CN1263549C

CN1263549C - 利用烟气余热间接蒸发液体的烟气净化调质方法及装置

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Publication number: CN1263549C
Application number: CN 03153928
Authority: CN
Inventors: 陶国龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2003-08-20
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2023-08-20
Also published as: CN1485140A

Abstract

一种利用烟气余热间接蒸发液体的烟气净化调质方法及装置，涉及一种对燃煤电厂、建材、冶金、化工等行业排放的含尘热烟气进行调质处理的方法和装置，具体涉及电收尘或滤袋收尘领域。该装置由热源段、蒸发段容器以及热传导元件组组成，利用含尘热烟气的余热通过热传导元件组间接蒸发液体，液体升温和蒸发时通过热传导元件组从含尘热烟气中大量吸取所需的蒸发潜热和升温所需的热量，使烟气降温至某一目标控制温度，同时液体蒸发产生的蒸汽通过蒸汽管路通入收尘器之前或收尘器收尘室之前的含尘烟气并与之有效混合，从而对含尘烟气起到降温、增湿、改性的调质作用，增强了收尘器对含尘烟气的净化处理效果，可以广泛应用于对含尘热烟气的调质处理领域。

Description

利用烟气余热间接蒸发液体的烟气净化调质方法及装置

技术领域

本发明涉及一种对燃煤电厂、建材、冶金、化工等行业排放的含尘热烟气进行调质处理的方法和装置，具体涉及电收尘或滤袋收尘领域，尤其是一种利用烟气余热间接蒸发液体的降温增湿烟气净化调质方法和装置。

背景技术

随着环保排放标准的日趋严格，越来越多的原有除尘器不能满足烟尘排放达标的要求，特别是为了减少燃煤SO₂的排放，越来越多的燃煤锅炉采用换烧低硫煤，以满足削减SO₂的要求，同时又能减少巨额SO₂排污费的上缴。但随之而来的是由于燃用低硫煤，其烟尘又呈现出电收尘器难以处理的高比电阻，原有的电收尘出口烟尘排放浓度增高，甚至会出现排放超标的情况。针对高比电阻烟尘的电收尘，通常采用以下五种技术方案，对电收尘器处理高比电阻烟尘获得了显著的效果，使烟尘排放明显降低，对亚微米烟尘和可吸入颗粒物的排放也会得到一定程度的控制；另外为了使高温烟气工况满足后续电收尘器、滤袋收尘器对温度的要求，也可以采用以下第三种、第四种方法的技术措施对烟气进行降温调质。

现有技术的五种烟气调质方法分别如下：

第一种方法：向烟气中直接喷入SO₃、NH₃等可降低烟尘比电阻的气态物质。其缺点是：a、向烟气中喷入的是SO₃、NH₃、等污染性气体，如果电收尘器后没有相应有效的脱除设施，则会随烟囱排放，对环境造成新的污染；b、显著地提高烟气酸露点温度，会对后续设备局部降温处造成腐蚀；c、设备投资和运行费用高；d、控制系统要求高，相对复杂。

第二种方法：向烟气中直接喷入可降低烟尘比电阻的碱性溶液、改性剂等，通过雾化液滴与烟尘的接触附着来改善烟尘比电阻。其缺点是：a、溶剂需要量大，运行费用高；b、溶液与烟尘特别是与细微颗粒接触不充分；c、系统组成和控制系统相对复杂，设备投资较高。

第三种方法：向烟气中直接喷入高效雾化的水滴。主要是利用烟气直蒸发液滴时从烟气中大量吸收液滴蒸发所需的汽化潜热来有效降低烟气温度，同时又给烟气增加了水蒸汽含量，使烟尘吸附部分水蒸汽，有效改善烟尘比电阻。这种降温又增湿的烟气调质不仅对高比电阻烟尘是经济实用有效的调质方法，而且大量用于对高温烟气的降温调质。但其缺点是：a、必须有专门的喷雾增湿塔或足够长度的烟道，以满足液滴蒸发时间的要求；b、雾化水滴通常采用压力雾化或两相流气助雾化的方式。当采用压力雾化方式时，必须借助30-60Kg/cm²的高压水泵，系统所有仪表、管路、容器等均得按中、高压设计制造和选型；当采用两相流气助雾化方式时，水压虽可降低至10kg/cm²以下，但必须配备雾化液体时气液比所要求容量和压力的空气压缩机。两种方式能耗均较高；c、需对水路压力、水路流量、气路压力、气路流量、烟气温度、湿度以及相关设备和阀门等多参数进行实时监测、显示及相应的调控，因此系统组成和控制回路相对复杂且要求较高；d、由于喷咀的磨损、堵塞、积灰等导致雾化效果变差，从而造成湿壁、粘灰、底部积灰以及大液滴来不及有效蒸发而进入后续设备使收尘器带明水运行等影响收尘效率和设备及系统的安全运行；e、由于是将液体喷入烟气中直接蒸发并使烟气降温，因此喷雾段内壁必须采取防腐措施；f、设备造价高。

第四种方法：利用气(烟气)——气(烟气、空气、风)或气——水等热冷介质通过换热器换热方式，使烟气进行降温调质，满足后续收尘器对烟气温度的要求，或起到或起到一定程度的降低烟尘比电阻的作用。虽然基本上克服了第三种方法的不足，但也存在一定的缺点：a、由冷却介质带走热量的方式其换热强度相对较小，换热器设备相对庞大，且冷却介质需要量大；b、对改善收尘效率只起到降低烟气温度所带来的有益作用，而没有增加水蒸汽含量所带来的很重要的有益效果，因此改善收尘效率的作用单一。特别是对提高滤袋收尘器烟尘滤饼对烟气中SO₂、NO_X的脱除效果起不到增加水蒸汽含量所带来的有益作用。

第五种方法：将仍然具有一定利用价值的水蒸汽直接喷入烟气与之混合以增加烟气湿度。虽可增加烟气中水蒸汽含量，起到积极作用，但其缺点是：a、对烟气起不到有效降温的作用；b、单纯增湿所需的水蒸汽量大，能量浪费严重；c、运行成本高。

总结以上方法，现有技术主要存在以下缺陷：使用的设备结构复杂，成本高，没有较好的利用热烟气的余热资源对含尘热烟气进行处理，耗能耗电，其过程控制要求高且复杂，设备安全性差，隐患较多，不能充分改善烟尘的收尘特性使其更易于实现达标排放。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种利用烟气余热间接蒸发液体的烟气净化调质方法及装置，该方法通过含尘热烟气与液体间接的热交换，进行自身的降温并将液体汽化，利用汽化后的蒸汽对含尘烟气又进行增湿，这种利用低品位的热量蒸发液体的方法，可以替代造价高的设备方案，有效的节约了能源，有显著的节能效果。特别是借助于烟道气的负压抽吸作用来降低被蒸发液体的沸点，使利用烟气余热间接蒸发液体的烟气温度的利用范围向下扩大，将烟气余热利用至更低的温度。该方法易于实现，使用的装置结构简单，成本低，容易维修和保养，过程容易控制，该方法不仅能降低烟气的温度，还有对烟气加湿的功能，能有效的改善烟气除尘特性，将通入收尘器之前或收尘器收尘室之前的烟气进行调质，从而对烟气起到降温、增湿的改性作用，可以达到降低烟气烟尘比电阻、增加烟气湿度和减少烟气的工况流量、降低收尘器内的风速的目的，更有利于收尘器处理后的废气符合国家环保标准，降低烟尘特别是微细颗粒的排放量。

本发明提供以下技术方案：一种利用烟气余热间接蒸发液体的烟气净化调质方法，将含尘热烟气流经间接蒸发器的热源段，通过热源段内贯通热源段和蒸发段容器且密封两者的热传导元件组从流经热源段的含尘热烟气中吸取热量并传导入蒸发段，间接加热并蒸发按一定供液速度供给蒸发段容器内的液体，液体升温和蒸发时通过热传导元件组从含尘热烟气中大量吸收所需的汽化潜热和升温所需的热量，使含尘热烟气温度降低到某一目标控制温度后从热源段烟气出口排出至烟道；通过连通蒸发段容器和烟气的蒸汽管路，借助于烟气负压的抽吸作用来降低蒸发段容器中的压力，从而降低容器内液体的沸点，使利用烟气余热间接蒸发液体的烟气温度的利用范围向下扩大，将烟气余热利用至更低的温度，同时在蒸发段容器中液体蒸发产生的具有一定压力的蒸汽可部分或全部通过连通蒸发段容器和未经收尘器净化处理完毕的含尘烟气的蒸汽管路通入含尘烟气并与之有效混合，调质后的含尘烟气经由收尘器净化处理后排放。

所述的液体是指水或含有某种烟尘改性剂并在本发明利用烟气余热的温度范围内可蒸发为蒸汽的溶液，为了保证烟气负压的抽吸力不致于通过蒸汽管路将蒸发段容器内的液体吸入烟气，间接蒸发器蒸发段容器中未蒸发液体对容器的未充满度≥20％，并且蒸发段容器内蒸汽出口高度比液面和液体进口高度高500mm及以上。

一种实现上述方法的利用烟气余热间接蒸发液体的烟气净化调质装置，由热源段、蒸发段容器以及热传导元件组组成，蒸发段容器位于热源段之上并与热源段构成密封连接，热传导元件组贯通于热源段和蒸发段容器之间，且与热源段和蒸发段容器构成密封连接关系，热源段一侧设置有含尘热烟气进口，热源段另一侧设置有降温后烟气出口，蒸发段容器上部设置有供液管路接口并与防垢器相连，蒸气出口开关控制阀，并与蒸气管路相连接，蒸发段容器内蒸汽出口高度比液面和液体进口高度高500mm及以上，蒸发段容器上部设置有安全阀，侧部下端设置有液体泄流控制阀和排污阀，蒸气管路与未经收尘器净化处理完毕的含尘烟气相连通，降温后烟气出口与收尘器之间设置有测温元件。

蒸发段容器中在热传导元件组的上部平面内可设置有与热传导元件组的热传导元件一一对应开孔的液体分配板。

本发明的优点是：本发明是一种全新的烟气净化调质处理方法和装置，其优点表现在以下几个方面：a、不产生二次污染；b、液体是在与烟气非接触方式下通过导热元件组间接蒸发成蒸汽后再与烟气混合，因此不会出现由于蒸发不充分而引起的烟道湿壁、粘灰、腐蚀、收尘设备带明水运行等影响其它设备安全运行的情况；c、由于是利用烟气余热对液体进行间接蒸发，因此不需要对液体高效雾化以及所需的高压水泵或空气压缩机等耗能较大的设备，节省能源；d、系统组成简单，不需要高效雾化的喷咀，易损件少，维护检修工作量小，设备同步投运率高，无故障运行时间长；e、只需监测降温后的烟气温度和蒸发段容器内的液位并据此调控液体供给量即可实现对系统的控制，因此调控装置简单；f、运行费用只是液体、供液泵的电耗、以及少量的备件更换等费用，与现有技术相比几乎可以忽略不计；g、设备造价仅是现有技术第一种方法至第四种方法的1/4～1/2。

用于电收尘领域的烟气调质，可获得减少工况烟气流量、降低高比电阻烟尘的现场比电阻、增加烟气湿度、提高运行电压、减少二次扬尘等有利因素对收尘效率改善的良好效果。对于改造工程可提高收尘效率，减少可吸入颗粒物排放，用于新建工程可同比减小钢耗和能耗。

用于滤袋收尘领域的烟气调质，可获得减小过滤风速、降低过滤阻力等有利于改善收尘效率和提高滤袋寿命的效果，同时由于烟气湿度增加有利于增强在滤袋上形成的烟尘滤饼对烟气中SO₂、NO_X等有害气体脱除的附加效果。

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明间接蒸发液体的烟气净化调质方法第一实施例——蒸汽与降温后的含尘烟气在进入收尘器前混合的工艺流程图。

图2为本发明间接蒸发液体的烟气净化调质方法第二实施例——蒸汽与降温后的含尘烟气在收尘器中收尘室前进行混合的工艺流程图。

图3为本发明间接蒸发液体的烟气净化调质方法第三实施例——蒸汽与含尘热烟气在降温前混合的工艺流程图。

图4为本发明间接蒸发器的结构示意图。

各部件编号如下：

1、蒸发段容器；2、蒸汽出口开关控制阀；3、蒸汽管路；4、液位信号采集器；5、热传导元件组；6、蒸发段；7、排污阀；8、降温后烟气出口；9、测温元件；10、热源段；11、含尘热烟气进口；12、液体泄流控制阀；13、供液管路接口；14、防垢器；15、安全阀；16、液体；17、蒸汽；18、含尘热烟气；19、降温后烟气；20、调质后烟气；21、净化后烟气。

具体实施方式

如图1-4所示，一种利用烟气余热间接蒸发液体的烟气净化调质方法，将来自燃烧源或热量利用装置的含尘热烟气18流经间接蒸发器的热源段10，通过热源段10内贯通热源段10和蒸发段容器1且密封两者的热传导元件组5从流经热源段10的含尘热烟气18中吸取热量并传导入蒸发段6，间接加热并蒸发按一定供液速度供给蒸发段容器1内的液体16，液体16升温和蒸发时通过热传导元件组5从含尘热烟气18中大量吸收所需的汽化潜热和升温所需的热量，使含尘热烟气18温度降低到某一目标控制温度后从热源段降温后烟气出口8排出至烟道；同时在蒸发段容器1中液体蒸发产生的具有一定压力的蒸汽17可部分或全部通过连通蒸发段容器1和未经收尘器净化处理完毕的含尘烟气的蒸汽管路通入含尘烟气并与之有效混合，调质后的含尘烟气19经由收尘器净化处理后排放。

如图1-图3所示，蒸发段容器1和未经收尘器净化处理完毕的含尘烟气的混合方式有三种，其目的是利用汽化后的蒸气使含尘烟气达到增湿效果，图1是蒸汽与降温后的含尘烟气在进入收尘器前混合的方式；图2是蒸汽与降温后的含尘烟气在收尘器中收尘室前进行混合的方式；图3是蒸汽与含尘热烟气在降温前混合的方式。

实现上述方法的含尘热烟气18的温度应该≥115℃；烟气降温后的目标控制温度是根据调质所需降温幅度和相应增湿的要求来具体确定，但必须高于降温增湿调质后的烟气实际酸露点温度3℃及以上，以避免可能出现的局部结露对后续设备的腐蚀，而实际目标控制温度在满足此条件的前提下根据调质所需降温幅度和相应增湿的要求来具体确定。由于烟气中水蒸汽含量的增加是酸露点略有增高的因素，而烟气降温增湿后的烟尘会吸附烟气中部分SO₃和水份这又是烟气酸露点趋于降低的因素，因此具体酸露点温度应根据降温后的实际工况来确定；烟气的降温幅度和相应的增湿目标是通过控制实际蒸发量来实现，在含尘热烟气流量、温度和间接蒸发器的设计热交换能力三者一定的条件下，实际蒸发量的控制则是通过控制向蒸发段容器内单位时间的供液量和该容器内的压力来实现的。

蒸发段容器1内的压力P应控制在大于蒸发段容器1中的蒸汽流经蒸汽管路3时的沿程阻力P₁与蒸汽和烟气混合处的烟气压力P_g之和，且小于等于0.8Mpa，即P₁+P_g＜P≤0.8Mpa，以保证蒸汽靠蒸发段容器内的自身压力P向与烟气混合处流动的要求，同时又不致于蒸发段容器1内压力过高使液体沸点增高进而影响液体蒸发。如果蒸发段容器1通往与烟气混合处的距离很短，则可忽略蒸汽管路沿程阻力P₁，此时从理论上讲，只要满足P＞Pg，蒸发段容器内的蒸汽就可通过蒸汽管路3向与烟气混合处流动。

在正常工作状态下，由于蒸发段容器1相对于外部环境是密闭的，但与烟道含尘烟气通过蒸汽管路3又是相连通的，而烟道和收尘器内的烟气相对于环境气压P_h又是处于负压状态，即处于抽吸状态，同时蒸发段容器1内有足够的液体未充满空间，这就表明只要间接蒸发器的热传导元件组5从热源段传导入蒸发段的温度大于蒸发段容器1内P所对应的液体沸点温度t_f且热量足够，就能使液体沸腾汽化。又因随海拔高度增高，环境气压降低，而烟道气压相对于环境气压又处于负压状态，则烟气相对于标态气压的负压程度越高，即压力越低。通过连通烟气和蒸发段容器1的蒸汽管路3，利用烟气的负压抽吸作用可相应降低蒸发段容器内的压力P，根据压力越低液体沸点越低的关系，则蒸发段容器中液体的沸点也会相应降低，从而使利用烟气余热间接蒸发液体的温度利用范围Δt向下扩大，也就是说可以将烟气余热利用至更低的温度，这十分有利于利用烟气余热来间接蒸发液体。如果被蒸发的液体为水，则标准大气压时的沸点为100℃，但由于烟道气负压的抽吸作用使蒸发段容器内的压力低于标准大气压，则该容器内水的相应沸点也会低于100℃，此时只要通过热传导元件组5从热源传导入蒸发段容器1内的温度大于对应的沸点且热量足够，则完全可以使蒸发段容器1内的液体沸腾汽化并产生温度低于100℃、压力低于1个标准大气压的水蒸气，因此从烟气余热利用的角度而言，可以将烟气余热利用至100℃以下或更低的温度。

本发明所述的液体16是指水或含有某种烟尘改性剂并在本发明利用烟气余热的温度范围内可蒸发为蒸汽的溶液，为了保证烟气负压的抽吸力不致于通过蒸汽管路将蒸发段容器内的液体吸入烟气，间接蒸发器蒸发段容器中未蒸发液体对容器的未充满度≥20％，并且蒸发段容器1内蒸汽出口17的高度比液面和液体进口高度高500mm及以上。

间接蒸发器中的热传导元件组5的直段与水平面的夹角中小于90°的角应≥3°，该条件是考虑热传导元件组5倾斜放置时为保证热传导元件的热传导能力得以正常发挥而限定的。

调质后的烟气20进入收尘器便于收尘处理，经收尘器处理成烟尘排放符合环保要求的净化后烟气21通过正常排放口排放。

如图4所示，一种实现上述方法的利用烟气余热间接蒸发液体的烟气净化调质装置，由热源段10、蒸发段容器1以及热传导元件组5组成，蒸发段容器1位于热源段10之上并与热源段10构成密封连接，热传导元件组5贯通于热源段10和蒸发段容器1之间，且与热源段10和蒸发段容器1构成密封连接关系，热源段10一侧设置有含尘热烟气进口11，热源段10另一侧设置有降温后烟气出口8，蒸发段容器1上部设置有供液管路接口13并与防垢器14相连接，蒸气出口开关控制阀2并与蒸气管路3相连接，蒸发段容器1内蒸汽出口高度比液面和液体进口高度高500mm及以上，蒸发段容器1上部设置有安全阀15，侧部下端设置有液体泄流控制阀12和排污阀7，蒸气管路3连接未经收尘器净化处理完毕的含尘烟气，降温后烟气出口8与收尘器之间的任何位置处设置有测温元件9。

本发明的另一种热交换方式，是在蒸发段容器1中在热传导元件组5的上部平面内设置有与热传导元件组5的热传导元件一一对应开孔的液体分配板，用以将进入蒸发段容器1内的液体均匀分布给热传导元件组5的各元件，进行热交换。

上述仅为实现本发明中间蒸发器蒸发功能的基本构成，但不仅限于此，还可增加其它附件以增加相应功能，例如：热源段10的底部增加灰斗和放灰口，起到辅助收尘作用；蒸发段容器1中在热传导元件组5的上部或顶部设置若干个低压喷液头，利用液体进入蒸发段容器时的压力通过喷头直接向热传导元件组5喷淋，即喷即蒸发，以提高换热强度，同时减轻蒸发段容器中未蒸发液体为间接蒸发器所增加的载荷等。

本发明的工作原理如下：

温度大于等于115℃的含尘热烟气18从间接蒸发器的含尘热烟气进口11进入热源段10，加热在热源段10中并贯通热源段10和蒸发段6且密封两者的热传导元件组5，液体16经供液管路接口13流经防垢器14进入蒸发段容器1内，蒸发段容器1中的液体由热传导组5加热至蒸发段容器1内压力P所对应的液体沸点tf使液体沸腾汽化，液体升温和汽化所需的热量由热传导元件组5从热源段烟气中吸取并传导供给，同时使含尘热烟气18降温至目标控制温度，降温后的烟气19从降温后烟气出口8排入通往收尘器的烟道，蒸发段容器1内液体蒸发产生的蒸汽17经蒸汽出口开关控制阀2通过蒸汽管路3按图1、或图2或图3方式与烟气连通并流入烟气进行混合，从而使烟气即降温又增湿改性，起到调质作用，调质后的烟气20经由收尘器净化处理后排放，这种调质技术达到了改善收尘器运行特性，提高收尘效率，减少烟气中烟尘特别是微细颗粒排放的目的；由降温后烟气19中的测温元件9的信号通过调控装置使单位时间内的供液量从0～最大蒸发量范围内调控，从而即控制了降温幅度，也间接使单位时间内的蒸汽产量控制在0～最大蒸发量范围内；蒸汽出口控制阀2在正常工作时处于开状态，使蒸汽管路3连通蒸发段容器1和烟气，当需要关断连通状态时处于关闭状态；蒸发段容器1内的液位采集器4的信号通过调控装置控制供液装置的供液速度；排污阀7用于检修时排污或定期排污；泄流控制阀12用于蒸发段容器1中液位达到或超过设定的极限液位时泄放部分未蒸发的液体，以确保蒸发段容器1内蒸汽出口与液位的高度差；安全阀14用于蒸发段容器1中压力超限时的泄压。

Claims

1、一种利用烟气余热间接蒸发液体的烟气净化调质方法，其特征在于：将含尘热烟气流经间接蒸发器的热源段，通过热源段内贯通热源段和蒸发段容器且密封两者的热传导元件组从流经热源段的含尘热烟气中吸取热量并传导入蒸发段，间接加热并蒸发按一定供液速度供给蒸发段容器内的液体，液体升温和蒸发时通过热传导元件组从含尘热烟气中大量吸收所需的汽化潜热和升温所需的热量，使含尘热烟气温度降低到某一目标控制温度后从热源段烟气出口排出至烟道；通过连通蒸发段容器和烟气的蒸汽管路，借助于烟气负压的抽吸作用来降低蒸发段容器中的压力，从而降低容器内液体的沸点，使利用烟气余热间接蒸发液体的烟气温度的利用范围向下扩大，将烟气余热利用至更低的温度，同时在蒸发段容器中液体蒸发产生的具有一定压力的蒸汽可部分或全部通过连通蒸发段容器和未经收尘器净化处理完毕的含尘烟气的蒸汽管路通入含尘烟气并与之有效混合，调质后的含尘烟气经由收尘器净化处理后排放。

2、如权利要求1所述的利用烟气余热间接蒸发液体的烟气净化调质方法，其特征在于：所述的液体是指水或含有某种烟尘改性剂并在本发明利用烟气余热的温度范围内可蒸发为蒸汽的溶液。

3、一种实现如权利要求1所述方法的利用烟气余热间接蒸发液体的烟气净化调质装置，其特征在于：该装置由热源段、蒸发段容器以及热传导元件组组成，蒸发段容器位于热源段之上并与热源段构成密封连接，热传导元件组贯通于热源段和蒸发段容器之间，且与热源段和蒸发段容器构成密封连接关系，热源段一侧设置有含尘热烟气进口，热源段另一侧设置有降温后烟气出口，蒸发段容器上部设置有供液管路接口并与防垢器相连接，蒸气出口开关控制阀并与蒸气管路相连接，蒸发段容器内蒸汽出口高度比液面和液体进口高度高500mm及以上，蒸发段容器上部设置有安全阀，侧部下端设置有液体泄流控制阀和排污阀，蒸气管路与未经收尘器净化处理完毕的含尘烟气相连通，在降温后烟气出口与收尘器之间设置有测温元件。

4、根据权利要求3所述的烟气净化调质装置，其特征在于：所述蒸发段容器中在热传导元件组的上部平面内设置有与热传导元件组的热传导元件一一对应开孔的液体分配板。