CN112414195B - 节能式工业烟气处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了节能式工业烟气处理装置，用于解决现有技术在工业烟气回收再利用时，容易腐蚀的问题，其结构包括：内烟管、外烟管、净化管，所述内烟管外烟管位于同一条轴线，但二者之间不相连通，而是通过位于二者侧面的净化管连通，内烟管中的烟气在净化管中降温并净化后，再进入外烟管中排出，所述净化管中通过水雾对烟气降温，同时在净化管中还设置有水柱，用于对净化管进行冲洗，将凝结在净化管表面的酸液冲洗，从而减少了酸液腐蚀，净化管的顶面连接有蒸气腔，蒸气腔中的储水垫吸收净化管中受热蒸发的水蒸气的热量，将其中的水蒸发，从而制成高品质蒸气。

Description

节能式工业烟气处理装置

技术领域

本发明属于工业烟气余热回收设备领域，具体涉及节能式工业烟气处理装置。

背景技术

在工业生产中，不可避免的会用到一些工业产品，无论是燃烧还是反应，都会产生一定量的工业烟气，尤其是燃烧化石燃料获得热量的过程中，会产生大量高温的工业烟气，这些烟气会带走一部分燃烧产生的热量，也叫排烟热损失，根据《全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网第十一届年会暨第三节中国循环流化床燃烧理论与技术学术会议论文集》中题为《火电厂烟气酸露点的研究综述》中指出电站锅炉的最大热损失就是排烟热损失，一般可占总热损失的一半以上，由此可见，工业烟气中所蕴含的热量是极高的，有广阔的利用前景。

现有技术的高温烟气的余热回收主要是通过喷淋塔产生水雾将烟气中的热量吸收并气化成水蒸气，水蒸气凝结成液态水的时候，将热量重新释放，也就是以水蒸气为媒介，将热量转移，得到的水蒸气甚至可以作为工业用蒸气来使用，从而达到节能的目的，这也是现阶段常用的一种方式。

但申请人根据长时间的使用后发现，这一类余热回收装置受到腐蚀而损坏的情况经常发生，导致定期需要对其进行更换，经过研究发现，造成腐蚀的原因主要在于：尾部烟气中含有SO2、SO3、NO、NO2、CO和CO2等酸性气体，在低温条件下这些酸性气体与烟气中的水蒸气进一步结合形成相应的酸蒸气，若排烟温度过低，导致金属对流受热面壁温低于烟气酸露点，便会在金属受热面表面冷凝出酸液滴；这些冷凝的酸液滴不仅将对受热面造成腐蚀，还能进一步与烟气中的飞灰颗粒和金属受热面腐蚀剥落的铁锈结合引起积灰硬化堵塞烟道，造成负压维持困难，甚至可能导致炉内燃烧恶化或者无法运行的问题，因此如何改变喷淋过程中的腐蚀问题是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种节能式工业烟气处理装置，不仅能够对其中的飞尘进行捕获，起到净化的作用，同时能够有效对工业烟气中的热量进行回收，节约能源。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

节能式工业烟气处理装置，包括：内烟管、外烟管、净化管，所述内烟管外烟管位于同一条轴线，但二者之间不相连通，而是通过位于二者侧面的多根净化管连通，内烟管中的烟气在净化管中降温并净化后，再进入外烟管中排出；

所述内烟管与外烟管是截面面积相同，且轴线重合的两段管道，二者之间不连通且不接触，二者相对的端面之间设置有隔热垫层，所述内烟管靠近顶面的侧面上设置有进气口，进气口连通内烟管以及净化管；

所述净化管是设置在内烟管与外烟管侧面的管状结构，其轴线与内烟管的轴线平行，所述净化管的底面设置有支撑架，所述支撑架一端位于净化管的底面，另一端位于内烟管上，对净化管进行支撑，所述净化管靠近底面的侧面上设置有出液管，所述出液管将净化管底部的水排出，所述净化管的顶面内侧面还设置有喷头，其中部分喷头产生水雾，对烟气进行冷却，另外一部分喷头产生水柱，通过水柱对净化管的侧壁进行冲刷，所述净化管的轴线位置设置有中心气管，所述中心气管固定在净化管的顶面，中心气管一端位于净化管中，另一端与外烟管连通，将净化管中的气体通入外烟管中，所述中心气管位于净化管中的一端上设置有集气罩；

所述蒸气腔位于净化管的顶面，所述蒸气腔以净化管的顶面为底面，净化管中的热量能够通过其顶面传递给蒸气腔，所述蒸气腔中设置有储水垫、出气管，所述储水垫是具有储水能力的厚垫，设置在蒸气腔的底面以及蒸气腔与外烟管接触的面上，所述蒸气腔的顶部设置有出气管，用于水蒸气的排出。

进一步地，所述内烟管还设置有顶凸块，所述顶凸块是固定在内烟管顶面的弧形内凸，顶凸块的中间高，边缘低，顶凸块的边缘靠近进气口。

进一步地，所述内烟管与净化管接触的部分壁厚更厚，该部分的壁厚有五层，从外到内依次是：隔热层、真空层、导热层、真空层、内烟管内壁；所述内烟管的其余部分的管壁有三层，从外到内依次包括：隔热层、导热层、内烟管内壁。

进一步地，所述内烟管中设置有支撑环，所述支撑环固定在内烟管与支撑架接触的位置，对该部分进行支撑。

进一步地，所述净化管的顶面内侧还设置有接触杆，所述接触杆是垂直固定在顶面上的，接触杆增加了与水蒸气的接触面积。

本发明至少具有以下有益效果：

(1)内烟管与外烟管轴线相同，但是彼此不连通，内烟管的气体通过净化管处理后在再进入外烟管，热量和杂质在净化管中被脱除，二者工作环境不同，使用寿命也不同，可以分别采用不同材质的基材或是分别进行维修和更换，相比于一体式的烟管使用寿命更长，后期维护性更好。

(2)经过净化管的工业烟气的热量被回收制成高品质蒸气以及中温流体，高品质蒸气可以直接用于其他工业过程中，更加节能，而且中温流体可以作为加热介质，对冷水进行加热，产生的温水可作为生活用水或其他工业过程，热能进行有效利用。

(3)净化管中设置有水雾喷头和水柱喷头，加强对净化管内部的冲洗，可以对凝结在净化管内的酸液稀释并冲走，从而避免了腐蚀的发生。

(4)内烟管管壁中设置有延伸到蒸气腔的导热层，能够有效利用工业烟气的热量，将其中的储水垫进行加热，从而产生更多蒸气。

附图说明

构成本申请一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

附图中：

图1示意性示出了本发明的结构示意图；

图2示意性示出了图1中A部分的局部放大图；

图3示意性示出了图1中B部分的局部放大图；

图4示意性示出了图1中C部分的局部放大图；

图5示意性示出了图1中D部分的局部放大图；

图6示意性示出了本发明中支撑环的结构示意图；

其中，上述附图包括以下附图标记：

1-内烟管，11-支撑环，12-顶凸块，13-导热层，14-隔热层，15-真空层；

2-外烟管，3-隔热垫层；

4-净化管，41-进气口，42-接触杆，43-喷头，44-中心气管，45-集气罩，46-出液管，47-支撑架；

5-蒸气腔，51-储水垫，52-出气管。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明；除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式；如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系；应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

实施例

如图1所示的是节能式工业烟气处理装置，用于解决现有技术在工业烟气回收再利用时，容易腐蚀的问题，能够将烟气中的热量回收制成高品质工业蒸气以及中温流体，提高热能利用率，其结构包括：内烟管1、外烟管2、净化管4，所述内烟管1外烟管2位于同一条轴线，但二者之间不相连通，而是通过位于二者侧面的净化管4连通，内烟管1中的烟气在净化管4中降温并净化后，再进入外烟管2中排出，所述净化管4中通过水雾对烟气降温，同时在净化管4中还设置有水柱，用于对净化管4进行冲洗，将凝结在净化管4表面的酸液冲洗，从而减少了酸液腐蚀，净化管4的顶面连接有蒸气腔5，蒸气腔5中的储水垫51吸收净化管4中受热蒸发的水蒸气的热量，将其中的水蒸发，从而制成高品质蒸气。

如图1所示，所述内烟管1与外烟管2是截面面积相同，且轴线重合的两段管道，二者之间不连通且不接触，二者相对的端面之间设置有隔热垫层3，隔热垫层3是一种隔热材料，能够减少热量从内烟管1向外烟管2传导，还能够将二者固定，内烟管1中的气体通入设置在侧壁上的净化管4，经净化管4处理后的气体再进入在通入外烟管2中，由于内烟管1中烟气温度较高，内烟管1与外烟管2这种分体式的布置方式，相对于一体化的烟管结构，长度更短，不仅安装或是更换更加方便，而且可以采用不同的材质来增加使用寿命，比如内烟管1就可以采用壁厚更大、耐腐蚀性能更好的管道，而外烟管2中的烟气温度低，采用常用的管道即可，这样能够有效延长烟管的使用寿命，而且如果不是分体式设置，一体式设置的烟管需要在整根管道的外壁设置隔热层14，才能减少热量散失，但是在本申请中，仅需要对内烟管1部分进行敷设即可，大大减少了敷设面积，节约了成本。

进一步地，内烟管1靠近顶面的侧面上设置有进气口41，进气口41连通内烟管1以及净化管4，内烟管1中的烟气通过进气口41进入净化管4中，所述内烟管1还设置有顶凸块12，所述顶凸块12是固定在内烟管1顶面的弧形内凸，顶凸块12的中间高，边缘低，顶凸块12的边缘靠近进气口41，起到导向的作用，烟气在上升过程中受到顶凸块12的阻挡，而向边缘扩散，从靠近边缘的进气口41中进入净化管4中，如果不设置顶凸块12，少量烟气就会滞留在内烟管1端面与进气口41之间的空间中，容易在端面部分凝结成腐蚀性液滴，造成内烟管1的腐蚀，因此需要设置顶凸块12，减少烟气在内烟管1顶面的滞留，避免内烟管1被腐蚀。

更进一步地，所述内烟管1的管壁不止一层，主要的目的是减少内烟管1中高温烟气通过内烟管1管壁散失，造成热量浪费，如果内烟管1的外壁可以直接散热，那么内烟管1的管壁温度相对较低，在外界温度较低时，内烟管1的管壁温度可以低于酸露点，一旦温度低于酸露点，内烟管1的管壁就会凝结腐蚀性的液滴，造成内烟管1的腐蚀，因此需要设置有多层结构进行保温，如图3所示，内烟管1与净化管4接触的部分壁厚更厚，如图3所示，该部分的壁厚有五层，从外到内依次是：隔热层14、真空层15、导热层13、真空层15、内烟管1内壁，由于隔热垫的一侧设置有净化管4，该部分由于有水雾存在，温度较低，而内烟管1内壁中的烟气温度很高，二者之间的温度差较高，仅仅通过隔热层14不能有效起到隔热的作用，因此，在导热层13的两侧上设置有真空层15，通过真空层15减少热量的传导，避免内烟管1该部分的热量散失，当然也可以将真空层15更换为填充有隔热材料的填充层，起到加强隔热层14隔热效果的作用，使用者可以根据具体情况做适当调整，本实施例中，仅以真空层15为例进行说明；内烟管1的其余部分的管壁结构较薄，如图4所示，管壁有三层，从外到内依次包括：隔热层14、导热层13、内烟管1内壁，相对于上述的管壁，减少了真空层15的设计，主要用于隔绝外界与内烟管1的直接的热量交换，避免内烟管1的温度低于酸露点。

所述净化管4是设置在内烟管1与外烟管2侧面的管状结构，其轴线与内烟管1的轴线平行，净化管4通过与内烟管1接触的面上的进气口41与内烟管1连通，净化管4的顶面的材质与其余部分材质不同，净化管4的顶面的导热性能更好，净化管4的顶面上方设置有蒸气腔5，烟气中的热量部分会通过净化管4的顶面进入蒸气腔5中形成蒸气，所述净化管4的底面设置有支撑架47，所述支撑架47一端位于净化管4的底面，另一端位于内烟管1上，对净化管4进行支撑，所述净化管4靠近底面的侧面上设置有出液管46，所述出液管46将净化管4底部的水排出，出液管46上设置有阀门，通过阀门控制出液管46的流速，使净化管4中始终有一定高度的液面，通过液面将出液管46液封，避免烟气从出液管46中排出，所述净化管4的顶面还设置有喷头43，其中部分喷头43产生水雾，对烟气进行冷却，另外一部分喷头43产生水柱，通过水柱对净化管4的侧壁进行冲刷，将净化管4侧壁上的腐蚀性液滴冲洗干净，避免净化管4被腐蚀，所述净化管4的轴线位置设置有中心气管44，所述中心气管44固定在净化管4的顶面，中心气管44一端位于净化管4中，另一端与外烟管2连通，将净化管中的气体通入外烟管2中，所述中心气管44位于净化管4中的一端上设置有集气罩45，所述集气罩45是喇叭形，便于气体进入中心气管44中。

所述净化管4净化的原理是：通过水雾与烟气接触面积大的特点，吸收热量后被汽化成水蒸气，水蒸气向上运动，在净化管4的顶面进行热交换，重新凝结成液滴，热量通过顶面传递给蒸气腔5，而喷头43产生的水柱具有冲洗的作用，将凝结在侧壁上的腐蚀性液滴冲洗干净，避免残留，不过水柱在使用过程中不对顶面进行冲洗，因为直接在使用过程中对顶面冲洗会带走顶面的部分热量，减少热量的利用率，而顶面不断凝结的水滴在滴落的过程中会将凝结在顶面进行清理，本身就起到了清洁顶面的作用，而且，水雾还能够对烟气中的细小飞灰进行沉降，将灰尘从烟气中脱离，起到净化的作用，最后，净化管4底部的水是具有一定的温度的中温流体，将其通入加热盘中，可对冷水进行加热，加热后的温水可用于厂区的日常用水等，使热量得到充分利用，更加节能环保。

进一步地，所述内烟管1中设置有支撑环11，所述支撑环11固定在内烟管1与支撑架47接触的位置，对该部分进行支撑，因为内烟管1是管状结构，承力能力不佳，因此通过设置有支撑环11对支撑架47部分进行支撑，减少内烟管1的受力，如图6所示，所述支撑环11是与内烟管1截面形状相同的环形，环形之中设置有穿过轴线的直杆，对环形部分进行支撑。

进一步地，所述净化管4的顶面内侧还设置有接触杆42，如图2所示，所述接触杆42是垂直固定在顶面上的，接触杆42增加了与水蒸气的接触面积，水蒸气凝固所释放的热量通过接触杆42传递到净化管4的顶面。

所述蒸气腔5位于净化管4的顶面，所述蒸气腔5以净化管4的顶面为底面，净化管4的顶面导热性好，净化管4中的热量能够通过其顶面传递给蒸气腔5，所述蒸气腔5中设置有储水垫51、出气管52，所述储水垫51是具有储水能力的厚垫，设置在蒸气腔5的底面以及蒸气腔5与外烟管2接触的面上，使用时持续向储水垫51上滴加纯净水，保证储水垫51的湿润，储水垫51受热后会将其中的水蒸发出来，由于储水垫51疏松多孔，根据毛细效应，只要储水垫51一段浸在水中，整个储水垫51也可以被浸湿，因此固定在侧面的储水垫51也能够被浸湿，并将其中的水蒸发，使用储水垫51而不是直接储存一定量的水，能够有效减小蒸气腔5的重量，而且能够充分利用蒸气腔5侧面的热量；所述蒸气腔5的顶部设置有出气管52，用于将形成的蒸气导出；由于本实施例中通过单独的蒸气腔5形成蒸气，因此蒸气品质更高，可以直接用在其他工业过程中，而吸纳有技术的是直接将水雾产生的蒸气进行使用，而这样的蒸气不仅其中带有酸根，而且还携带有烟气中的灰尘，蒸气质量很低。

需要说明的是：所述内烟管1管壁的导热层13一直向上延伸到蒸气腔5的位置，所以蒸气腔5侧面与内烟管1接触的部分温度较高，故在该部分上设置有储水垫51，蒸气腔5的侧面靠近顶面的一部分与外烟管2接触，靠近底面的一部分侧面与内烟管1接触，中间部分侧面与隔热垫层3接触，仅蒸气腔5靠与内烟管1接触的侧面上设置储水垫51，因为该部分设置有导热层13，如图5所示，该部分从外到内依次包括：储水垫51、导热层13、内烟管1管壁，储水垫51直接与导热层13接触，通过储水垫51来吸收热量，并将储水垫51上的水分蒸发，充分利用烟气的热量。

作为一种优选的实施例，所述储水垫为棉絮垫，具有良好的储水能力，且成本低廉。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.节能式工业烟气处理装置，其特征在于：包括：内烟管、外烟管、净化管，所述内烟管外烟管位于同一条轴线，但二者之间不相连通，而是通过位于二者侧面的多根净化管连通，内烟管中的烟气在净化管中降温并净化后，再进入外烟管中排出；

所述内烟管与外烟管是截面面积相同，且轴线重合的两段管道，二者之间不连通且不接触，二者相对的端面之间设置有隔热垫层，所述内烟管靠近顶面的侧面上设置有进气口，进气口连通内烟管以及净化管；

所述净化管是设置在内烟管与外烟管侧面的管状结构，其轴线与内烟管的轴线平行，所述净化管的底面设置有支撑架，所述支撑架一端位于净化管的底面，另一端位于内烟管上，对净化管进行支撑，所述净化管靠近底面的侧面上设置有出液管，所述出液管将净化管底部的水排出，所述净化管的顶面内侧面还设置有喷头，其中部分喷头产生水雾，对烟气进行冷却，另外一部分喷头产生水柱，通过水柱对净化管的侧壁进行冲刷，所述净化管的轴线位置设置有中心气管，所述中心气管固定在净化管的顶面，中心气管一端位于净化管中，另一端与外烟管连通，将净化管中的气体通入外烟管中，所述中心气管位于净化管中的一端上设置有集气罩；

所述净化管的顶面设置有蒸气腔，所述蒸气腔以净化管的顶面为底面，净化管中的热量能够通过其顶面传递给蒸气腔，所述蒸气腔中设置有储水垫、出气管，所述储水垫是具有储水能力的厚垫，设置在蒸气腔的底面以及蒸气腔与内烟管接触的面上，所述蒸气腔的顶部设置有出气管，用于水蒸气的排出。

2.根据权利要求1所述的节能式工业烟气处理装置，其特征在于：所述内烟管还设置有顶凸块，所述顶凸块是固定在内烟管顶面的弧形内凸，顶凸块的中间高，边缘低，顶凸块的边缘靠近进气口。

3.根据权利要求1所述的节能式工业烟气处理装置，其特征在于：所述内烟管与净化管接触的部分壁厚更厚，该部分的壁厚有五层，从外到内依次是：隔热层、真空层、导热层、真空层、内烟管内壁；所述内烟管的其余部分的管壁有三层，从外到内依次包括：隔热层、导热层、内烟管内壁。

4.根据权利要求1所述的节能式工业烟气处理装置，其特征在于：所述内烟管中设置有支撑环，所述支撑环固定在内烟管与支撑架接触的位置，对该部分进行支撑。

5.根据权利要求1所述的节能式工业烟气处理装置，其特征在于：所述净化管的顶面内侧还设置有接触杆，所述接触杆是垂直固定在顶面上的，接触杆增加了与水蒸气的接触面积。

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