CN106287646A - 收集烟气中水蒸气的装置 - Google Patents

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李彦
朱群志
姜未汀
张涛
段芮
余杨敏
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University of Shanghai for Science and Technology
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    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/26—Steam-separating arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
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    • F23J15/06—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • Y02E20/30—Technologies for a more efficient combustion or heat usage

Abstract

本发明涉及一种收集烟气中水蒸气的装置，包括换热单元和水蒸气收集单元，换热单元上部设有空气通道，下部设有烟气通道，换热单元与水蒸气收集单元通过烟气通道相连接，烟气通道底部设有多个排水管，水蒸气收集单元包括多个冷水喷头和水蒸气收集器。空气与烟气通过换热单元换热，烟气中部分水蒸气被冷凝，烟气流向水蒸气收集单元，进一步冷却，烟气中的水蒸气进一步被收集，低温烟气排出。与现有技术相比，本发明装置简单，设备成本较低，可以连续不间断运行，回收烟气效果好；装置通用性强，可大大降低运行成本，提高经济性，有效解决了水蒸气的排放问题，有助于提高环保水平。

Description

收集烟气中水蒸气的装置
技术领域
本发明属于热交换技术领域，尤其是涉及一种收集烟气中水蒸气的装置。
背景技术
现代火力发电机组为提高系统效率和适应环保要求，大部分加装了脱硫装置。为降低水蒸气的排放，需要加装烟气换热器(GGH)，但GGH的运行会产生堵塞问题，许多电厂由于该问题而拆除了GGH，拆除之后，锅炉排烟中水蒸气大大增加，大量水汽从烟囱冒出，落在电站周围，影响环境。尤其对于钢铁行业，铁水熔化以后要通过喷水使其降温，致使大量水蒸气冒出。为解决水蒸气向空排放问题，很多电厂采取措施加热排烟温度，这样不仅浪费了能源，又不能从本质上解决问题。随着国家对环保要求的提高，水蒸气的排放问题愈加紧迫。
中国专利CN 202361629U公开了一种高效烟气冷凝余热回收装置，包括依次连接的锅炉排烟管、静压箱式烟气冷凝水收集箱、高效烟气-水换热器、烟气收集箱、烟气排放管、冷却水进水管、冷却水出水管，该实用新型将锅炉烟气中的水蒸气变成凝结水，回收了烟气中含有的潜热和显热，烟气冷却后产生的凝结水排出，但由于该装置是整体垂直布置，故需要独立的支吊架，安装起来较为复杂且成本较高；该装置只有一级水蒸气收集过程，换热效果较为明显，但水蒸气收集效果不是很彻底，锅炉排烟中依旧存在大量的水蒸气，水蒸气大量外排问题没有得到有效解决。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种具有更好收集能力、更低成本以及广泛适应能力的收集烟气中水蒸气的装置。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种收集烟气中水蒸气的装置，包括换热单元和水蒸气收集单元，所述的换热单元上部设有空气通道，下部设有烟气通道，换热单元与水蒸气收集单元通过烟气通道相连接，所述的烟气通道底部设有多个排水管，所述的水蒸气收集单元包括多个冷水喷头和水蒸气收集器。空气通道中的低温空气与烟气通道中的高温烟气通过换热单元换热，烟气中部分水蒸气被冷凝为液体，经排水管排出，换热后的烟气流向水蒸气收集单元，经冷水喷头和水蒸气收集器进一步冷却，烟气中的水蒸气进一步收集，低温的烟气排出。
所述的换热单元采用热管换热管组，所述的热管为重力热管或重力辅助热管。
所述的换热单元采用低沸点物质作为换热介质，所述的低沸点物质为三氟二氯乙烷、甲醇或四氯化碳。
所述水蒸气收集单元的冷水喷头和水蒸气收集器上下相间布置。
所述的水蒸气收集单元从下往上依次设有一级冷水喷头、一级水蒸气收集器、二级冷水喷头、二级水蒸气收集器和三级冷水喷头。
所述的空气通道的上部设有多个鼓风设备。
进一步的，所述的鼓风设备采用电扇。
所述空气通道中的空气与烟气通道中的烟气进行逆流换热。
烟气通道下部平面向排水管位置倾斜，以加强冷凝水的排出。
装置在具体使用时，具有较高温度的烟气经过换热单元将热量传给换热单元内的低沸点换热介质，部分水蒸气冷凝下来，经排水管排出。换热单元内的低沸点换热介质受热蒸发，由液态变为气态，自然上升，空气通道中的空气与气态的换热单元中的低沸点换热介质进行换热，空气带走低沸点换热介质的热量，使其冷凝成液态，在重力作用下自然流下。空气通道中的鼓风设备，可以强化空气与换热单元中低沸点换热介质的对流换热效果。换热后的烟气继续向前流动，部分在流动过程中冷凝成水，由排水管排出，部分向上经过一级冷水喷头、一级水蒸气收集器、二级冷水喷头、二级水蒸气收集器和三级冷水喷头，烟气进一步减温，冷凝的水由重力作用自然落下，由排水管排出。
冷水喷头的喷水量和水蒸气收集器的数量可根据烟气量进行调整，以确保最后排出的烟气中基本没有水蒸气。三级喷水设置不仅具有降温作用，还作为装置的清洗使用，具有双重功效。喷水量的大小、风扇运行台数和功率、低沸点换热介质的种类、水蒸气收集器的层数和每层数量根据实际运行情况可进行调节，以适用不同运行工况。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明装置简单，设备成本较低，可以连续不间断运行，回收烟气效果好。本发明通过设置换热单元和水蒸气收集实现了深度回收烟气中水蒸气的目的，高温烟气首先与低温空气进行换热，通过低沸点换热介质，将高温烟气中的余热得到了回收，同时烟气中的水蒸气得以冷凝，除去了大部分水蒸气；之后又通过多个冷水喷头和水蒸气收集器，进一步收集烟气中的水蒸气，使得烟气中水蒸气回收充分。
2、本发明装置适应性、通用性强，本装置可在火电、钢铁等领域广泛应用，可广泛用于收集这一类排放烟气中水蒸气的回收，具有很大的经济和社会效益。
3、本发明装置收集烟气中水蒸气，使排烟温度不受水蒸气含量限制，可大大降低运行成本，提高经济性，本装置解决了水蒸气的排放问题，有助于提高环保水平。
4、本发明装置采用了热管技术与多级喷水冷却相结合的方式冷凝烟气中的水蒸汽，冷却效果更佳。另外，充分考虑了水蒸气收集器的清洗问题，运行将更为可靠。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图中：1-空气通道；2-鼓风设备；3-烟气通道；4-换热单元；5-排水管；6-一级冷水喷头；7-一级水蒸气收集器；8-二级冷水喷头；9-二级水蒸气收集器；10-三级冷水喷头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种收集烟气中水蒸气的装置，如图1所示，包括换热单元4和水蒸气收集单元，换热单元4上部设有空气通道1，下部设有烟气通道3，换热单元4与水蒸气收集单元通过烟气通道3相连接，烟气通道3底部设有多个排水管5，水蒸气收集单元从下往上依次设有一级冷水喷头6、一级水蒸气收集器7、二级冷水喷头8、二级水蒸气收集器9和三级冷水喷头10。换热单元4采用换热管组，采用的热管为重力热管或重力辅助热管，换热管组内采用低沸点物质作为换热介质，低沸点物质可以采用三氟二氯乙烷、甲醇、四氯化碳，本实施例采用三氟二氯乙烷，空气通道1的上部设有多个鼓风设备2，本实施例采用电扇，烟气通道3下部平面向排水管5位置倾斜，以加强冷凝水的排出。
具体使用时，空气通道1中的空气(图中白色箭头)与烟气通道3中的烟气(图中黑色箭头)进行逆流换热，具有较高温度的烟气经过换热单元4将热量传给换热单元内的低沸点换热介质，部分水蒸气冷凝下来，经排水管排出，换热单元4内的低沸点换热介质受热蒸发，由液态变为气态，自然上升，空气通道1中的空气与气态的换热单元中的低沸点换热介质进行换热，空气带走低沸点换热介质的热量，使其冷凝成液态，在重力作用下自然流下。空气通道1中的鼓风设备2，可以强化空气与换热单元4中低沸点换热介质的对流换热效果。换热后的烟气继续向前流动，部分在流动过程中冷凝成水，由排水管5排出，部分向上经过一级冷水喷头6、一级水蒸气收集器7、二级冷水喷头8、二级水蒸气收集器9和三级冷水喷头10，烟气进一步减温，冷凝的水由重力作用自然落下，由排水管5排出。

Claims (8)

1.一种收集烟气中水蒸气的装置，其特征在于，包括换热单元和水蒸气收集单元，所述的换热单元上部设有空气通道，下部设有烟气通道，换热单元与水蒸气收集单元通过烟气通道相连接，所述的烟气通道底部设有多个排水管，所述的水蒸气收集单元包括多个冷水喷头和水蒸气收集器，
装置使用时，空气通道中的低温空气与烟气通道中的高温烟气通过换热单元换热，烟气中部分水蒸气被冷凝为液体，经排水管排出，换热后的烟气流向水蒸气收集单元，经冷水喷头和水蒸气收集器进一步冷却，烟气中的水蒸气进一步收集，低温的烟气排出。
2.根据权利要求1所述的一种收集烟气中水蒸气的装置，其特征在于，所述的换热单元采用热管换热管组，所述的热管为重力热管或重力辅助热管。
3.根据权利要求2所述的一种收集烟气中水蒸气的装置，其特征在于，所述的换热单元采用低沸点物质作为换热介质，所述的低沸点物质为三氟二氯乙烷、甲醇或四氯化碳。
4.根据权利要求1所述的一种收集烟气中水蒸气的装置，其特征在于，所述水蒸气收集单元的冷水喷头和水蒸气收集器上下相间布置。
5.根据权利要求4所述的一种收集烟气中水蒸气的装置，其特征在于，所述的水蒸气收集单元从下往上依次设有一级冷水喷头、一级水蒸气收集器、二级冷水喷头、二级水蒸气收集器和三级冷水喷头。
6.根据权利要求1所述的一种收集烟气中水蒸气的装置，其特征在于，所述的空气通道的上部设有多个鼓风设备。
7.根据权利要求6所述的一种收集烟气中水蒸气的装置，其特征在于，所述的鼓风设备采用电扇。
8.根据权利要求1所述的一种收集烟气中水蒸气的装置，其特征在于，所述空气通道中的空气与烟气通道中的烟气进行逆流换热。
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