CN210096976U - 利用高压天然气余压的烟气脱白装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于环保节能技术领域，具体涉及一种利用高压天然气余压的烟气脱白装置，其包括安装于脱硫塔排烟道内的冷凝器、加热器，还包括涡流管，所述涡流管的进气端与天然气高压管网相连接；所述涡流管的出冷气端与所述冷凝器的管程进口相连接；所述涡流管的出热气端与所述加热器的管程进口相连接。本实用新型通过采用涡流管回收天然气余压，将高压天然气气体分离成冷、热两股气流，分别作为冷凝器与加热器的换热媒介，实现烟气降温除湿与升温目的。本实用新型利用该部分大量损失压力能作为涡流管的气源，对于减少资源浪费有重要意义。

Description

利用高压天然气余压的烟气脱白装置

技术领域

本实用新型属于环保节能及烟气处理技术领域，具体涉及一种适用于烟气湿法脱硫吸收塔的烟气脱白装置。

背景技术

目前我国燃煤电厂脱硫设施90％以上机组均采用石灰石一石膏湿法脱硫工艺，脱硫后的烟气温度降至45℃～60℃之间，此时出来的烟气的含湿量基本处于饱和状态。脱硫后的饱和湿烟气由烟囱排出、进入温度较低的环境，烟气中的水蒸汽会凝结成微小液滴形成湿烟羽。环境温度越低、湿度越大，液滴凝聚效应越大，白色烟羽越长，这也是当前所有湿法脱硫都存在的一个普遍现象。形成的烟羽不仅观感不好，烟气中还含有大量水蒸汽，水蒸汽中含有较多的溶解性盐、SO₃、凝胶粉尘、微尘等，这些都是雾霾的主要成分，由烟囱直接排出，对周围环境也存在一定的污染。

近年江西、河北、浙江、山西等地方政府陆续出台烟气脱白政策、标准、治理要求。国内部分钢铁烧结机、焦化、燃煤电厂等已响应政策号召并完成了石膏雨和有色烟羽治理工程。由于南北东西地域的不同，气候条件相差很大，比如平均温度、湿度、极端温度相差很大，采用的方法技术也不尽相同。还有各企业的工艺流程条件不同、余热资源不同、投资要求不同，采取的脱硫烟气消白方法不同等因素，工艺方案千变万化且有很大的差别，但满足用户要求是技术方案的根本要求。根据湿烟羽形成及消散的机理，目前常用的方法归纳为：烟气加热技术、烟气冷凝技术、烟气先冷凝再热技术及各种方法的组合技术。

目前常用的烟气冷凝再热技术为：脱硫出口烟道设置水冷冷凝器，冷凝器壳程走烟气，管程走循环冷却水，通过换热达到降温除湿的目的；在烟囱排放前设置蒸汽加热器，加热器壳程走烟气，管程走循环蒸汽，通过换热达到升温的目的。整个烟气冷凝再热装置系统流程为：脱硫塔出来的饱和湿烟气经过水冷冷凝器后被降温除湿，重新形成一个较低温的饱和湿烟气。烟气中的部分水汽被除去，并在烟气冷凝器换热表面凝结、下落，产生的凝结水被回收再利用。被烟气加热的循环水经由动力输送设备送至空气冷却塔冷却降温，降温后的循环水再返水冷冷凝器，如此循环。循环水在此过程中充当冷媒介质。在出烟囱前，经降温除湿后较低温的饱和湿烟气在含湿量不变的条件下，经过蒸汽加热器加热后抬升至指定温度后，烟气由饱和状态变为非饱和状态。最终在烟气外排时达到消除“白烟”效果。

从传统的烟气冷凝再热技术及流程来看，水冷冷凝系统除了主要设备烟气冷凝器之外，还有配套的冷却水系统及动力输送系统。这样导致整个烟气冷凝系统占地大、投资造价高等直接问题。再加上水冷冷凝器运行期间的电耗、水耗，及烟气加热系统使用蒸汽的耗量，正常一年下来也将产生一笔不小的运行费用。因此，寻求一套占地少、系统简单、运行费用低的烟气湿法脱硫(WFGD)烟囱脱白处理设备非常必要。

天然气是高效清洁能源，从20世纪80年代以来，我国天然气探明储量和产量持续快速增长。随着西气东输、川气东送、西气东输二线等管道的全线建成投产，西气东输三线西段、安南段、东段、长沙支线的建成投产，一个覆盖全国的天然气管网正在逐步形成。随着我国冶金、制管、焊接和其他施工技术的进步，为提高输气能力、增加经济效益，输气管道不断向大管径、高压力和其他新材料新技术方向发展。目前,我国管道天然气的长途输送，大多采用高压管输的方式。上游天然气通过高压管网送至各城市或大型用户，通过各地天然气调压站降压至中压或低压送至用户使用，管网在降压过程中产生大量压力能，压力能的回收利用是天然气输配过程中重要的环节。以西气东输工程为例，高压天然气需由10MPa降至2MPa～4MPa甚至更低，而直接用户使用的压力约为0.4MPa，据推算，天然气压力由4MPa降至0.4MPa可回收的最大压力能约为322kJ/kg，以120×10⁸m³/a的输气量计算，每年这样的管网可回收的最大压力能约为3.5×10¹²kJ。如此大的潜在能量若白白浪费势必造成巨大的经济损失。如果能对此加以回收利用，将对我国能源工业产生十分深远的影响，对于减少资源浪费，加快建设资源节约型、环境友好型社会，具有重要的意义。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种利用高压天然气余压的烟气脱白装置，其通过采用涡流管回收天然气余压，将高压天然气气体分离成冷、热两股气流，分别作为冷凝器与加热器的换热媒介，实现烟气降温除湿与升温目的。

为实现上述技术目的，本实用新型采用以下的技术方案：

利用高压天然气余压的烟气脱白装置，包括安装于脱硫塔排烟道内的冷凝器、以及安装于排烟道内且位于冷凝器与烟囱之间的加热器；脱硫塔出口排出的烟气沿排烟道依次经冷凝器的壳程、加热器的壳程后从烟囱排出；

还包括涡流管，所述涡流管具有进气端、出冷气端和出热气端；涡流管是一种结构非常简单的能量分离装置，它是由喷嘴、涡流室、分离孔板和冷热两端管组成。高压天然气气体接入喷嘴即可工作。工作时高压天然气气体在喷嘴内膨胀，然后以很高的速度沿切线方向进入涡流管。气流在涡流管内高速旋转时，经过涡流变换后分离成总温不相等的两部分气流，处于中心部位的气流温度低，而处于外层部位的气流温度高，调节冷热流比例，可以得到最佳制冷效应或制热效应；

所述涡流管的进气端与天然气高压管网相连接，涡流管将来自天然气高压管网的天然气分离成冷、热两股气流；

所述涡流管的出冷气端与所述冷凝器的管程进口相连接，经涡流管分离的天然气冷气流流经所述冷凝器的换热管后回入天然气管网；冷凝系统工作时，由涡流管的冷端管出来的低温天然气气体走冷凝器管程，脱硫后的烟气走冷凝器壳程。饱和湿烟气通过烟道进入冷凝器，遇低温换热管被换热降温。经过冷凝器后的烟气被降温除湿后经过一段烟道进入加热器；

所述涡流管的出热气端与所述加热器的管程进口相连接，经涡流管分离的天然气热气流流经所述加热器的换热管后回入天然气管网。加热系统工作时，由涡流管的热端管出来的高温天然气气体走加热器管程，经过冷凝后的烟气走加热器壳程。烟气与加热器换热管接触交换热量，被加热到指定温度后经过烟囱排放。

其中，所述天然气高压管网的天然气压力为2～10Mpa。

作为优选的技术方案，所述冷凝器内烟气的流向与天然气冷气流的流向相反。

作为优选的技术方案，所述加热器内烟气的流向与天然气热气流的流向相反。

作为优选的技术方案，所述冷凝器的材质为ND钢、双相不锈钢或钛合金等。

作为优选的技术方案，所述加热器的材质为2205双相不锈钢。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有至少以下有益效果：

(1)我国天然气的长输管道采用高压输气，上游天然气通过高压管网送至各城市或大型用户，通过各地天然气调压站降压至中压或低压送至用户使用，管网在降压过程中损失大量压力能。本实用新型利用该部分大量损失压力能作为涡流管的气源，这样对于减少资源浪费有重要意义；

(2)涡流管结构简单、操作方便，可根据环境温度或脱白效果调节冷热流比例，得到最佳制冷效应或制热效应，可适应于不同地区，利于广泛推广；

(3)相较于传统冷凝再热技术，本装置节省了水资源与蒸汽资源，适用于水资源与蒸汽资源条件不佳的企业。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1和图2所示，利用高压天然气余压的烟气脱白装置，包括安装于脱硫塔1排烟道2内的冷凝器3、以及安装于排烟道2内且位于冷凝器3与烟囱5之间的加热器4；脱硫塔1出口排出的烟气沿排烟道2依次经冷凝器3的壳程、加热器4的壳程后从烟囱5排出；

还包括涡流管6，可以安装于排烟道外侧，所述涡流管6具有进气端61(即喷嘴端)、出冷气端62和出热气端63，涡流管6的结构为公知技术，在此不再赘述；

所述涡流管6的进气端61与天然气高压管网相连接(当然可以在管路上设置控制阀等)，涡流管6将来自天然气高压管网的天然气分离成冷、热两股气流；所述涡流管6的出冷气端62与所述冷凝器3的管程进口相连接，经涡流管6分离的天然气冷气流流经所述冷凝器的换热管后回入天然气管网；所述涡流管6的出热气端63与所述加热器4的管程进口相连接，经涡流管6分离的天然气热气流流经所述加热器的换热管后回入天然气管网。

所述冷凝器内烟气的流向与天然气冷气流的流向相反，所述加热器内烟气的流向与天然气热气流的流向相反，天然气冷、热气流与烟气实现逆流换热。

其中，所述冷凝器3的壳体及换热管应选用防腐材质，换热管材质可以为ND钢、双相不锈钢或钛合金等。材质腐蚀率不大于8mg/cm².h^-1(70℃，50％硫酸浸泡24h)。

所述加热器4的壳体及换热管材质均为2205双相不锈钢。2205基管壁厚不小于3mm，翅片(如有)与基管材质相同，翅片厚度不小于1.5mm。加热器的壳体板厚不小于6mm。

参考图2，工作原理如下：高压天然气气体经由涡流管6进气端61(喷嘴)喷入涡流室后，气流以高达每分钟一百万转的速度旋转着流向涡流管出热气端63(热端管出口)，一部分气流通过控制阀流出，剩余的天然气气体被阻挡后，在原气流圈以同样的转速反向旋转，并流向涡流管出冷气端62(冷端管出口)。最终分离成冷、热两部分气流。其中冷气流通过管道进入冷凝器3换热管，热气流通过管道进入加热器4换热管。

烟气由吸收塔1喷淋吸收降温后，由塔出口排出45℃～60℃饱和湿烟气。烟气通过排烟道2从左向右进入冷凝器3，低温天然气气体沿冷凝器盘管由右往左流动，与烟气接触实现逆流换热。烟气被降温后部分水分被冷凝收集。经过冷凝器3降温除湿后的烟气重新形成该温度下的饱和湿烟气，经由烟道进入加热器4。加热器4的换热管内为涡流管6分流出来的高温天然气气体。烟气通过烟道从左向右进入加热器4，高温天然气气体沿加热器盘管由右往左流动，与烟气接触实现逆流换热。烟气被升温后形成湿度较小的烟气由烟囱5排出。

最终涡流管脱白装置降低了烟气排放的相对湿度，提高了烟气排出烟囱的抬升高度，达到消除“白烟”的效果。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域内的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (6)

1.利用高压天然气余压的烟气脱白装置，包括安装于脱硫塔排烟道内的冷凝器、以及安装于排烟道内且位于冷凝器与烟囱之间的加热器；脱硫塔出口排出的烟气沿排烟道依次经冷凝器的壳程、加热器的壳程后从烟囱排出；其特征在于：

还包括涡流管，所述涡流管具有进气端、出冷气端和出热气端；

所述涡流管的进气端与天然气高压管网相连接，涡流管将来自天然气高压管网的天然气分离成冷、热两股气流；

所述涡流管的出冷气端与所述冷凝器的管程进口相连接，经涡流管分离的天然气冷气流流经所述冷凝器的换热管与烟气换热后回入天然气管网；

所述涡流管的出热气端与所述加热器的管程进口相连接，经涡流管分离的天然气热气流流经所述加热器的换热管与烟气换热后回入天然气管网。

2.如权利要求1所述的利用高压天然气余压的烟气脱白装置，其特征在于：所述冷凝器内烟气的流向与天然气冷气流的流向相反。

3.如权利要求1所述的利用高压天然气余压的烟气脱白装置，其特征在于:所述加热器内烟气的流向与天然气热气流的流向相反。

4.如权利要求1所述的利用高压天然气余压的烟气脱白装置，其特征在于:所述天然气高压管网的天然气压力为2～10Mpa。

5.如权利要求1至4任一项所述的利用高压天然气余压的烟气脱白装置，其特征在于:所述冷凝器的材质为ND钢、双相不锈钢或钛合金。

6.如权利要求1至4任一项所述的利用高压天然气余压的烟气脱白装置，其特征在于:所述加热器的材质为2205双相不锈钢。

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