的。较之传统的GGH系统和现有其他替代装置，具有较大的进步性，适宜广泛推广。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，但凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等同变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求所保护的范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利保护范围。

Claims (10)

1.一种用于湿法脱硫系统的一体化换热装置，所述湿法脱硫系统具有入口烟道、出口烟道及脱硫塔，所述入口烟道与所述出口烟道具有一水平交汇段；

其特征在于，包括：布置于所述水平交汇段的多列热管束，每列热管束包括多根直线均布的热管，所述热管的吸热端伸入所述入口烟道，放热端伸入所述出口烟道；每列热管束与其相邻的热管束之间平行交错布置。

2.如权利要求1所述的用于湿法脱硫系统的一体化换热装置，其特征在于，所述平行交汇段的流通面积开孔率为35-50％。

3.如权利要求1所述的用于湿法脱硫系统的一体化换热装置，其特征在于，每列所述热管束中的热管之间的间距为热管管径的0.4～0.85倍。

4.如权利要求1所述的用于湿法脱硫系统的一体化换热装置，其特征在于，每列所述热管束之间的间距为热管管径的0.3～0.85倍。

5.如权利要求1所述的用于湿法脱硫系统的一体化换热装置，其特征在于，所述热管的外形为直径为25～65mm的圆管。

6.如权利要求1所述的用于湿法脱硫系统的一体化换热装置，其特征在于，所述热管的外形选自椭圆管、方管、矩形管、扁平形管及波纹管。

7.如权利要求1所述的用于湿法脱硫系统的一体化换热装置，其特征在于，所述水平交汇段包括位于上方的出口烟道交汇段及位于下方的入口烟道交汇段，所述出口烟道交汇段的底板与所述入口烟道交汇段的顶板接近或贴合。

8.如权利要求7所述的用于湿法脱硫系统的一体化换热装置，其特征在于，还包括设置于出口烟道交汇段的顶板的上遮流板及设置于入口烟道交汇段底板的下遮流板。

9.如权利要求8所述的用于湿法脱硫系统的一体化换热装置，其特征在于，所述上遮流板及下遮流板为均蛇形板，穿梭布置于两列相邻的热管束。

10.如权利要求8所述的用于湿法脱硫系统的一体化换热装置，其特征在于，所述上遮流板及下遮流板的高度为80mm～180mm。