CN110180344A - 一种湿法脱硫烟气消白系统 - Google Patents
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Abstract
一种湿法脱硫烟气消白系统，涉及湿法脱硫技术烟气消白工艺，包括气气换热器、脱硫塔、风机、烟囱、空气旁路、烟气通道与空气通道，利用热空气回流方式预热空气，再利用空气与烟气换热，烟气被冷却后进入脱硫塔脱硫，空气被加热后与脱硫后烟气混合，提温降湿并通过烟囱排放，实现烟气消白，与现有消白技术路线相比，不仅可以有效解决烟气低温腐蚀、积灰等问题，而且系统设备简单，投资少，消白改造简单易行且消白效果好，具有很好的经济效益与社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及烟气消白应用领域，尤其涉及湿法烟气脱硫技术烟气消白应用领域，利用气气换热技术，通过空气回流方式与气气间壁式换热器解决低温腐蚀与积灰堵塞问题，回收烟气的余热用于对脱硫后烟气提温降湿，进而实现烟气消白的工艺系统。
背景技术
我国大部分烟气脱硫采用湿法烟气脱硫技术，湿法烟气脱硫技术主要有石灰/石灰石洗涤法、双碱法、韦尔曼-洛德法、氧化镁法和氨法等，其中石灰/石灰石洗涤工艺的技术最为成熟、运行最为可靠、应用也最广泛。石灰/石灰石洗涤烟气脱硫工艺可以使烟温降低到45-60℃，脱硫塔出口烟气中的水蒸气处于饱和状态，在通过烟囱排放大气时，温度较低的大气急剧冷却烟气，使得烟气中水蒸气冷凝成液态，烟气透光率下降，从而表现出烟囱冒白烟现象，而消除烟囱冒白烟现象即为烟气消白，也称烟气脱白。
随着环保要求的逐步实施，对各个行业的烟气消白要求逐步显现，尤其是要求湿法脱硫的烟气(包括排烟温度在45℃～75℃之间的湿烟气)消白后排放，以减少对空气的污染。
现有湿法脱硫烟气的消白技术路线主要有：湿烟气冷凝消白工艺、湿烟气加热消白工艺、MGGH(烟气降温-脱硫-烟气升温)消白技术工艺。
对于湿烟气冷凝消白工艺，目前多采用直接喷淋、浆液冷凝、烟道冷凝技术，普遍存在设备占地面积大、腐蚀严重、冷凝水收集与处理成本较高等问题，而且单纯的湿烟气冷凝，只能减少白烟，无法达到完全消白。
对于烟气加热消白技术，目前多采用蒸汽加热方式，由于湿烟气温度高、含湿量大，为实现消白需求，需要采用高温蒸汽，一方面高温蒸汽易于造成湿烟气中的石膏颗粒脱水板结堵塞，另外一方面蒸汽耗量较大，系统投资、运行成本高，装置维护量大，尤其对于装置无高品质蒸汽热源的，该工艺的可实施性比较差。
对于MGGH消白技术，以水作为热媒，利用原烟热量用于加热净烟，在实际运行过程中，由于烟气低温腐蚀(水温过低)、烟尘堵塞与积灰等问题是普遍存在的问题，尤其是当传热元件的某一点发生泄漏后，在水的作用下，泄漏会在短时间内加剧积灰与堵塞，进而造成设备失效。尤其对于现有消白需求中的低温脱硫烟气，例如脱硫前烟气温度低于100℃，由于低温腐蚀、原烟气热量低等问题无法解决，MGGH技术已不再适用。
综上，现有的消白技术普遍存在以下问题：
(1)MGGH系统的堵塞与腐蚀问题一直得不到很好的解决，而对于烟温低于100℃的低温烟气，MGGH系统适用性更差；
(2)饱和湿烟气加热消白技术，烟气携带的石膏颗粒在烟气升温换热器造成的堵塞以及腐蚀问题；
(3)蒸汽烟气加热器瞬间烘干浆液形成板结，极易堵塞换热器；
(4)纯蒸汽加热系统运行成本高；
(5)现有消白工艺中普遍采用烟气/水换热器，在换热器出现泄漏点后，积灰与腐蚀问题会迅速扩展造成设备失效、装置停车。
发明内容
针对高含湿烟气，尤其是湿法烟气脱硫工艺系统的湿烟气，在烟气除湿、烟气升温大原则不变的前提下，针对现有技术普遍存在的：腐蚀、堵塞、能耗高等问题，通过调整消白系统流程、调整换热路线，在消白的基础上，提高系统的可靠性，降低系统能耗，减小设备体积，控制改造成本。
本发明中，利用空气回流旁路，将气气换热器空气出口的热空气引到气气换热器空气入口，利用热空气掺混的方式提高气气换热器进口空气的温度，进而以提高金属壁温的方式消除了烟气低温腐蚀问题；利用烟气和空气换热方式，解决了烟气和水换热方式中由于设备泄漏产生的系统问题与换热器失效；解决了低温腐蚀与泄漏失效问题，本发明所公开的技术路线对于低温烟气同样适用，即对于脱硫塔前烟气温度低于100℃工况，可直接用蒸汽、热水、热烟气等热源加热空气，与脱硫塔出口烟气混合，达到上述相同效果。
相比于采用空气预热器和外部热源对空气进行预热的技术路线相比，本发明工艺路线相对更为简单，由于采用的是空气回流方式的空气预热手段，相应地，本发明适用于烟气温度相对较高的应用领域，且对空气进口温度要求的范围相对较窄，与此同时，由于空气回流，风机和气气换热器的操作负荷会相应提高。
综上，本发明采用空气旁路提温-烟气换热-混风的方式，联合降低脱硫浆液温度，一方面通过提升脱硫效率来减少脱硫后烟气中二氧化硫的含量，通过降低脱硫浆液耗量减少烟气中浆液夹带量，通过降低烟气温度降低脱硫后烟气的含湿量，同时通过空气旁路回流方式对进入气气换热器的进口空气提温，用于消除低温腐蚀问题，再利用提温后的空气与脱硫前或其他高温烟气实现气气换热，最后与排烟烟气均匀混合后排放，有效避免了传统降温段换热器、升温段换热器、蒸汽加热器堵塞、腐蚀等问题。
综上，本发明的创造性与新颖性如下：
(1)本发明创造性地提出以烟气/空气换热(气气换热器)技术路线替代烟气/水换热(低温省煤器)技术路线，一方面解决烟气/水换热器低温腐蚀问题，另一方面解决换热器由于泄漏引发的次生腐蚀与积灰堵塞问题。
(2)本发明创造性的提出了热空气回流预热冷空气的技术路线，即采用空气旁路将部分加热后的热空气回流至冷空气进口，利用混风的方式提高空气温度，进而消除烟气/空气换热器(气气换热器)的低温腐蚀问题。采用本技术路线，系统简单，所需设备较少，不需要额外的空气预热的热源，对于无加热热源的装置尤其适用。
(3)本发明采用控制空气温度和烟气温度来控制传热元件金属壁温，与现有技术中的烟气/水换热器(低温省煤器)采用控制水温来控制传热元件金属壁温相比，调节手段更加有效且简单易行。
(4)在气气换热器(烟气/空气换热器)的基础上，结合浆液冷却技术，综合了烟气降温和烟气除湿两种措施的优点，烟气消白效果更显著。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
一种湿法脱硫烟气消白系统，包括脱硫塔、气气换热器、烟囱、风机、空气旁路、烟气通道、空气通道，其中，
烟气依次通过气气换热器、脱硫塔，并与通过气气换热器的空气混合，经烟囱排放；
空气依次通过风机、气气换热器，并与脱硫塔流出的烟气混合，经烟囱排放；
所述空气旁路的一端与气气换热器的空气出口连通，另一端与风机的空气进口端连通，部分经气气换热器加热的空气通过空气旁路回流至风机的空气进口，所述空气旁路上设置有用于调节空气流量的阀门；
所述气气换热器为间壁式热交换器，利用进入气气换热器的烟气对进入气气换热器的空气进行加热，被加热的空气与脱硫塔排出的烟气混合并经烟囱排放。
根据上述技术方案，优选地，所述脱硫塔内部设有多层喷淋管，所述脱硫塔外部设置有多组与喷淋管相连接的脱硫浆液管道，与最顶层喷淋管或最顶层和次顶层喷淋管相连接的浆液管道上安装有全焊接板式的浆液冷却器，所述浆液冷却器的浆液通道为单程直通道，所述浆液冷却器包括在同一条轴线上或近似在同一条轴线上的板束、浆液进口大小头、浆液出口大小头。
根据上述技术方案，优选地，所述气气换热器的空气出口后端设有空气补热器，即空气流出气气换热器后再进入空气补热器中进行补热，补热后的空气与脱硫塔流出的净烟气混合后经烟囱排放。
根据上述技术方案，优选地，所述气气换热器为全焊接板式热交换器，所述气气换热器的传热元件为板片，所述板片包括等间距凸起的支撑波纹、下凹的承压波纹、凸起的传热波纹，所述板片两两对构成板对，多个所述板对叠落后在板片的两侧分别形成烟气流道与空气流道，下凹的所述承压波纹在空气流道内形成触点，凸起的所述支撑波纹高度之和等于烟气流道高度，凸起的所述传热波纹向烟气流道内突出，凸起的传热波纹高度之和小于烟气流道的高度。
根据上述技术方案，优选地，所述脱硫塔与烟囱为一体式结构，即烟塔合一结构。
本发明的有益效果是：
(1)解决现有技术中关于湿法脱硫烟气消白中普遍存在的烟气/水换热器积灰、堵塞、腐蚀及消白效果差的问题；
(2)利用气气换热器(烟气/空气换热器)替代烟气/水换热器，消除了烟气/水换热器水泄漏产生的腐蚀泄漏与积灰所致的失效问题；
(3)利用空气旁路，在不借助其它设备和热源的条件下，调节进入气气换热器的空气温度，进而实现传热元件金属壁温的控制，工艺路线简单，装置改造费用与操作费用更低；
(4)与现有消白技术路线相比，本发明在腐蚀防控、积灰控制、烟气温度控制等方面更加简单易行，消白系统简单，易于实施，实施与操作成本低。
附图说明
图1是本发明的实施例的方案系统图。
图2～图3是本发明的另外两种实施例的方案系统图。
图4是本发明的实施例的气气换热器的板片结构示意图。
图5是本发明的气气换热器直通道结构示意图。
图6是构成本发明的气气换热器结构示意图。
图中：1.脱硫塔，101.浆液池，102.烟气进口，103.喷淋管，104.烟气出口，105.浆液管道，106.浆液泵，2.气气换热器，201.烟气进口大小头，202.烟气流道，203.烟气出口大小头，3.烟囱，4.风机，5.浆液冷却器，6.空气旁路，7.空气补热器，8.板片，801.传热波纹，802.承压波纹，803.支撑波纹；
A.原烟气，B.空气，C.净烟气，D.冷媒，F.补热热媒，H1.烟气流道高度，H2.烟气流道一侧波纹凸起高度，H3.烟气流道另一侧波纹凸起高度，H4.凸起波纹间隙。
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，本发明包括脱硫塔1、气气换热器2、空气旁路6、烟囱3和连接上述设备的空气通道与烟气通道，其中脱硫塔包括底部的浆液池101、浆液管道105、喷淋管103、烟气进口102、烟气出口104等构件，浆液管道的一端与浆液池连通，另外一端与位于脱硫塔内的喷淋管相连通，浆液管道上设置有浆液泵106，脱硫塔设置有多根浆液管道105，浆液管道的出口位置依次由高向低方向排列；空气通过风机4驱动进入气气换热器2，空气旁路6与气气换热器的进出口两端连接，优选地，空气旁路的入口与气气换热器的空气出口连通，空气旁路的出口通过风机入口、风机与气气换热器的空气进口连通，气气换热器空气出口的部分热空气通过空气旁路6回流至风机4的空气进口的前端，空气B与回流热空气掺混提温后进入气气换热器，与进入气气换热器的原烟气A进行热交换，烟气被降温后进入脱硫塔进行脱硫处理，对烟气做降温处理一方面可以防止烟气超温损坏脱硫塔，另一方面降温有助于提高脱硫效率并降低脱硫后净烟气C的含湿量、含尘量等，同时烟气降温得到的热量用于消白可以减少其它热源的消耗，一举多得，由气气换热器流出的被加热的空气与脱硫后的净烟气C混合后经过烟囱3排放。
优选地，通过空气旁路回流的热空气与冷空气的掺混点可以是风机的空气进口端，也可以是风机的空气出口端，优选地，空气旁路设置调节阀，根据需要调节空气旁路的热空气，用以保证进入气气换热器的空气温度。
如前所述，在气气换热器中，由于烟气与空气的膜传热系数基本相同，所以传热元件金属壁温接近于烟气和空气的平均温度，相比于烟气/水换热器，由于水的膜传热系数远高于烟气的膜传热系数，所以传热元件金属壁温更接近于水的温度，故在同等烟气操作条件下，气气换热器的金属壁温要高于烟气/水换热器，相应地，气气换热器可以回收更多的烟气余热而降低消白能耗，同时腐蚀问题、积灰问题大大得到缓解，而采用气气换热器的最大优点在于气气换热器即使出现泄漏，由于没有水漏出，所以由泄漏产生的次生问题要远远小于烟气/水换热器。
优选的，为解决烟气积灰问题，气气换热器包括烟气进口大小头201、烟气流道202以及烟气出口大小头203，其中气气换热器的烟气通道(从烟气进口至烟气出口的烟气过流通道)为直通道，即沿着烟气流动方向，烟气通过烟气进口大小头、传热元件构成的烟气流道、烟气出口大小头时，烟气的流动方向基本在同一轴线方向，即烟气流动方向接近一条直线，不存在多程折返和管式低温换热器壳程出现的绕流等情况，即气气换热器采用直通道结构的间壁式热交换器。
优选的，加热后的空气与脱硫后的湿烟气的混合点可以放在烟囱烟气入口的前端，也可分别进入烟囱而在烟囱内部进行混合。
如图2所示，结合图1及其说明，为进一步降低烟气含湿量，与最顶层喷淋管103或最顶层和次顶层喷淋管103相连接的浆液管道105上安装有浆液冷却器5，优选的，浆液冷却器5安装在浆液管道的竖直段，浆液冷却器采用直通道全焊接板式结构，沿浆液流动方向，浆液沿浆液冷却器浆液进口、传热元件构成的浆液流道、浆液冷却器浆液出口流动，流动方向基本保持在统一轴线方向上，不存在折程转向与绕流转向，通入浆液冷却器5的冷媒D吸收浆液的热量，实现对浆液降温。
优选的，对于催化裂化等装置的烟气消白，浆液管道105的出口连接于文丘里管处，此时浆液管道为一根或沿脱硫塔(也称吸收塔)直径方向对称布置多根；脱硫塔与烟囱合二为一，脱硫塔与烟囱之间可以增加设置湿电除尘，本发明所述的烟气消白流程依然适用。
如图3所示，结合图1、图2及其说明，对于烧结烟气等温度比较低的高含湿烟气，仅仅靠吸收烟气自有的余热不能满足消白要求，此时在气气换热器空气出口至烟气/空气混合点之间的空气通道上增加空气补热器7，用于对空气补热，相比于采用蒸汽对烟气进行加热，优选采用蒸汽对空气加热，由于空气的比热小，同等升温条件下，设备更小、能耗更低,通入空气补热器7的补热热媒F进一步加热空气B。
如图4、图5所示，为解决烟气积灰和堵塞问题，同时兼顾传热效率问题，气气换热器采用间壁式全焊接板式热交换器结构，气气换热器的传热元件——板片8由等间距的凸起的支撑波纹803、下凹的承压波纹802、凸起的传热波纹801等都成，每两张板片8对扣形成一个板对，多个板对叠落后在板片的两侧分别形成烟气流道与空气流道，下凹的承压波纹在空气流道内形成触点，触点起到支撑与承压作用，而凸起的支撑波纹高度之和等于烟气流道高度，即形成烟气侧的支撑与承压作用点，而凸起的传热波纹向烟气流道内突出，凸起的传热波纹高度之和小于烟气流道高度H1，其中凸起的传热波纹高度之和等于烟气流道一侧波纹凸起高度H2加上烟气流道另一侧波纹凸起高度H3，则凸起波纹间隙H4大于零，这样不仅在气气换热器的烟气进出口大小头，而且在传热元件的烟气流道内，除了支撑波纹相互接触外，没有其它接触点，进而保证了烟气的流向基本不变和流场均匀性，这对于消除积灰、堵塞、磨损等问题有着较为理想的效果。
如图6所示，烟气依次通过烟气进口大小头201、传热元件组成的烟气流道202、烟气出口大小头203，烟气流向基本在同一条轴线上，结合图5所描述的流道细节，烟气通道为直通道结构，解决了烟气流动阻力降大、积灰、堵塞等问题。
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)
1.一种湿法脱硫烟气消白系统，其特征在于，包括脱硫塔、气气换热器、烟囱、风机、空气旁路、烟气通道、空气通道，其中，
烟气依次通过气气换热器、脱硫塔，并与通过气气换热器的空气混合，经烟囱排放；
空气依次通过风机、气气换热器，并与脱硫塔流出的烟气混合，经烟囱排放；
所述空气旁路的一端与气气换热器的空气出口连通，另一端与风机的空气进口端连通，部分经气气换热器加热的空气通过空气旁路回流至风机的空气进口，所述空气旁路上设置有用于调节空气流量的阀门；
所述气气换热器为间壁式热交换器，利用进入气气换热器的烟气对进入气气换热器的空气进行加热，被加热的空气与脱硫塔排出的烟气混合并经烟囱排放。
2.根据权利要求1所述的一种湿法脱硫烟气消白系统，其特征在于，所述脱硫塔内部设有多层喷淋管，所述脱硫塔外部设置有多组与喷淋管相连接的脱硫浆液管道，与最顶层喷淋管或最顶层和次顶层喷淋管相连接的浆液管道上安装有全焊接板式的浆液冷却器，所述浆液冷却器的浆液通道为单程直通道，所述浆液冷却器包括在同一条轴线上或近似在同一条轴线上的板束、浆液进口大小头、浆液出口大小头。
3.根据权利要求1所述的一种湿法脱硫烟气消白系统，其特征在于，所述气气换热器的空气出口后端设有空气补热器，即空气流出气气换热器后再进入空气补热器中进行补热，补热后的空气与脱硫塔流出的净烟气混合后经烟囱排放。
4.根据权利要求1所述的一种湿法脱硫烟气消白系统，其特征在于，所述气气换热器为全焊接板式热交换器，所述气气换热器的传热元件为板片，所述板片包括等间距凸起的支撑波纹、下凹的承压波纹、凸起的传热波纹，所述板片两两对构成板对，多个所述板对叠落后在板片的两侧分别形成烟气流道与空气流道，下凹的所述承压波纹在空气流道内形成触点，凸起的所述支撑波纹高度之和等于烟气流道高度，凸起的所述传热波纹向烟气流道内突出，凸起的所述传热波纹高度之和小于烟气流道的高度。
5.根据权利要求1所述的一种湿法脱硫烟气消白系统，其特征在于，所述脱硫塔与烟囱为一体式结构，即烟塔合一结构。
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