CN107008137B - 一种含硫烟气的净化及热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含硫烟气的净化及热回收系统，包括热回收装置、脱硫装置和液体槽；所述热回收装置包括一开一备两个热回收塔，每个热回收塔内均设有螺旋换热管芯；所述脱硫装置与热回收装置管道连接，所述脱硫装置顶部设有净气出口管，所述净气出口管上依次设有温度计、测硫仪和第一程控阀，且在净气出口管上、测硫仪与程控阀之间还管道连接有板式换热器，且在该板式换热器进气端设有第二程控阀；所述净气出口管上、测硫仪与第一程控阀之间还通过第三程控阀与脱硫装置的进气口管道连接。该系统可有效去除炉窑烟气中的有害颗粒物，使炉窑烟气达标排放，并且，还可充分利用烟气的余热，节能环保。本发明还公开一种脱硫装置。

Description

一种含硫烟气的净化及热回收系统
技术领域
本发明涉及一种烟气处理系统，尤其涉及一种含硫烟气的净化及热回收系统。
背景技术
现有矿热炉窑生产过程中，部份炉窑高温烟气主要采用空冷技术直接排放，余热能量零利用，造成了能量的大量浪费，而且，炉窑烟气中通常含有大量未燃尽的煤炭颗粒和含硫颗粒，将会严重污染环境。而现有的脱硫塔基本构成是，在塔内放入填料。气体以低流速从一端经过脱硫塔内填料层，把硫化氢吸附或吸收反应成硫化物或多硫化物后留在填料层中，净化后的气体从脱硫塔另一端排出，实现脱硫处理的目的。而这种脱硫塔往往需要更高的塔高和更大的塔径来装填脱硫剂，导致阻力增大，不利于系统的正常运行。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种炉窑烟气分离及热回收系统，该系统可有效去除炉窑烟气中的有害颗粒物，使炉窑烟气达标排放，并且，还可充分利用烟气的余热，节能环保。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种含硫烟气的净化及热回收系统，包括热回收装置、脱硫装置和液体槽；所述热回收装置包括一开一备两个热回收塔，每个热回收塔内均设有螺旋换热管芯；所述脱硫装置与热回收装置管道连接，所述脱硫装置顶部设有净气出口管，所述净气出口管上依次设有温度计、测硫仪和第一程控阀，且在净气出口管上、测硫仪与程控阀之间还管道连接有板式换热器，且在该板式换热器进气端设有第二程控阀；所述净气出口管上、测硫仪与第一程控阀之间还通过第三程控阀与脱硫装置的进气口管道连接，所述液体槽包括净液槽和集渣槽，且净液槽与集渣槽之间设有陶瓷过滤板，集渣槽底部设有排污口；所述热回收塔包括上筒体、下筒体和将上下筒体分隔开来的分隔板，所述分隔板上设有多个通孔，且每个通孔内设有向下筒体内延伸的导管；所述上筒体侧面设有用于烟气进入整个系统的烟气进口，上筒体顶部设有与脱硫装置相连的冷气出口，且冷气出口向上筒体内延伸并贯穿分隔板中部与下筒体连通；所述下筒体侧面设有通过泵与净液槽管道连接的液体入口，且下筒体上设有用于检测筒体内液位的液位计，下筒体底部设有通过阀门与集渣槽管道连接的排渣口；所述螺旋换热管芯设置在下筒体内，下筒体上设有分别与螺旋换热管芯的进出口相连通的换热进口和换热出口，且下筒体内还设有浸没导管底部和螺旋换热管芯、用于吸收烟气中的颗粒杂质和烟气热量的液体。
优选的，所述螺旋换热管芯是由两端密封的螺旋换热管板卷成，其内部设有进气通道和出气通道，且进水通道与出水通道之间通过分流板相互隔开；所述螺旋换热管芯上分别设有与换热进口和换热出口相对应的进出口管嘴。
优选的，所述冷气出口和所有导管的入口端均设有HEPA过滤网。
优选的，所述下筒体上设有观察口，所述观察口顶部在螺旋换热管芯顶部上方、观察口底部在螺旋换热管芯顶部下方。
进一步的，所述通孔呈内侧向下的台阶状，所述导管顶部向外翻转90°、并卡接在通孔的台阶上，且导管翻转后的顶面与分隔板上表面齐平。
优选的，所述脱硫装置包括塔体，以及在塔体内由下而上依次设置的搅拌器、整流装置、喷淋层和除雾器，所述的塔体侧面底部设有与冷气出口管道连接的冷气入口；所述塔体顶部设有净气出口，塔体底部设有通过阀门与集渣槽管道连接的排液口，塔体侧面、喷淋层上方设有通过泵与净液槽管道连接的进液口；所整流装置包括第一整流层和第二整流层，且每层整流层均包括与塔体相匹配、用于将整流层固定到塔体内的固定圆环，平行设置在固定圆环内的多根实心固定杆，以及套接在固定杆上、并可围绕固定杆转动的圆筒形管道；所述第一整流层与第二整流层之间设有第一气体分布器，所述第二整流层与烟气入口之间设有第二气体分布器。
优选的，所述第一气体分布器上布设有呈圆环状、且出气方向按顺时针方向的若干顺时针倾斜气流管，第一气体分布器上、顺时针倾斜气流管之间还设有多个流水口，所述第二气体分布器上布设有呈圆环状、且出气方向按逆时针方向的若干逆时针倾斜气流管，第二气体分布器上还设有一个出水口。
优选的，所述顺时针倾斜气流管和逆时针倾斜气流管均与所在的气流分布板呈20～60°，且顺时针倾斜气流管和逆时针倾斜气流管下方均设置为喇叭状、上方均开口斜向下；所述流水口上方设置为喇叭状。
本发明还提供一种脱硫装置，包括塔体，以及在塔体内由下而上依次设置的搅拌器(4)、整流装置、喷淋层(5)和除雾器(6)，所述的塔体侧面底部设有与冷气出口(12)管道连接的冷气入口(41)；所述塔体顶部设有净气出口(61)，塔体底部设有排液口(51)，塔体侧面、喷淋层上方设有进液口(52)；所整流装置包括第一整流层(62)和第二整流层(63)，且每层整流层均包括与塔体相匹配、用于将整流层固定到塔体内的固定圆环(64)，平行设置在固定圆环内的多根实心固定杆(65)，以及套接在固定杆上、并可围绕固定杆转动的圆筒形管道(66)；所述第一整流层(62)与第二整流层(63)之间设有第一气体分布器(67)，所述第二整流层(63)与冷气入口(41)之间设有第二气体分布器(68)。
优选的，所述第一气体分布器(67)上布设有呈圆环状、且出气方向按顺时针方向的若干顺时针倾斜气流管(69)，第一气体分布器上、顺时针倾斜气流管(69)之间还设有多个流水口(53)，所述第二气体分布器(68)上布设有呈圆环状、且出气方向按逆时针方向的若干逆时针倾斜气流管(54)，第二气体分布器上还设有一个出水口(55)，所述顺时针倾斜气流管(69)和逆时针倾斜气流管(54)均与所在的气流分布板呈20～60°，且顺时针倾斜气流管和逆时针倾斜气流管下方均设置为喇叭状、上方均开口斜向下；所述流水口(53)上方设置为喇叭状
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明设计合理，结构简单，操作方便。设置的热回收装置可有效回收烟气余热，先将烟气的大部分热量传递到液体中，再通过螺旋换热管芯将热量转移，节能又环保；此外，带液体中吸收的煤渣等颗粒较多时即可输送至集渣槽，将颗粒物沉降到槽底，后采用过滤等方式收集起来进行再利用，节省能源；而设置的脱硫装置结构简单，使用方便，脱硫效果好，其中，气体分布器可有效分散气流，形成旋流，增大气液接触时间，并且两层气流分布层上的气流管出气方向相反，进一步增大了气液接触时间，从而提高脱硫效果。而将气流管下端设置为喇叭状、气流管上方开口斜向下，是为了便于气流向上流动，而防止喷淋处的液体通过气流管往下，而流水口上方设置为喇叭状，则是为了便于第一气流分布层上蓄积的液体能够通过流水口向第二气体分布器流动，而防止大部分气体通过流水口向上。
(2)本发明设置热回收装置设有螺旋换热管芯，该换热管芯结构简单，制作方便，焊缝线短，不易结垢，可在净化烟气的同时，将烟气的热量尽可能是利用起来，用于加热空气，在炉窑生产过程中，在炉窑燃烧段通入加热后的空气可节约能源，并使燃煤接触更多的氧气后充分燃烧；此外，在下筒体上的螺旋换热管芯上部设置了液体入口和排污口，可在更换液体时冲刷螺旋换热管芯表面，达到清洁作用，使其具有良好换热效率。
(3)本发明还在脱硫装置的净气出口设置了温度计和测硫仪，当测得的净气温度不符合预定标准时，即关闭第一程控阀和第三程控阀使气体从板式换热器中进一步换热后排出，而在净气含硫量不符合预定标准时，则关闭第一程控阀和第二程控阀，使气体重新从脱硫装置冷气入口处进一步脱硫后排出，净化效果好。
(4)本发明的脱硫装置，通过脱硫塔中，顺时针倾斜气流管和逆时针倾斜气流管与所在的气流分布板的角度设置，可以显著提交脱硫效率。
(5)本发明完全采用物理处理方法，无二次污染，净化效果好，处理成本低，使用简便，应用范围广。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明热回收塔结构示意图。
图3为本发明螺旋换热管芯结构示意图。
图4为本发明脱硫装置结构示意图。
图5为本发明整流装置结构示意图。
图6为针倾斜气流管和逆时针倾斜气流管与所在的气流分布板所成不同角度的脱硫比率图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-上筒体，11-烟气进口，12-冷气出口，
2-下筒体，21-液体入口，22-液位计，23-排渣口，24-换热进口，25-换热出口，26-观察口，
3-分隔板，31-通孔，32-导管，33-进气通道，34-出气通道，35-分流板，36-HEPA过滤网，
4-搅拌器，41-冷气入口，
5-喷淋层，51-排液口，52-进液口，53-流水口，54-逆时针倾斜气流管，55-出水口，
6-除雾器，61-净气出口，62-第一整流层，63-第二整流层，64-固定圆环，65-固定杆，66-圆筒形管道，67-第一气体分布器，68-第二气体分布器，69-顺时针倾斜气流管，
71-集渣槽，72-净液槽，73-陶瓷过滤板，74-排污口，
81-板式换热器，82-温度计，83-测硫仪，84-第一程控阀，85-第二程控阀，86-第三程控阀。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
本实施例的目的是提供一种结构简单，操作方便，可净化含硫烟气使其达标排放，并且可回收烟气余热的系统。
如图1所示，该系统包括热回收装置、脱硫装置和液体槽；所述热回收装置包括一开一备两个热回收塔，每个热回收塔内均设有螺旋换热管芯；所述脱硫装置与热回收装置管道连接，所述脱硫装置顶部设有净气出口管，所述净气出口管上依次设有温度计82、测硫仪83和第一程控阀84，且在净气出口管上、测硫仪与程控阀之间还管道连接有板式换热器81，且在该板式换热器进气端设有第二程控阀85；所述净气出口管上、测硫仪与第一程控阀之间还通过第三程控阀86与脱硫装置的进气口管道连接。此种设置是为了检测经过脱硫装置后的净气是否符合预设的排放标准以及行业标准，当测得的净气温度不符合预定标准时，即关闭第一程控阀和第三程控阀使气体从板式换热器中进一步换热后排出，而在净气含硫量不符合预定标准时，则关闭第一程控阀和第二程控阀，使气体重新从脱硫装置冷气入口处进一步脱硫后排出，净化效果好。
如图1所示，所述液体槽包括净液槽72和集渣槽71，且净液槽与集渣槽之间设有陶瓷过滤板73，集渣槽底部设有排污口74，可有效实现碱液的回收再利用。
如图1～图3所示，所述热回收塔包括上筒体1、下筒体2和将上下筒体分隔开来的分隔板3，所述分隔板上设有多个通孔31，且每个通孔内设有向下筒体内延伸的导管32；所述上筒体1侧面设有用于烟气进入整个系统的烟气进口11，上筒体顶部设有与脱硫装置相连的冷气出口12，且冷气出口向上筒体内延伸并贯穿分隔板中部与下筒体连通；所述下筒体2侧面设有通过泵与净液槽72管道连接的液体入口21，且下筒体上设有用于检测筒体内液位的液位计22，下筒体底部设有通过阀门与集渣槽71管道连接的排渣口23；所述螺旋换热管芯设置在下筒体内，下筒体上设有分别与螺旋换热管芯的进出口相连通的换热进口24和换热出口25，且下筒体内还设有浸没导管底部和螺旋换热管芯、用于吸收烟气中的颗粒杂质和烟气热量的液体。该热回收塔可有效回收烟气余热，并且，热回收塔内设置的碱液还可初步的将烟气中的颗粒杂质和含硫杂质进行处理，为后续的脱硫装置减轻负担，节能又环保。此外，本实施例的上筒体、下筒体与分隔板之间，分隔板与导管之间均采用可拆卸式连接，便于安装拆卸及后期清洁，尤其是其下筒体内部的螺旋换热管芯，可直接取出或喷水清洗，清洁更换均十分便利。
所述螺旋换热管芯是由两端密封的螺旋换热管板卷成，其内部设有进气通道33和出气通道34，且进水通道与出水通道之间通过分流板35相互隔开；所述螺旋换热管芯上分别设有与换热进口24和换热出口25相对应的进出口管嘴。该螺旋换热管芯结构简单，制作方便，其焊缝线比管式换热器短，且不易结垢，可在净化烟气的同时，将烟气的热量尽可能是利用起来，用于加热空气或水等，节约能源；此外，本实施例还在下筒体上的螺旋换热管芯上部设置了清洁液入口和清洁液出口，可在更换液体时冲刷螺旋换热管芯表面，达到清洁作用，使其具有良好换热效率。
所述冷气出口12和所有导管32的入口端均设有HEPA过滤网36，该过滤网分别作为烟气的第一层过滤和最后一层过滤，一方面可减轻下腔体中烟气净化物净化烟气的压力，减少烟气净化物的更换，另一方面可进一步过滤即将排放的烟气冷气，使烟气中的大颗粒杂质能够完全去除，大大减轻后续脱硫装置的脱硫压力。
所述下筒体2上设有观察口26，所述观察口顶部在螺旋换热管芯顶部上方、观察口底部在螺旋换热管芯顶部下方。一方面可及时查看该分离装置内的液位是否淹没过螺旋换热管芯顶部，避免烟气直接排出，净化失效，污染环境，另一方面还可在观察到烟气净化物受到严重污染后及时通过排污口排出，以更换烟气净化物，确保烟气净化效果。
所述通孔31呈内侧向下的台阶状，所述导管32顶部向外翻转90°、并卡接在通孔的台阶上，且导管翻转后的顶面与分隔板3上表面齐平，使其可拆卸地卡接在分隔板3上，以便于后续更换或维修螺旋换热管芯。
其中，热回收塔的各个进出口管道及导管均采用的氟塑料管，氟塑料管具有良好的耐腐蚀性和稳定性，且不粘性强，维护成本低，使用寿命长。
如图4和图5所示，所述脱硫装置包括塔体，以及在塔体内由下而上依次设置的搅拌器4、整流装置、喷淋层5和除雾器6，所述的塔体侧面底部设有与冷气出口12管道连接的冷气入口41；所述塔体顶部设有净气出口61，塔体底部设有通过阀门与集渣槽71管道连接的排液口51，塔体侧面、喷淋层上方设有通过泵与净液槽72管道连接的进液口52；所整流装置包括第一整流层62和第二整流层63，且每层整流层均包括与塔体相匹配、用于将整流层固定到塔体内的固定圆环64，平行设置在固定圆环内的多根实心固定杆65，以及套接在固定杆上、并可围绕固定杆转动的圆筒形管道66；所述第一整流层62与第二整流层63之间设有第一气体分布器67，所述第二整流层63与冷气入口41之间设有第二气体分布器68。该整流装置中的整流层可把原烟气充分分流，形成多股分流烟气与液体接触；而整流层中设置了可绕固定杆转动的圆筒形管道，且相邻两管道23之间的间距为1cm～10cm，可使管道缝隙处烟气流速提高，气液两相界面湍动加强，气膜厚度减薄提高了传质速率系数，并且整流装置上部形成了一层湍流层，进一步提高了传质速率系数；同时烟速增大可减缓液滴下降速度，因而可使浆液在脱硫塔内停留时间加长，增加吸收时间，达到提高脱硫效率的目的。
所述第一气体分布器67上布设有呈圆环状、且出气方向按顺时针方向的若干顺时针倾斜气流管69，第一气体分布器上、顺时针倾斜气流管69之间还设有多个流水口53，所述第二气体分布器68上布设有呈圆环状、且出气方向按逆时针方向的若干逆时针倾斜气流管54，第二气体分布器上还设有一个出水口55。设置的气体分布器可有效分散气流，形成旋流，增大气液接触时间，并且两层气流分布层上的气流管出气方向相反，进一步增大了气液接触时间，从而提高脱硫效果。优选的，所述顺时针倾斜气流管69和逆时针倾斜气流管54均与所在的气流分布板呈20～60°，且顺时针倾斜气流管和逆时针倾斜气流管下方均设置为大开口向上的喇叭状；所述流水口53上方设置为大开口向下的喇叭状。更优选的，所述顺时针倾斜气流管69和逆时针倾斜气流管54均与所在的气流分布板呈30～40°；最优选的，所述顺时针倾斜气流管69和逆时针倾斜气流管54均与所在的气流分布板呈35～40°。本实施例中，所述顺时针倾斜气流管69和逆时针倾斜气流管54均与所在的气流分布板约为37.5°，经过测试，这个角度可以获得最佳旋流及脱硫效果，具体详见图6，其脱硫效率可达97.8％。所述顺时针倾斜气流管69和逆时针倾斜气流管54均与所在的气流分布板呈30～40°时，其脱硫效率可达95％以上。所述顺时针倾斜气流管69和逆时针倾斜气流管54均与所在的气流分布板呈35～40°时，其脱硫效率可达96％以上。可以理解，当所述顺时针倾斜气流管69和逆时针倾斜气流管54均与所在的气流分布板的角度较小时，一方面管道较小容易阻塞、且制备工艺复杂，另一方面气流会直接打在侧壁上，不易产生旋流。另外，将气流管下端设置为大开口向上的喇叭状，是为了便于气流向上流动，而防止喷淋处的液体通过气流管往下，而流水口设置为大开口向上喇叭状，则是为了便于第一气流分布层上蓄积的液体能够通过流水口向第二气流分布板流动，而防止大部分气体通过流水口向上。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种含硫烟气的净化及热回收系统，其特征在于，包括热回收装置、脱硫装置和液体槽；所述热回收装置包括一开一备两个热回收塔，每个热回收塔内均设有螺旋换热管芯；所述脱硫装置与热回收装置管道连接，所述脱硫装置顶部设有净气出口管，所述净气出口管上依次设有温度计(82)、测硫仪(83)和第一程控阀(84)，且在净气出口管上、测硫仪与程控阀之间还管道连接有板式换热器(81)，且在该板式换热器进气端设有第二程控阀(85)；所述净气出口管上、测硫仪与第一程控阀之间还通过第三程控阀(86)与脱硫装置的进气口管道连接，所述液体槽包括净液槽(72)和集渣槽(71)，且净液槽与集渣槽之间设有陶瓷过滤板(73)，集渣槽底部设有排污口(74)，所述热回收塔包括上筒体(1)、下筒体(2)和将上下筒体分隔开来的分隔板(3)，所述分隔板上设有多个通孔(31)，且每个通孔内设有向下筒体内延伸的导管(32)；所述上筒体(1)侧面设有用于烟气进入整个系统的烟气进口(11)，上筒体顶部设有与脱硫装置相连的冷气出口(12)，且冷气出口向上筒体内延伸并贯穿分隔板中部与下筒体连通；所述下筒体(2)侧面设有通过泵与净液槽(72)管道连接的液体入口(21)，且下筒体上设有用于检测筒体内液位的液位计(22)，下筒体底部设有通过阀门与集渣槽(71)管道连接的排渣口(23)；所述螺旋换热管芯设置在下筒体内，下筒体上设有分别与螺旋换热管芯的进出口相连通的换热进口(24)和换热出口(25)，且下筒体内还设有浸没导管底部和螺旋换热管芯、用于吸收烟气中的颗粒杂质和烟气热量的液体。
2.根据权利要求1所述的含硫烟气的净化及热回收系统，其特征在于，所述螺旋换热管芯是由两端密封的螺旋换热管板卷成，其内部设有进气通道(33)和出气通道(34)，且进水通道与出水通道之间通过分流板(35)相互隔开；所述螺旋换热管芯上分别设有与换热进口(24)和换热出口(25)相对应的进出口管嘴。
3.根据权利要求2所述的含硫烟气的净化及热回收系统，其特征在于，所述冷气出口(12)和所有导管(32)的入口端均设有HEPA过滤网(36)。
4.根据权利要求3所述的含硫烟气的净化及热回收系统，其特征在于，所述下筒体(2)上设有观察口(26)，所述观察口顶部在螺旋换热管芯顶部上方、观察口底部在螺旋换热管芯顶部下方。
5.根据权利要求4所述的含硫烟气的净化及热回收系统，其特征在于，所述通孔(31)呈内侧向下的台阶状，所述导管(32)顶部向外翻转90°、并卡接在通孔的台阶上，且导管翻转后的顶面与分隔板(3)上表面齐平。
6.根据权利要求5所述的含硫烟气的净化及热回收系统，其特征在于，所述脱硫装置包括塔体，以及在塔体内由下而上依次设置的搅拌器(4)、整流装置、喷淋层(5)和除雾器(6)，所述的塔体侧面底部设有与冷气出口(12)管道连接的冷气入口(41)；所述塔体顶部设有净气出口(61)，塔体底部设有通过阀门与集渣槽(71)管道连接的排液口(51)，塔体侧面、喷淋层上方设有通过泵与净液槽(72)管道连接的进液口(52)；所整流装置包括第一整流层(62)和第二整流层(63)，且每层整流层均包括与塔体相匹配、用于将整流层固定到塔体内的固定圆环(64)，平行设置在固定圆环内的多根实心固定杆(65)，以及套接在固定杆上、并可围绕固定杆转动的圆筒形管道(66)；所述第一整流层(62)与第二整流层(63)之间设有第一气体分布器(67)，所述第二整流层(63)与冷气入口(41)之间设有第二气体分布器(68)。
7.根据权利要求6所述的含硫烟气的净化及热回收系统，其特征在于，所述第一气体分布器(67)上布设有呈圆环状、且出气方向按顺时针方向的若干顺时针倾斜气流管(69)，第一气体分布器上、顺时针倾斜气流管(69)之间还设有多个流水口(53)，所述第二气体分布器(68)上布设有呈圆环状、且出气方向按逆时针方向的若干逆时针倾斜气流管(54)，第二气体分布器上还设有一个出水口(55)。
8.根据权利要求7所述的含硫烟气的净化及热回收系统，其特征在于，所述顺时针倾斜气流管(69)和逆时针倾斜气流管(54)均与所在的气流分布板呈20～60°，且顺时针倾斜气流管和逆时针倾斜气流管下方均设置为喇叭状、上方均开口斜向下；所述流水口(53)上方设置为喇叭状。
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