CN107490014A - 一种回热式换热器燃煤机组烟气降温取水系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种回热式换热器燃煤机组烟气降温取水系统，包括回热式换热器、冷却风机、进气烟道、出气烟道、凝结水收集装置，所述回热式换热器包括烟气分仓、空气分仓、蓄热元件，所述进气烟道、烟气分仓、出气烟道顺序连接，所述烟气分仓和空气分仓的气流方向相反，所述凝结水收集装置设置在烟气分仓下方，所述冷却风机设置在空气分仓上部。本发明利用回热式换热器的工作原理，用环境空气将燃煤锅炉湿法脱硫系统出口饱和湿烟气冷却降温，回收烟气中因水蒸汽过饱和而凝结下来的水分。本发明结构简单，对烟气中的水汽回收效率高，大大降低了企业的成本支出，符合节能环保的要求。

Description

一种回热式换热器燃煤机组烟气降温取水系统

技术领域

本发明涉及一种燃煤机组烟气降温取水系统，特别是一种回热式换热器燃煤机组烟气降温取水系统。

背景技术

随着环保要求的提高，绝大部分燃煤机组的烟气脱硫工艺都采用了湿法脱硫系统，湿法脱硫系统出口的烟气都是蒸汽饱和烟气。湿法脱硫系统的出口烟气的温度随其入口烟气温度不同，一般在50℃左右，则烟气饱和蒸汽压在12.5╳103Pa左右。烟气中的水主要来自于煤燃烧产生的水分和在脱硫塔中烟气蒸发的脱硫工艺水，煤燃烧产生的烟气中的水分一般在3-8％，其余为烟气蒸发的脱硫工艺水。根据上述数据估算，对于一台300MW等级的燃煤机组，在满负荷时，排放烟气中所携带的水量在150t/h左右，若以每年运行4000h来计，其携带的水量就有600000t，非常可观。在缺水地区，如果回收烟气中的水予以利用，将会有很高的环境效益、社会效益和经济效益。

目前，世界上主流烟气提水技术路线有三种：膜法提水、喷淋冷却提水技术和冷凝换热提水：

(1)膜法提水技术

通过膜技术对水蒸汽分子进行过滤，渗透压来自于空冷凝汽器的真空，水分回收系统主要由膜法过滤装置以及空冷凝汽器组成，捕集的水经过简单处理即可回用。但是，膜法提水技术受膜工业限制，投资运行费用很高，无论在国外还是在国内，都处于研究阶段，还不适合工业化应用。

(2)喷淋冷却提水技术

通过在脱硫塔后建一套烟气喷淋降温收水冷凝塔和闭式通风冷却塔，喷淋降温收水冷凝塔和闭式通风冷却塔之间通过一个水-水换热器连接。在喷淋塔中，从烟气中收到的水与喷淋水混合在一起，通过向烟气中喷淋冷却后的低温水冷却烟气，降温后的烟气析出过饱和水蒸汽得到烟气凝结水；喷淋水冷却烟气将烟气降温的同时，自身被加热升温；升温后的喷淋水通过水水换热器与闭式通风冷却塔热媒水相连接进行热交换，达到热量释放自身被降温的目的；闭式通风冷却塔热媒水在水-水换热器被加热升温后返回通风冷却塔与空气进行换热冷却，即采用气液间壁式换热器进行换热把循环水从提水塔吸收的热量散失掉，最终间接实现烟气与空气换热降温水回收的目的。

(3)间接接触式烟气降温提水技术

主要是通过间接接触式换热的方式对脱硫后的净烟气进行降温，由于烟气不同温度的饱和湿度不同，烟气温度降低后其饱和湿度会减小，其过饱和部分水分就会凝结析出，进而被收集利用。除了水的回收，在水蒸汽凝结析出的过程中，通过相变凝聚和碰撞凝并，可大幅提高超细粉尘和气溶胶的去除效率；而且，由于烟气中的水分减少，SO3的分压力将升高，露点升高，冷凝凝结水以硫酸雾滴为晶核凝结，促使硫酸雾滴长大，易于硫酸雾滴的捕集脱除。间接接触式换热器有翅片管换热器、热管换热器和板式换热器，由于脱硫后烟气含有一定量的酸性气体和气溶胶，换热器的材质一般需要采用防腐蚀的不锈钢材质或氟塑料材质。间接接触式换热器由于其换热效果差，材质需要价格较贵的防腐材料如不锈钢、氟塑料，而且还容易产生换热器体积大、造价昂贵的问题。冷却烟气的冷源可以采用环境空气和江河水，但通常有江河水可利用的地区通常不缺水，开式水冷却方式还容易造成江河水的热污染。如果利用环境空气作为冷源，可以采用空气-烟气直接换热和空气-水-烟气间接换热两种方式：空气/烟气直接换热的方式，由于气气间接接触式换热器换热效果差的特点，很容易产生换热器体积庞大、造价高等问题；空气-水-烟气间接换热则需增设一套闭式通风冷却塔和水水换热器，形成闭式循环，最终实现烟气与空气换热降温水回收的目的，系统较为复杂。

从上述三种收水技术看，膜法手术技术由于价格问题暂时还不具备市场应用的条件；喷淋冷却取水技术和间接接触式烟气降温取水技术以空气作为冷源时，都需设置闭式通风冷却塔和水水换热装置，系统较复杂；间接接触式烟气降温取水技术采用江河水为冷源时，存在节水的必要性不大的问题。

利用回热式换热器的燃煤锅炉回转式GGH(gas-gas heater)，由于其换热效率高、体积比管式空预器紧凑等优点，早期曾被广泛应用到大型燃煤机组上，用于回收脱硫前原烟气热量加热脱硫后净烟气，实现了：

(1)使排烟温度达到露点之上，消除对进烟道和烟囱的腐蚀，提高净烟气的扩散度；

(2)降低进入吸收塔的烟气温度，降低塔内对防腐的工艺技术要求；

(3)降低了脱硫吸收塔入口烟温，减少了由于烟气温度高造成的脱硫工艺水蒸发，进而减少了吸收塔内工艺水的补水量；

(4)消除了湿法脱硫后烟囱冒“白烟”及“烟囱雨”现象。

同时，回转式GGH也存在了如下突出的问题：

(1)GGH的原烟气侧向净烟气侧的泄漏会降低系统的脱硫效率，回转式GGH的原烟气侧和净烟气侧之间的泄漏一般在1.0％以下；

(2)由于原烟气在GGH中由130℃左右降低到酸露点以下的80℃，因此在GGH的热侧会产生大量的粘稠的浓酸液。这些酸液不但对GGH的换热元件和壳体有很强的腐蚀作用，而且会粘附大量烟气中的飞灰。另外，穿过除雾器的微小浆液液滴在换热元件的表面上蒸发之后，也会形成固体的结垢物。

由于蓄热元件堵塞的问题非常突出，使得大部分火电厂在超低排放政策实施前，就逐步以烟囱防腐、湿烟气直排取代了回转式GGH。

如果采用空气作为冷却介质，利用回热式换热器对脱硫后烟气进行降温收水，有如下特点：

(1)相比脱硫塔前原烟气与脱硫塔后净烟气换热的GGH，与净烟气换热的是环境空气，空气中不含SO2气体和粉尘，也就不会在换热过程中产生稠的浓酸液腐蚀设备及粘附飞灰堵塞蓄热元件的问题；

(2)换热器是对净烟气进行的是降温取水过程，而不是加热升温，穿过除雾器的微小浆液液滴也不会在换热元件的表面上蒸发形成固体结垢物堵塞蓄热元件，而且，烟气中相当一部分的超细粉尘、SO3气溶胶、微小浆液液滴以及可凝结颗粒物在水的凝结过程中被捕捉，并随凝结水被收集去除；

(3)对于回热式换热器换热气体之间存在的1％泄露量的问题，若空气向烟气泄露，只是略微增大了烟气量，若烟气向空气泄露也只是有少量的净烟气从烟囱排放改为随被加热了的冷却空气排放，不会造成危害；

(4)该换热方式系统简单，而且是接触式换热，换热效率高，可以有效的减小换热器体积、降低投资；

(5)由于收水，烟气中的水分含量降低，消除了湿法脱硫后烟囱冒“白烟”以及“烟囱雨”现象，如有MGGH烟气升温消“白烟”系统，烟气所需升温幅度降低，脱硫塔前原烟气的热回收换热器和脱硫塔后净烟气加热器换热面可减小，降低MGGH系统投资。

采用回热式换热器对脱硫后净烟气进行降温取水的方法，与原GGH系统相比，存在的堵塞和泄露问题不复存在或变为无害；与烟气喷淋降温取水和间接接触式烟气降温提水技术相比，有系统简单、换热效率高等突出优势。所以，回热式换热器烟气取水技术应用于燃煤锅炉湿法烟气脱硫系统出口净烟气取水是可行的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中烟气提水技术复杂、成本高、效率低的不足，而提供一种结构简单，换热效率高的烟气提水系统。

本发明提供了一种回热式换热器燃煤机组烟气降温取水系统，包括回热式换热器、冷却风机、进气烟道、出气烟道、凝结水收集装置，所述回热式换热器包括烟气分仓、空气分仓、蓄热元件，所述进气烟道、烟气分仓、出气烟道顺序连接，所述烟气分仓和空气分仓的气流方向相反，所述凝结水收集装置设置在烟气分仓下方，所述冷却风机设置在空气分仓上部。

回热式换热器，也称为蓄热式换热器，利用回热式换热器的工作原理，用环境空气将燃煤锅炉湿法脱硫系统出口50℃左右的饱和湿烟气冷却至40℃左右，回收烟气中因水蒸汽过饱和而凝结下来的水分。回热式换热器结构包括烟气分仓、空气分仓、蓄热元件，烟气分仓走湿法脱硫系统出口净烟气，空气分仓走冷却空气。烟气与冷却空气走向相逆，通过冷却风机抽取的空气作为烟气冷却的冷源，在回热式换热器中，蓄热元件先在烟气分仓从烟气中吸热，将烟气降温，然后在空气分仓中将热量传给空气，由冷却空气带走。在烟气分仓中，随着烟气温度的降低，烟气中的过饱和蒸汽析出，顺蓄热元件流下，由烟气分仓下方设置的凝结水收集装置收集，从而完成了燃煤机组的烟气提水工作。

进一步的，本发明回热式换热器燃煤机组烟气降温取水系统还包括和所述出气烟道连接的烟囱，所述出气烟道在通向烟囱的入口处设置有除雾器。

设置除雾器可以去除烟气中所携带的雾滴。

进一步的，本发明回热式换热器燃煤机组烟气降温取水系统还包括凝结水缓冲水箱、凝结水输出装置、加药装置，所述凝结水缓冲水箱和凝结水收集装置相连，所述凝结水输出装置、加药装置分别和凝结水缓冲水箱相连。

凝结水在凝结水缓冲水箱中暂存，通过加药装置添加药剂调节水质，然后由凝结水输出装置输送至用水系统或者直接返回脱硫吸收塔。

进一步的，烟气分仓和空气分仓大小根据换热要求调整。

可以根据换热的具体要求调整烟气分仓和空气分仓的大小，达到最高的经济性，为企业节省成本支出。

进一步的，本发明回热式换热器燃煤机组烟气降温取水系统内侧设有防腐蚀层。

由于烟气中含有硫化物，遇水后具有较强的腐蚀性，设置防腐蚀层可以防止腐蚀，提高设备的使用寿命。

本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：

1、系统简单、换热效率高；

2、大量的回收了企业用水，有效降低企业投资成本；

3、利用冷空气作为冷源，无污染；

4、符合节能环保的要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

标号说明：

101-空气分仓 102-烟气分仓 2-冷却风机 3-进气烟道 4-出气烟道 5-凝结水收集装置 6-烟囱 7-除雾器 8-凝结水缓冲水箱 9-加药装置 10-凝结水输出装置

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例：如图1所示，湿法脱硫系统来的50℃烟气进入回热式换热器的烟气分仓102，被空气分仓101来的低温蓄热元件冷却降温至40℃，蓄热元件被加热；被加热后的高温蓄热元件，在空气分仓101中被冷却风机2抽取的10℃左右空气冷却，同时，冷却空气将被加热至40℃，随着换热器的旋转，蓄热元件的烟气分仓101和空气分仓102的轮换，该过程不断循环。被冷却至40℃的烟气至烟囱排放，冷却空气经换热器后将变成40℃热风从回热式空预器出口排放。烟气在回热式换热器烟气分仓102中被冷却至露点温度以下后，随着温度的不断降低，烟气中的饱和水蒸气不断凝结析出，析出后的水顺蓄热元件流下。

在回热式换热器烟气分仓下部安装凝结水收集装置5，回收流下来的烟气凝结水，然后在凝结水缓冲水箱8收集，通过加药装置9添加天然碱，调节水质，由凝结水输出装置10送走并加以利用或者直接返回脱硫吸收塔。

其他实施例中，还可以在出气烟道出口设置除雾器7，以去除烟气中所携带的雾滴。根据不同的换热要求，烟气分仓和空气分仓大小根据换热要求具体调整，以达到最高的经济性，为了防止腐蚀，可以在设备内部内侧设置防腐蚀层，或者系统采用防腐蚀材料例如搪瓷或耐腐蚀的不锈钢等材料。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种回热式换热器燃煤机组烟气降温取水系统，其特征在于，包括回热式换热器、冷却风机、进气烟道、出气烟道、凝结水收集装置，所述回热式换热器包括烟气分仓、空气分仓、蓄热元件，所述进气烟道、烟气分仓、出气烟道顺序连接，所述烟气分仓和空气分仓的气流方向相反，所述凝结水收集装置设置在烟气分仓下方，所述冷却风机设置在空气分仓上部。

2.根据权利要求1所述的回热式换热器燃煤机组烟气降温取水系统，其特征在于，还包括和所述出气烟道连接的烟囱，所述出气烟道在通向烟囱的入口处设置有除雾器。

3.根据权利要求1所述的回热式换热器燃煤机组烟气降温取水系统，其特征在于，还包括凝结水缓冲水箱、凝结水输出装置、加药装置，所述凝结水缓冲水箱和凝结水收集装置相连，所述凝结水输出装置、加药装置分别和凝结水缓冲水箱相连。

4.根据权利要求1所述的回热式换热器燃煤机组烟气降温取水系统，其特征在于，所述烟气分仓和空气分仓大小根据换热要求调整。

5.根据权利要求1-4任一项所述的回热式换热器燃煤机组烟气降温取水系统，其特征在于，其内侧设有防腐蚀层。