CN110193274A - 一种空气预热的烟气混风消白系统 - Google Patents
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Abstract
一种空气预热的烟气混风消白系统,涉及高含湿烟气消白工艺,包括空气预热器、气气换热器、脱硫塔、风机、烟囱、烟气通道与空气通道,利用热源对空气进行预热,预热后的空气与脱硫前的烟气换热,空气被进一步加热,脱硫前的烟气降温后进入脱硫塔,流出脱硫塔的湿烟气与被加热的热空气混合后,通过烟囱排放,本发明可以有效降低脱硫后净烟气的含湿量并提高混合后净烟气的温度,最大程度提高排放烟气的过热度,进而实现烟气消白,本发明工艺系统简单,解决了现有烟气消白工艺系统中普遍存在的腐蚀、积灰、设备占地面积大、实施费用高等问题。
Description
技术领域
本发明涉及湿法烟气脱硫技术烟气消白应用领域,尤其涉及一种空气预热的烟气混风消白系统。
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,受温度较低的大气急剧冷却,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,在解决泄漏次生危害的前提下降低烟气温度,在降低烟气温度的基础上降低脱硫后烟气温度与含湿量,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,利用热源和空气预热器,对进入气气换热器的冷空气进行预热,利用热交换的方式提高气气换热器进口的空气温度,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。在解决了低温腐蚀与泄漏失效问题的前提条件下,本发明所公开的技术路线可以适用于低温烟气,对于脱硫塔前烟气温度低于100℃工况,先采用空气预热器对空气进行预热,再利用预热后的空气与烟气继续换热,换热后的空气通过高品位热源进一步补热,补热后的空气与脱硫后的烟气进行混合,升温降湿后通过烟囱排放,达到高效的消白效果。
相比于利用空气回流旁路预热的技术路线,本发明采用的是外部热源和空气预热器的空气预热手段,相应地,可以适用于温度更低的烟气消白应用领域,同时空气进口温度的操作范围更宽,此外,由于没有热空气回流,风机及气气换热器的操作负荷不会增高。
在上述技术路线的基础上,联合浆液冷却技术路线,即在空气预热-烟气换热-浆液冷却-混风方式,可以进一步降低脱硫后湿烟气的温度,相应地,烟气含湿量及粉尘、含硫量都可以得到有效降低,进一步提高消白效果和减排效果。
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,解决了泄漏所致的腐蚀与积灰所致的设备失效甚至是装置停车的问题,这主要是因为:在气气换热器中,即使发生泄漏,仅仅是空气向烟气侧泄漏,而不是水的泄漏,所以不会产生由于水泄漏所致的腐蚀与积灰引发的失效,因此解决了泄漏所致的设备失效甚至装置停车的问题。
(2)本发明创造性的提出了采用空气预热器预热空气,通过提高空气进口温度进而解决气气换热器烟气侧低温腐蚀问题,这主要是因为:烟气/空气换热器传热元件的金属壁温约等于烟气和空气的平均温度,而烟气/水换热器传热元件的金属壁温约等于水温,同时,受空气与水的热容影响,烟气/空气换热器传热元件的金属壁温会更高且更好控制,详见下表:
因此,在同等操作条件下,本发明中的传热元件的金属壁温更易调节,更容易解决烟气低温腐蚀问题。
(3)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+烟气除湿两种措施的优点,烟气消白效果更显著。
(4)对于温度较低的含湿烟气,先利用气气换热器回收烟气余热,同时设置空气补热器,利用补热进一步提升空气温度,相比于MGGH系统及冷凝+再热系统,补热量小,设备占地面积小,实施更简单。
(5)气气换热器(烟气/空气换热器)的烟气侧通道为直通道结构,即,沿着烟气流动方向,烟气依次通过换热器烟气进口大小头、传热元件叠落后形成的烟气流道、换热器烟气出口大小头时,烟气的流向基本保持不变,同时在烟气流道内,两两相对的板片的凸起波纹与凸起波纹之间留有间隙,即沿烟气流动的方向没有波纹触点及触点产生的流场驻点,消除了由于流场驻点产生的积灰问题。
(6)将浆液冷却器的进出口与空气预热器的进出口通过管路连接成闭路热媒循环系统,利用热媒水替代浆液冷却用的循环水,不但解决了浆液换热器冷却水侧堵塞与结垢问题,还解决了浆液冷却的冷源问题,一举两得。
本发明是通过以下技术方案予以实现:
一种空气预热的烟气混风消白系统,包括脱硫塔、空气预热器、气气换热器、风机、烟囱、烟气通道、空气通道,其中,
烟气依次通过气气换热器、脱硫塔,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、空气预热器、气气换热器,与脱硫塔排出的烟气混合,经烟囱排放;
所述脱硫塔外部设置有脱硫浆液管道,所述脱硫浆液管道的两端与脱硫塔上下部分连通,所述脱硫浆液管道的下端与脱硫塔的浆液池连通,所述脱硫浆液管道的的上端与设于脱硫塔内的喷淋管连通。
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后经烟囱排放。
根据上述技术方案,优选地,所述脱硫塔外部设置有多组脱硫浆液管道,所述脱硫浆液管道中最顶层管道或最顶层和次顶层浆液管道的竖直段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,所述空气预热器包括传热元件,通入空气预热器的空气与通入空气预热器的热媒在传热元件两侧进行热交换。
根据上述技术方案,优选地,所述气气换热器的空气出口下游设置有空气补热器,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烟气混合并经烟囱排放。
根据上述技术方案,优选地,所述气气换热器的传热元件为板片,所述板片包括等间距的凸起的支撑波纹、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高度。
根据上述技术方案,优选地,所述脱硫塔与烟囱为一体结构,即烟塔合一结构。
根据上述技术方案,优选地,所述浆液冷却器的进出口与空气预热器的进出口通过管路形成闭式回路,所述闭式回路上设置有换热器。
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)利用空气预热器,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,由于空气温度相比于水温更加容易调控(比热及对金属壁温的影响),相应地,金属壁温控制更简单、易行。
(4)利用空气补热器,即使烟气温度较低,也可以通过空气补热方式实现消白,且相比于烟气升温补热,空气升温补热所需的热量更小,能耗更低。
(5)在同等壁温条件下,烟气/空气换热器烟气出口温度可以适当低于烟气/水换热器烟气出口温度,即烟气余热回收效率更高,脱硫、除湿效果更好,即消白效果更好。
(6)将浆液冷却器与空气预热器的热媒进出口通过管路连接成闭路热媒循环系统,利用热媒水替代浆液冷却用的循环水,不但解决了浆液换热器冷却水侧堵塞与结垢问题,还解决了浆液冷却的冷源问题,一举两得。
附图说明
图1是本发明的实施方案系统图。
图2~图4是本发明的另外三种实施方案系统图。
图5是本发明气气换热器的板片结构示意图。
图6是构成本发明的直通道结构流道截面示意图。
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;3、烟囱;4、风机;5、浆液冷却器;6、空气预热器;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;E、热媒;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、空气预热器6、气气换热器2、风机4、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105的一端与浆液池101连通,另外一端与位于脱硫塔内的喷淋管103连通,浆液管道105上设置有浆液泵106,脱硫塔可设置有多根浆液管道105,浆液管道105的出口位置依次由高向低方向排列。空气B通过风机4驱动进入空气预热器6,通入空气预热器6的热媒对通入空气预热器6的空气B进行预热,预热后的空气B再进入气气换热器2,并与进入气气换热器2的高温烟气进行热交换,空气B被进一步加热;原烟气A进入脱硫塔1进行脱硫处理,经过降温处理的净烟气C一方面可以防止原有的高温烟气超温损伤脱硫塔1,另一方面降温有助于脱硫反应,提高脱硫效率、降低脱硫后烟气的含湿量、含尘量等,同时烟气降温释放出的热量可以减少其它热源的消耗,一举多得,被加热的空气B与脱硫后的净烟气C混合后经过烟囱3排放。如前所述,在气气换热器2中,由于烟气与空气B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B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加接近于水的温度,故在同等烟气操作条件下,气气换热器2的金属壁温要高于烟气/水换热器,相应地,气气换热器2可以回收更多的烟气余热从而降低消白所需的能耗,同时腐蚀问题、积灰问题大大得到缓解,而气气换热器2的最大优点为即使气气换热器2出现泄漏,由于没有水漏出,仅仅是空气B向烟气侧泄漏,不会产生更多的危害和损失。
优选的,为解决烟气积灰,气气换热器2的烟气通道(从气气换热器2的烟气进口至其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,即烟气流场方向接近一条直线,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2采用直通道结构的间壁式热交换器。
优选的,加热后的空气B与脱硫后的湿烟气的混合点可以放在烟囱3烟气入口的前端,也可分别进入烟囱3而在烟囱3内部进行混合,不影响消白效果。
如图2所示,结合图1及其说明,为进一步降低烟气含湿量,在最顶层的浆液管道105或最顶层和次顶层的浆液管道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105的竖直段,浆液冷却器5采用直通道全焊接板式结构,沿浆液流动方向,浆液依次沿浆液冷却器5的浆液进口、传热元件构成的浆液流道、浆液冷却器5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。
优选的,对于催化裂化等装置的烟气消白,浆液管路的出口连接于文丘里管处,此时浆液管道105为一根或沿脱硫塔1(也称吸收塔)直径方向对称布置多根;脱硫塔与烟囱3合二为一,脱硫塔1与烟囱3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,空气预热器6热流进出口与浆液冷却器5的冷流进出口通过管道连接形成闭式循环回路,循环回路中通入传热介质,传热介质在浆液冷却器5中作为冷媒D吸收浆液的热量,然后在空气预热器6中作为热媒E将热量传递给空气B。采用该系统后,浆液冷却器5的冷媒D与空气预热器6的热媒E问题都得到了很好的解决,系统能耗进一步降低,尤其需要指出的是:传热介质为闭路循环,传热介质的清洁程度与结垢问题都可以得到很好的控制甚至是解决,一举多得。
优选地,为实现热量匹配,传热介质在闭路循环上设置有换热器,用于调节浆液冷却器5与空气预热器6的热平衡。
如图4所示,结合图1、图2、图3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2的空气出口至烟气/空气混合点之间的空气通道上增加空气补热器7,利用补热热媒F对空气B进行补热,相比于采用蒸汽对烟气进行加热和采用蒸汽对空气B进行加热,采用补热热媒F对空气B加热,由于空气B的比热小,同等升温条件下,设备更小、能耗更低。
如图5、图6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2采用间壁式全焊接板式热交换器结构,气气换热器2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等组成,每两张板片8对扣形成一个板对,多个板对叠落后在板片8的两侧分别形成烟气流道与空气流道,下凹的承压波纹802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803高度之和等于烟气流道的高度,即形成烟气侧的支撑与承压作用点,而凸起的传热波纹801向烟气流道内突出,凸起的传热波纹801高度之和小于烟气流道高度H1,即烟气流道一侧波纹凸起高度H2与烟气流道另一侧波纹凸起高度H3之和小于烟气流道高度H1,则凸起波纹间隙H4大于零,这样不仅在气气换热器2的烟气进出口大小头,而且在传热模块的烟气流道内,除了支撑波纹803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。
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 (7)
1.一种空气预热的烟气混风消白系统,其特征在于,包括脱硫塔、空气预热器、气气换热器、风机、烟囱、烟气通道、空气通道,其中,
烟气依次通过气气换热器、脱硫塔,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、空气预热器、气气换热器,与脱硫塔排出的烟气混合,经烟囱排放;
所述脱硫塔外部设置有脱硫浆液管道,所述脱硫浆液管道的两端与脱硫塔上下部分连通,所述脱硫浆液管道的下端与脱硫塔的浆液池连通,所述脱硫浆液管道的的上端与设于脱硫塔内的喷淋管连通。
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后经烟囱排放。
2.根据权利要求1所述的一种空气预热的烟气混风消白系统,其特征在于,所述脱硫塔外部设置有多组脱硫浆液管道,所述脱硫浆液管道中最顶层管道或最顶层和次顶层浆液管道的竖直段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所述的一种空气预热的烟气混风消白系统,其特征在于,所述空气预热器包括传热元件,通入空气预热器的空气与通入空气预热器的热媒在传热元件两侧进行热交换。
4.根据权利要求1所述的任意一种空气预热的烟气混风消白系统,其特征在于,所述气气换热器的空气出口下游设置有空气补热器,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烟气混合并经烟囱排放。
5.根据权利要求1所述的一种空气预热的烟气混风消白系统,其特征在于,所述气气换热器的传热元件为板片,所述板片包括等间距的凸起的支撑波纹、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高度。
6.根据权利要求1所述的一种空气预热的烟气混风消白系统,其特征在于,所述脱硫塔与烟囱为一体结构,即烟塔合一结构。
7.根据权利要求2所述的一种空气预热的烟气混风消白系统,其特征在于,所述浆液冷却器的进出口与空气预热器的进出口通过管路形成闭式回路,所述闭式回路上设置有换热器。
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