CN1563874A - 潜热法烟气余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潜热法烟气余热回收方法，采用热量转换、热量回收两步工序：a、第一步引出烟道的高温烟气进入喷淋降温塔，淋入喷淋降温塔内的介质与高温烟气直接接触，介质蒸发汽化，将高温烟气的显热转化为蒸发介质中的潜热进行热量转换；b、第二步介质与烟气一起进入耐酸换热器，烟气中的水蒸气和热转换时被气化了的介质在耐酸换热器内冷凝、释放潜热，与需加热的介质进行热量交换、回收。回收装置由烟筒、温度传感计、喷淋降温塔、喷淋器、换热器、酸槽、喷淋器、捕雾塔、引风机、沉灰罐、泵、自动调节阀组成。能够有效回收烟气中的余热；设计结构合理、紧凑、重量轻、占地少，安装和维护方便；适用范围广，回收效率高，装置生产安全。

Description

潜热法烟气余热回收系统

技术领域：

本发明涉及的是烟气余热回收的装置及方法，特别是以油田伴生天然气为燃料的管式炉烟气余热的回收利用，也适用于其它有工业价值的、如以煤炭为燃料的发电厂烟气余热的回收利用。

背景技术：

现有的加热炉常用的燃料有三种，煤炭、燃油、天然气，不论使用那一种燃料，排烟造成的热损耗都占加热炉热损耗的80％以上。

目前，比较常见的工业烟气余热回收采用的方法是换热元件直接与烟气热量交换，针对不同的温度范围选用不同的换热元件，涉及换热装置中的换热元件有：1、金属材料制成换热元件；2、以玻璃、石墨材料或四氟、搪瓷制成的换热元件。由于使用温度和露点腐蚀双重因素的影响，使每种换热元件的使用都有局限性，如果在烟气热量回收前后温度范围较大、腐蚀严重的环境中提高热回收效率，必须采用两种或两种以上的换热元件串联使用，阶梯式降温换热。

中国专利号93114153.2公开了一种利用火力发电厂的烟气余热的方法和装置，其发明目的是利用酸露点以内和以下的燃烧电厂烟气的余量，具体的技术方案是在烟气洗涤器的入口区的燃气通过一耐酸换热器一直被冷却酸露点以下，滴下的酸收集在烟气洗涤器的槽中中和，经冷却的烟气立即被引入洗涤区并且在不再预热的情况下排入冷却塔。

由于加热炉受负荷和环境温度变化的影响，使排烟的温度和热值变化幅度很大，热电厂以稳定发电为生产目的，烟气的温度和热值相对于其它的工业炉稳定，一年四季变化都不大。以油田伴生天然气为燃料的管式炉加热伴热掺水介质为例，冬季天然气使用量为3100立方米/日，排烟温度达到310℃以上，而到夏季时，天然气使用量为1900立方米/日，排烟温度为200℃左右，加热炉的热负荷不断变化，排烟的温度和热值也跟着变化，因为传统的换热装置都为固定元件，换热功率是固定的，所以很难在这样的环境中做到换热前和换热后的烟气温度始终保持在露点温度以上，做到了也不经济，所以传统换热装置和方法存在着效率低下、寿命短的致命弱点；耐腐蚀材料当然能克服露点腐蚀的问题，但是一般加热炉、尤其是以油田伴生天然气为燃料的管式炉，排烟温度都在250℃以上，大大的超过经济耐腐蚀材料的使用温度范围。如果将金属换热元件和耐腐蚀换热元件串联使用，就要在经过金属换热元件后、耐腐蚀换热元件前使烟气温度保持在露点腐蚀温度与耐腐蚀换热元件上线使用温度之间的狭窄范围内，因为在实际生产中很难做到，所以很少应用。另外，传统换热装置都存在因为结垢和灰份的沉积造成换热效率下降的问题，必须为换热部件设计除垢除灰装置。油田上广泛使用的管式炉都是采用自然通风方式，如果不想改变加热炉的原通风方式就必然要把换热器安装在加热炉的顶部，这样对加热炉的力结构就必须经过复杂的重新计算和改造。因为安装在加热炉的顶部，必然会对装置的现场安装和日后的维修造成很大的麻烦。由于是自然通风，就要求换热部件的不能造成太大的管路压降，换热效率是和换热面积成正比的，从这个角度讲，这种结构必然是效率低下的。如果将自然通风改造为强制通风，一旦因故障或停电造成了风机停运，必然会影响燃烧；另外这种以伴生天然气为燃料的管式炉一旦失去了通风，瞬间就可能发生爆炸这样的恶性生产事故。

发明内容：

本发明的目的是针对上述生产中的实际问题提供一套潜热法烟气余热回收系统，该系统包括回收方法及回收装置，回收方法及回收装置的综合使用效果能够达到：装置独立于加热炉、不改变原炉的力结构和原构造，现场安装与日后维修方便；能适应烟气温度和热值的大幅度变化；能对烟气中水蒸气的潜热和低温热量充分回收。

为了能达到上述发明目的，本系统回收方法中采用热量转换、热量回收两步工序：第一步引出烟道的高温烟气进入喷淋降温塔，淋入喷淋降温塔内的介质与高温烟气直接接触，介质蒸发汽化，将高温烟气的显热转化为蒸发介质中的潜热完成热量转换；第二步介质与烟气一起进入耐酸换热器，烟气中的水蒸气和热转换时被气化了的介质在耐酸换热器内冷凝、释放潜热，与需加热的介质进行热量交换、回收。热量交换、回收后的介质与烟气从耐酸换热器下端排入酸槽，在酸槽内进行气液分离，气体在酸槽上部净化，将烟气中的有害成分吸收，经捕雾塔经引风机导入烟筒，液体导出后分为两部分：一部分进入喷淋降温塔，作为喷淋降温塔内完成热转换的介质，另一部分返回酸槽，用作酸槽洗涤烟气的净化液，酸槽底部沉淀的含灰液体进入沉灰罐。

本发明中的换热装置由烟筒、温度传感计、喷淋降温塔、喷淋器、换热器、酸槽、喷淋器、捕雾塔、引风机、沉灰罐、泵、自动调节阀组成，烟筒挡板上下两端分别开有烟气导出口与烟气导入口，烟气导出口由管线连接引风机上端，烟气导入口由管线连接喷淋降温塔；喷淋降温塔塔内有介质喷淋装置，塔出口连接换热器，底部由管线连通酸槽的液相部位；换热器上部进口连通喷淋降温塔，下部出口与酸槽连通，侧面有换热介质进出口；酸槽底部为锥形，内置滤网、水幕喷淋器，上部分别与换热器、捕雾塔连通，侧面分别与喷淋降温塔底部、泵接通，底部锥端连接沉灰罐；捕雾塔内装斜面网板，上部连接引风机，下端与酸槽相通；沉灰罐中部与酸槽底部水平面连通，通过上端出口管线的高度对酸槽液面进行调节、控制；引风机下端连接捕雾塔。

在喷淋降温塔的进、出口管线上和酸槽内设置温度传感计，通过温度传感计将喷淋降温塔进出烟气的温度和用于热量转换的介质的温度传送给单片机，经单片机计算出热转换过程中需用的介质流量，通过自动调节阀完成控制，将热转换介质定量淋入喷淋降温塔内。

为了保证生产安全，在进炉燃料管线上加装电磁安全阀作为装置安全附件，通过电磁安全阀电磁通路吸合，控制进炉燃料管线上阀件的开关。当风机、酸泵因故障停运或者系统停电时，电磁断路，阀件闭合，截断燃料，同时系统发出报警，使用煤炭、油料为燃料、强制通风的加热炉，与原炉安装的安全附助系统配合使用，保证装置安全生产。

本系统中回收方法与回收装置综合使用，在一套装置内，使用一套换热元件可在烟气热量回收前后温度范围较大、腐蚀严重的环境中完成烟气余热的回收。

本发明具有的优点和积极效果：

1、系统中的方法能够有效回收烟气中的余热，同时净化了烟气中的SO₃、SO₂、CO₂、NO、粉尘等有害成分，减少排放烟气对大气的污染，环保效果好；

2、系统中的回收方法能够回收烟气中露点温度以下的低温热量和水蒸气潜热，相对于传统回收余热装置，烟气余热回收效率高；

3、系统中的回收装置独立于原加热装置，回收装置设计结构合理、紧凑、重量轻、占地少，安装和维护方便；

4、回收装置中采用定量淋入、自动调节酸槽液面、烟气温度自动监控，自动化程度高，减轻了操作的难度与强度，适用范围广；

5、回收装置中有可能被腐蚀的部位都采用经济的耐腐蚀材料，相对于传统回收余热装置造价低，使用寿命长，解决了传统换热装置因为结垢和灰份的沉积造成换热效率下降的问题；

6、在进炉燃料管线上加装电磁安全阀，电磁安全阀与原炉安装的安全附助系统配合使用，装置生产安全。

附图说明：

图1为系统的结构示意图。

图中：1集烟箱 2烟筒 3波纹管 4温度传感计 5喷淋降温塔 6喷淋器 7换热器 8酸槽 9喷淋器 10捕雾塔 11引风机 12阀门 13沉灰罐 14阀门 15阀门 16阀门 17过滤器 18泵 19单流阀 20阀门 21阀门 22磁控调节阀 23电磁安全阀

具体实施方式：

下面结合附图说明对本发明的具体实施方式做进一步说明：

潜热法烟气余热回收系统中的回收装置烟筒2、温度传感计4、喷淋降温塔5、喷淋器6、换热器7、酸槽8、喷淋器9、捕雾塔10、引风机11、沉灰罐13、泵18、自动调节阀22组成，烟筒2挡板上下两端分别开有烟气导出口和烟气导入口，烟气出口由管线连接喷淋降温塔5，温度传感计4安装在进入喷淋降温塔5的管线上，监测进入喷淋降温塔5的烟气的温度。喷淋降温塔5为钢壳内衬耐酸陶瓷，塔内有以喷淋器6为主要构件组成的介质喷淋装置，塔出口由管线连接换热器7，管线上安装温度传感计4，监测烟气在塔出口的温度，温度传感计4为市售成品元件，喷淋降温塔5底部与酸槽8的液相部位由管线连通；换热器7为耐腐蚀材料制成，上部进口连通喷淋降温塔5，下部出口与酸槽8连通，侧面有换热介质进、出口；酸槽8底部为锥形，内置滤网、水幕喷淋器9，上部分别与换热器7、捕雾塔10连通，中部为液相部位，在酸槽8的侧面对应液相部位分别与喷淋降温塔5底部、泵18由管线接通，与泵18连接的管线上有阀16和过滤器17。泵18的另一端由管线连通喷淋降温塔5，连通管线上有单流阀19、阀门20、磁控调节阀22。阀门20与自动调节阀22之间有管线连接水幕喷淋器9，连接管线上有阀门21，阀门21控制进入水幕喷淋器9流量，酸槽8底部锥端由管线连接沉灰罐13，沉灰罐13中部由管线与酸槽8底部水平面连通，连通管线上有阀门12，沉灰罐13上端的出口管线与下端的出口管线接通，下端的出口管线与上端的出口管线连接部位之间有阀门(12)，沉灰罐13上端出口管线的的高度与酸槽8设定的液面高度一致，通过上端出口管线的高度对酸槽液面进行调节、控制。捕雾塔10内装斜面网板，网板与水平面夹角为30-45°，上部连接引风机11，下端与酸槽8相通。引风机11下端连接捕雾塔10，上端由管线连接烟筒2的烟气导入口。

酸槽8装有温度传感计4，与喷淋降温塔5进出口连接管线上的温度传感计一起为单片机提供计算参数，单片机根据温度传感计传输回的参数，计算出磁控调节阀22的开启度，以达到定量控制热转换过程的目的。

使用气体燃料的自然通风加热炉，要在进炉燃料管线上加电磁安全阀23，电磁安全阀23电源与风机、泵18可以安装在同一电路控制扳上。通过电磁安全阀电磁通路吸合，打开或关闭燃料管线。当引风机11、泵18因故障停运或者系统停电时，电磁断路，阀件闭合，截断燃料，同时系统发出报警。对于用煤炭、油料为燃料、强制通风的加热炉，使用原炉安装的安全附助系统，可以保证装置安全生产。

在实践生产中，烟筒2因风力的作用不可避免要有一定幅度的晃动，在引风机11出口连接管线与烟筒2的燃气导入口和喷淋降温塔入口连接管线5与烟筒2的燃气导出口的连接部位采用波纹管3连接，以保证安全。

烟气被引出烟道后进入喷淋降温塔5，定量淋入烟气中的液体(水)吸收热量后迅速蒸发，使烟气中的高温显热转化为水蒸气中的潜热。进入换热器7时的气体为烟气与水蒸气的混合气体，混合气体进入换热器7中，冷凝释放出潜热、与换热器7中的介质进行热量交换，使混合气体中的潜热得到利用。喷淋降温塔8内进行热量转换过程中，温度可能会下降到酸份的露点温度以下，可能有酸液沉降到喷淋降温塔5的底部，由喷淋降温塔底部的管线进入酸槽8的液相部位。进入酸槽8酸液分离后，酸液夹带着沉降的灰份从酸槽8底部排入沉灰罐13，气体经洗涤捕雾塔10被引风机11引出，排放于大气。

沉积到酸槽8底部的酸液夹带着灰份从酸槽8的底部流出，运行时，阀门12打开、阀门15和放空阀14关闭，酸液进入沉灰罐13后从上部流出，在中合池里经过中合剂处理无害后排放。沉灰罐13的设计结构保证了酸槽中液面的稳定。沉灰罐13定时冲灰，操作的方法是关闭阀门12、打开阀门15和放空阀14，夹带着灰份的酸液经过处理，符合排放标准后排放。

酸液经过酸泵18进入喷淋降温塔5完成蒸发换热，三个温度传感计4信息反馈回单片机进行处理后，单片机指令自动控制阀22控制进入喷淋降温塔5用于热转换的液量，保证降温后的烟气温度在换热器7适用温度范围内运行。

Claims (7)

1、一种潜热法烟气余热回收方法，其特征是：采用热量转换、热量回收两步工序：

a、第一步引出烟道的高温烟气进入喷淋降温塔(5)，淋入喷淋降温塔(5)内的介质与高温烟气直接接触，介质蒸发汽化，将高温烟气的显热转化为蒸发介质中的潜热进行热量转换；

b、第二步介质与烟气一起进入耐酸换热器(7)，烟气中的水蒸气和热转换时被气化了的介质在耐酸换热器(7)内冷凝、释放潜热，与需加热的介质进行热量交换、回收。

2、一种应用于权利要求1的潜热法烟气余热回收装置，其特征是：由烟筒(2)、温度传感计(4)、喷淋降温塔(5)、喷淋器(6)、换热器(7)、酸槽(8)、喷淋器(9)、捕雾塔(10)、引风机(11)、沉灰罐(13)、泵(18)、自动调节阀(22)组成，烟筒(2)挡板上下两端分别开有烟气导出口与烟气导入口，烟气导出口由管线连接引风机(11)上端，烟气导入口由管线连接喷淋式降温塔(5)；喷淋式降温塔(5)塔内有介质喷淋装置，塔出口连接换热器(7)，底部由管线连通酸槽(8)的液相部位；换热器(7)上部进口连通喷淋式降温塔(5)，下部出口与酸槽(8)连通，侧面有换热介质进出口；酸槽(8)底部为锥形，内置滤网、水幕喷淋器(9)，上部分别与换热器(7)、捕雾塔(10)连通，侧面分别与喷淋式降温塔(5)底部、泵(18)接通，底部锥端连接沉灰罐；捕雾塔(10)内装斜面网板，上部连接引风机(11)，下端与酸槽(8)相通；沉灰罐(13)中部与酸槽(8)底部水平面连通，通过上端出口管线的高度对酸槽(8)液面进行调节、控制；引风机(11)下端连接捕雾塔(10)。

3、根据权利要求2所述的潜热法烟气余热回收装置，其特征是：捕雾塔(10)内装的斜面网板与水平面夹角为30-45°。

4、根据权利要求2所述的潜热法烟气余热回收装置，其特征是：沉灰罐(13)上端的出口管线与下端的出口管线接通，下端的出口管线与上端的出口管线连接部位之间有阀门(12)，沉灰罐(13)上端出口管线的的高度与酸槽(8)设定的液面高度一致。

5、根据权利要求2所述的潜热法烟气余热回收装置，其特征是：在喷淋降温塔(5)的进、出口管线上和酸槽(8)内设置温度传感计(4)，通过温度传感计将喷淋降温塔(5)进出烟气的温度和用于热量转换的介质的温度传送给单片机，经单片机计算出热转换过程中需用的介质流量，通过自动调节阀(22)完成控制，将热转换介质定量淋入喷淋降温塔(5)内。

6、根据权利要求2所述的潜热法烟气余热回收装置，其特征是：引风机(11)出口连接管线与烟筒(2)的燃气导入口的连接、喷淋降温塔入口连接管线(5)与烟筒(2)的燃气导出口的连接采用波纹管(3)连接。

7、根据权利要求2所述的潜热法烟气余热回收装置，其特征是：进炉燃料管线上安装电磁安全阀(23)。