CN106017154B - 一种用于烟气脱硫的换热设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于烟气脱硫的换热设备，属于节能减排技术领域。一种用于烟气脱硫的换热设备，包括换热器，所述换热器内设置有耐腐蚀材料制成的换热管和设置在所述换热管外的外壳，所述换热管内为管程，用于流通换热气体，所述换热管外、所述外壳内为壳程，用于流通烟气；所述管程的两侧分别设置有冷空气入口和热空气出口，所述热空气出口通过热空气管路与风机相连；所述壳程的两侧分别设置有热烟气入口和冷却烟气出口，所述冷却烟气出口还连接有除雾器；所述换热器的下部和所述除雾器的下部设置有用于排出凝结水的凝结水排水管路。该换热设备脱除烟气中的气溶胶污染，回收烟气中的水资源和余热，经久耐用。

Description

一种用于烟气脱硫的换热设备

技术领域

本发明涉及防腐及节能减排技术领域，具体涉及一种用于烟气脱硫的换热设备。

背景技术

煤、生物质燃料、生活垃圾等燃料中含有大量的液态水分，此部分水分在燃烧室中汽化变成水蒸气，汽化潜热巨大，消耗大量的热能；另外燃烧后的烟气在湿法脱硫系统中，喷淋塔内的热烟气的洗涤过程，蒸发大量水分，使得烟气中水分进一步增加达到湿饱和状态，烟气富含大量的水分，目前的主流工艺此部分烟气直接经烟囱排入大气，水消耗大，而且富含气溶胶粒子，造成烟气在烟囱出口不能扩散，拖尾严重，形成视觉污染同时气溶胶污染较重；另外此部分烟气腐蚀性强，烟气中含有HF、HCL、H2SO4、HNO3、高浓度氯离子和高湿环境，对于钢烟道和烟囱造成腐蚀。

为避免出口烟道和烟囱腐蚀，有工艺采用烟气烟气换热器(GGH) 来提高脱硫出口烟气温度，以防止烟气带水冷凝腐蚀出口烟道和烟囱，但由于GGH 容易堵塞且形成漏烟污染净烟气降低了脱硫效率达不到超低排放，大多数脱硫工程已经弃用；目前新发展工艺采用水媒式烟气式GGH，避免泄露烟气和腐蚀的问题，另外吸收塔出口烟气经升温后，其携带的浆液液滴将仍存在于烟气中，增加了烟气中粉尘含量。

也有工艺采用水冷却烟气的方法，进行烟气水分提取。但是由于水分提取主要适用于缺水地区，采用水冷却的方法同样需要消耗水。

也有工艺采用水为媒介，烟气加热媒介水，然后用空气冷却媒介水，媒介水不断循环的方法实现烟气冷却水分提取，这种方案换热端差小，换热面积大，初投资大、运行费用高。

申请公布号为CN 102519068 A的中国发明专利公开了一种烟气冷凝水、余热回收装置，其采用水作为冷却媒介，且脱硫单元与换热单元分开；申请公布号为CN 102829463 A的中国发明专利公开了一种电站锅炉极低温烟气余热再用系统，也采用水作为冷却媒介；二者均对水资源造成浪费，设备投资大、运行费用高。

发明内容

本发明的目的，针对湿法脱硫后的烟气中气溶胶污染、烟气中大量水资源可回收利用、烟道和烟囱腐蚀严重的问题。公开一种用于烟气脱硫的换热设备实现湿法脱硫后的烟气中气溶胶脱除、烟气提水和烟气余热回收，能够适合并可靠运行在该腐蚀环境下。

本发明解决上述问题的技术方案如下：

一种用于烟气脱硫的换热设备，包括换热器，所述换热器内设置有耐腐蚀材料制成的换热管和设置在所述换热管外的外壳，所述换热管内为管程，用于流通换热气体，所述换热管外、所述外壳内为壳程，用于流通烟气；所述管程的两侧分别设置有冷空气入口和热空气出口，所述热空气出口通过热空气管路与风机相连；所述壳程的两侧分别设置有热烟气入口和冷却烟气出口；所述换热器的下部设置有用于排出凝结水的凝结水排水管路。

本换热设备与电厂烟风系统相连，湿热饱和烟气从脱硫吸收塔引出进入本系统的烟换热器，湿热饱和烟气走壳程，室外冷空气在风机的抽吸下进入换热器的管程，湿热饱和烟气被冷却，湿热饱和烟气中的水蒸气以烟气中的微尘、三氧化硫酸雾及其他气溶胶粒子为晶核冷凝结晶，形成雾滴或者更大的雾滴，新形成雾滴的酸碱度为中性，吸附烟气中的酸性气体（主要是二氧化硫），部分雾滴沿着管程管道重力自流，在换热器的底部排出至凝结水箱，部分雾滴被烟气带走随后被后续的除雾器捕获形成液膜，液膜重力自流至凝结水箱，实现水提取、三氧化硫等气溶胶捕集和二氧化硫脱除等环保收益。冷媒介质空气被加热后可进入锅炉空预器，作为锅炉一次风和二次风，由于实现节能收益；被加热的冷媒介质空气也可直接排回大气仅实现环保收益。酸性的凝结水进入凝结水箱，被凝结水泵加压返回脱硫吸收塔，用于冲洗脱硫吸收塔的除雾器，然后落入脱硫吸收塔的奖池，被含有碱性物质的脱硫浆液酸碱中和形成中性的盐，没有二次污染。

作为上述技术方案的优选，所述换热管竖向设置，所述换热器的下部设置有至少两层下端板，所述下端板上开设有让所述换热管穿过的孔，所述孔的直径大于所述换热管的外径，且相邻的两个所述下端板上的孔的直径不同。

所述换热管采用顺列布置或错列布置，所述换热管采用热熔焊接的工艺焊接在所述外壳上。

作为上述技术方案的优选，所述下端板为三层。

作为上述技术方案的优选，相邻两个所述下端板之间形成密封腔室；所述热空气管路上连接有密封风机，所述密封风机将一部分所述热空气管路内的热气流输送至所述密封腔室内，使得所述密封腔室内的气压大于所述壳程内的气压，形成正压密封。

作为上述技术方案的优选，所述换热管的内径为40-200mm，所述下端板上开设的孔的直径比所述换热管的外径大0.4-2mm。

下端板由3层端板构成，第一层下端板开孔尺寸为换热管外径加0.5-2mm，第二层下端板开孔尺寸为换热管外径加0.8-2mm，第三层下端板开孔尺寸为换热管外径加0.4-2mm，换热管穿过三层下端板，换热管被三层下端板水平方向上约束，垂直方向上自由，当换热管受热膨胀时，换热管上端固定在上端板上，换热管下端可以穿过三层下端板自由膨胀；由于换热管和三层下端板开孔之间存在缝隙，因此会造成泄露，采用三层下端板设计可以形成迷宫密封的形式减少泄露，密封迷宫通过曲折迷宫般的间隙对烟气中的液态物质产生节流效应而达到阻漏的目的；另外第一层下端板和第二层下端板之间形成上密封腔室，第二层下端板和第三层下端板之间形成下密封腔室，密封风机抽取管程出口的热空气送入至上密封腔室和下密封腔室，密封风机维持上、下密封腔室内的压力高于壳程压力500Pa以上，形成正压密封，避免烟气泄露至大气中。

三层下端板均为有坡度设计，坡度控制在0.5%至3%，以便有利于烟气凝结水的排出，凝结水排水管路的内径大于80mm，能够形成水封避免漏气，三层下端板设计可以很好的防止凝结水的渗出，另外根据防止烟气泄露和凝结水渗出的需要增加或者减少下端板的层数。侧壁采用碳钢衬PTFE材料或者合适的合金材料制成，侧壁之间有结构组件形成整个换热器的框架，结构组件采用碳钢衬PTFE材料或者合适的合金材料制成，解决腐蚀与渗漏的问题。

作为上述技术方案的优选，所述外壳内设置有PTFE塑料或PFA塑料制成的换热管。

作为上述技术方案的优选，所述凝结水排水管路的出口与凝结水箱相连，所述凝结水箱的下部设置有凝结水泵。

作为上述技术方案的优选，所述冷却烟气出口还连接有除雾器，所述除雾器为折返式除雾器，所述折返式除雾器与烟囱相连；所述除雾器的下部也设置有凝结水排水管路。

作为上述技术方案的优选，所述外壳采用碳钢材料制成，所述外壳内衬有防腐蚀材料。

作为上述技术方案的优选，所述外壳内衬有PTFE塑料板或PFA塑料板。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

① 本发明所述的一种用于烟气脱硫的换热设备脱除烟气中的气溶胶污染，回收烟气中的水资源和余热；

② 本发明所述的一种用于烟气脱硫的换热设备采用空气冷却，进一步节约了水资源；

③ 本发明所述的一种用于烟气脱硫的换热设备耐腐蚀性能好，经久耐用。

附图说明

图1为一种用于烟气脱硫的换热设备结构示意图；

图2为换热器结构示意图；

图中，1-换热器、11-换热管、12-外壳、13-冷空气入口、14-热空气出口、15-热烟气入口、16-冷却烟气出口、17-下端板、18-密封腔室、2-热空气管路、3-风机、4-除雾器、5-凝结水排水管路、6-密封风机、7-凝结水箱、8-凝结水泵。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图以实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：一种用于烟气脱硫的换热设备，包括换热器1，所述换热器1内竖直设置有PTFE制成的换热管11和设置在所述换热管11外的外壳12，所述换热管11内为管程，用于流通换热气体，所述换热管11外、所述外壳12内为壳程，用于流通烟气；所述管程的两侧分别设置有冷空气入口13和热空气出口14，所述热空气出口14通过热空气管路2与风机3相连；所述壳程的两侧分别设置有热烟气入口15和冷却烟气出口16，所述冷却烟气出口16还连接有折返式的除雾器4；所述换热器1的下部和所述除雾器4的下部设置有用于排出凝结水的凝结水排水管路5。

所述换热器1的下部设置有两层下端板17，所述下端板17上开设有让所述换热管11穿过的孔，所述孔的直径大于所述换热管11的外径，且相邻的两个所述下端板17上的孔的直径不同，第一层下端板开孔尺寸为换热管外径加0.5-2mm，第二层下端板开孔尺寸为换热管外径加0.8-2mm，所述换热管11的内径为40mm。

两个所述下端板17之间形成密封腔室18；所述热空气管路2上连接有密封风机6，所述密封风机6将一部分所述热空气管路2内的热气流输送至所述密封腔室18内，使得所述密封腔室18内的气压大于所述壳程内的气压，形成正压密封。

所述凝结水排水管路5的出口与凝结水箱7相连，所述凝结水箱7的下部设置有凝结水泵8。

所述外壳12采用碳钢材料制成，所述外壳12内衬有PTFE塑料板。

实施例2：一种用于烟气脱硫的换热设备，包括换热器1，所述换热器1内竖直设置有PFA制成的换热管11和设置在所述换热管11外的外壳12，所述换热管11内为管程，用于流通换热气体，所述换热管11外、所述外壳12内为壳程，用于流通烟气；所述管程的两侧分别设置有冷空气入口13和热空气出口14，所述热空气出口14通过热空气管路2与风机3相连；所述壳程的两侧分别设置有热烟气入口15和冷却烟气出口16，所述冷却烟气出口16还连接有折返式的除雾器4；所述换热器1的下部和所述除雾器4的下部设置有用于排出凝结水的凝结水排水管路5。

所述换热器1的下部设置有三层下端板17，所述下端板17上开设有让所述换热管11穿过的孔，所述孔的直径大于所述换热管11的外径，且相邻的两个所述下端板17上的孔的直径不同，第一层下端板开孔尺寸为换热管外径加0.5-2mm，第二层下端板开孔尺寸为换热管外径加0.8-2mm，第三层下端板开孔尺寸为换热管外径加0.4-2mm，所述换热管11的内径为200mm。

两个所述下端板17之间形成密封腔室18；所述热空气管路2上连接有密封风机6，所述密封风机6将一部分所述热空气管路2内的热气流输送至所述密封腔室18内，使得所述密封腔室18内的气压大于所述壳程内的气压，形成正压密封。

所述凝结水排水管路5的出口与凝结水箱7相连，所述凝结水箱7的下部设置有凝结水泵8。

所述外壳12采用碳钢材料制成，所述外壳12内衬有PFA塑料板。

Claims (9)

1.一种用于烟气脱硫的换热设备，包括换热器（1），其特征在于：所述换热器（1）内设置有耐腐蚀材料制成的换热管（11）和设置在所述换热管（11）外的外壳（12），所述换热管（11）内为管程，用于流通换热气体，所述换热管（11）外、所述外壳（12）内为壳程，用于流通烟气；所述管程的两侧分别设置有冷空气入口（13）和热空气出口（14），所述热空气出口（14）通过热空气管路（2）与风机（3）相连；所述壳程的两侧分别设置有热烟气入口（15）和冷却烟气出口（16）；所述换热器（1）的下部设置有用于排出凝结水的凝结水排水管路（5）；所述换热管（11）竖向设置，所述换热器（1）的下部设置有至少两层下端板（17），所述下端板（17）上开设有让所述换热管（11）穿过的孔，所述孔的直径大于所述换热管（11）的外径，相邻两个所述下端板（17）之间形成密封腔室（18）；所述热空气管路（2）上连接有密封风机（6），所述密封风机（6）将一部分所述热空气管路（2）内的热气流输送至所述密封腔室（18）内，使得所述密封腔室（18）内的气压大于所述壳程内的气压，形成正压密封。

2.根据权利要求1所述的一种用于烟气脱硫的换热设备，其特征在于：相邻的两个所述下端板（17）上的孔的直径不同。

3.根据权利要求2所述的一种用于烟气脱硫的换热设备，其特征在于：所述下端板（17）为三层。

4.根据权利要求2或3所述的一种用于烟气脱硫的换热设备，其特征在于：所述换热管（11）的内径为40-200mm，所述下端板（17）上开设的孔的直径比所述换热管（11）的外径大0.4-2mm。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种用于烟气脱硫的换热设备，其特征在于：所述外壳（12）内设置有PTFE塑料或PFA塑料制成的换热管（11）。

6.根据权利要求1所述的一种用于烟气脱硫的换热设备，其特征在于：所述凝结水排水管路（5）的出口与凝结水箱（7）相连，所述凝结水箱（7）的下部设置有凝结水泵（8）。

7.根据权利要求1所述的一种用于烟气脱硫的换热设备，其特征在于：所述冷却烟气出口（16）还连接有除雾器（4），所述除雾器（4）为折返式除雾器，所述折返式除雾器与烟囱相连；所述除雾器（4）的下部也设置有凝结水排水管路（5）。

8.根据权利要求1所述的一种用于烟气脱硫的换热设备，其特征在于：所述外壳（12）采用碳钢材料制成，所述外壳（12）内衬有防腐蚀材料。

9.根据权利要求8所述的一种用于烟气脱硫的换热设备，其特征在于：所述外壳（12）内衬有PTFE塑料板或PFA塑料板。