CN107213745A - 一种燃气除湿系统及兰炭尾气的除湿方法 - Google Patents
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Abstract
一种燃气除湿系统及兰炭尾气的除湿方法，包括冷凝器、压缩机、燃气再热器和膨胀阀，将冷凝器、压缩机、燃气再热器和膨胀阀依次首尾相接组成闭合回路，闭合回路中设置有制冷工质，采用本装置降低燃气湿度、提升入炉燃气温度，在燃气进入锅炉前就脱除燃气中的含湿量，使得燃气在锅炉中燃烧后烟气中的水蒸气分压大大降低，从而使得尾部受热面由酸引起的低温腐蚀威胁降低，当利用脱除含湿量后的燃气燃烧时则可以降低锅炉排烟温度，从而降低排烟热损失，进一步提高锅炉热效率。
Description
技术领域
本发明属于燃气除湿脱水领域，尤其涉及一种燃气除湿系统及兰炭尾气的除湿方法。
背景技术
在煤炭石油化工过程中，根据加工方式的不同，可生产多种类型的人工燃气，这些燃通常含有水分和焦油，比如在炼焦或兰炭生产时，会相应地产生副产物---焦炉煤气或兰炭尾气，其主要可燃成分含有CH4、H2、CO等，同时含有部分水分和焦油，焦油在低温下凝结成液体，容易和水、炭粒结合在一起，堵塞输气管道，腐蚀金属，所以在利用这种煤气之前会进行净化处理，去除焦油，现有技术中一般使用氨水洗涤法除焦油，这种方法虽然能够有效地去除焦油，但也会使煤气中水分含量增加，由此加剧运输管道和锅炉尾部烟道的腐蚀，降低了煤气热值；这些燃气在锅炉内燃烧时，迫使锅炉的排烟温度升高，导致锅炉热效率降低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种燃气除湿系统及兰炭尾气的除湿方法，尤其适合于兰炭尾气燃烧锅炉，该方法是基于制冷原理脱除燃气的含湿量，并利用排出的汽化潜热的余热加热燃气的一种装置，燃气被初步降低温度并将大部分的凝结水和焦油排出，能够大幅度降低锅炉尾部的低温腐蚀威胁，在燃气进入锅炉前就脱除燃气中的含湿量，使得燃气在锅炉中燃烧后烟气中的水蒸气分压大大降低，从而使得尾部受热面由酸引起的低温腐蚀威胁降低，同时利用脱除含湿量后的燃气燃烧时则可以降低锅炉排烟温度，从而降低排烟热损失，进一步提高锅炉热效率。
为达到上述目的，本发明所述一种燃气除湿系统包括冷凝器、压缩机、燃气再热器和膨胀阀，所述冷凝器、压缩机、燃气再热器和膨胀阀依次首尾相接组成闭合回路，所述闭合回路中设置有制冷工质；冷凝器的壳体上设有燃气进口I和燃气出口I，燃气再热器的壳体上设置有燃气进口II和燃气出口II，燃气出口I和燃气进口II通过烟道连通；冷凝器内设置有换热管束I，换热管束上设有制冷工质入口I和制冷工质出口I；燃气再热器内设置装有制冷工质的换热管束II，换热管束II上分别设有制冷工质入口II和制冷工质出口II；所述制冷工质出口I、压缩机和制冷工质入口II依次连通，所述制冷工质入口I、膨胀阀和制冷工质出口II依次连通。
所述换热管束I与燃气流入的方向垂直。
所述换热管束I包括一级换热管束，二级换热管束和三级换热管束，一级到三级换热管束以燃气流动方向依次排布，各级换热管束的换热管间距递减。
所述二级换热管束和三级换热管束的换热管为不锈钢翅片管，二级换热管束的钢翅片间距小于三级换热管束的钢翅片间距。
所述一级至三级换热管束燃气流出的一侧，设置有一级波纹板、二级波纹板和三级波纹板，一级至三级波纹板的波纹间距逐级减小。
所述料气再热器内的换热管束II与燃气流入的方向垂直，换热管束II为错列布置的G20不锈钢翅片管。
所述冷凝器壳体下部开有出水口，冷凝器壳体内下表面均向出水口倾斜，出水口的一边卷折成凹槽，在凹槽内设有水封，出水口的另一边浸入水中，凹槽侧壁位于水封线之上的位置开有起导流作用的通孔。
一种兰炭尾气的除湿方法，包括以下步骤：
1)将兰炭炉排出的尾气通过烟道与权利要求1至7中的任一种除湿系统的燃气进口I接通；
2)启动冷凝器、打开膨胀阀，使除湿系统中的制冷工质充满冷凝器的换热管束I；
3)将兰炭炉排出的尾气排入冷凝器，启动压缩机和燃气再热器，兰炭炉排出的尾气在冷凝器中依次通过换热管束I和波纹板进行净化除水，而制冷工质经换热管束I和压缩机后变成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽与已经过冷凝器脱湿后的燃气进行强制换热，从而使得除湿之后入炉燃气的温度提高，制冷工质经燃气再热器和膨胀阀变成低温低压液体后进入冷凝器中完成一个循环。
在步骤1)之前，先对兰炭尾气经过净化除尘，并使用流量计来显示进入冷凝器的尾气流量。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，本发明将冷凝器、压缩机、燃气再热器和膨胀阀依次首尾相接组成闭合回路，形成一个循环系统，闭合回路中设置有制冷工质，采用本装置降低燃气湿度、提升入炉燃气温度，在燃气进入锅炉前就脱除燃气中的含湿量，使得燃气在锅炉中燃烧后烟气中的水蒸气分压大大降低，从而使得尾部受热面由酸引起的低温腐蚀威胁降低，当利用脱除含湿量后的燃气燃烧时则可以降低锅炉排烟温度，从而降低排烟热损失，进一步提高锅炉热效率。
进一步的，换热管束I与燃气流入的方向垂直，增加换热管束与待除湿燃气的接触面积，提升热交换效率。
进一步的，换热管束I包括一级换热管束，二级换热管束和三级换热管束，一级到三级换热管束以燃气流动方向依次排布，各级换热管束的换热管间距递减，由于进口处温度梯度较大，大量水汽凝结，并有焦质类物质析出，故一级换热器的换热管间距最大，以后两级递减，这样设置既提高了换热效率又节约了换热管束材料，一级换热管束管间距较大且采用耐腐蚀ND钢制造，以此来防止腐蚀和焦油带来的影响。
进一步的，二级换热管束和三级换热管束的换热管为不锈钢翅片管，二级换热管束的钢翅片间距小于三级换热管束的钢翅片间距，钢翅片增大了接触面积提升除湿效果，以此来强化换热。
进一步的，一级至三级换热管束燃气流出的一侧，设置有一级波纹板、二级波纹板和三级波纹板，各级波纹板的波纹间距逐级减小，因为换热温差减小，水汽分压力减小，故波纹板这样设置便于高效冷却。
进一步的，燃气再热器内的换热管束II与燃气流入的方向垂直，提升换热效果，换热管束II为错列布置的G20不锈钢翅片管，提升换热效果。
冷凝器壳体下部开有出水口，冷凝器壳体内下表面均向出水口倾斜，出水口的一边卷折成凹槽，在凹槽内设有水封，出水口的另一边浸入水中，凹槽侧壁位于水封线之上的位置开有起导流作用的通孔，防止排水时燃气溢出。
一种兰炭尾气的除湿方法，利用上述除湿系统进行，将兰炭炉排出的尾气通过烟道除湿系统的燃气进口I接通，然后启动冷凝器、打开膨胀阀，使除湿系统中的制冷工质充满冷凝器的换热管束I，将兰炭炉排出的尾气排入冷凝器，启动压缩机和燃气再热器即可，操作简便，当燃气进炉燃烧前脱除含湿量时，减小了燃气在燃烧时水分汽化所需的热量，可使锅炉中燃烧温度升高，从而提高燃气燃烧的火焰传播速度。同时燃气进炉前在燃气再热器中受热升温，也即燃气进炉前的初始温度升高，进一步增加燃气燃烧后的火焰传播速度，提高火焰传播速度即可提高燃烧效率。
进一步的，在兰炭尾气除湿之前，先对兰炭尾气经过净化除尘，并使用流量计来显示进入冷凝器的尾气流量，可以使工作人员实时掌握进入冷凝器的尾气流量。
附图说明
图1为本实施例的燃气除湿系统应用于兰炭炉尾气处理的流程图；
图2为冷凝器结构示意图；
图3为燃气再热器结构示意图；
附图中，1、兰炭炉，2、净化系统，3、鼓风机，4、流量计，5、冷凝器，6、凝结水箱，7、压缩机，8、燃气再热器，9、膨胀阀，10、锅炉，11、燃气进口I，12、进风室，1301、一级换热管束，1302、二级换热管束，1303、三级换热管束，1401、一级波纹板，1402、二级波纹板，1403、三级波纹板，15、燃气出口I，16、冷凝器壳体，17、燃气进口II，18、燃气出口II，19、换热管束II。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但这些列举性实施方式的用途和目的仅用来列举本发明，并非对发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
如图1所示，本发明的燃气除湿系统包括冷凝器5、压缩机7、燃气再热器8和膨胀阀9，冷凝器壳体16(即为冷凝器5的壳体)上设有燃气进口I11和燃气出口I15，燃气再热器8的壳体上设置有燃气进口II17和燃气出口II18，燃气出口I15与燃气进口II17通过烟道连通；当需要除湿的燃气从燃气进口I11流入后，先在冷凝器5中降温，水气遇冷凝结，流入冷凝器壳体16底部的出水口排出，经过干燥的燃气通过燃气出口I15和燃气进口II17流入燃气再热器8，在燃气再热器8中加热后排出。本实施例中，为了防止燃气泄漏，冷凝器壳体16下部开有出水口，壳体内下表面均向出水口倾斜，倾斜角度为3度，出水口的一边卷折成凹槽，在凹槽内设有水封，出水口的另一边浸入水中，位于水封线之上的凹槽侧壁上开有起导流作用的通孔，水封阻止烟气泄露，当水槽中的水位达到通孔时，经过导管流入凝结水箱6。
冷凝器5和燃气再热器8的结构分别如图2和图3所示，冷凝器壳体16内设置有换热管束I，换热管束的两侧分别设有制冷工质入口I和制冷工质出口I；燃气再热器8内设置有换热管束II19，换热管束II19两侧分别设有制冷工质入口II和制冷工质出口II；制冷工质出口I、压缩机7和制冷工质入口II依次连通，制冷工质入口I、膨胀阀9和制冷工质出口II依次连通；冷凝器5、压缩机7、燃气再热器8和膨胀阀9组成闭合回路，在闭合回路内充有能够充满换热管束I制冷要求的制冷工质。
在除湿系统启动后，待除湿的高温燃气从燃气进口I11流入，在进风室12内均匀混合，然后与换热管束I内的制冷工质进行热交换，因煤气温度降低，燃气中大部分的凝结水和焦油就会凝结析出，制冷工质遇热气化后经压缩机7升温加压后流入燃气再热器8内的换热管束II19中，降温后的燃气经燃气出口I15和燃气进口II17流入燃气再热器8，再次和换热管束II19内的制冷工质进行热交换，燃气升温后从燃气出口II18排出，制冷工质遇冷降温，以固液混合物的形态，从制冷工质出口II流出，再经过膨胀阀9降温降压后液化流回换热管束I中，本实施例的除湿系统在工作中，制冷工质在冷凝器5、压缩机7、燃气再热器8和膨胀阀9形成闭合的回路中循环流动。
为了提升燃气换热管束I和换热管束II19接触的热交换效率，换热管束I和换热管束II19的换热管均错列布置，且与燃气流入的方向垂直，换热管束II19由多组G20不锈钢钢翅片管组成。
此外，为了增强水气冷凝效果，将换热管束I分为三个部分，分别由一级换热管束1301，二级换热管束1302和三级换热管束1303组成，一级到三级换热管束以燃气流动方向依次排布，各级换热管束的换热管间距逐渐减小，各级换热管束靠近燃气出口I15的一侧分别设置有一级波纹板1401，二级波纹板1402和三级波纹板1403，所有波纹板的波纹方向与燃气流入的方向一致，且波纹间距依次减小；经过换热管束I尚未冷凝的水气在经过波纹板时，气流在沿波纹方向流动，因惯性力和离心力而被分离，分离出的液滴被吸附在板壁上，顺着板壁流下。为了增强除湿效果，燃气最先接触到第一波纹管初步降低温后，会有大部分的凝结水和带有腐蚀性焦油和杂质凝结，所以一级换热管束1301由多组耐腐蚀的ND钢管组成，二级换热管束1302和三级换热管束1303由多组304不锈钢翅片管组成，三级换热管束1303的钢翅片的间距小于二级换热管束1302的钢翅片间距。这样设置的原因是因为燃气在从一级换热管束向三级换热管输流动的过程中，随着冷凝的持续进行，燃气中的水气含量降低，减少钢翅片间距可以增加接触水气的面积，进而更好地起到除湿的作用。
如图1所示，一种燃气除湿系统，在兰炭炉排出的尾气的烟道上依次设有用于除尘的净化系统2、鼓风机3和流量计4，最后接入上述除湿系统，经除湿系统干燥后的尾气可以直接排入锅炉10，作为锅炉燃气使用。
一种兰炭尾气的除湿方法，包括以下步骤：
1)将兰炭炉1排出的尾气经过净化系统3净化除尘后利用鼓风机3通过烟道与除湿系统的燃气进口I11接通，并使用流量计3来显示进入冷凝器5的尾气流量；
2)启动冷凝器5、打开膨胀阀9，使除湿系统中的制冷工质充满冷凝器的换热管束I；
3)将兰炭炉1排出的尾气排入冷凝器5，启动压缩机7和燃气再热器8，兰炭炉1排出的尾气在冷凝器5中依次通过三组换热管束I波纹板进行净化除水，而制冷工质经换热管束13和压缩机7后变成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽与已经过冷凝器5脱湿后的燃气进行强制换热，从而使得除湿之后入炉燃气的温度提高，而制冷工质经燃气再热器8和膨胀阀9变成低温低压液体后进入冷凝器5中完成一个循环。
Claims (9)
1.一种燃气除湿系统，其特征在于，包括冷凝器(5)、压缩机(7)、燃气再热器(8)和膨胀阀(9)，所述冷凝器(5)、压缩机(7)、燃气再热器(8)和膨胀阀(9)依次首尾相接组成闭合回路，所述闭合回路中设置有制冷工质；
冷凝器(5)上设有燃气进口I(11)和燃气出口I(15)，燃气再热器(8)的壳体上设置有燃气进口II(17)和燃气出口II(18)，燃气出口I(15)和燃气进口II(17)通过烟道连通；
冷凝器(5)内设置有换热管束I，换热管束I上设有制冷工质入口I和制冷工质出口I；燃气再热器(8)内设置装有制冷工质的换热管束II(19)，换热管束II(19)上分别设有制冷工质入口II和制冷工质出口II；
所述制冷工质出口I、压缩机(7)和制冷工质入口II依次连通，所述制冷工质入口I、膨胀阀(9)和制冷工质出口II依次连通。
2.根据权利要求1所述的一种燃气除湿系统，其特征在于，所述换热管束I与燃气流入的方向垂直。
3.根据权利要求2所述的一种燃气除湿系统，其特征在于，所述换热管束I包括一级换热管束(1301)，二级换热管束(1302)和三级换热管束(1303)，一级到三级换热管束以燃气流动方向依次排布，各级换热管束的换热管间距递减。
4.根据权利要求3所述的一种燃气除湿系统，其特征在于，所述二级换热管束(1302)和三级换热管束(1303)的换热管为不锈钢翅片管，二级换热管束(1302)的钢翅片间距小于三级换热管束(1303)的钢翅片间距。
5.根据权利要求3所述的一种燃气除湿系统，其特征在于，一级至三级换热管束燃气流出的一侧，设置有一级波纹板(1401)、二级波纹板(1402)和三级波纹板(1403)，一级至三级波纹板的波纹间距逐级减小。
6.根据权利要求1所述的一种燃气除湿系统，其特征在于，所述燃气再热器(8)内的换热管束II(19)与燃气流入的方向垂直，换热管束II(19)为错列布置的G20不锈钢翅片管。
7.根据权利要求1所述的一种燃气除湿系统，其特征在于，所述冷凝器壳体(16)下部开有出水口，冷凝器(5)的壳体(16)内下表面均向出水口倾斜，出水口的一边卷折成凹槽，凹槽内设有水封，出水口的另一边浸入水中，凹槽侧壁位于水封线之上的位置开有起导流作用的通孔。
8.一种兰炭尾气的除湿方法，包括以下步骤：
1)将兰炭炉排出的尾气通过烟道与权利要求1至7中的任一种除湿系统的燃气进口I(11)接通；
2)启动冷凝器(5)、打开膨胀阀(9)，使除湿系统中的制冷工质充满冷凝器(5)的换热管束I；
3)将兰炭炉排出的尾气排入冷凝器(5)，启动压缩机(7)和燃气再热器(8)，兰炭炉排出的尾气在冷凝器(5)中依次通过换热管束I和波纹板进行净化除水，而制冷工质经换热管束I和压缩机(7)后变成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽与已经过冷凝器(5)脱湿后的燃气进行强制换热，从而使得除湿之后入炉燃气的温度提高，制冷工质经燃气再热器(8)和膨胀阀(9)变成低温低压液体后进入冷凝器(5)中完成一个循环。
9.根据权利要求8所述的兰炭尾气的除湿方法，其特征在于，在步骤1)之前，先对兰炭尾气经过净化除尘，并使用流量计来显示进入冷凝器(5)的尾气流量。
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