CN203886407U - 一种烟气净化与余热深度回收一体化装置 - Google Patents

一种烟气净化与余热深度回收一体化装置 Download PDF

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宋纪元
方明
余海龙
刘学炉
刘亚雷
梁国强
赵宏彬
吴鸣
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Abstract

本实用新型提供了一种烟气净化与余热深度回收一体化装置,包括净化换热塔、烟气系统及换热器。净化换热塔的内部由风帽层分为下部的喷淋室和上部的填料室;喷淋室包括喷淋层和水池,水池分别与补水系统、水处理泵、水质处理系统、水循环泵连接,水循环泵出口与换热器的加热热水进口相连,其出口与喷淋层连接;水池上方的塔壁开有烟气入口;填料室包括浆液分布层、填料层、浆液池和补浆装置;浆液池分别与浆液处理泵、浆液处理系统、浆液循环泵连接,浆液循环泵出口接换热器的加热浆液进口,其出口接补浆装置。本实用新型装置可用于燃气热电冷三联供分布式系统、天然气锅炉、燃气-蒸汽联合循环、燃油电站等尾部烟气综合处理。

Description

技术领域
[0001] 实用新型涉及一种烟气的综合处理利用技术,尤其是集烟气余热深度回收与脱 硫、脱硝及除尘于一体的装置。 一种烟气净化与余热深度回收一体化装置
背景技术
[0002] 根据国家统计局统计,我国2012年能源消费结构是361732万吨标准煤,其中煤炭 占比66. 6%,石油占比为19. 54%,天然气占比为5. 4%。当前我国严重依赖煤炭消费的结果便 是环境污染非常严重,同时能源利用效率低。在这双重压力下,逼迫国家不得不发展清洁能 源。但是目前可大量安全获得且来源广泛的清洁高效的能源只有天然气。天然气的主要成 分为甲烷(CH 4),现在利用方式主要为燃气轮机、燃气内燃机和天然气锅炉三种燃烧利用方 式,其燃烧后主要产物为二氧化碳(C0 2)和水蒸汽(水蒸汽的气化潜热占天然气高位发热量 的10%-11%),同时产生大量的NOx及少量的二氧化硫S0 2和粉尘等污染物。燃气轮机和燃 气内燃机的尾气经过余热锅炉或者溴化锂制冷(热)机利用后以及天然气锅炉的排烟,为了 防止低温腐蚀,其排放温度都在l〇〇°C以上。这些烟气直接排放到大气中,不但造成环境污 染,同时也浪费了巨大的能源。
[0003] 烟气余热深度回收装置可分为间接接触式和直接接触式。因换热温差低,间接接 触式需要较大的换热面积,且传热系数低,导致余热回收装置体积大,材料多,成本高。同时 因为低温腐蚀的问题,换热材料需要采用特殊的防腐金属材料或做防腐处理,这样就进一 步增加了成本。直接接触式换热可以在洗涤烟气的同时又可进行换热,一举两得。
[0004] 当前烟气常用的脱硫脱硝方法为"湿法烟气脱硫(Wet-FGD)和NH3选择性催化还 原(SCR)技术脱硝"。"催化还原(SCR)技术脱硝"技术是在催化剂的作用下通入NH 3与烟气 中的NOx反应还原生成N2,但是NH3的使用会对环境造成危害,并且NH 3易泄露造成二次污 染,因此人们积极寻求更加经济有效的还原法去除NOx的治理工艺。如果能够利用湿法烟 气脱硫的技术有点和规模优势,同时又可以高效的将NOx去除,则是脱硫脱硝一体化技术 的关键。而在湿法联合脱硫脱硝技术中,液相脱除烟气中的NOx(-般N0占90%以上)的 主要障碍是N0在水中溶解度很低,这极大地增加了液相的传质阻力,通过改变温度以及溶 液的pH值的方法都不能使N0在水中溶解度明显提高。此外,脱硫脱硝反应温度需要在低 温下进行。因此,使N0转化为容易吸收的形态是脱硝的关键。填料接触式可增强气液的扩 散效果,使化学反应充分。因此,采用填料方法使N0与溶液充分混合,便是一个行之有效的 方法。
[0005] 综上所述,在充分回收烟气余热的基础上,将烟气温度降低到利于脱硫脱硝反应 进行的温度区域,节约能源;同时将烟气中的S02、NOx和粉尘去除,保护环境;因此需要一 种烟气余热回收与净化于一体的低成本高效的处理装置。
发明内容
[0006] 为了克服当前常用烟气脱硝方法SCR易造成NH3逃逸形成二次污染的不足,同时 解决烟气余热深度回收问题,本实用新型提供一种烟气与尿素溶液直接接触进行换热,同 时将烟气中的NOx、S02和粉尘脱除,具有余热回收和烟气净化功能于一体的装置。
[0007] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0008] -种烟气净化与余热深度回收一体化装置,包括净化换热塔、烟气系统及换热器, 净化换热塔的内部由气液分离的风帽层分为上下两部分,下部为喷淋室,上部为填料室;所 述喷淋室包括喷淋层和水池,水池分别与补水系统、水处理泵、水循环泵连接,水处理泵连 接到水质处理系统,水循环泵出口与换热器的加热热水进口相连,加热热水出口与喷淋层 连接;所述水池上方的塔壁处开有烟气入口,烟气系统的烟气由此进入喷淋室;所述填料 室包括浆液分布层、填料层、浆液池和补浆装置,浆液池由风帽层与塔壁构成,补浆装置包 括依次连接的浆液箱、阀门和补浆泵;浆液池分别与浆液处理泵、浆液循环泵连接,浆液处 理泵连接到浆液处理系统,浆液循环泵出口接换热器的加热浆液进口,加热浆液出口接补 浆泵。
[0009] 所述喷淋层和填料层共同设置于净化换热塔的塔身内,或者所述喷淋层设置在烟 气入口处的烟道中,与填料层错开布置。
[0010] 当喷淋层和填料层共同设置于净化换热塔的塔身内时,由风帽组成的风帽层向同 一个方向倾斜〇° -10°。
[0011] 进一步地,所述喷淋层位于喷淋室顶部,水池位于喷淋室底部;填料层位于浆液分 布层的下方。
[0012] 所述喷淋层均匀布置喷嘴,所述净化换热塔的塔壁设有保温层。
[0013] 所述净化换热塔的烟气出口处还布置有风机。
[0014] 烟气在喷淋室洗涤时,一部分水会被烟气携带和蒸发,需要补水系统不断不如损 失的水分,同时洗涤后的水含有烟尘等杂质,落入塔底的水池内后需要进入水质处理系统 进行处理;水池内被加热的水通过水循环泵送到换热器进行换热降温,然后再次进入喷淋 层进行喷洒。在水池上方的塔壁处开有烟气进口,烟气由此进入喷淋室。喷淋层位于喷淋 室顶部,风帽层下部,喷淋层均匀布置喷嘴,喷嘴可用螺旋喷嘴等,水经过喷嘴的雾化成小 液滴,对逆流而上的烟气进行洗涤换热;喷淋室的塔壁处外部要进行保温,防止热量散失。
[0015] 风帽层与塔壁构成浆液池,填料层散落下来的浆液聚集在浆液池内,浆液池底部 的溶液通过水质处理泵送到反应产物处理车间,浆液池上部的溶液由循环泵送到换热器进 行换热;在浆液池上方设有填料层,所用材料需要耐腐蚀,填料层是烟气和尿素溶液充分混 合区域,使烟气和溶液充分混合以便起到了物质和能量的交换,同时洗涤烟气中的粉尘;填 料层上方为浆液分布层,浆液通过浆液分布层合理布置的分布器均匀散落到填料层上,使 得烟气与浆液充分接触;浆液在填料层内向下流动并与烟气接触时吸热并进行化学反应, 最后落到浆液池内,经过循环泵送入换热器,完成换热后的低温浆液再进入分布器进行循 环;为了控制浆液的浓度和纯度以便高效率的脱硫脱硝,在换热器的管道上设有补浆装置, 在浆液池内通过浆液处理系统对浆液进行除杂。塔顶部为烟气出口,在烟气出力不够的情 况下,通过布置风扇,增加引力。
[0016] 烟气系统主要包括余热锅炉、燃气轮机或燃气内燃机等,排出的烟气从塔底的烟 气进口进入塔内,向上流动,在喷淋室内与逆流而下的水进行洗涤降温,低温初步净化烟气 经浆液池内风帽进入填料室,经过填料层的脱硫脱硝和进一步除尘后经换热净化塔烟气出 口排入大气。
[0017] 换热器是外部冷却系统与装置的衔接部分,可以设有冷却介质出口和进口。散落 到水池的水吸收了烟气的大部分热量,通过循环泵进入换热器将热量传递给外部需要加热 的介质,换热后的浆液继续循环利用,这一个完整过程实现了对烟气余热深度回收的过程, 同时填料层内脱硫脱硝反应所释放出的热量,被浆液吸收送入换热器交换给外部介质,也 保证了脱硫脱硝的高效进行。
[0018] 本实用新型由于采用以上技术方案,其具有以下优点:
[0019] 1.本实用新型采用直接接触式换热的空塔喷淋降温的方法,在低烟气阻力的情况 下,对烟气进行余热回收和除尘洗涤,结构简单,换热效果好。
[0020] 2.本实用新型由于采用在脱硫脱硝反应塔内设置填料层,从而增大了烟气和尿素 溶液的混合时间和强度,一方面大大提高了难于溶于水的N0的溶解度,提高了 NOx和S02的 脱除率,另一方面还增强了烟气与溶液换热效果,此外还对烟气进行了洗涤。尿素湿法脱硫 脱硝反应是放热反应,通过换热器对吸收浆液中的热量,这样不但吸收了烟气余热,而且还 吸收了脱硫脱硝反应中放出的热量,维持了高效的脱硫脱硝率
[0021] 3.本实用新型采用先在喷淋室内洗涤降温,再在填料室内进行脱硫脱硝的方法, 该方法避免了填料层的堵塞,同时将脱硫脱硝反应温度控制在一个较佳区域,最终排出的 是洁净低温烟气,真正实现了烟气余热深度回收和脱硫脱硝技术一体化。
[0022] 4.本实用新型集合了烟气余热深度回收与净化于一体,占地面积小,结构简单, 实现了烟气综合处理的多种功能。可用于燃气热电冷三联供分布式系统、天然气锅炉、燃 气-蒸汽联合循环、燃油电站等尾部烟气综合处理。
附图说明
[0023] 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0024] 图1为一种烟气净化与余热深度回收一体化装置实施例示意图;
[0025] 图2为烟气余热深度布置在烟道中的实施例示意图。
[0026] 图中:1_冷却介质出口,2-冷却介质进口,3-换热器,4-阀门,5-浆液箱,6-补浆 泵,7-加热浆液出口,8-加热热水进口,9-加热浆液进口,10-水循环泵,11-加热热水出口, 12-水池,13-保温层,14-浆液循环泵,15-新浆液,16-塔壁,17-填料层,18-浆液分布层, 19-填料室,20-风机,21-烟气出口,22-净化换热塔,23-风帽,24-浆液池,25-浆液处理 泵,26-浆液处理系统,27-喷淋层,28-喷淋室,29-烟气入口,30-补水系统,31-水处理泵, 32-水质处理系统。
具体实施方式
[0027] 如图1所示,烟气净化与余热深度回收一体化装置包括净化换热塔22、换热器3、 浆液补液箱5以及它们之间连接的管道、阀门和泵,外部接口有冷却介质出口 1和冷却介质 进口 2、浆液处理系统26、烟气进口 28、补水系统29、水质处理系统32。
[0028] 净化换热塔22是整个装置的核心设备,其由风帽23构成的风帽层分为喷淋室28 和填料室19。喷淋室28由浆液池12、喷淋层27和烟气进口 29构成,喷淋室19的外壁需 要敷设保温层13。填料室19由浆液池24、填料层17、浆液分布层18构成。净化换热塔22 的外形没有特殊要求,不局限于圆柱形,方形等。
[0029] 本实用新型装置工作时,燃气内燃机、余热锅炉等排烟经过烟气进口 29进入喷淋 室28,在喷淋室28内与喷淋层27喷洒的液滴(所用介质不局限于水)进行换热和洗涤,初 步净化的烟气由风帽23进入填料室19进行深度净化。
[0030] 喷淋室28内的水池 12中热水一部分通过水循环泵10经加热水入口 8进入换热 器3,换热后的低温水经加热水出口进入喷淋层27的喷嘴,雾化成水滴;另一部分含有杂质 的热水经过水处理泵31接入水质处理系统32,损失的水分由给水系统30补入。
[0031] 烟气由风帽23进入填料室19后,上升进入填料层17内与浆液进行充分的脱硫脱 硝的反应,净化后的烟气被风机20吸引经过烟气出口 21排入大气。风机20可以根据需要 设置多台或者不设置。填料层17是一个化学反应区域,尿素浆液与烟气在此区域进行强烈 的物质扩散和化学反应,同时烟气的粉尘进一步被脱除。脱硫脱硝过程释放出的热量被浆 液带走落入浆液池21内,浆液一部分由浆液处理泵25送入浆液处理系统26,另一部分由浆 液循环泵14送入换热器3,被冷却后由加热浆液出口 7混合浆液池7的补浆形成新浆液15 送入浆液分布层18。为了弥补浆液的损失与浓度,设置高浓度新尿素浆液箱5,需要补充浆 液时,打开阀门4,开启补浆泵6即可,当循环浓度达到要求时,关闭阀门4,再关闭补浆泵6。
[0032] 图2为将喷淋室28和填料室17分开布置,喷淋室28置于烟道中,充分利用烟气 的行走过程。燃气内燃机、余热锅炉等排烟经过烟气进口 29进入喷淋室28。喷淋室28充 分利用烟道的空间,在烟道上方布置喷淋层27,下方为水池12。烟气通过烟道时,水滴从烟 道顶部的喷淋层27喷洒下来,对烟气进行降温洗涤。初步净化的烟气进入净化换热塔22 中,烟气逆流而上在填料层17中与尿素溶液充分混合(所用介质不局限于尿素溶液),进行 脱硫脱硝反应,最后从烟气出口 21排入大气。
[0033] 以上所述,仅为本实用新型较佳的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不 局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到 的变化和变换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1. 一种烟气净化与余热深度回收一体化装置,包括净化换热塔(22)、烟气系统及换热 器(3),其特征在于,净化换热塔(22)的内部由气液分离的风帽层分为上下两部分,下部为 喷淋室,上部为填料室; 所述喷淋室(28)包括喷淋层(27)和水池(12),水池(12)分别与补水系统(30)、水处 理泵(31 )、水循环泵(10 )连接,水处理泵(31)连接到水质处理系统(32 ),水循环泵(10 )出 口与换热器(3)的加热热水进口(8)相连,加热热水出口( 11)与喷淋层(27)连接;所述水 池(12)上方的塔壁处开有烟气入口(29),烟气系统的烟气由此进入喷淋室(28); 所述填料室(19)包括浆液分布层(18)、填料层(17)、浆液池(24)和补浆装置,浆液池 (24)由风帽层与塔壁构成,补浆装置包括依次连接的浆液箱(5)、阀门(4)和补浆泵(6);浆 液池(24)分别与浆液处理泵(25)、浆液循环泵(14)连接,浆液处理泵(25)连接到浆液处理 系统(26),浆液循环泵(14)出口接换热器(3)的加热浆液进口(9),加热浆液出口( 7)接补 楽泵(6 )。
2. 根据权利1所述的一种烟气净化与余热深度回收一体化装置,其特征在于,所述喷 淋层(27)和填料层(17)共同设置于净化换热塔(22)的塔身内,或者所述喷淋层(27)设置 在烟气入口( 29)处的烟道中,与填料层(17)错开布置。
3. 根据权利2所述的一种烟气净化与余热深度回收一体化装置,其特征在于,当喷淋 层(27)和填料层(17)共同设置于净化换热塔(22)的塔身内时,由风帽(23)组成的风帽层 向同一个方向倾斜0° -10°。
4. 根据权利1、2或3所述的一种烟气净化与余热深度回收一体化装置,其特征在于, 所述喷淋层(27)位于喷淋室顶部,水池(12)位于喷淋室底部;填料层(17)位于浆液分布层 (18)的下方。
5. 根据权利1、2或3所述的一种烟气净化与余热深度回收一体化装置,其特征在于,所 述喷淋层均匀布置喷嘴,所述净化换热塔(22)的塔壁设有保温层。
6. 根据权利1、2或3所述的一种烟气净化与余热深度回收一体化装置,其特征在于,所 述净化换热塔(22 )的烟气出口( 21)处还布置有风机(20 )。
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