CN107062957A - 列管式氟塑料烟气‑烟气换热器 - Google Patents

列管式氟塑料烟气‑烟气换热器 Download PDF

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Abstract

本发明属于工业节能环保技术领域，涉及一种列管式氟塑料烟气‑烟气换热器。该换热器包括换热器壳体、换热管和支撑装置；所述换热器壳体包括竖直的原烟气烟道和水平的净烟气烟道；多根换热管沿原烟气烟道方向竖直布置，形成换热管栅，并通过支撑装置固定在换热器壳体内；其中，原烟气在换热管栅的换热管的管内竖直流动，净烟气在换热管栅的换热管的管外水平流动，从而原烟气与净烟气的流动方向相互垂直。本发明应用于电力、建材、冶金等高耗能行业，工作位置在湿法脱硫装置的出口，回收利用湿法脱硫装置烟气入口原烟气的热量去加热湿法脱硫装置烟气出口的净烟气，从而提高烟囱排烟的扩散能力和排放高度，消除工业常见的石膏雨和白烟现象。

Description

列管式氟塑料烟气-烟气换热器
技术领域
本发明属于工业节能环保技术领域，具体涉及一种列管式氟塑料烟气-烟气换热器，可用于湿法脱硫装置后净烟气的升温和排放。
背景技术
中国以煤炭为主的能源结构，造成国内电源点主要以燃煤火力发电为主。2010年年底，我国发电装机容量达到9.5亿千瓦左右，其中火力发电电装机容量为7亿千瓦，占总容量的73.68％左右。
燃煤电厂为了解决锅炉烟气排放污染问题，近年来采取了大量技术措施，减少烟尘、SO2、氮氧化物等污染物的排放，先后进行了静电除尘器、烟气脱硫系统(FGD)、烟气脱硝系统(SCR)的增设和改造。目前火电行业整体排污水平已经大大降低。
但是，由于湿法脱硫的大量使用，使得锅炉烟囱中石膏的含量大大提高，虽然电厂装设了静电除尘器，但是由于脱硫装置布置在除尘器的下游，所以无法处理脱硫系统产生的石膏，无论如何提高除尘器的效率，也无法降低烟气中的石膏含量。而石膏雨现象目前已经成为严重影响电厂周围居民生活的主要环境问题之一。很多地方电厂已经因此不能正常生产，对社会和企业都带来了恶劣的影响。而且由于国民经济的快速发展以及环保要求的进一步提高，使得目前的烟气排放水平还需要得到更深层的改进。
目前，国内燃煤火力发电厂大量装备了石灰石-石膏法烟气脱硫装置，脱硫塔出口烟气温度为50℃左右，烟气中水蒸汽呈饱和状态，烟气中还含有超细烟尘、SO2、SO3等脱硫装置未能完全洗涤掉的污染物，另外由于脱硫工艺的影响，烟气中还会夹带石膏颗粒，这些污染物将被直接从烟囱中带入大气，然后遇冷凝结，会加剧石膏雨和白烟的形成。不仅造成环境污染，还会大量浪费水资源。
目前对石膏雨和白烟的治理主要包括以下几种方式：
1.金属GGH：利用蓄热式金属换热器，将脱硫塔入口烟气余热回收，用于加热脱硫塔出口的净烟气，使得脱硫塔出口烟温从50℃左右升高至80℃，使得烟气中的水蒸汽处于过热状态，排出烟囱时不会发生凝结现象；同时提高烟气抬升高度、增大扩散面积、降低污染的局部影响。
2.零泄漏水媒式烟气再热系统MGGH：利用中间热媒介质的循环流动，将脱硫塔入口烟气的热量转移至脱硫塔出口净烟气中，使得脱硫塔出口烟温由50℃左右升至80℃，达到与金属GGH相同的效果。
3.在脱硫塔出口增设湿式静电除雾器，捕捉烟气中的尘粒和液滴，提升排烟的洁净度，达到减弱石膏雨现象的目的。
上述几种方法均存在不同的问题，金属GGH占地面积大、设备本体造价及工程改造成本高、现场布置难度大、设备阻力在1000Pa以上，系统运行电耗费用可观，此外设备本身运行过程中的泄漏、腐蚀和磨损等问题尚未得到很好的解决，也制约了其持续的工程应用。零泄漏水媒式烟气再热系统MGGH占地面积少、工程改造成本低、设备阻力小、布置相对简单，但系统架构较为复杂，泵的电耗及其他运行材料的消耗也不可忽略。湿式静电除雾器由于要考虑防腐问题，所以设备造价非常高，为了保证除雾效果，需要将烟气流速降得很低，所以设备体积更加巨大，现场很难布置，而且该类设备在电力行业应用极少，实际使用经验不多。
石膏雨和白烟的防治问题已经非常急迫，亟待一种简单、可靠、高效的技术手段来解决。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种列管式氟塑料烟气-烟气换热器，脱硫塔入口的原烟气在换热管栅的换热管的管内流动，脱硫塔出口的净烟气在换热管栅的换热管的管外流动，高温原烟气将热量通过换热管壁传至低温净烟气侧，达到净烟气再热的目的，从而解决烟囱排烟的石膏雨和白烟问题。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种列管式氟塑料烟气-烟气换热器，该换热器包括换热器壳体25、换热管5和支撑装置。
所述换热器壳体25包括竖直的原烟气烟道和水平的净烟气烟道；多根换热管5沿原烟气烟道方向竖直布置，形成换热管栅，并通过支撑装置固定在换热器壳体25内。
其中，原烟气在换热管栅的换热管5的管内竖直流动，净烟气在换热管栅的换热管5的管外水平流动，从而原烟气与净烟气的流动方向相互垂直。
所述换热管栅的上部和下部分别为原烟气进口烟道A和原烟气出口烟道B；换热管栅的两侧分别为净烟气进口烟道C和净烟气出口烟道D。
原烟气进口烟道A的顶部设有开口向上的原烟气进口9，原烟气出口烟道B的底部设有水平开口的原烟气出口10；净烟气进口烟道C和净烟气出口烟道D分别设有水平开口的净烟气进口22和净烟气出口23。
原烟气进口9通过引风机F与锅炉排烟接口E连接，原烟气出口10与湿法脱硫装置FGD(I)的入口连接，净烟气进口22与湿法脱硫装置FGD(I)的出口连接，净烟气出口23与烟囱M连接。
所述换热管5为氟塑料直管，其管外径为30-100mm，壁厚为1.0-2.0mm；相邻换热管5之间的管排间隔为换热管5外径的1.5-3倍。
所述支撑装置包括上管板1、下管板7和支撑长杆2。
四根支撑长杆2的两端分别通过连接块6与水平布置的上管板1和下管板7的四个端角垂直固接，构成容纳换热管栅的框架；其中，换热管5的两端分别贯穿上管板1和下管板7。
上管板1和下管板7的外缘分别与原烟气进口烟道A和原烟气出口烟道B的内壁气密连接。
相邻的支撑长杆2之间固接有多个支撑短杆3，构成多个与上管板1和下管板7平行的框架平面；在每个框架平面内设置有用于调节换热管栅中各换热管5之间间距的定距环4和管架8；定距环4包覆于换热管5的外侧，通过管架8相互连接并与支撑短杆3固定。
所述列管式氟塑料烟气-烟气换热器进一步包括水冲洗系统，水冲洗系统包括冲洗水接口24、管内冲洗水母管11和管外冲洗水母管12。
所述管内冲洗水母管11和管外冲洗水母管12分别水平设置在上管板1的上方和下方，且均与冲洗水接口24连接；管内冲洗水母管11和管外冲洗水母管12分别水平连接有多根管内冲洗水支管13和管外冲洗水支管14；所述管内冲洗水支管13和管外冲洗水支管14分别垂直连接有多根管内冲洗水管15和管外冲洗水管16；所述管内冲洗水管15和管外冲洗水管16的末端均装有冲洗喷嘴17。
管内冲洗水母管11的管内冲洗水管15由换热管5的上端插入换热管5的管内，管外冲洗水母管12的管外冲洗水管16插入换热管5管排间隙内，冲洗换热管5内外壁面。
所述原烟气出口烟道B、净烟气进口烟道C和净烟气出口烟道D的换热器壳体25的底部均设置有集水槽20，集水槽20分别设置有集水槽冲洗口19和集水槽排污口21，集水槽冲洗口19通过集水槽冲洗水管18与冲洗水接口24连接。
原烟气进口9、原烟气出口10、净烟气进口22和净烟气出口23均设有烟气温度在线测量装置和烟气压力在线测量装置。
所述支撑装置采用氟塑料或氟合金构件；所述原烟气烟道和净烟气烟道均采取了防腐处理措施，防腐材料采用高温玻璃鳞片或PTFE板。
所述集水槽20采用2205不锈钢材料进行防腐处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的列管式氟塑料烟气-烟气换热器一般应用于工业节能环保行业，工作位置在烟气湿法脱硫装置(FGD)的净烟气出口，通过间壁式换热将高温原烟气中的热量回收用于加热净烟气，提升净烟气的排放扩散能力，消除烟囱排烟常见的石膏雨和白烟现象。
2、本发明的列管式氟塑料烟气-烟气换热器可有效地提高脱硫装置的脱硫效率，同时由于脱硫塔入口烟温的降低，使脱硫装置的运行耗水率有了明显的减少，显著降低了企业的运行成本。
3、本发明的列管式氟塑料烟气-烟气换热器本体体积小、现场布置方便、工程改造成本低，且系统结构简单、烟气阻力小、运行费用低；此外，选用氟塑料材质从根本上解决了设备本体的泄漏、磨损和腐蚀等问题。
附图说明
图1为本发明列管式氟塑料烟气-烟气换热器的正视结构示意图；
图2为本发明列管式氟塑料烟气-烟气换热器的侧视结构示意图；
图3为换热管5和支撑装置的立体结构示意图；
图4为本发明列管式氟塑料烟气-烟气换热器布置示意图。
其中的附图标记为：
1 上管板 2 支撑长杆
3 支撑短杆 4 定距环
5 换热管 6 连接块
7 下管板 8 管架
9 原烟气进口 10 原烟气出口
11 管内冲洗水母管 12 管外冲洗水母管
13 管内冲洗水支管 14 管外冲洗水支管
15 管内冲洗水管 16 管外冲洗水管
17 冲洗喷嘴 18 集水槽冲洗水管
19 集水槽冲洗口 20 集水槽
21 集水槽排污口 22 净烟气进口
23 净烟气出口 24 冲洗水接口
25 换热器壳体 A 原烟气进口烟道
B 原烟气出口烟道 C 净烟气进口烟道
D 净烟气出口烟道 E 锅炉排烟接口
F 引风机 G 高温原烟气
H 低温原烟气 I 湿法脱硫装置(FGD)
J 低温净烟气 K 列管式氟塑料烟气-烟气换热器
L 高温净烟气 M 烟囱
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
如图1～图4所示，本发明的列管式氟塑料烟气-烟气换热器K包括换热器壳体25、换热管5和支撑装置。
所述换热器壳体25包括竖直的原烟气烟道和水平的净烟气烟道。多根换热管5沿原烟气烟道方向竖直布置，形成换热管栅，并通过支撑装置固定在换热器壳体25内。
其中，原烟气在换热管栅的换热管5的管内竖直流动，净烟气在换热管栅的换热管5的管外水平流动，从而原烟气与净烟气的流动方向相互垂直。
换热管栅的上部和下部分别为原烟气进口烟道A和原烟气出口烟道B；换热管栅的两侧分别为净烟气进口烟道C和净烟气出口烟道D。
原烟气进口烟道A的顶部设有开口向上的原烟气进口9，原烟气出口烟道B的底部设有水平开口的原烟气出口10。净烟气进口烟道C和净烟气出口烟道D分别设有水平开口的净烟气进口22和净烟气出口23。
如图4所示，原烟气进口9通过引风机F与锅炉排烟接口E连接，原烟气出口10与湿法脱硫装置(FGD)I的入口连接。净烟气进口22与湿法脱硫装置(FGD)I的出口连接，净烟气出口23与烟囱M连接。
锅炉排出的高温原烟气G通过引风机F，经原烟气进口9进入列管式氟塑料换热器K的换热管5内，与流经换热管栅的换热管5外壁的低温净烟气J进行换热，换热后的低温原烟气H经原烟气出口10进入湿法脱硫装置(FGD)I的入口，脱硫后的低温净烟气J由湿法脱硫装置(FGD)I的出口排出，经净烟气进口22水平进入列管式氟塑料换热器K的换热管5外空间，与换热管5内的高温原烟气G进行热交换，换热后的高温净烟气L经净烟气出口23从烟囱M排出。
所述换热管5为氟塑料直管，其管外径为30-100mm，壁厚为1.0-2.0mm。相邻换热管5之间的管排间隔为换热管5外径的1.5-3倍，以保证最小的气侧阻力和最优的换热效果。
如图3所示，所述支撑装置包括上管板1、下管板7、支撑长杆2和支撑短杆3。
四根支撑长杆2的两端分别通过连接块6与水平布置的上管板1和下管板7的四个端角垂直固接，构成容纳换热管栅的框架；其中，换热管5的两端分别贯穿上管板1和下管板7。
上管板1和下管板7的外缘分别与原烟气进口烟道A和原烟气出口烟道B的内壁气密连接。
相邻的支撑长杆2之间固接有多个支撑短杆3，构成多个与上管板1和下管板7平行的框架平面，在每个框架平面内设置有用于调节换热管栅中各换热管5之间间距的定距环4和管架8；定距环4包覆于换热管5的外侧，通过管架8相互连接并与支撑短杆3固定。
所述支撑装置采用氟塑料或氟合金构件，避免腐蚀和结垢。
所述列管式氟塑料烟气-烟气换热器K进一步包括水冲洗系统，水冲洗系统包括冲洗水接口24、管内冲洗水母管11、管外冲洗水母管12、集水槽冲洗水管18和集水槽20。
所述管内冲洗水母管11和管外冲洗水母管12分别水平设置在上管板1的上方和下方，且均与冲洗水接口24连接；管内冲洗水母管11和管外冲洗水母管12分别水平连接有多根管内冲洗水支管13和管外冲洗水支管14；所述管内冲洗水支管13和管外冲洗水支管14分别垂直连接有多根管内冲洗水管15和管外冲洗水管16；所述管内冲洗水管15和管外冲洗水管16的末端均装有冲洗喷嘴17。
管内冲洗水母管11的管内冲洗水管15由换热管5的上端插入换热管5的管内，管外冲洗水母管12的管外冲洗水管16插入换热管5管排间隙内。管内冲洗水管15和管外冲洗水管16可以冲洗换热管5内外所有壁面，保证良好的冲洗效果。
所述原烟气出口烟道B、净烟气进口烟道C和净烟气出口烟道D的换热器壳体25的底部均设置有集水槽20，集水槽20分别设置有集水槽冲洗口19和集水槽排污口21。集水槽冲洗口19通过集水槽冲洗水管18与冲洗水接口24连接。
所述水冲洗系统的冲洗水压为0.6MPa，每24小时冲洗5分钟，保证换热管5内外表面的洁净。
采用本发明的列管式氟塑料烟气-烟气换热器K处理后的原烟气温度由175±5℃降至143±5℃，净烟气温度由60±5℃升至85±5℃。
原烟气进口9、原烟气出口10、净烟气进口22和净烟气出口23均设有烟气温度在线测量装置，从而保证净烟气被加热至要求的排放温度。
原烟气进口9、原烟气出口10、净烟气进口22和净烟气出口23均设有烟气压力在线测量装置，当烟气阻力超过设计阻力值上限时，自动开启冲洗水系统，直到烟气阻力降至设计阻力值下限时，关停冲洗水系统。
所述原烟气烟道、净烟气烟道和集水槽20的内壁均采取了防腐处理措施，以保证列管式氟塑料烟气-烟气换热器K的安全运行。
所述原烟气进口烟道A和原烟气出口烟道B为原烟气流经烟道，高温原烟气经过列管式氟塑料烟气-烟气换热器K后温度降低，同时在冲洗水系统运行时，原烟气中的酸性气体和水混合形成酸液，对原烟气出口烟道B造成腐蚀损坏，故须在原烟气出口烟道B的部分区域进行防腐处理，防腐材料可采用高温玻璃鳞片或PTFE板等，以保证烟道的运行安全。
所述烟道净烟气进口烟道C和净烟气出口烟道D为净烟气流经区域，低温净烟气J从湿法脱硫装置(FGD)I的出口排出，经净烟气进口烟道C和净烟气出口烟道D后由烟囱M排空，低温净烟气J为饱和湿烟气，在冲洗水系统运行时，烟气中的少量酸性气体极易与水混合形成酸液，对净烟气进口烟道C和净烟气出口烟道D造成腐蚀损坏，故须在净烟气进口烟道C和净烟气出口烟道D进行防腐处理，防腐材料可采用高温玻璃鳞片或PTFE等，以保证净烟气进口烟道C和净烟气出口烟道D的运行安全。
所述集水槽20为腐蚀高风险区，须采用2205不锈钢材料进行防腐处理，以保证运行安全。
本发明的工作过程如下：
将本发明列管式氟塑料烟气-烟气换热器布置在湿法脱硫装置(FGD)的净烟气出口位置，锅炉排出的高温原烟气流经列管式氟塑料烟气-烟气换热器的换热管栅的换热管的管内，竖直冲刷换热管内壁；低温净烟气流经列管式氟塑料烟气-烟气换热器的换热管栅的换热管的管外，水平冲刷换热管外壁，最终经过烟气与管壁的对流传热以及管壁的热传导过程将原烟气中的热量传至净烟气中，使得净烟气温升至80℃～90℃，实现工业烟囱的“无烟”排放目标。

Claims (10)

1.一种列管式氟塑料烟气-烟气换热器，其特征在于：该换热器包括换热器壳体(25)、换热管(5)和支撑装置；
所述换热器壳体(25)包括竖直的原烟气烟道和水平的净烟气烟道；多根换热管(5)沿原烟气烟道方向竖直布置，形成换热管栅，并通过支撑装置固定在换热器壳体(25)内；
其中，原烟气在换热管栅的换热管(5)的管内竖直流动，净烟气在换热管栅的换热管(5)的管外水平流动，从而原烟气与净烟气的流动方向相互垂直。
2.根据权利要求1所述的列管式氟塑料烟气-烟气换热器，其特征在于：所述换热管栅的上部和下部分别为原烟气进口烟道(A)和原烟气出口烟道(B)；换热管栅的两侧分别为净烟气进口烟道(C)和净烟气出口烟道(D)；
原烟气进口烟道(A)的顶部设有开口向上的原烟气进口(9)，原烟气出口烟道(B)的底部设有水平开口的原烟气出口(10)；净烟气进口烟道(C)和净烟气出口烟道(D)分别设有水平开口的净烟气进口(22)和净烟气出口(23)；
原烟气进口(9)通过引风机(F)与锅炉排烟接口(E)连接，原烟气出口(10)与湿法脱硫装置FGD(I)的入口连接，净烟气进口(22)与湿法脱硫装置FGD(I)的出口连接，净烟气出口(23)与烟囱(M)连接。
3.根据上述权利要求之一所述的列管式氟塑料烟气-烟气换热器，其特征在于：所述换热管(5)为氟塑料直管，其管外径为30-100mm，壁厚为1.0-2.0mm；相邻换热管(5)之间的管排间隔为换热管(5)外径的1.5-3倍。
4.根据权利要求2所述的列管式氟塑料烟气-烟气换热器，其特征在于：所述支撑装置包括上管板(1)、下管板(7)和支撑长杆(2)；
四根支撑长杆(2)的两端分别通过连接块(6)与水平布置的上管板(1)和下管板(7)的四个端角垂直固接，构成容纳换热管栅的框架；其中，换热管(5)的两端分别贯穿上管板(1)和下管板(7)；
上管板(1)和下管板(7)的外缘分别与原烟气进口烟道(A)和原烟气出口烟道(B)的内壁气密连接。
5.根据权利要求4所述的列管式氟塑料烟气-烟气换热器，其特征在于：相邻的支撑长杆(2)之间固接有多个支撑短杆(3)，构成多个与上管板(1)和下管板(7)平行的框架平面；在每个框架平面内设置有用于调节换热管栅中各换热管(5)之间间距的定距环(4)和管架(8)；定距环(4)包覆于换热管(5)的外侧，通过管架(8)相互连接并与支撑短杆(3)固定。
6.根据权利要求4所述的列管式氟塑料烟气-烟气换热器，其特征在于：所述列管式氟塑料烟气-烟气换热器进一步包括水冲洗系统，水冲洗系统包括冲洗水接口(24)、管内冲洗水母管(11)和管外冲洗水母管(12)；
所述管内冲洗水母管(11)和管外冲洗水母管(12)分别水平设置在上管板(1)的上方和下方，且均与冲洗水接口(24)连接；管内冲洗水母管(11)和管外冲洗水母管(12)分别水平连接有多根管内冲洗水支管(13)和管外冲洗水支管(14)；所述管内冲洗水支管(13)和管外冲洗水支管(14)分别垂直连接有多根管内冲洗水管(15)和管外冲洗水管(16)；所述管内冲洗水管(15)和管外冲洗水管(16)的末端均装有冲洗喷嘴(17)；
管内冲洗水母管(11)的管内冲洗水管(15)由换热管(5)的上端插入换热管(5)的管内，管外冲洗水母管(12)的管外冲洗水管(16)插入换热管(5)管排间隙内，冲洗换热管(5)内外壁面。
7.根据权利要求2所述的列管式氟塑料烟气-烟气换热器，其特征在于：所述原烟气出口烟道(B)、净烟气进口烟道(C)和净烟气出口烟道(D)的换热器壳体(25)的底部均设置有集水槽(20)，集水槽(20)分别设置有集水槽冲洗口(19)和集水槽排污口(21)，集水槽冲洗口(19)通过集水槽冲洗水管(18)与冲洗水接口(24)连接。
8.根据权利要求2所述的列管式氟塑料烟气-烟气换热器，其特征在于：原烟气进口(9)、原烟气出口(10)、净烟气进口(22)和净烟气出口(23)均设有烟气温度在线测量装置和烟气压力在线测量装置。
9.根据权利要求1所述的列管式氟塑料烟气-烟气换热器，其特征在于：所述支撑装置采用氟塑料或氟合金构件；所述原烟气烟道和净烟气烟道均采取了防腐处理措施，防腐材料采用高温玻璃鳞片或PTFE板。
10.根据权利要求7所述的列管式氟塑料烟气-烟气换热器，其特征在于：所述集水槽(20)采用2205不锈钢材料进行防腐处理。
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