CN205119121U - 一种能同时脱除烟气中粉尘和氮氧化物的蓄热式换热器 - Google Patents
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Abstract
一种能同时脱除烟气中粉尘和氮氧化物的蓄热式换热器，包括旋风分离器、蓄热室和气液分离器，旋风分离器设有烟气进口和出气口，旋风分离器的出气口通过第一换向阀与热空气出口和至少一个蓄热室的进口连接，蓄热室从上到下依次设置有蓄热层、SCR催化剂脱硝层和蜂窝状蓄热层，蓄热室的进口设置在球状蓄热体陶瓷蓄热层的上方，蜂窝状蓄热层的底部设有透气防水层，蓄热室在透气防水层处设有出液口，蓄热室内的顶部设有至少一组喷淋装置，蓄热室的出液口与气液分离器的进口连接，本装置将除尘与余热回收同时进行，另外在余热回收过程中使用SCR技术对烟气进行脱硝处理，将脱硝与余热回收同时进行。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种能同时脱除烟气中粉尘和氮氧化物的蓄热式换热器。
背景技术
换热器是能量传递的关键设备，其性能直接关系到系统整体效率。常用的换热器按换热方式可大体分为间壁式、蓄热式和直接接触式换热器三种类型。其中，间壁式换热器体积庞大，在大型装备上的应用会受到限制。应用在高含尘场合，积灰会严重降低换热管传热系数。而且其主要材料是钢材，在介质为腐蚀性气体时会产生化学腐蚀破坏。回转式空气预热器是蓄热式换热器中应用较广泛的一种，目前主要应用在大型设备上。该换热器具有结构紧凑、钢耗少、布置方便等优点，而且蓄热体可以灵活选择，在采用非金属材料耐腐蚀、耐冲刷能力强于间壁式换热器。目前其面临的主要难题是漏风量大，运行温度不高，且在短期内难有大的突破。阀门切换型蓄热式换热器是另外一种蓄热式换热器，不存在漏风问题，运行温度可达1000℃以上。最初的蓄热体采用格子砖，加热面积仅30m2/m3左右。20世纪80年代，在英国开始使用陶瓷球做为蓄热体，加热面积可达100～200m2/m3。90年代，日本开始使用蜂窝陶瓷蓄热体，其换热面积可达到1000m2/m3以上。蓄热体的改进使得阀门切换型蓄热式换热器体积大幅减小，传热效率增加，但是该换热器不足之处是由于流道孔径很小，在高粉尘环境下长期运行会造成陶瓷孔的堵塞。综合以上分析，以上几种类型的换热器难以应用在腐蚀含尘排放气余热回收领域。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足而提供一种高效换热、除尘与脱硝有机结合，即可以用烟气余热预热空气，又可以同时脱除烟气中的粉尘和氮氧化物等污染物，从而节约投资、提高效率的能同时脱除烟气中粉尘和氮氧化物的蓄热式换热器。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
一种能同时脱除烟气中粉尘和氮氧化物的蓄热式换热器，包括旋风分离器、蓄热室和气液分离器，所述旋风分离器设有烟气进口和出气口，所述旋风分离器的出气口通过第一换向阀与热空气出口和至少一个所述蓄热室的进口连接，所述蓄热室从上到下依次设置有蓄热层、SCR催化剂脱硝层和蜂窝状蓄热层，所述蓄热室的进口设置在球状蓄热体陶瓷蓄热层的上方，所述蜂窝状蓄热层的底部设有透气防水层，所述蓄热室在透气防水层处设有出液口，所述蓄热室内的顶部设有至少一组喷淋装置，所述蓄热室的出液口与气液分离器的进口连接，所述蓄热室的冷空气出口通过第二换向阀与设置在旋风分离器内的空气换热管道连通，所述空气换热管道与旋风分离器的出气口连通。
所述旋风分离器的外侧包裹有保温材料层。
所述空气换热管道呈螺旋状设置在旋风分离器的内壁上。
所述气液分离装置采用斜板式气液分离装置。
所述蓄热层采用球状陶瓷蓄热体作为蓄热源，所述SCR催化剂脱硝层采用蜂窝状的SCR催化剂，所述蜂窝状蓄热层由蜂窝状蓄热体陶瓷组成，所述蓄热层、SCR催化剂脱硝层和蜂窝状蓄热层之间通过隔板隔离。
所述蓄热室在球状蓄热体陶瓷蓄热层的上方设有方便放入球状蓄热体的第一阀门，下方设有方便取出球状蓄热体的第二阀门。
作为本装置的一种实施方式，所述蓄热室设有两个。
本实用新型中采用的蜂窝陶瓷蓄热体能耐腐蚀并且可以充分吸收烟气余热，使排烟温度降到150℃以下，甚至可到常温；烟气中SO2酸性气产生的露点析出集液腔收集，达到节能减排的环保作用，由此可消除温露点析出液对设备的腐蚀，也减少了SO2、NO2的排放，从而减低大气污染。
在本实用新型中，烟气在蓄热室中首先进入的蓄热段使用的是球状蓄热陶瓷，而球状蓄热陶瓷的一大优点就是便于装卸，这样便可以通过改变球状蓄热体陶瓷的量来控制烟气在不同工况下进入SCR脱硝段的温度，从而使得SCR催化剂能够工作在较适宜的温度，得到较高的脱硝效率；同时球状蓄热体陶瓷还可以在一定程度上对烟气中的粉尘进一步过滤，为接下来蜂窝状陶瓷的使用提供清洁无尘条件，在此段中灰尘积累量较高时可较为简便的拆卸清洗。
由于在本实用新型中，烟气最先进入的设备为旋风分离器，本实用新型使用的旋风分离器外层裹有高效保温材料；其次为了进一步降低在旋风分离器中散失的热量，本实用新型的冷空气管道呈螺旋状围在旋风分离器的内壁上，这样不仅加大了烟气向外界散热的热阻，同时还利用冷空气将烟气温度降低，减少散热，进一步提高热量的利用效率。
同时在饱和烟气气液分离方面，本装置采用斜板式气液分离装置，可以达到理想的分离效果，从而大大减小了烟气对环境的污染以及对其他设备的腐蚀伤害。
综上所述，本实用新型与现有的技术相比所具有如下优点：
(1)将旋风除尘器和蓄热式陶瓷换热器一体化，本实用新型采用的除尘器采用旋风式除尘器，高温烟气进入除尘器以后在离心力的作用下除去灰尘，除尘以后的烟气再进入到蓄热体进行换热，采用此技术除尘效率可以到达90％，与常规除尘、换热分别进行的技术相比，设备简单、造价低、耐腐蚀能力增强，同时也为蜂窝陶瓷在本实用新型中的使用提供了可能。
(2)将装卸较易的球状换热陶瓷和涂有SCR催化剂的蜂窝状陶瓷有机结合，可以通过调整球状陶瓷的量来调整SCR催化剂的工作温度，从而提高了本实用新型对不同工况的适应能力，而SCR催化剂的使用能降低尾部烟气的NOx含量，从而达到环保的效果。
(3)通过本实用新型余热回收后烟气的温度可以达到露点以下，同时配合气液分离器的使用不仅可以最大限度的回收烟气中的能量，还能减少酸液对后面设备的损害与对环境的污染。
(4)将蓄热式换热器模块化，便于规模化生产。换热器由多个相同模块组成，模块间不同时换向，降低换向过程对系统冲击。多个模块可以通过烟气、预热空气总管与燃烧室连接，换热器内流动换向而燃烧室内燃烧过程不换向，燃烧稳定，安全性高。此技术解决了蓄热式换热器在大型炉窑上应用的难题。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的蓄热室剖面图。
图3为本实用新型的旋风分离器剖面图。
图4为本实用新型蓄热室内隔板的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图，进一步详细说明本专利的具体实施方式。
如图1至4所示，一种能同时脱除烟气中粉尘和氮氧化物的蓄热式换热器包括蓄热室1、设在蓄热室1本体上侧内壁的还原剂(氨水)喷淋装置2、第一换向阀3和第二换向阀4、经改造后的旋风分离器5、设在旋风分离器内的空气换热管道6、螺旋管式气液分离器、以及将各部分相连的管道。蓄热室1横截面为方形，主要分为三层，每两层之间通过第一隔板14、第二隔板16以及第三隔板15隔开，在安装隔板的位置沿着蓄热室1周向焊有八个均匀分布的三角形支架(每边2个)用于支撑隔板，隔板为钢制网结构，如图2所示，可以允许烟气流过。蓄热室1的最上面一层装有直径为13-25mm的球状蓄热体陶瓷11，同时在该层的底端和顶端开有直径半米的圆孔，孔外侧焊接上第一阀门17和第二阀门18用于装卸球状蓄热体，在工况变化时可以通过改变球状蓄热陶瓷的量来保证中间层的SCR催化剂工作在适合的温度。中间层中放置蜂窝状SCR催化剂脱硝层12。同时在第二层的一侧开有用于更换催化剂的门。在蓄热室1的最底层装置有蜂窝状蓄热体陶瓷13，由于蜂窝状蓄热体陶瓷良好的换热性能，在本层中烟气温度将降低到酸露点以下。设置两个蓄热室1本体中间的旋风分离器5与本体1以螺栓51相连接，分离器5内侧面装置呈螺旋状分布的空气管道6，分离器5的下端设有排灰口52。在本体1的中下部一侧开直径半米的圆孔，圆孔与螺旋管式气液分离器以法兰相连。螺旋管式气液分离器主要包括集气腔71、支架螺旋管腔72、以及集液腔73，排液口74应定期开启排出酸液，由排气口75排出处理过的烟气。还原剂(氨水)由设在蓄热室1本体上侧内壁的还原剂喷淋装置2喷洒，该装置只在烟气通过该侧时才会开放，且该装置与第一换向阀3和第二换向阀4使用同一套控制系统，同时动作。第一换向阀3为四通换向阀，第二换向阀4为三通换向阀，通过控制设备使得两个换向阀和还原剂喷淋装置动作同步。
本实用新型的工作过程为：当第一换向阀3和第二换向阀4处于图1示的位置时，含有污染物的热烟气由烟气入口53进入旋风分离器5除尘，并将一部分热量传递给空气管道6中的冷空气，然后经过第一换向阀3后进入图1示左侧的蓄热室1，与喷淋装置2喷出的气态氨水混合，后烟气与球状蓄热体陶瓷11接触放热，并且可以使烟气与氨水均匀混合。随后烟气进入蓄热室1第二层，与蜂窝状SCR催化剂脱硝层12接触反应，脱去烟气中的氮氧化物。在进入蓄热室1底层后与蜂窝状蓄热体陶瓷13接触放热，温度降至露点以下，形成气液两相。饱和的气液两相流经过气液分离器的螺旋管时液相在重力的作用下落入集液腔73，气相流经气液分离器上端经集气腔71和支架螺旋管腔72，由烟气出口75流出。冷空气由空气入口54进入空气换热管道6后吸热，经第二换向阀4作用后进入右侧的蓄热室1，此时左边蓄热室1处于热态，当冷空气流过时，热量由蓄热体传向空气，将空气加热。加热后的空气由旋风分离器上侧的第一换向阀3作用后排出进入锅炉参与燃烧。
当第一换向阀3和第二换向阀4换向后，烟气进入右边放热，冷空气进入左侧吸热。同时应根据工况定期打开旋风分离器的排灰口52和气液分离器的排液口74将废物排出。
Claims (7)
1.一种能同时脱除烟气中粉尘和氮氧化物的蓄热式换热器，包括旋风分离器、蓄热室和气液分离器，其特征在于：所述旋风分离器设有烟气进口和出气口，所述旋风分离器的出气口通过第一换向阀与热空气出口和至少一个所述蓄热室的进口连接，所述蓄热室从上到下依次设置有蓄热层、SCR催化剂脱硝层和蜂窝状蓄热层，所述蓄热室的进口设置在球状蓄热体陶瓷蓄热层的上方，所述蜂窝状蓄热层的底部设有透气防水层，所述蓄热室在透气防水层处设有出液口，所述蓄热室内的顶部设有至少一组喷淋装置，所述蓄热室的出液口与气液分离器的进口连接，所述蓄热室的冷空气出口通过第二换向阀与设置在旋风分离器内的空气换热管道连通，所述空气换热管道与旋风分离器的出气口连通。
2.根据权利要求1所述的能同时脱除烟气中粉尘和氮氧化物的蓄热式换热器，其特征在于：所述旋风分离器的外侧包裹有保温材料层。
3.根据权利要求2所述的能同时脱除烟气中粉尘和氮氧化物的蓄热式换热器，其特征在于：所述空气换热管道呈螺旋状设置在旋风分离器的内壁上。
4.根据权利要求1所述的能同时脱除烟气中粉尘和氮氧化物的蓄热式换热器，其特征在于：所述气液分离装置采用斜板式气液分离装置。
5.根据权利要求1至4之一所述的能同时脱除烟气中粉尘和氮氧化物的蓄热式换热器，其特征在于：所述蓄热层采用球状陶瓷蓄热体作为蓄热源，所述SCR催化剂脱硝层采用蜂窝状的SCR催化剂，所述蜂窝状蓄热层由蜂窝状蓄热体陶瓷组成，所述蓄热层、SCR催化剂脱硝层和蜂窝状蓄热层之间通过隔板隔离。
6.根据权利要求5所述的能同时脱除烟气中粉尘和氮氧化物的蓄热式换热器，其特征在于：所述蓄热室在球状蓄热体陶瓷蓄热层的上方设有方便放入球状蓄热体的第一阀门，下方设有方便取出球状蓄热体的第二阀门。
7.根据权利要求1所述的能同时脱除烟气中粉尘和氮氧化物的蓄热式换热器，其特征在于：所述蓄热室设有两个。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |