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

一种燃气除湿系统及兰炭尾气的除湿方法
技术领域
[0001]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
[0002] 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、C0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
[0003] 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。
[0004] 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 11,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。
[0005] 所述换热管束I与燃气流入的方向垂直。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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,一级至二级波纹板的波纹间距逐级减小。
[0009]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。
[0010]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。
[0011] 一种兰炭尾气的除湿方法,包括以下步骤:
[0012] 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;
[0013] 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工;
[00M] 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,中f次通过换热管和波纹板进行净化除水,而制冷工质经换热管束〗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。
[0015]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。
[0016]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^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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023] —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f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。 ^024]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
[0025]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;
[0026]图2为冷凝器结构示意图;
[0027]图3为燃气再热器结构示意图;
[0028]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 H2、进风室,1301、一级换热管束, 13〇2、二级换热管束,13〇3、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
[0029]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。
[0030]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 111和燃气出口 115,燃气再热器8的 壳体上设置有燃气进口 1117和燃气出口 II18,燃气出口 115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 111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 115和燃气进口 1117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。
[0031] 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1119,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。
[0032]在除湿系统启动后,待除湿的高温燃气从燃气进口 111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1119中,降温后的燃气经燃气出口 115和燃气进口 1117流入燃气再热器8,再次和换 热管束1119内的制冷工质进行热交换,燃气升温后从燃气出口 1118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。
[0033]为了提升燃气换热管束I和换热管束1119接触的热交换效率,换热管束I和换热管 束III9的换热管均错列布置,且与燃气流入的方向垂直,换热管束1119由多组G20不锈钢钢 翅片管组成。
[0034]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13〇2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 115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1加3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。
[0035]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。
[0036] 一种兰炭尾气的除湿方法,包括以下步骤: t〇〇37] 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 111接通,并使用流量计3来显示进入冷凝器5的尾气流量;
[0038] 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;
[0039] 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⑺、燃气再热器⑻和膨胀 阀⑼,所述冷凝器(5)、压缩机(7)、燃气再热器⑻和膨胀阀⑼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 11 (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⑼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 (I9)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(I6)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. —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⑸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(乃和燃气再热器(8),兰炭炉排出 的尾气在冷凝器⑸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,高温高压蒸汽与己经过冷凝器(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,在步骤丨)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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