CN212457970U - 一种工业尾气余热回收系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种工业尾气余热回收系统,包括入口烟道、净化塔、取热液连接管路、取热液缓冲箱和取热液排出泵;入口烟道内设有原烟气取热器,入口烟道外位于原烟气取热器上方设有取热液再热器;净化塔的塔壁上设置烟气入口、顶部设置烟气出口,所述烟气入口连接入口烟道,净化塔烟气入口与烟气出口之间的塔体内由下向上依次设有洗涤液取热器、喷淋洗涤层、除雾器和净烟气取热器;净烟气取热器、洗涤液取热器和取热液再热器依次串联,取热液再热器的热量通过原烟气取热器向原烟气中取出。本申请解决净化塔内低品热烟气的热量回用及烟道截面内换热均匀的问题。
Description
技术领域
本申请涉及新能源与节能领域,具体涉及一种工业尾气余热回收系统。
背景技术
工业生产过程中存在各种不同规格的锅炉、炉窑,燃料在工业锅炉、炉窑内燃烧释放出的热量一部分作为生产过程的能量来源,一部分在锅炉系统中通过热辐射散失,还有一部分热量随燃烧尾气排放进入环境中。辐射散失热量和尾气排放热量均为无效热量。因此,降低辐射散失热量和尾气排烟温有利于提高锅炉效率。
目前,工业锅炉、炉窑排烟温度平均值都在180℃以上,部分普通的工业锅炉排烟温度高达250℃以上,电站锅炉排烟即使经过余热回收后其温度也多在130~180℃左右,而这部分烟气中的余热多没有得到合理的回收利用。高温烟气携带大量热量直接排放到空中,不仅对环境会产生巨大的影响,而且对能源也造成了极大的浪费。以工业锅炉为例,一般情况下,锅炉尾气排烟温度每降低15~20℃,锅炉热效率大约提高1%。此外,各种工业炉窑的能量支出中,废气余热约占15%~35%,锅炉烟气热损失是各项热损失中最大的一项,一般在5%~8%之间。
节能减排是推动工业可持续性发展的重要措施,具有明显的经济效益和环境效益,在政策和市场需求的双重推动下,烟气排放余热利用未来将迎来广泛的市场空间。尤其在煤电、垃圾发电、钢铁、冶金炉窑等高能耗、高污染的行业中,充分回收利用烟气余热更是必然的选择。针对烟气余热相关技术展开研究,有利于充分、合理地利用各种烟气余热资源,对节能减排、提高能源利用率,具有非常重要的现实意义。
采用换热器对工业排放尾气进行间接取热,并将取出用于物料余热,可有效的实现尾气余热回收及利用,提高锅炉效率。但常规间接换热器在进行尾气余热回收过程存在如下问题:
(1)工业尾气中除了含有较高的热量外,还含有燃料燃烧生成的水蒸气、氮氧化物、硫氧化物、粉尘颗粒物等,在对工业尾气进行换热降温时,当尾气冷凝至一定温度时,硫氧化物与水蒸气凝结形成硫酸雾腐蚀换热器,为了保证换热器正常稳定运行,往往需要控制换热后的尾气温度高于酸雾凝结临界温度,造成尾气取热量有限,无法实现最大限度回收尾气中的热量;
(2)工业尾气末端多采用湿式洗涤工艺用于脱除烟气中的污染物,经湿式洗涤后的工业尾气多为50℃-65℃之间的饱和蒸汽,洗涤后的烟气对换热器内的取热液升温有限,造成换热器内取热液所取出热量无法再利用;
(3)取热液在换热器流动过程中,沿取热液流向方向的换热器壁面温度随着换热过程进行温度不断升高,造成烟道截面内烟气换热量和换热后烟气温度不均匀,不利于实现高效换热。
因此,现有烟气取热技术不能实现工业尾气余热最大回收,且节能效果不明显,开发烟气余热深度回收且运行成本低的工业尾气余热回收技术是必然趋势。
实用新型内容
针对上述问题,本申请提供一种工业尾气余热回收系统,通过采用低温取热液在工业尾气洗涤塔中对烟气中余热进行梯级回收,得到具有高品位热源的取热液,在实现工业尾气余热深度回收的同时提高回收余热的使用范围,实现工业尾气排放余热的有效回用。
一种工业尾气余热回收系统,包括入口烟道、净化塔、取热液连接管路、取热液缓冲箱和取热液排出泵;
所述入口烟道内设有原烟气取热器,入口烟道外且位于原烟气取热器上方设有取热液再热器,所述取热液再热器的热量来自于原烟气取热器;
所述净化塔的塔壁上设置烟气入口、顶部设置烟气出口,所述烟气入口连接入口烟道,所述净化塔烟气入口与烟气出口之间的塔体内由下向上依次设有洗涤液取热器、喷淋洗涤层、除雾器和净烟气取热器;
取热液进口管路分别连通净烟气取热器的入液口和取热液再热器的入液口;
所述净烟气取热器的出液口和洗涤液取热器的入液口通过管路连通;
所述洗涤液取热器的出液口通过管路与取热液再热器的入液口通过管路连通;
所述取热液再热器的出液口通过管路与取热液缓冲箱连通;
所述取热液排出泵的入口通过管路与取热液缓冲箱连通。
以下还提供了若干可选方式,但并不作为对上述总体方案的额外限定,仅仅是进一步的增补或优选,在没有技术或逻辑矛盾的前提下,各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合,还可以是多个可选方式之间进行组合。
所述的净化塔为湿法喷淋洗涤塔,例如脱硫塔、喷淋除尘塔等。本申请的回收系统具有普适性好等优点。
可选的,连接净烟气取热器入液口和连接取热液再热器入液口的取热液进口管路上均设有流量控制阀门。
可选的,所述的净烟气取热器包括若干用于净烟气竖直向流通的间隙或通道以及若干水平设置用于取热液流通的腔体或管道结构。
可选的,所述的洗涤液取热器包括若干用于净烟气竖直向流通的间隙或通道以及若干水平设置用于取热液流通的腔体或管道结构。
本申请在解决低品烟气深度回收余热问题的基础上进一步解决烟道截面内烟气换热量和换热后烟气温度不均匀。
可选的,还包括若干根工程热管,每根热管包括蒸发段、冷凝段和衔接蒸发段与冷凝段的弧形弯管段,所述蒸发段和冷凝段均为直管,且蒸发段、弧形弯管段和冷凝段内部为连通的密封腔体;所述工程热管的蒸发段安装于入口烟道内构成所述原烟气取热器。
可选的,所述工程热管的密封腔体内盛有一定体积的低沸点液体取热剂;所述工程热管的弧形弯管段腔体和蒸发段腔体衔接处设有液体均布器。
采用热管作为取热器,取热器在对烟气换热过程中,低沸点取热剂受热蒸发,保证了蒸发段管壁温度始终维持在取热剂沸点温度附近,提高取热器壁面温度的均匀性和烟气换热降温的均匀性,防止对烟气取热降温不均匀,部分烟气冷凝过度形成酸雾腐蚀取热器等设备。
可选的,若干根工程热管的蒸发段并行安装于入口烟道内垂直于烟气流向的截面上且所述工程热管的蒸发段在入口烟道内竖直安装;所述蒸发段的管壁带有金属翅片结构。
可选的,所述取热液再热器包括壳体、取热液喷淋器和所述工程热管的冷凝段;所述取热液再热器的壳体上设有取热液再热器入液口和取热液再热器出液口;所述取热液喷淋器设于所述壳体内,所述取热液喷淋器的入液口连接所述取热液再热器入液口;所述工程热管的冷凝段向斜上方以一定倾斜角度伸入壳体内且位于取热液喷淋器下方;所述工程热管的冷凝段外壁为光管结构。
可选的,所述取热液可根据生产热水需求情况选用热水、工艺水或其他取热介质,当需要为锅炉除氧器补充热量时,采用纯水为取热液,取热液输出泵连接至锅炉除氧器。用作除氧热源,降低除氧器的能耗。
与现有技术相比,本申请至少具有如下有益效果:
(1)本申请提供了一种梯级回收烟气余热的解决方案,基于工业尾气湿法洗涤净化系统,采用低温取热介质依次对净烟气、喷淋洗涤液和原烟气进行逐级取热,并得到高温高热源的取热介质,在提高工业尾气余热回收效率的同时增加了余热回用途径;
(2)本申请提供了一种提高工业尾气余热回收率的解决方案,将工程热管的蒸发段与冷凝段通过弯管连接,将蒸发段置于原烟道内作为烟气取热器,冷凝段置于烟道外作为取热液再热器,通过对取热液进行喷淋布液并才冷凝段光管外表面形成动态液膜提高热管换热效率,通过冷凝段倾斜设置提高取热液在光管表面的换热面积和接触时间,提高换热量;
(3)本申请提供了一种工业尾气排放余热回用的解决方案,根据生产需要采用不同的取热液作为取热介质,并将去除的高温取热液用于为生产过程提供热源,降低工业生产过程运行能耗。
附图说明
图1为本申请装置的结构示意图;
图2为单个热管取热器的结构示意图。
图3为图2中液体再分布器的结构放大示意图。
图4为图1中净化烟气取热器和洗涤液取热器的结构示意图。
图中所示附图标记如下:
1-净化塔 2-洗涤液取热器 3-洗涤喷淋层
4-除雾器 5-净烟气取热器 6-烟气出口
7-入口烟道 8-工程热管 9-壳体
10-取热液喷淋器 11-取热液进口管路 12-取热液控制阀
13-旁路控制阀 14-取热液缓冲箱 15-取热液排出泵
21-取热液流通管道 22-烟气流通通道
81-蒸发段 82-弧形弯管段 83-冷凝段
84-液体均布器 85-插接部
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
为了更好地描述和说明本申请的实施例,可参考一幅或多幅附图,但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的实用新型创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。
需要说明的是,当组件被称为与另一个组件“连接”时,它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件,它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。
如图1所示,一种工业尾气余热回收系统,包括净化塔1,入口烟道7、取热液缓冲箱14、取热液排出泵5和各取热液连接管路。
净化塔1的塔壁上设置烟气入口、顶部设置烟气出口6,烟气入口连接入口烟道7,净化塔内中部设置洗涤喷淋层3。在净化塔1内,洗涤喷淋层3的上方依次设置除雾器4和净烟气取热器5,洗涤喷淋层3的下方设置洗涤液取热器2,洗涤液取热器2位于烟气入口上方,即在洗涤塔内且位于烟气入口和烟气出口之间由下至上依次设置洗涤液取热器2、洗涤喷淋层3、除雾器4和净烟气取热器5。在入口烟道7内设置原烟气取热器,入口烟道外且位于原烟气取热器上方设置取热液再热器。净烟气取热器5、洗涤液取热器2和取热液再热器依次通过水管串联,取热液再热器的热量来自于净烟气取热器,取热液进口管路11一路连接净烟气取热器5的入液口、一路连接取热液再热器的入液口;净烟气取热器5的出液口通过管路连接洗涤液取热器2的入液口;洗涤液取热器的出液口通过管路连接取热液再热器的入液口;取热液再热器的出液口连接取热液缓冲箱14,取热液缓冲箱14连接取热液排出泵15。
净化塔为湿法喷淋洗涤塔,例如脱硫塔、喷淋除尘塔等。本申请中为喷淋脱硫塔。洗涤喷淋层3和除雾器4均采用湿法喷淋塔内常规部件。
净烟气取热器5和洗涤液取热器2可采用相同的取热器结构,一种实施方式中,净烟气取热器5和洗涤液取热器2的结构均包括:若干水平布置的腔体或管道结构,用于流通取热液;竖直向连通的间隙或通道,用于流通烟气。一种具体的实施方式中,净烟气取热器5和洗涤液取热器2的一种具体实施方式,如图4所示,包括水平设置的取热液流通管道21,相邻取热液流通管道之间的间隙为烟气流通通道22。
在入口烟道处设置若干工程热管8,单根工程热管8的结构如图2所示,工程热管8包括蒸发段81和冷凝段83,蒸发段81和冷凝段83均为直管结构,蒸发段和冷凝段通过弧形弯管段82衔接,使得工程热管的蒸发段与冷凝段呈一定夹角,该夹角为钝角,当蒸发段竖直时,冷凝段向斜上方呈倾斜状。蒸发段、弧形弯管段和冷凝段内部为连通的密封腔体,密封腔体内盛有一定体积的低沸点液体取热剂;蒸发段用于从原烟气中吸收热量,冷凝段用于将从来自原烟气的热量传递给取热液。蒸发段外为翅片结构,冷凝段为光管结构。
在弧形弯管段腔体和蒸发段腔体衔接处设有液体均布器84。液体均布器的作用是将冷凝段冷凝后的液体均匀导流至加热段的内壁处,冷凝液沿加热段管壁下落,更好的实现加热段管壁的等壁温效果。液体均布器的一种实施方式如图3所示,采用中空的圆台形结构,圆台结构的外侧面为内凹的弧形表面,将冷凝水引流至壁面,中空腔内为蒸汽上升通道。
为便于热管在入口烟道内的安装,热管的底部端面上设置插接部85,入口烟道内壁上设置匹配的插接槽,插接部与插接槽配合实现热管与入口烟道内壁的相对固定安装。
作为工程热管的一种安装方式,若干工程热管的蒸发段并行安装在入口烟道7内的径向截面上,所有的蒸发段竖直安装,并布满整个径向截面,加热段相邻翅片间隙为烟气通道,所有工程热管的冷凝段向同一个方向延伸。并行设置在入口烟道7内的蒸发段构成原烟气取热器。
取热液再热器包括壳体9、取热液喷淋器10和所有工程热管8的冷凝段,壳体9上设置入液口和出液口,取热液喷淋器10设于壳体内,包括取热液流通管和分布于取热液流通管上的若干喷嘴,喷嘴以喷射方向向下设置,取热液喷淋器10的入液口连接壳体9的入液口。所有工程热管的冷凝段83以向斜上方倾斜一定角度伸入壳体9内取热液喷淋器10的下方。一种优选的实施方式中,冷凝段的倾斜角度为15°-50°。连接洗涤液取热器出液口的管路连通取热液再热器壳体的入液口,壳体上的出液口通过取热液排除管路连接取热液缓冲箱14。取热液缓冲箱14内的水可通过取热液排出泵15送至锅炉除氧器作为锅炉除氧器的热源。
在工程热管内,蒸发段内的低沸点溶液吸收烟气余热,蒸发成蒸汽,蒸汽向上流动至冷凝段内,在冷凝段内与取热液喷淋器喷淋的取热液进行降膜换热,从烟气中吸收的热量释放至取热液中,蒸汽被冷凝,冷凝后的液体沿管内壁滑落经液体均布器84均布后,沿蒸发段内壁滑落,再次吸收烟气余热,循环进行。冷凝液沿内壁滑落使蒸发段的各处的壁温均匀,通过调整取热液的温度和流量可调节工程热管内的压强,从而调节热管内溶液的沸点,进而调节加热段的管壁温度,进行等壁温换热。在工程热管的等壁温效果下,换热器上、下游的烟气温度均匀性好。
另一种实施方式中,在确保低品余热回收的同时还进一步提高原烟气取热液器和取热液再热器的换热效率,具体的实施方式为:取热液进口管路11分两路,一路为连接净烟气取热器5的入液口,该路上设置取热液控制阀12;另一路连接取热液再热器的冷凝喷淋器10,该路上设置旁路控制阀13。
该实施方式下,可两路支路上的控制阀同时开启,当洗涤液取热器出口取热液温度高,导致原烟气取热器取热量有限时,控制与取热液再热器入液口连通的取热液进口管路上流量控制阀,增加低温取热液流量降低进入取热液再热器进液温度,提高原烟气取热器的取热量。
也可仅开启取热液控制阀12,当仅开启取热液控制阀12时,取热液依次经净烟气取热器5、洗涤液取热器2和取热液再热器,将净化塔内的烟气的低品热逐级回收;也可仅旁路控制阀13,仅开启旁路控制阀13时,取热液仅经取热液再热器从入口烟道内的原烟气中取热,入口烟气的温度在130~150℃,经换热后的取热液可满足工业回用的要求。
一种工业尾气余热回收方法,利用上述系统进行,包括:
(a)高温工业尾气携带大量排放余热和空气污染物由入口烟道进入净化塔由下向上流动;在入口烟道内,高温烟气与原烟气取热器中工程热管蒸发段外的翅片管接触,加热工程热管内的液体取热剂,完成一级取热;一级取热后的烟气进入净化塔内依次流经洗涤液取热器和洗涤喷淋层,烟气中的污染物被洗涤净化,同时对洗涤液进行换热升温,完成工业烟气的二级取热;完成洗涤净化和二级取热的烟气经除雾器除雾后进入净烟气取热器接触、换热,完成工业烟气的三级取热,经三级取热后的低温净烟气由净化塔烟气出口排出;
(b)低温取热水经取热液管路送入净烟气取热器,通过净烟气取热器回收净烟气的热量,实现一级余热回收;完成一级余热回收的取热水由净烟气取热器出口管道进入洗涤液取热器,与在洗涤液取热器表面向下流动的高温洗涤液进行挂膜换热,回收洗涤液中的热量,实现二级余热回收;完成二级余热回收的取热水由洗涤浆液取热器出口经管道送入取热液再热器,经取热液再热器内的喷淋器雾化成液滴均布至工程热管的冷凝段表面,与冷凝段内的取热剂蒸汽换热升温,进行三级余热回收,完成三级余热回收的高温取热水经取热液再热器出口经管道送入取热液缓冲箱备用;
(c)当洗涤液取热器出口取热液温度高,导致原烟气取热器取热量有限时,控制与取热液再热器及净烟气取热器入液口连通的取热液进口管路上流量控制阀,增加低温取热液流量降低进入取热液再热器进液温度,提高原烟气取热器的取热量。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种工业尾气余热回收系统,其特征在于:包括入口烟道、净化塔、取热液连接管路、取热液缓冲箱和取热液排出泵;
所述入口烟道内设有原烟气取热器,入口烟道外且位于原烟气取热器上方设有取热液再热器,所述取热液再热器的热量来自于原烟气取热器;
所述净化塔的塔壁上设置烟气入口、顶部设置烟气出口,所述烟气入口连接入口烟道,所述净化塔烟气入口与烟气出口之间的塔体内由下向上依次设有洗涤液取热器、喷淋洗涤层、除雾器和净烟气取热器;
取热液进口管路分别连通净烟气取热器的入液口和取热液再热器的入液口;
所述净烟气取热器的出液口和洗涤液取热器的入液口通过管路连通;
所述洗涤液取热器的出液口通过管路与取热液再热器的入液口通过管路连通;
所述取热液再热器的出液口通过管路与取热液缓冲箱连通;
所述取热液排出泵的入口通过管路与取热液缓冲箱连通。
2.根据权利要求1所述的工业尾气余热回收系统,其特征在于:连接净烟气取热器入液口和连接取热液再热器入液口的取热液进口管路上均设有流量控制阀门。
3.根据权利要求1所述的工业尾气余热回收系统,其特征在于:所述的净烟气取热器包括若干用于净烟气竖直向流通的间隙或通道以及若干水平设置用于取热液流通的腔体或管道结构。
4.根据权利要求1所述的工业尾气余热回收系统,其特征在于:所述的洗涤液取热器包括若干用于净烟气竖直向流通的间隙或通道以及若干水平设置用于取热液流通的腔体或管道结构。
5.根据权利要求1所述的工业尾气余热回收系统,其特征在于:还包括若干根工程热管,每根热管包括蒸发段、冷凝段和衔接蒸发段与冷凝段的弧形弯管段,所述蒸发段和冷凝段均为直管,且蒸发段、弧形弯管段和冷凝段内部为连通的密封腔体;所述工程热管的蒸发段安装于入口烟道内构成所述原烟气取热器。
6.根据权利要求5所述的工业尾气余热回收系统,其特征在于:若干根工程热管的蒸发段并行安装于入口烟道内垂直于烟气流向的截面上且所述工程热管的蒸发段在入口烟道内竖直安装;所述蒸发段的管壁带有金属翅片结构。
7.根据权利要求5所述的工业尾气余热回收系统,其特征在于:所述取热液再热器包括壳体、取热液喷淋器和所述工程热管的冷凝段;所述取热液再热器的壳体上设有取热液再热器入液口和取热液再热器出液口;所述取热液喷淋器设于所述壳体内,所述取热液喷淋器的入液口连接所述取热液再热器入液口;所述工程热管的冷凝段向斜上方以一定倾斜角度伸入壳体内且位于取热液喷淋器下方;所述工程热管的冷凝段外壁为光管结构。
8.根据权利要求5所述的工业尾气余热回收系统,其特征在于:所述工程热管的密封腔体内盛有一定体积的低沸点液体取热剂;所述工程热管的弧形弯管段腔体和蒸发段腔体衔接处设有液体均布器。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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GR01 | Patent grant | ||
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