CN108126482A - 一种塔外冷凝的热媒烟气消白系统 - Google Patents
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Abstract
一种塔外冷凝的热媒烟气消白系统，涉及脱硫烟气消白系统，包括脱硫塔，降温段换热器与升温段换热器构成的热媒水闭路循环，板式烟气冷凝器；原烟经降温段换热器，被热媒水冷却后进入脱硫塔，脱硫后的烟气经烟气冷凝器冷却、除湿后进入升温段换热器，被热媒水加热后经烟囱排入大气；通过烟气冷凝器对净烟的冷凝，实现降低烟气含湿量、降低烟气消白热负荷，利用原烟的热量加热净烟，进一步提高除湿后的烟气过热度，实现消除白烟、减少粉尘与水汽的排放；由于烟气冷凝器设置于系统外，烟气中的水汽析出的凝液排放至系统外，不会对脱硫塔内水平衡产生影响。
Description
技术领域
本发明涉及烟气脱硫应用领域，尤其涉及一种塔外冷凝的烟气消白系统。
背景技术
随着国家环境保护部颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13226-2011)的实施，要求燃煤锅炉烟尘排放标准达到30mg/Nm3，SO2含量按新建与现有电厂区分控制在100mg/m3、200mg/m3，今后重点地区烟尘与SO2排放量控制在20mg/m3、50mg/m3。越来越严格的大气污染物排放标准，迫使燃煤电厂及其他燃煤锅炉企业需要对烟气排放系统进行改造，以满足超净排放要求。
燃煤锅炉以煤炭作为能源，在生产过程中产生大量粉尘、二氧化硫、三氧化硫及氮氧化物，目前，燃煤锅炉普遍采用石灰石-石膏湿法技术进行烟气脱硫处理。
然而，采用石灰石-石膏湿法技术脱硫后的烟气含湿量大，排放过程中，烟气在与大气混合扩散过程中温度降低，烟气中的水析出，在烟囱周边形成白雾，俗称“烟羽”，目前在上海、天津等地，已经出台相关政策，要求治理烟羽问题。
为了解决上述问题，现有技术主要是在脱硫塔与烟囱之间设置烟气升温换热器，通过提升烟气温度来解决烟气中水气凝结产生的“烟羽”问题，但效果都不太好，主要是因为：
(1)为避免烟气中水气凝结，需要大幅提升烟气温度，烟气升温换热器热负荷巨大；
(2)受热负荷限制，烟气升温换热器体积庞大，而现有装置多为原有装置改造项目，可利用空间有限，无法满足实际需要。
(3)对烟气升温只能解决表象问题，即消除肉眼可见的“白雾”，排放烟气中所夹带的水汽并没有降低，因此并没有实质性的实现减排。
鉴于上述原因，还需要降低进入烟囱的烟气中水汽排放量，一种方式是通过换热器或者其他降温装置不断降低脱硫浆液温度，使得在脱硫塔内输出的烟气温度降低，从而使得水汽冷凝出，从而实现降低进入烟囱的烟气中水汽排放量；但是这种处理方式会使得冷凝水直接流入脱硫烟气内，对脱硫塔水平衡产生影响，有可能影响脱硫塔操作。
另外，烟气的输送过程中，其进入脱硫塔前需要先行降温，进入烟囱前要进行升温，现有的处理方式是对这两部分别的进行降温、升温处理，需要额外设置冷源、热源，浪费较多能源。
发明内容
消除白色“烟羽”，核心是减少烟气中的水汽排放量，同时尽可能提高烟气中不饱和水蒸气的过热度。而结合现有国内装置的现况，如何降低烟气升温换热器的热负荷，在现有装置的场地、构架条件都很苛刻的前提下解决烟气升温与水汽减排，成为了解决问题的关键。
基于上述原因分析，本发明从两方面入手：
1)减少烟气中的水汽含量，实质上的实现减排；
2)降低烟气升温换热器的热负荷，降低烟气换热器的外形尺寸与设备重量，满足现有装置改造需求。
通过对烟气降温，降低烟气中的含湿量，进而减少烟气中的水汽含量，在水汽凝结的过程中，将烟气中的灰尘进一步洗涤净化，减少烟气排放中的灰尘及污染物，实现真正意义上的减排；同时烟气中的水汽含量降低，在实现同等蒸汽过热度的前提下，烟气升温换热器的热负荷大幅降低，进而降低烟气换热器的外形尺寸与重量，满足装置改造要求。
综上，本发明具有如下创新性：
1)通过降低脱硫后烟气温度，降低脱硫后烟气含湿量；
2)烟气在降温过程中实现冷凝，随着凝水的析出，烟气中粉尘、SO2、SO3、NOx含量相应降低，实现真正的减排；
3)降低烟气升温换热器热负荷，降低换热器外形尺寸与重量，同时满足新建及改造装置消白的需求。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
一种塔外冷凝的热媒烟气消白系统，包括降温段换热器、脱硫塔、烟气冷凝器、升温段换热器及烟囱，烟气依次通过降温段换热器、脱硫塔、烟气冷凝器、升温段换热器、烟囱，其中，
所述降温段换热器设有降温段换热器烟气流道及降温段换热器热媒流道，降温段换热器烟气流道两端设有降温段换热器烟气入口及降温段换热器烟气出口；
所述烟气冷凝器为板式热交换器，设有烟气冷凝器烟气流道与烟气冷凝器冷却介质流道，烟气冷凝器烟气流道两端设有烟气冷凝器烟气入口及烟气冷凝器烟气出口；
所述升温段换热器设有升温段换热器烟气流道及升温段换热器热媒流道，升温段换热器烟气流道两端设有升温段换热器烟气入口及升温段换热器烟气出口；
降温段换热器热媒流道的两端分别通过热媒管路与升温段换热器热媒流道两端连接，热媒在降温段换热器、升温段换热器及热媒管路内闭路循环；
降温段换热器烟气出口通过烟气管道与脱硫塔烟气入口连接，脱硫塔烟气出口通过烟气管道与烟气冷凝器烟气入口连接，烟气冷凝器烟气出口通过烟气管道与升温段换热器烟气入口连接，升温段换热器烟气出口与烟囱连接；
烟气通过降温段换热器烟气入口进入降温段换热器烟气通道，经降温段换热器烟气出口进入脱硫塔，通过脱硫塔烟气出口流出，脱硫塔烟气出口流出的烟气通过烟气冷凝器烟气入口进入烟气冷凝器烟气流道，经烟气冷凝器烟气出口流出并通过升温换热器烟气入口进入升温段换热器烟气流道，经升温段换热器烟气出口流出并进入烟囱。
烟气冷凝器的传热元件由多个并排设置的波纹板片组成，多张波纹板片叠落成为板束并形成烟气流道与冷却介质流道，其中，所述烟气流道两侧的波纹凸起高度之和小于烟气通道高度。
所述热媒管路在升温段换热器前端设有为热媒补热的加热器。
所述热媒管路在烟气降温换热器后端设有为热媒降温的取热器。
所述热媒为水，热媒管路设有循环泵及定压补水系统。
本发明的有益效果是：
(1)通过设置塔外烟气冷凝器，降低烟气温度同时减少烟气中的水汽含量，在除湿的同时减少烟气中的SO2、SO3、NOx含量，实现减排；
(2)烟气的含湿量降低，烟气提升较小的温度即可达到消白所需的过热度，相应地，烟气升温换热器热负荷也大幅降低，换热器占地面积及设备重量相应降低，提高改造可行性的同时降低改造成本。
(3)由于烟气冷凝器设置于系统外，烟气中的水汽析出的凝液排放至系统外，不会对脱硫塔内的水平衡产生影响。
附图说明
图1是本发明的连接结构示意图。
图2、图3分别是本发明的另外几种优选实施例的连接结构示意图。
图4是构成本发明的烟气冷凝器流道结构示意图。
图中：1.脱硫塔，2.浆液喷淋管，3.烟气冷凝器，4.烟囱，5.升温段换热器，6.降温段换热器，7.热媒循环泵，8.补热媒系统，9.取热器，10.加热器。
A.原烟气,B.净烟气,C.冷却介质，D.热媒，E.取热媒介，F.加热媒介，H.凝液。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明包括烟气依次通过的降温段换热器6、脱硫塔1、烟气冷凝器3、升温段换热器5及烟囱4，其中，
降温段换热器设有降温段换热器烟气流道及降温段换热器热媒流道，降温段换热器烟气流道两端设有降温段换热器烟气入口及降温段换热器烟气出口；
烟气冷凝器为板式热交换器，设有烟气冷凝器烟气流道与烟气冷凝器冷却介质流道，烟气冷凝器烟气流道两端设有烟气冷凝器烟气入口及烟气冷凝器烟气出口；
升温段换热器设有升温段换热器烟气流道及升温段换热器热媒流道，升温段换热器烟气流道两端设有升温段换热器烟气入口及升温段换热器烟气出口；
降温段换热器热媒流道的两端分别通过热媒管路与升温段换热器热媒流道两端连接，热媒在降温段换热器、升温段换热器及热媒管路内闭路循环；
降温段换热器烟气出口通过烟气管道与脱硫塔烟气入口连接，脱硫塔烟气出口通过烟气管道与烟气冷凝器烟气入口连接，烟气冷凝器烟气出口通过烟气管道与升温段换热器烟气入口连接，升温段换热器烟气出口与烟囱连接；
烟气流向：来自系统外的原烟气A通过降温段换热器的烟气入口进入降温段换热器本体，降温后的烟气经脱硫塔烟气入口进入脱硫塔，在浆液喷淋管2的作用下，烟气与浆液发生脱硫反应实现脱硫，脱硫后的净烟气B经脱硫塔烟气出口进入烟气冷凝器，通过冷却介质C对烟气降温，烟气中的水汽析出，成为凝液H并排放至系统外，烟气中的含湿量降低，同时在冷却水的洗涤作用下，烟气中残留的粉尘、SO2、SO3、NOx被进一步脱除，冷却除湿后的烟气进入升温段换热器，经热媒水加热后，经由烟囱排向大气，因烟气中的水汽含量降低且蒸汽过热度提升，在实现消白的同时实现了节能减排的效果。
由于烟气冷凝器设置于脱硫塔外，烟气中的水汽析出，成为凝液H并排放至脱硫塔外，不会对脱硫塔内的水平衡产生影响。
热媒流向：来自热媒循环泵的热媒D通过降温段换热器的热媒入口进入降温段换热器热媒流道，与热烟气换热后被加热，通过升温段换热器热媒入口进入升温段换热器热媒流道，与经过烟气冷凝器降温除湿后的冷烟气换热后被冷却，回到热媒循环泵的入口形成闭路循环。
热媒在系统内形成闭路循环，热媒先将烟气内的热量取出，而随后又将取出的热量用于烟气的加热，实现热量的循环利用，减少对外界的供能需求。
热媒通过降温段换热器热媒水入口进入降温段换热器，经降温段换热器热媒水出口流出降温段换热器并通过升温段换热器热媒水入口进入升温段换热器，经升温段换热器热媒水出口流出后再次进入降温段换热器，形成闭路循环，并在管路上设有循环水泵与定压补水装置。烟气通过降温段换热器烟气入口进入降温段换热器烟气流道后经烟气出口流出，经脱硫塔烟气入口进入脱硫塔，经过脱硫浆液脱硫处理后，通过脱硫塔烟气出口流出，脱硫塔烟气出口的烟气通过烟气冷凝器烟气入口进入烟气冷凝器烟气流道，经进一步降温除湿后经升温段换热器烟气入口进入升温段换热器烟气流道，经升温段换热器烟气出口流出并排入烟囱。
本发明中的热媒D可以选用热媒水或导热油或其它介质，热媒管路中设置热媒循环泵7驱动热媒循环，还可设置补热媒系统8；
本发明的其中一种实施例如图2所示，将取热器9设置于降温段换热器热媒出口与升温段换热器热媒入口之间的热媒管路上，设置取热器的目的是锅炉高负荷运行时，利用取热器将降温段换热器富裕的热负荷用于预热锅炉凝水、加热暖风器或其他用途，取热媒介E可以选用冷却水或循环水。
本发明的其中一种实施例如图3所示，将加热器9设置于降温段换热器热媒水出口与升温段换热器热媒入口之间的热媒管路上，设置加热器的主要目的是补充系统烟囱入口烟气温度提升不够造成的热负荷缺失，系统开车及低负荷运行时可以使用低压蒸汽补充热量，加热媒介F可以选用蒸汽或热水。实际生产中，根据实际情况决定两者的相对位置，依据控制系统自动开启或关闭蒸汽加热器与取热器，达到系统热平衡。
如图4所示，烟气冷凝器由多张波纹板片叠落且形成烟气流道与冷介质流道，烟气流道两侧的波纹凸起高度H2与H3之和小于烟气流道高度H1，即H1＞H2+H3，相应的，烟气流道内波纹无法形成触点，即烟气B在无触点的通道内流动，解决了管式与常规板式换热器流动场驻点的问题，烟气中的石膏颗粒不易积聚，进而解决了堵塞问题，同时由于传热元件是波纹板片，与管式烟气换热器相比，传热效率高，冷端温差小，同等条件下，烟气出口温度更低，对应的含湿量更低，进而实现降温、除湿的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种塔外冷凝的热媒烟气消白系统，其特征在于，包括降温段换热器、脱硫塔、烟气冷凝器、升温段换热器及烟囱，烟气依次通过降温段换热器、脱硫塔、烟气冷凝器、升温段换热器、烟囱，其中，
所述降温段换热器设有降温段换热器烟气流道及降温段换热器热媒流道，降温段换热器烟气流道两端设有降温段换热器烟气入口及降温段换热器烟气出口；
所述烟气冷凝器为板式热交换器，设有烟气冷凝器烟气流道与烟气冷凝器冷却介质流道，烟气冷凝器烟气流道两端设有烟气冷凝器烟气入口及烟气冷凝器烟气出口；
所述升温段换热器设有升温段换热器烟气流道及升温段换热器热媒流道，升温段换热器烟气流道两端设有升温段换热器烟气入口及升温段换热器烟气出口；
降温段换热器热媒流道的两端分别通过热媒管路与升温段换热器热媒流道两端连接，热媒在降温段换热器、升温段换热器及热媒管路内闭路循环；
降温段换热器烟气出口通过烟气管道与脱硫塔烟气入口连接，脱硫塔烟气出口通过烟气管道与烟气冷凝器烟气入口连接，烟气冷凝器烟气出口通过烟气管道与升温段换热器烟气入口连接，升温段换热器烟气出口与烟囱连接；
烟气通过降温段换热器烟气入口进入降温段换热器烟气通道，经降温段换热器烟气出口进入脱硫塔，通过脱硫塔烟气出口流出，脱硫塔烟气出口流出的烟气通过烟气冷凝器烟气入口进入烟气冷凝器烟气流道，经烟气冷凝器烟气出口流出并通过升温换热器烟气入口进入升温段换热器烟气流道，经升温段换热器烟气出口流出并进入烟囱。
2.根据权利要求1所述的一种塔外冷凝的热媒烟气消白系统，其特征在于，烟气冷凝器的传热元件由多个并排设置的波纹板片组成，多张波纹板片叠落成为板束并形成烟气流道与冷却介质流道，其中，所述烟气流道两侧的波纹凸起高度之和小于烟气通道高度。
3.根据权利要求1或2所述的一种塔外冷凝的热媒烟气消白系统，其特征在于，所述热媒管路在升温段换热器前端设有为热媒补热的加热器。
4.根据权利要求3所述的一种塔外冷凝的热媒烟气消白系统，其特征在于，所述热媒管路在烟气降温换热器后端设有为热媒降温的取热器。
5.根据权利要求4所述的一种塔外冷凝的热媒烟气消白系统，其特征在于，所述热媒为水，热媒管路设有循环泵及定压补水系统。
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