CN1880850A - 一种高温烟气净化的余热利用装置 - Google Patents

Abstract

一种净化高温烟气的余热利用装置的特点，一是喷淋下来的热污水通过换热夹套槽将热量传给清洁的水。换热夹套槽与流化灌、清洗泵、阀等构成一个可以进行在线循环流态化清洗的系统，及时清洗热污水流过的传热面污垢，保持长期高效利用余热。二是烟气先后通过除尘降温段和净化初热段，与由底部向上喷淋的喷淋水滴作用。采用大喷淋孔防止堵塞，可靠性高。大孔喷淋的水滴被再细化以后比表面积显著增大，并且有效的滞留时间比向下喷淋时增加数倍，从而实现除尘、降温、净化的高效率。装置的烟气阻力低，需要的喷淋水量小，运行费用低。除尘降温段和净化初热段又直接利用烟气管与烟囱，装置的体积小，设备费低。

Description

一种高温烟气净化的余热利用装置

技术领域

本发明涉及一种高温烟气净化的余热利用装置。它广泛地适用于各种高温工业烟气的余热利用和气体除尘净化，例如工业锅炉、工业炉、溴化锂中央空调等高温烟气的余热利用与除尘净化。

背景技术

对于锅炉、工业炉、溴化锂中央空调等的高温烟气的余热利用，现有技术一般采用省煤器等利用其中的一部分余热，将烟气设计在较高温度下排放，以防烟气中的硫化物在露点下冷凝，避免设备遭受严重的快速腐蚀。并且，由于省煤器表面积灰等原因，传热效率很低。据文献(冯欣，声波吹灰器在余热锅炉中地应用，石油化工设备，2005年第2期，59-60页)介绍的燃油烟气的翅片管余热锅炉中的积灰影响，一个月内就使蒸汽量下降25％。

对于锅炉、工业炉的高温烟气中的除尘余热回收设备，一般采用向下喷淋的水洗法，喷淋下来的热污水通过换热器将热量传给清洁的水(例如，2004年8月11日的发明专利，一种烟道烟气多级余热回收装置，CN151952A)。这些现有技术存在三大问题：第一，为了防止喷淋孔的堵塞，水滴从喷淋孔喷出的初速度不得低于一定值，以一定初速度向下喷淋的水滴作重力加速度运动，在装置内停留的水洗时间很短，并且喷出的初速度愈大，停留的时间就愈短，效果就愈差；第二，为了防止喷淋孔发生堵塞，喷淋孔比较大，水滴粗大，分散度低，同样喷淋量的水滴总表面积小，效果差。由于这两个原因导致的低效率，使除尘设备相当庞大，并且喷淋量增大，不仅设备费大与供给喷淋水的水泵运行费均较高，更重要的是喷淋下来的水温较低，影响余热的回收率；第三，热污水很容易结垢，换热器需要频繁的停车清洗，严重的甚至直排沉降池不能经济利用。

发明内容

本发明要解决高温烟气余热利用与除尘系统存在的需要频繁清洗、设备庞大、效率低下的问题，提出一种高温烟气净化的余热利用装置，直接利用烟囱和烟气管，采用大孔、自下向上喷淋的结构，大水滴在向上运动的过程中被再细化构件细化成小水滴，使气水接触面积成倍增大，并且水滴在净化段的停留时间成倍延长，设备的体积成倍减少，得到较高温度的热污水，进入能够在线清洗的换热夹套槽有效地回收余热。这种装置体积小，不仅能大幅度地降低设备费和循环泵的运行费，并且能比较充分地回收烟气余热、除尘效率高，可靠性高，操作维护简便。

本发明的技术方案是：一种高温烟气净化的余热利用装置，由换热夹套槽、流化灌、喷淋头、再细化构件、净化初热段、除尘降温段、泵、阀门等组成。净化初热段和除尘降温段直接利用烟囱和烟气管的一部分和全部。除尘降温段可以在净化初热段的下方，两者都在一个烟囱里，也可以在水平或倾斜的烟气管里。喷淋头安装在净化初热段和除尘降温段的中下部，喷淋孔的方向均朝上；喷淋孔是直径3.0mm以上的大孔，以防长期运行中发生堵塞。喷淋头的结构可以是一个方环管或圆环管，也可以是直喷淋管。在喷淋头的上方设置有再细化构件。再细化构件有多种结构，可以是相互交叠的不锈钢钢丝组成，也可以是不锈钢钢丝圆锥弹簧，还可以是倾斜的大孔不锈钢丝网。在净化初热段和除尘降温段的底部为淋水池。对于除尘降温段和净化初热段都在一个烟囱里的结构，净化初热段的底部设置有两排以上的槽管，将净化初热段喷淋下来的水收集到外面的淋水池。换热夹套槽为多功能结构，其槽体既是喷淋下来的热水储槽，又是尘泥沉降分离槽，其侧壁还是热交换夹套；夹套内采用夹套螺旋管分割形成夹套螺旋流道，夹套螺旋管本身又同时作为螺旋管换热器，夹套螺旋流道内设置有传热强化的不锈钢钢丝螺旋线。换热夹套槽内的槽螺旋流道的结构也类似，采用槽螺旋管分割形成槽螺旋流道，槽螺旋管本身也同时作为螺旋管换热器，槽螺旋流道内也固定具有传热强化和清洗防垢作用的不锈钢钢丝螺旋线。换热夹套槽与上方的流化灌连通，流化罐内有流态化清洗球和自动补水阀门及其可以开关的球网。清洗球可以是耐磨塑料球，也可以是粒度较大的沙子和瓷球。流化罐的下部通过阀门与换热夹套槽内的中心流化管以及清洗泵连通。流化灌的上盖可以打开，以便维修和加球。

本发明的高温烟气净化余热利用装置运行时，高温烟气自下而上流动。喷淋头的喷淋孔喷出的水滴较粗大，但是在向上运动的过程中被再细化结构件细化，成倍地增大水滴与气体接触的表面积。向上喷淋的水滴运动到洗涤净化段的顶部后，水滴又在重力的作用下由初速度为零开始回落运动，在逆向气流中下落的过程中再次与烟气接触，与气体接触的有效停留时间得到成倍提高。并且，下落时与向上喷淋的水滴撞击发生细化、加速水滴的表面更新，提高净化效率。这样不仅可以大大降低喷淋水量一循环泵的电耗，而且可以有效地提高喷淋下来的水的温度和余热利用率。除尘、降温、净化后的烟气由烟囱排到大气。喷淋下来的热污水进入换热夹套槽进行热交换，使清洁的水提高温度，余热得到利用。凡是换热夹套槽中热污水流过的流道内的污垢，均可以借助该装置内的清洗泵、流化灌、清洗球和阀门的开关，实现在线流态化快速清洗，及时除去污垢，保持长期运行的高效传热。

附图说明

图1是本发明的净化高温烟气的余热利用装置的结构原理总图。

图2是本发明的净化高温烟气的余热利用装置的另一种方案总图。

具体实施方式

下面结合附图1、附图2对本发明作进一步详细的描述。

图中的F均代表阀门 1槽管 2净化初热段 3再细化构件 4喷淋头、5淋水池、6除尘降温段 7换热夹套槽 8槽螺旋流道 9夹套螺旋管 10夹套螺旋流道 11螺旋线 12槽螺旋管 13冲污管 14清洗泵 15循环泵 16清洗球 17流化灌 18自动补水阀 19球网20喷林泵 21中心流化管 22热污水入口

本发明的净化高温烟气的余热利用装置，由换热夹套槽7、流化灌17、喷淋头4、再细化构件3、净化初热段2、除尘降温段6、烟气管以及泵和阀门等组成。净化初热段2和除尘降温段6直接利用烟囱和烟气管的一部分或全部。除尘降温段6可以在净化初热段2的下方，两者都在一个烟囱里，也可以在水平或倾斜的烟气管里。喷淋头4安装在净化初热段2和除尘降温段6的中下部，喷淋孔均朝上；喷淋孔是直径3.0mm以上的大孔，以防堵塞。喷淋头4的结构可以是一个方环管或圆环管，也可以是直喷淋管。在喷淋头4的上方均设置有再细化构件3。再细化构件3可以是相互交叠的不锈钢钢丝，也可以是不锈钢钢丝圆锥弹簧，还可以是倾斜的大孔不锈钢丝网。除尘降温段6和净化初热段2都在一个烟囱里时，净化初热段2的底部设置有两排以上的槽管1，将净化初热段2喷淋下来的水收集到外面的淋水池5。

换热夹套槽7为多功能结构，其槽体既是喷淋下来的热污水储槽，又是尘泥的沉降分离槽，其侧壁还是热交换夹套。采用夹套螺旋管9将夹套分割形成夹套螺旋流道10，夹套螺旋管9本身又同时作为螺旋管换热器，夹套螺旋流道10内设置有传热强化的不锈钢钢丝螺旋线11。换热夹套槽7内的槽螺旋流道8的结构也类似，采用槽螺旋管12分割形成槽螺旋流道8，槽螺旋管12本身也同时作为螺旋管换热器，槽螺旋流道内固定具有传热强化和清洗防垢作用的不锈钢钢丝螺旋线11。换热夹套槽7的上方连接有流化灌17。流化罐17内有流态化清洗球16和自动补水阀门18及其可以开关的球网19。清洗球16可以是耐磨塑料球，也可以是粒度较大的沙子、和瓷球。流化罐17的下部通过阀门与换热夹套槽7内的中心流化管21以及清洗泵14连通。流化灌17的上盖可以打开，以便维修和加球。

本发明的净化高温烟气的余热利用装置运行时，高温烟气进入除尘降温段6。用于燃煤烟气除尘降温段6一般是立式结构的，用于燃气燃油烟气的除尘降温段6一般可以采用图2所示倾斜的烟气管。在除尘降温段6的下部安装有喷淋头4，喷淋头4的结构可以是一个方环管或圆环管，也可以是直喷淋管。喷林头4上开设的喷淋孔33的方向均向上，喷淋孔的直径为3mm以上的大孔，在长期使用过程中避免喷淋孔33可能发生堵塞。喷淋孔的直径大小由烟气中的含尘量与特性决定，例如燃煤烟气的喷淋孔较大，燃气或燃油烟气的喷淋孔较小。由喷淋孔喷出的水滴较粗大，在向上运动的过程中被再细化构件3细化成小水滴，以此大大增加水滴的除尘净化的表面积。水滴再细化构件3可以是交叠不锈钢丝，也可以是圆锥钢丝弹簧，还可以是不锈钢丝网。水滴运动到除尘降温段6的顶部后，水滴又在重力的作用下，由初速度为零开始回落。在逆向气流中下落时与烟气接触除尘降温，并且与向上喷淋的水滴撞击发生细化、加速水滴的表面更新，提高了高温烟气除尘降温的效率。

经过除尘降温段后的烟气，再进入净化初热段2。净化初热段2的工作过程与立式结构的除尘降温段6基本相同。不同点是烟气温度较低，烟气含尘量已经大大降低，因此喷淋孔33的直径可以较小，一般为3mm-4mm；因此循环水在此喷淋后得到初步加热的水的温度不太高，直接经过喷淋泵20进入除尘降温段6喷淋。

试以净化初热段2和除尘降温段6设计高度1600mm、喷淋孔33的速度5.6m/s为例。向下喷淋的的水滴的有效停留时间为0.24秒。向上喷淋水滴的停留时间则为0.82秒，停留时间增大到3.42倍。这就意味着在相同喷淋密度下，单位体积内存在的液滴数及其液滴的表面积都增大到3.42倍，这就相当于成倍地提高了喷淋密度和气水两相的接触面积，大大降低了喷淋水量和循环泵15、喷淋泵20的电耗。

由除尘降温段6喷淋下来的热污水，通过槽螺旋流道8进入换热夹套槽7。在经过槽螺旋流道8向下流动的过程中，同时与槽螺旋管12和夹套螺旋流道10内清洁的冷水进行初步的热交换。冷水进入夹套螺旋流道10继续提高温度。热污水经过热污水入口22到达换热夹套槽7的底部，其中的固体悬浮物沉降留存在槽底，热水以非常慢的流速向上流动，经过阀门F10进入夹套螺旋管9、与其管外的冷水再次热交换，降温以后经过循环泵15到净化初热段2循环使用。

螺旋线11是分段固定在槽螺旋流道8和夹套螺旋流道10内。正常运行时流速较低，在流体的作用下发生缓慢的振动，有缓垢的作用，更重要的是强化对流传热的作用。但是清洗作业时，流速较高，在流体的作用下发生较强烈的振动，起到增强清洗的作用。

夹套螺旋管9内壁的污垢需要清洗时，开阀门F3、F4、F5、F9，关闭阀门F2、F10，开清洗泵14。换热夹套槽7内的水，经过阀门F3的旁路，进入在线清洗运行状态：

首先，换热夹套槽7内的水，经过中心流化管21，在循环泵14的抽吸作用下，自下而上的快速冲洗夹套螺旋管9，通过流化灌17、槽螺旋流道10回到换热夹套槽7内。经过数分钟后，容易冲洗的污垢已经清洗除去。再开阀门F11，流化灌17内的清洗球16经过阀门F11进入中心流化管21，在循环泵14的抽吸作用下，以较快的速度、自下而上的流过夹套螺旋管9，进行又快又匀地流态化清洗后，回到流化灌17内，继续参与流态化清洗的循环流动。直至达到清洗要求，关闭阀门F11，继续运行数分钟，以便夹套螺旋管9内的清洗球16全部回收到流化罐17内。

接着清洗槽螺旋流道8侧壁的污垢。开阀门F8，关阀门F9，换热夹套槽7内的水，经过中心流化管21，在循环泵14的抽吸作用下，通过流化罐17以后，自上而下的快速冲洗槽螺旋流道8内的污垢。数分钟以后，容易冲洗的污垢已经清洗除去。开阀门F6，阀门F7在清洗泵的抽吸作用下会自动打开，关阀门F2，开球网19，使清洗球16与换热夹套槽7内的水一起进行流态化快速清洗，直至达到清洗要求。关闭球网19继续运行数分钟，以便槽螺旋流道8内的清洗球16全部回到流化罐17内。

清洗作业结束，关阀门F6、F7、F4、F8，球网19，开阀门F2、F10，回复到正常运行状态。

因此，凡是热污水经过的流道的污垢均能实现在线冲洗和流态化快速清洗，及时除去污垢，长期保持基本高效传热运行。

若换热夹套槽7底部污泥定期外排困难时，开清洗泵14和阀门F6、F7，由冲污管13的孔高速喷出的液流进行剧烈的冲污作业。

Claims (5)

1.一种净化高温烟气的余热利用装置，由换热夹套槽(7)、流化灌(17)、喷淋头(4)、再细化构件(3)、净化初热段(2)、除尘降温段(6)等组成，其特点是：流化灌(17)和换热夹套槽(7)，两者通过阀门连通；在净化初热段(2)和除尘降温段(6)的中下部或底部安装有喷淋头(4)，喷淋孔(33)的方向均朝上，喷淋孔(33)是直径3.0mm以上的大孔；在喷淋头(4)的上方均设置有再细化构件(3)；净化初热段(2)和除尘降温段(6)是烟囱(1)和烟气管(5)的一部分或全部。

2.根据权利要求1所述的一种净化高温烟气的余热利用装置，其特征在于：换热夹套槽(7)采用夹套螺旋管(9)将夹套分割形成夹套螺旋流道(10)，夹套螺旋流道(10)内设置有传热强化的螺旋线(11)。

3.根据权利要求1所述的一种净化高温烟气的余热利用装置，其特征在于：换热夹套槽(7)内设置有槽螺旋流道(8)，是采用槽螺旋管(12)将其分割形成槽螺旋流道(8)，槽螺旋流道(8)内固定有传热强化的螺旋线(11)。

4.根据权利要求1所述的一种净化高温烟气的余热利用装置，其特征在于：除尘降温段(6)可以在净化初热段(2)的下方，同一个烟囱里，也可以在水平或倾斜的烟气管里。

5.根据权利要求1所述的一种净化高温烟气的余热利用装置，其特征在于：换热夹套槽(7)的上方连接有流化灌(17)，流化罐(17)内有流态化清洗球(16)和可以开关的球网(19)，流化罐(17)的下部通过阀门与换热夹套槽(7)内的中心流化管(21)以及清洗泵(14)连通。

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