CN207648835U - 一种锅炉排烟余热回收供热用三塔合一换热喷淋塔 - Google Patents
一种锅炉排烟余热回收供热用三塔合一换热喷淋塔 Download PDFInfo
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Abstract
一种锅炉排烟余热回收供热用三塔合一换热喷淋塔，属于排风热回收和锅炉供热技术领域。采用三塔合一的喷淋塔换热结构，自下而上分别为空气加热加湿区、烟气高温换热区、烟气低温换热区，烟气自塔中部进入高温换热区并与高温余热循环水换热，再上升到低温换热区并与低温余热循环水换热后自塔顶排出；低温余热循环水自低温喷淋装置喷淋换热，再经水风分离器后供往空气加热加湿段喷淋换热并加热锅炉进风或直接下行到高温换热区；高温余热循环水自高温喷淋装置送入高温换热区换热并汇集到塔底水池后供出并加热热网水。上述一套系统即可实现烟气回收供热所需主要换热过程，大幅改善系统流程、减少设备数量及占用空间、降低投资与能耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种锅炉排烟余热回收供热用三塔合一换热喷淋塔，属于排风热回收和锅炉供热技术领域。
背景技术
采用燃煤、天然气等燃料燃烧制热的锅炉排烟中含有大量的水蒸气，许多工艺排风中也含有大量水蒸气，其大量潜热及显热均虽排烟或排风白白散失了。为深度回收此类高湿烟气或空气余热，目前常用的余热利用方式包括：间壁式冷凝热回收装置，基于吸收式热泵换热的烟气冷凝热回收装置等，但前者存在腐蚀问题、换热区造价高等问题，后者存在吸收式热泵的造价高导致投资回收期往往较长等问题。
清华大学开发的多项创新性锅炉排烟深度冷凝热回收技术方式，包括“基于水蒸气载热循环的锅炉排烟热湿直接回收方法及装置”（2017104371042）、“一种烟塔合一的锅炉排烟全热回收与烟气消白装置”（2017206805342）等，采用从烟气低温段回收余热加热低温余热水、并用于对锅炉进风加热加湿从而提高排烟含湿量及其露点温度、再从烟气高温段回收余热用于加热热网回水等低温余热水的方式，实现了将排烟温度大幅降低到20～30℃并全面回收其显热和潜热的目的，但其中将排烟热回收过程分解为高温段和低温段两个相互连接、但又相互独立的过程和装置，再加上空气喷淋加热加湿装置，存在着占用空间较大、系统流程较复杂且配套设备部件过多导致故障点过多、水风系统阻力较大会增大耗电量、初投资仍然偏高等问题，因此其换热方式及设备系统有待于进一步优化。
许多工业企业的工艺排风中含有大量水蒸气，通常因其含有杂质、废气等易于腐蚀、结垢等成分，现有技术也往往难以有效回收利用其余热资源。
另外，烟囱所含大量水蒸气等导致明显的白烟（白雾）现象目前也被认为属重要的污染问题，因此需要做“消白”处理。
实用新型内容
本实用新型的目的和任务是，针对上述锅炉排烟或工艺排风中含有大量水蒸气的状况，采用三位一体的三级喷淋塔换热结构，分别提取含有大量水蒸气的锅炉排烟的高温段和低温段余热以用于加热热网水和锅炉进风，从而实现锅炉排烟的热湿直接回收和烟囱排烟消白。
本实用新型的具体描述是：一种锅炉排烟余热回收供热用三塔合一换热喷淋塔，采用一体化的三级喷淋塔换热结构，分别提取含有大量水蒸气的锅炉排烟的高温段和低温段余热以用于加热热网水和锅炉进风，其系统流程中的主要设备由锅炉101、超低排放处理装置102、送风机103、引风机104和三级换热喷淋塔105组成，三级换热喷淋塔105采用三塔合一的换热结构，自下而上分为空气加热加湿区、烟气高温换热区、烟气低温换热区三部分，其中空气加热加湿区和烟气高温换热区之间由烟气塔底水池底板13完全分开，喷淋塔中部烟气高温换热区的均烟段4的进烟口通过进烟管3与高湿烟气F相通，烟气在均烟段4达到接近饱和状态的降温加湿烟气G，均烟段4的下部设置有烟气塔底水池1，上部则与高温换热段5相通，高温换热段5的上部设置有高温段喷淋装置6，高温段喷淋装置6的上部设置有水风分流装置7，水风分流装置7的上部与低温换热段8相通，低温换热段8的上部设置有低温段喷淋装置9，低温段喷淋装置9的上部设置有烟气湿度调节装置10，烟气湿度调节装置10的上部与烟气出口段11相通，烟气出口段11相通的出烟口与低温排烟H相通，低温段喷淋装置9的进水口经低温水循环泵21与空气塔底水池20的低温余热水出水口相连，低温段喷淋装置9的喷嘴雾化喷淋水经低温换热段8吸热并大幅升温后落入水风分流装置7，水风分流装置7的出水口送出低温余热水出水J，该出水口与热网水预热板换15的加热侧出口相连后再与空气喷淋装置17的进水口相连，热网水预热板换15的加热侧出口还与高温段喷淋装置6的进水口相连，热网水预热板换15的加热侧进口则经高温水循环泵14与烟气塔底水池1的下部循环水出口相连，热网水预热板换15的被加热侧进口与热网回水进水M相通，热网水预热板换15的被加热侧出口与热网回水出水N相通，烟气塔底水池1的上部设置有补水进口并与高温补水L和水质调节装置12及其水质调节剂K相通，烟气塔底水池1的上部还设置有烟塔溢流管2，空气喷淋装置17的喷嘴雾化喷淋水经空气加热加湿段18放热并大幅降温后经均风段19落入空气塔底水池20，空气塔底水池20的上部设置有补水进口并与低温补水O相通，上部还设置有空塔溢流管24，底部还设置有排污管22，均风段19的进风口在塔外经进风管25与环境空气A相通，在塔内则与升温空气B相通，空气出口段16在塔内与升温加湿空气C相通，在塔外则经过送风机103与锅炉进风D相通，锅炉进风D经锅炉101的炉膛及烟气通道与炉内排烟E相通，均烟段4在塔外与高湿烟气F相通，在塔内则与达到接近饱和状态的降温加湿烟气G相通，烟气出口段11的出烟口与低温排烟H相通。
高温换热段5、低温换热段8和空气加热加湿段18为烟气或空气和喷淋水组成竖向布置的逆流换热结构，其中内部设置填料；也可内部不设置填料而采用空段结构。
喷淋塔上部的烟气出口段11与低温排烟H的出烟口相通而组成一体式的烟塔合一的喷淋塔烟囱结构，其中出口段11的直径与下部低温换热区相比相等或缩小。
水风分流装置7设置有水流导出结构和气体向上流动通道。
喷淋塔内不设置水风分流装置7，即该部分形成空段结构，此时不再设置与低温余热水出水J相通的水风分流装置7的出水管，下落到该空段结构的低温余热水继续下行并经高温段喷淋装置6后进入高温换热段5。
水质调节装置12与具有调节酸碱度、防腐阻垢功能的水质调节剂E的补充来源相通。
高温段喷淋装置6、低温段喷淋装置9和空气喷淋装置17既可以是单层喷淋结构，也可以是N层喷淋结构组成，其中N>1。
本实用新型可作为清华大学开发的多项创新性锅炉排烟深度冷凝热回收技术方式，包括“基于水蒸气载热循环的锅炉排烟热湿直接回收方法及装置”（2017104371042）、“一种烟塔合一的锅炉排烟全热回收与烟气消白装置”（2017206805342）等创新性烟气热回收技术的配套核心换热装置，实现了全新的三塔合一的逆流烟气余热回收并用于对锅炉进风加热加湿的方式实现锅炉排烟热回收并用于余热供热，其中烟气和空气分别与不同参数的喷淋水之间形成串并联相结合的复叠式逆流换热，其中高温段回收大量烟气潜热和显热余热、而高温余热水采用大流量小温差方式运行；低温段烟气则深度降温减湿、低温余热水可大温差运行；空气加热加湿段则采用烟气低温段余热对锅炉进风进行大温差加热加湿、其中低温余热水大温差运行。上述高温余热水可加热热网回水并用于供热，及加热锅炉进风用于降低燃料消耗。烟气中大量凝结水也可进行回收利用，以达到节省地下水资源的目的。同时，本技术方式还可达到锅炉排烟的消白效果。因此，与常规的单级烟气换热方式相比，本技术方式与装置针对不同温湿度区间带来的换热特性，实现了不同余热品位、不同用热需求的回收技术方式的优化匹配，并大幅简化了换热过程、换热装置的结构及配套的水风系统的设计与现场安装及运行，在锅炉排烟的深度冷凝热回收领域具有显著的技术优势。
附图说明
图1、2是本实用新型的系统示意图。
图1、2中各部件编号与名称如下。
烟气塔底水池1、烟塔溢流管2、进烟管3、均烟段4、高温换热段5、高温段喷淋装置6、水风分流装置7、低温换热段8、低温段喷淋装置9、烟气湿度调节装置10、烟气出口段11、水质调节装置12、烟气塔底水池底板13、高温水循环泵14、热网水预热板换15、空气出口段16、空气喷淋装置17、空气加热加湿段18、均风段19、空气塔底水池20、低温水循环泵21、排污管22、空气湿度调节装置23、空塔溢流管24、进风管25、环境空气A、升温空气B、升温加湿空气C、锅炉进风D、炉内排烟E、高湿烟气F、降温加湿烟气G、低温排烟H、低温余热水出水J、水质调节剂K、高温补水L、热网回水进水M、热网回水出水N、低温补水O。
具体实施方式
图1、2是本实用新型的系统示意图和实施例。
本实用新型的具体实施例1如下。
一种锅炉排烟余热回收供热用三塔合一换热喷淋塔，采用一体化的三级喷淋塔换热结构，其系统流程中的主要设备由锅炉101、超低排放处理装置102、送风机103、引风机104和三级换热喷淋塔105组成。三级换热喷淋塔105采用三塔合一的换热结构，自下而上分为空气加热加湿区、烟气高温换热区、烟气低温换热区三部分，其中空气加热加湿区和烟气高温换热区之间由烟气塔底水池底板13完全分开，喷淋塔中部烟气高温换热区的均烟段4的进烟口通过进烟管3与高湿烟气F相通，烟气在均烟段4达到接近饱和状态的降温加湿烟气G，均烟段4的下部设置有烟气塔底水池1，上部则与高温换热段5相通，高温换热段5的上部设置有高温段喷淋装置6，高温段喷淋装置6的上部设置有水风分流装置7，水风分流装置7的上部与低温换热段8相通，低温换热段8的上部设置有低温段喷淋装置9，低温段喷淋装置9的上部设置有烟气湿度调节装置10，烟气湿度调节装置10的上部与烟气出口段11相通，烟气出口段11相通的出烟口与低温排烟H相通，低温段喷淋装置9的进水口经低温水循环泵21与空气塔底水池20的低温余热水出水口相连，低温段喷淋装置9的喷嘴雾化喷淋水经低温换热段8吸热并大幅升温后落入水风分流装置7，水风分流装置7的出水口送出低温余热水出水J，该出水口与热网水预热板换15的加热侧出口相连后再与空气喷淋装置17的进水口相连，热网水预热板换15的加热侧出口还与高温段喷淋装置6的进水口相连，热网水预热板换15的加热侧进口则经高温水循环泵14与烟气塔底水池1的下部循环水出口相连，热网水预热板换15的被加热侧进口与热网回水进水M相通，热网水预热板换15的被加热侧出口与热网回水出水N相通，烟气塔底水池1的上部设置有补水进口并与高温补水L和水质调节装置12及其水质调节剂K相通，烟气塔底水池1的上部还设置有烟塔溢流管2，空气喷淋装置17的喷嘴雾化喷淋水经空气加热加湿段18放热并大幅降温后经均风段19落入空气塔底水池20，空气塔底水池20的上部设置有补水进口并与低温补水O相通，上部还设置有空塔溢流管24，底部还设置有排污管22，均风段19的进风口在塔外经进风管25与环境空气A相通，在塔内则与升温空气B相通，空气出口段16在塔内与升温加湿空气C相通，在塔外则经过送风机103与锅炉进风D相通，锅炉进风D经锅炉101的炉膛及烟气通道与炉内排烟E相通，均烟段4在塔外与高湿烟气F相通，在塔内则与达到接近饱和状态的降温加湿烟气G相通，烟气出口段11的出烟口与低温排烟H相通。
高温换热段5、低温换热段8和空气加热加湿段18为烟气或空气和喷淋水组成竖向布置的逆流换热结构，其中内部不设置填料而采用空段结构。
喷淋塔上部的烟气出口段11与低温排烟H的出烟口相通而组成一体式的烟塔合一的喷淋塔烟囱结构，其中出口段11的直径与下部低温换热区相比相等。
水风分流装置7设置有水流导出结构和气体向上流动通道。
水质调节装置12与具有调节酸碱度、防腐阻垢功能的水质调节剂E的补充来源相通。
高温段喷淋装置6、低温段喷淋装置9和空气喷淋装置17是N层喷淋结构组成，其中N>1。
本实用新型的具体实施例2如下。
该实施例的喷淋塔内不设置水风分流装置7，即该部分形成空段结构，此时不再设置与低温余热水出水J相通的水风分流装置7的出水管，下落到该空段结构的低温余热水继续下行并经高温段喷淋装置6后进入高温换热段5。高温换热段5、低温换热段8和空气加热加湿段18的内部分别设置填料。除上述不同外，其余部分同具体实施例1。
需要说明的是，本实用新型提出了采用三位一体的三级复叠式喷淋塔结构以实现锅炉烟气的深度冷凝热回收并用于对锅炉进风加热加湿及加热热网回水，并给出了如何采用三级喷淋方式实现上述目的的具体实施方法、流程和实施装置，而按照此一总体解决方案可有不同的具体实施措施和不同结构的具体实施装置，上述具体实施方式仅仅是其中的一种而已，任何其它类似的简单变形的实施方式，例如采用不同的筒径结构，或采用方形截面代替圆形截面，采用不同的水质处理设备及方法；采用不同的换热元件结构及其简单变形；或者简单的调整余热水进出水参数及分级数量；或进行普通专业人士均可想到的变形方式等，或者将该技术方式以相同或相似的结构应用于不同烟气或排风种类、等及其它类似应用场合，均落入本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种锅炉排烟余热回收供热用三塔合一换热喷淋塔，采用一体化的三级喷淋塔换热结构，分别提取含有大量水蒸气的锅炉排烟的高温段和低温段余热以用于加热热网水和锅炉进风，其系统流程中的主要设备由锅炉(101)、超低排放处理装置(102)、送风机(103)、引风机(104)和三级换热喷淋塔(105)组成，其特征在于：所述的三级换热喷淋塔(105)采用三塔合一的喷淋换热结构，自下而上分为空气加热加湿区、烟气高温换热区、烟气低温换热区三部分，其中空气加热加湿区和烟气高温换热区之间由烟气塔底水池底板(13)完全分开，喷淋塔中部烟气高温换热区的均烟段(4)的进烟口通过进烟管(3)与高湿烟气(F)相通，烟气在均烟段(4)达到接近饱和状态的降温加湿烟气(G)，均烟段(4)的下部设置有烟气塔底水池(1)，上部则与高温换热段(5)相通，高温换热段(5)的上部设置有高温段喷淋装置(6)，高温段喷淋装置(6)的上部设置有水风分流装置(7)，水风分流装置(7)的上部与低温换热段(8)相通，低温换热段(8)的上部设置有低温段喷淋装置(9)，低温段喷淋装置(9)的上部设置有烟气湿度调节装置(10)，烟气湿度调节装置(10)的上部与烟气出口段(11)相通，烟气出口段(11)相通的出烟口与低温排烟(H)相通，低温段喷淋装置(9)的进水口经低温水循环泵(21)与空气塔底水池(20)的低温余热水出水口相连，低温段喷淋装置(9)的喷嘴雾化喷淋水经低温换热段(8)吸热并大幅升温后落入水风分流装置(7)，水风分流装置(7)的出水口送出低温余热水出水(J)，该出水口与热网水预热板换(15)的加热侧出口相连后再与空气喷淋装置(17)的进水口相连，热网水预热板换(15)的加热侧出口还与高温段喷淋装置(6)的进水口相连，热网水预热板换(15)的加热侧进口则经高温水循环泵(14)与烟气塔底水池(1)的下部循环水出口相连，热网水预热板换(15)的被加热侧进口与热网回水进水(M)相通，热网水预热板换(15)的被加热侧出口与热网回水出水(N)相通，烟气塔底水池(1)的上部设置有补水进口并与高温补水(L)和水质调节装置(12)及其水质调节剂(K)相通，烟气塔底水池(1)的上部还设置有烟塔溢流管(2)，空气喷淋装置(17)的喷嘴雾化喷淋水经空气加热加湿段(18)放热并大幅降温后经均风段(19)落入空气塔底水池(20)，空气塔底水池(20)的上部设置有补水进口并与低温补水(O)相通，上部还设置有空塔溢流管(24)，底部还设置有排污管(22)，均风段(19)的进风口在塔外经进风管(25)与环境空气(A)相通，在塔内则与升温空气(B)相通，空气出口段(16)在塔内与升温加湿空气(C)相通，在塔外则经过送风机(103)与锅炉进风(D)相通，锅炉进风(D)经锅炉(101)的炉膛及烟气通道与炉内排烟(E)相通，均烟段(4)在塔外与高湿烟气(F)相通，在塔内则与达到接近饱和状态的降温加湿烟气(G)相通，烟气出口段(11)的出烟口与低温排烟(H)相通。
2.如权利要求1所述的一种锅炉排烟余热回收供热用三塔合一换热喷淋塔，其特征在于所述的高温换热段(5)、低温换热段(8)、空气加热加湿段(18)为烟气或空气和喷淋水组成竖向布置的逆流换热结构，其中内部设置填料。
3.如权利要求1所述的一种锅炉排烟余热回收供热用三塔合一换热喷淋塔，其特征在于所述的高温换热段(5)、低温换热段(8)、空气加热加湿段(18)为烟气或空气和喷淋水组成竖向布置的逆流换热结构，其中内部不设置填料而采用空段结构。
4.如权利要求1所述的一种锅炉排烟余热回收供热用三塔合一换热喷淋塔，其特征在于所述的喷淋塔上部的烟气出口段(11)与低温排烟(H)的出烟口相通而组成一体式的烟塔合一的喷淋塔烟囱结构，其中出口段(11)的直径与下部低温换热区相比相等或缩小。
5.如权利要求1所述的一种锅炉排烟余热回收供热用三塔合一换热喷淋塔，其特征在于所述的水风分流装置(7)设置有水流导出结构和气体向上流动通道。
6.如权利要求1所述的一种锅炉排烟余热回收供热用三塔合一换热喷淋塔，其特征在于所述的喷淋塔内不设置水风分流装置(7)，即该部分形成空段结构，此时不再设置与低温余热水出水(J)相通的水风分流装置(7)的出水管，下落到该空段结构的低温余热水继续下行并经高温段喷淋装置(6)后进入高温换热段(5)。
7.如权利要求1所述的一种锅炉排烟余热回收供热用三塔合一换热喷淋塔，其特征在于所述的水质调节装置(12)与具有调节酸碱度、防腐阻垢功能的水质调节剂(E)的补充来源相通。
8.如权利要求1所述的一种锅炉排烟余热回收供热用三塔合一换热喷淋塔，其特征在于所述的高温段喷淋装置(6)、低温段喷淋装置(9)和空气喷淋装置(17)既可以是单层喷淋结构，也可以是N层喷淋结构组成，其中N>1。
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2017
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