CN117450492A - 一种高温烟气急冷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种高温烟气急冷方法，包括以下流程：高温烟气首先经过蒸发器，在蒸发器的换热管内通入汽包饱和水，利用饱和水与烟气换热产生0.8MPa的蒸汽，在换热过程中，烟气的温度下降至260℃左右，换热管内的蒸汽回到汽包，当烟气离开蒸发器后，在省煤器中与低温过冷水换热，增大换热温差，从而减小了换热面积，将烟气温度降至200℃以下，本发明的有益效果为：采用多段式结构对高温烟气进行降温，当蒸发器与高温烟气之间的传热温差减小时，采用热管式省煤器，并向省煤器中通入约20℃的过冷水，与烟气进行换热，缩短烟气在换热时的流通的长度，减小烟气在550‑200℃区间停留的时间，进而防止二噁英的生成。
Description
技术领域
本发明涉及有害气体余热回收相关技术领域，特别是涉及一种高温烟气急冷方法。
背景技术
二噁英是一种具有较强生物毒性的有机化合物，其毒性是氰化物的130倍、砒霜的900倍，具有不可逆的“致畸、致癌、致突变”毒性，被视为“世界上最危险的化学物质之一”。又因其一旦渗透到环境之中，就很难自然降解消除，故有着“世纪之毒”之称。
由于二噁英可对环境造成严重的二次污染，且对人畜的多种器官具有严重的损害作用，进入土壤至少需要15个月才能逐渐分解，我国已严禁可产生二噁英的烟气直接排入大气。
而在工业冶炼生产过程中会产出高温烟气，若降温方式选择不当会有二噁英产生，其中，废铜冶炼尤为明显。资料显示在低温聚合中产生二噁英的温度范围一般在250～650℃，其中温度300～350℃之间二噁英的生成量最大，而想要防止二噁英的产生，需要将烟气的温度在1s之内从550℃降至200℃以下，即对高温烟气采取急冷降温，能够最大限度地防止二噁英产生。
对于高温烟气降温，目前主要采用急冷塔，利用水与高温烟气直接混合传热传质，将烟气急冷至200℃，急冷塔虽然可以达到快速冷却烟气的目的，但却造成了大量的能源浪费和水的浪费，这也是目前这类企业效益不高的主要原因，这类企业对废烟气能源的回收利用有很高的意愿。
发明内容
本发明旨在提供一种高温烟气急冷方法，能满足在对高温烟气进行换热降温时，在快速降温的同时，减少水资源与能源的消耗的需求。
为此，本发明采用的技术方案为：一种高温烟气急冷方法，其特征在于：高温烟气首先经过蒸发器，在蒸发器的换热管内通入汽包饱和水，利用饱和水与烟气换热产生0.8MPa的蒸汽，在换热过程中，烟气的温度下降至260℃左右，换热管内的蒸汽回到汽包，当烟气离开蒸发器后，在省煤器中低温过冷水强制换热，增大换热温差，从而减小了换热面积，将烟气温度降至200℃以下。
作为上述方案的优选，所述蒸发器中的换热管为涡节管。后段省煤器采用具有涡节强化的热管，增加了换热器可靠性，强化换热，减小整个装置的换热面积，缩短烟气流通长度，减小烟气在550-200℃区间停留时间。
进一步优选为，当工况过低时，导致烟气不能在1s内降至200℃时，打开汽包应急泄压阀，降低饱和温度，增大传热温差，以快速冷却烟气，达到应急目的。运行中，可能存在负荷过低的情况(40％-50％)，这时可能导致烟气不能在1s内由550℃降至200℃，为应对紧急情况，将汽包应急泄压阀打开，把压力降低至大气压，从而降低沸点，增大前端蒸发器与烟气的换热温差，从而增强换热，保证烟气在1s内降至200℃，防止二噁英的生成。
进一步优选为，在省煤器中与烟气换热的过冷水进入汽包。烟气在蒸发器中换热之后，进入省煤器中进行换热，采用多段式换热，增大了换热温差，减小换热面积，缩短烟气流通长度，快速对烟气进行降温，减少烟气在550-200℃区间停留时间，防止二噁英的生成。
进一步优选为，还包括应急蒸发器，应急蒸发器与蒸发器的结构相同，所述应急蒸发器设置在蒸发器的前方并与蒸发器联通，所述应急蒸发器的换热管的冷媒进口分出两个支管分别与应急水管和汽包的下水管相连，所述应急蒸发器的换热管的冷媒出口分出两个支管分别与汽包的上水管和应急出水管相连；在负荷低于40％后，汽包中的饱和温度过高，无法快速对烟气降温，向应急蒸发器通入过冷水，与烟气进行换热，快速降低烟气的温度，应急蒸发器中换热后的水通过冷媒出口经应急水管排出。
进一步优选为，所述省煤器包括省煤器壳体和位于省煤器壳体内的热管，所述热管由上部的光管段和下部的涡节段组成，所述省煤器壳体由隔板隔成上下两部分，光管段位于上部分内，涡节段位于下部分内，下部分的左右两侧分被设置烟气进口和烟气出口，上部分的两侧分别设置冷媒进口和冷媒出口，所述涡节段外设置有搪瓷层，所述热管内装有工质水。在省煤器的热管蒸发段外采用表面镀搪瓷的方式，利用搪瓷的高硬度和耐腐蚀性和较高的光滑度，解决低温区酸腐蚀问题，减轻换热管磨损和积灰，延长设备使用寿命。
进一步优选为，所述蒸发器、应急蒸发器和省煤器的涡节段均设置刮灰结构对换热管的表面进行清灰处理。对换热管和烟气换热段的表面进行清灰处理，避免烟气中的灰尘大量堆积在换热管的表面，从而影响换热管的正常换热，降低换热效率，无法在1s内将高温烟气的温度降低至200℃以下。
进一步优选为，所述省煤器可以是多台，多台省煤器串联。以满足降温需求。
本发明的有益效果：采用多段式结构对高温烟气进行降温，在高温烟气换热的过程中，烟气的温度下降，蒸发器与高温烟气之间的传热温差减小，在烟气的温度降至约260℃时，在蒸发器后方设置有省煤器预热汽包给水，并向省煤器中通入约20℃的过冷水，与烟气进行换热，从而增大烟气与换热管道之间的换热温差，减小烟气换热所需要的换热面积，缩短烟气在换热时的流通的长度，减小烟气在550-200℃区间停留的时间，进而防止二噁英的生成，在烟气温度降至200℃后，进一步利用省煤器出来的烟气预热锅炉给水，回收烟气热量，将烟温降至更低温度，能节约能源。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明中的烟气换热工艺流程图。
图2是本发明的烟气急冷装置的结构示意图。
图3是本发明中钢刷模块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。
如图1-3所示，
一种高温烟气急冷方法，高温烟气首先经过蒸发器，在蒸发器的换热管内通入汽包饱和水，利用饱和水与烟气换热产生0.8MPa的蒸汽，在换热过程中，烟气的温度下降至260℃左右，换热管内的蒸汽回到汽包，当烟气离开蒸发器后，在省煤器中低温过冷水换热，增大换热温差，从而减小了换热面积，将烟气温度降至200℃以下。所述蒸发器中的换热管为涡节管。
当工况过低时，导致烟气不能在1s内降至200℃时，可以打开汽包应急泄压阀，降低饱和温度，增大传热温差，以快速冷却烟气，达到应急目的。
当工况过低时，还可以设置应急蒸发器，应急蒸发器与蒸发器的结构相同，应急蒸发器设置在蒸发器的前方并与蒸发器联通，应急蒸发器的换热管的冷媒进口分出两个支管分别与应急水管和汽包的下水管相连，应急蒸发器的换热管的冷媒出口分出两个支管分别与汽包的上水管和应急出水管相连；在负荷低于40％后，汽包中的饱和温度过高，无法快速对烟气降温，向应急蒸发器通入过冷水，与烟气进行换热，快速降低烟气的温度，应急蒸发器中换热后的水通过冷媒出口经应急水管排出。
蒸发器、应急蒸发器和省煤器的涡节段均设置刮灰结构对换热管的表面进行清灰处理。
本发明还给出了具体的该方法实现的装置，当然也可以不采用本发明的省煤器和蒸发器的具体的结构，只要能按照本发明的方法将烟气迅速降低的结构蒸发器和省煤器的结构均可以。
具体的：卧式烟气急冷装置，主要由从左向右依次联通的蒸发器2和省煤器3组成，当负荷低于40％后，蒸发器2无法在1s将高温烟气的温度从550℃降至200℃，此时，如图所示，最好在蒸发器2的左侧设置应急蒸发器1，调整阀门16开闭位置，将设置在蒸发器2前方的应急蒸发器1打开，并通入低温水(20℃左右)，将其作为蒸发器2，快速将烟气温度降至200℃。或者当工况过低时，导致烟气不能在1s内降至200℃时，打开汽包应急泄压阀，降低饱和温度，增大传热温差，以快速冷却烟气，达到应急目的。如果通过调节泄压阀都无法满足降温需求时，就启动应急蒸发器作为省煤器使用，在应急蒸发器里面通入水(20℃左右)。
其中，所述应急蒸发器1的结构与蒸发器2相同，均包括壳体，在壳体内均上下对称设置有上封板4和下封板5，下封板5和上封板4上均匀开有安装孔，一排竖向延伸的换热管6通过安装孔安装在上封板4和下封板5上。将换热管6通过上封板4与下封板5上的安装孔进行安装、固定。换热管6为涡节管。壳体的左右两侧设置烟气进口和烟气出口。
应急蒸发器1设置在蒸发器2的左侧并与蒸发器2联通，应急蒸发器11的换热管6的冷媒进口分出两个支管分别与应急水管d和汽包15的下水管相连，应急蒸发器11的换热管6的冷媒出口分出两个支管分别与汽包15的上水管和应急出水管e相连。
省煤器3包括省煤器壳体和位于省煤器壳体内的热管，热管由上部的光管段3-3和下部的涡节段3-4组成，省煤器壳体由隔板隔成上下两部分，光管段3-3位于上部分内，涡节段3-4位于下部分内，下部分的左右两侧分被设置烟气进口和烟气出口，上部分的两侧分别设置冷媒进口和冷媒出口，涡节段3-4外设置有搪瓷层，热管内装有工质水。涡节段3-4外设置有搪瓷层，采用表面镀搪瓷的方式，利用搪瓷的高硬度和耐腐蚀性，解决低温区酸腐蚀问题，减轻换热管磨损，延长设备使用寿命。
当降温效果不好时，可以启动应急蒸发器2，应急蒸发器2的冷媒进口分别与应急水管d和汽包15的下水管相连，在正常工作的情况下应急蒸发器2通过汽包15通入汽包饱和水与烟气进行换热，且应急蒸发器2中的换热后的蒸汽通过应急蒸发器2的冷媒出口通入汽包15内，在负荷低于40％后，汽包15中的饱和温度过高，无法快速对烟气降温，此时，打开应急水管d上的应急循环泵20，调整三通阀17，向应急蒸发器2中通入应急水管d中的冷水(20℃左右)作为冷媒，与烟气进行换热，快速降低烟气的温度，此时，调整三通阀17，应急蒸发器2中换热后的水通过冷媒出口经应急水管d排出。
换热管6和涡节段3-4上均配备有纵向均匀排列的清灰组件，清灰组件包括至少一个横向设置的钢刷模块和带动钢刷模块沿着换热管6和涡节段3-4上下移动的驱动机构，每个钢刷模块包括刮板10和多个固定在刮板10上的钢丝刷9，钢丝刷9通过压紧方钢11固定在刮板10上，钢丝刷9贴在换热管6或涡节段3-4的外壁。刮板10上设置有上下贯通的上大下小的锥形孔，每根换热管6或涡节段3-4分别穿过刮板10上的锥形孔，锥形孔的下侧的孔壁与换热管6或涡节段3-4的外管壁贴紧，在每两个锥形孔之间设置钢丝刷9，钢丝刷9也与换热管6或涡节段3-4的外壁紧贴。压紧方钢11与刮板10之间通过螺栓连接。
在清灰组件通过驱动机构在换热管6或涡节段3-4上移动时，钢丝刷9与换热管6或涡节段3-4紧贴，能够更好地对换热管6或涡节段3-4外壁上的灰尘进行清理。刮板10上开有上大下小的锥形孔，且锥形孔的下侧孔壁与换热管6或涡节段3-4紧贴，能够将大部分的灰尘刮下来，从而达到清灰的效果。
驱动机构包括上下设置的一组绞盘12、至少一组上下设置的定滑轮7，一组绞盘12通过驱动链13带动同步转动，在一组绞盘12、每一组上下两个定滑轮7之间绕接有钢索8，钢刷模块固定在上下两个定滑轮7之间的钢索8上。如图，省煤器3和蒸发器2内分别设置有多组钢刷模块，每组钢刷模块对应设置一组上下设置的定滑轮7，横向排列的多组定滑轮7的钢索8均绕设在同一组绞盘12上。具体的同一组绞盘包括绞盘轴，在绞盘轴上设置多个绞盘本体，多组定滑轮的钢索分别绕在不同的绞盘本体上，同一组绞盘的绞盘轴上设置驱动链轮，通过驱动链带动同步转动，驱动绞盘轴转动的可以为电机。此为常规结构。
在上方的传动轴上连接驱动件，通过驱动件带动传动轴的转动，在传动轴转动时，带动绞盘12的转动，在上方的绞盘12转动时，带动驱动链13的传动，驱动链13带动下方的绞盘12转动，如此在轴上的所有的绞盘12同时转动，而在绞盘12转动时，连接在绞盘12上的钢索8同时移动，且移动的距离相同，清灰组件通过压紧方钢11连接成一个整体，通过所有绞盘12的同步转动，从而带动所有的清灰组件同时上下移动，对换热管6、涡节段3-4进行清理，避免清灰组件在移动时出现卡顿。当移动到最下方后，绞盘轴反转，让钢刷模块向上移动。
蒸发器2的左侧设置有烟气进口，当设置应急蒸发器时，在应急蒸发器的左侧也设置烟气进口，蒸发器2的换热管6的冷媒进口连接汽包15的下降管a，蒸发器2的换热管6的冷媒出口与汽包15的上升管b连接，省煤器3的换热管6的冷媒进口与主水管c相连，省煤器3的换热管6的冷媒出口与汽包15相连。
在实际应用时，省煤器3至少为两台，所有省煤器3从左到右依次串联，最靠近蒸发器2的省煤器3的冷媒进口与主水管c相连，上一级的省煤器3的冷媒出口连接下一级的省煤器3的冷媒进口，最后一级省煤器3的冷媒出口连接汽包15。
在急冷装置高负荷工作与低负荷工作时，高温烟气的温度降至200℃以下所需要的时间不同，通常会出现低负荷时，蒸发器2出口处的烟气温度较低从而导致尾部省煤器3中对数温差较小，烟气在1s内通过比较困难，此时，将冷媒进口设置在与蒸发器2紧邻的省煤器3上可增大低负荷时省煤器3的传热温差，保证烟气快速降温。
应急蒸发器1、蒸发器2和省煤器3下方均设置有接灰斗14，接灰斗14的下方设置有接灰口。在应急省煤件1、蒸发件2和省煤件3下方设置灰斗14将钢刷模块刮下来的灰尘接住，方便对灰尘集中处理，防止灰尘在空中扩散。
汽包15上分别设置有蒸汽排放管f与应急泄压管g，在蒸汽排放管f上设置有排放调节阀18，应急泄压管g上设置有应急泄压阀19，汽包15还与主水管c相连。在正常工作时，在于烟气换热之后的冷媒蒸发成水，经由汽包15的蒸汽排放管f排出，此时应急泄压阀19关闭，当工况过低时，打开汽包15泄压阀，降低饱和温度，增大传热温差，以快速冷却烟气，达到应急目的。其中，主管道与省煤器3的冷媒入口以及与汽包15的连接的管道上均设置有阀门16。在其余管道上设置的阀门，文中没有具体描述，见图。
图中细线以及细线上的箭头标示的是冷媒的流动方向，粗线以及粗细上的箭头标示的是高温烟气的流动方向。图中细线以及细线上的箭头标示的是冷媒的流动方向，粗线以及粗细上的箭头标示的是高温烟气的流动方向。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种高温烟气急冷方法，其特征在于：高温烟气首先经过蒸发器，在蒸发器的换热管内通入汽包饱和水，利用饱和水与烟气换热产生0.8MPa的蒸汽，在换热过程中，烟气的温度下降至260℃左右，换热管内的汽水混合物回到汽包，当烟气离开蒸发器后，在省煤器中与低温过冷水换热，增大换热温差，从而减小了换热面积，将烟气温度降至200℃以下。
2.根据权利要求1所述的一种高温烟气急冷方法，其特征在于：所述蒸发器中的换热管为涡节管。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种高温烟气急冷方法，其特征在于：当工况过低时(低于50％)，导致烟气不能在1s内降至200℃时，打开汽包应急泄压阀，降低饱和温度，增大传热温差，以快速冷却烟气，达到应急目的。
4.根据权利要求1所述的一种高温烟气急冷方法，其特征在于：在省煤器中与烟气换热后的水进入汽包。
5.根据权利要求4所述的一种高温烟气急冷方法，其特征在于：还包括应急蒸发器，应急蒸发器与蒸发器的结构相同，所述应急蒸发器设置在蒸发器的前方并与蒸发器联通，所述应急蒸发器的换热管的冷媒进口分出两个支管分别与应急水管和汽包的下水管相连，所述应急蒸发器的换热管的冷媒出口分出两个支管分别与汽包的上水管和应急出水管相连；在负荷低于40％后，汽包中的饱和温度过高，无法快速对烟气降温，向应急蒸发器通入过冷水，与烟气进行换热，快速降低烟气的温度，应急蒸发器中换热后的水通过冷媒出口经应急水管排出。
6.根据权利要求5所述一种高温烟气急冷方法，其特征在于：所述省煤器(3)包括省煤器壳体和位于省煤器壳体内的热管，所述热管由上部的光管段(3-3)和下部的涡节段(3-4)组成，所述省煤器壳体由隔板隔成上下两部分，光管段(3-3)位于上部分内，涡节段(3-4)位于下部分内，下部分的左右两侧分被设置烟气进口和烟气出口，上部分的两侧分别设置冷媒进口和冷媒出口，所述涡节段(3-4)外设置有搪瓷层，所述热管内装有工质水。
7.根据权利要求6所述高温烟气急冷方法，其特征在于：所述蒸发器、应急蒸发器和省煤器的涡节段均设置刮灰结构对换热管的表面进行清灰处理。
8.根据权利要求1所述高温烟气急冷方法，其特征在于：所述省煤器可以是多台，多台省煤器串联。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311248312.XA Pending CN117450492A (zh) | 2023-09-26 | 2023-09-26 | 一种高温烟气急冷方法 |
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2023
- 2023-09-26 CN CN202311248312.XA patent/CN117450492A/zh active Pending
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