一種含塵煙氣冷凝熱能回收與煙氣凈化一體化系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含塵煙氣冷凝熱能回收與煙氣凈化一體化系統(tǒng)及方法，屬于煙氣余熱利用及深度凈化處理技術(shù)領(lǐng)域，可用于燃煤、燃油供熱供電鍋爐及工業(yè)鍋爐煙氣中普通方式除塵后的復(fù)雜成分煙氣的熱能回收與凈化。
【背景技術(shù)】
[0002]目前燃煤、燃油和一些氣體燃料在供熱供電鍋爐、工業(yè)鍋爐爐窯煙氣中通常含有大量固體顆粒物、SOx和NOx、水蒸氣等，固體顆粒物經(jīng)由靜電除塵、布袋除塵等技術(shù)將絕大部分粉塵去除，還有一小部分粉塵未被去除，需要深化除塵。另一方面此類(lèi)設(shè)備排煙溫度仍較高，約120?150°C，且煙氣中水蒸氣的含量遠(yuǎn)高于周?chē)髿猸h(huán)境中水蒸氣的含量，使得煙氣含有大量的顯熱和潛熱，若將煙溫大幅度降低到露點(diǎn)以下，可同時(shí)回收煙氣的顯熱和潛熱，提高燃料燃燒的熱效率，煙氣冷凝還有助于創(chuàng)造較好的硫酸和硝酸冷凝脫除條件。我國(guó)通常的濕法脫硫過(guò)程能耗高、用藥多以及經(jīng)濟(jì)性較差的原因之一就是降溫脫硫，且此過(guò)程中煙氣余熱不回收利用，其原因有:①含塵煙氣冷凝會(huì)在換熱面上形成泥和垢；②高硫煙氣腐蝕設(shè)備脫硫后煙氣溫度降低，余熱回收潛力減小。因此，目前含塵煙氣余熱利用還主要集中于中高溫?zé)煔庥酂崂?。?duì)于此類(lèi)180°C以下的低溫?zé)煔饫糜腥缦氯齻€(gè)方面問(wèn)題需要解決:①煙氣余熱深度高效、經(jīng)濟(jì)回收煙氣的深度除塵凈化煙氣的經(jīng)濟(jì)高效脫硫脫硝處理。
[0003]對(duì)燃?xì)忮仩t的煙氣尾氣，已公開(kāi)的技術(shù)主要采用間壁式換熱器將煙氣余熱傳遞給循環(huán)水、空氣或載冷劑，如CN204345685U公開(kāi)了直燃機(jī)余熱回收裝置，將燃?xì)馊紵蟮臒煔馕矚馀c螺旋散熱葉片熱交換實(shí)現(xiàn)余熱回收。CN104456610A、CN104456610A以及CN204285583U通過(guò)熱栗將煙氣余熱回收；CN104359314A采用熱交換器用高溫?zé)煔饧訜峥諝?，CN204372901U公開(kāi)了一機(jī)(煙氣加熱空氣或水的)兩用的煙氣余熱回收裝置，CN104329974A提出了煙氣余熱回收熱管式氣-水換熱器，CN102777886A、CN203980639U采用換熱器將煙氣余熱分階段地傳遞給水而實(shí)現(xiàn)煙氣余熱回收；此外，CN101398181A通過(guò)噴嘴噴淋方式將水變成水霧，實(shí)現(xiàn)水霧與煙氣直接接觸換熱而進(jìn)行余熱回收。對(duì)燃油鍋爐的煙氣尾氣，余熱回收主要采用間壁式換熱器將煙氣余熱傳遞給循環(huán)水。專(zhuān)利文獻(xiàn)CNlO 1922702A公開(kāi)了一種燃?xì)馊加湾仩t煙氣余熱回收裝置及系統(tǒng)，采用軟水加熱器將煙氣余熱回收；專(zhuān)利文獻(xiàn)CN201449169U和CN101592444A提出一種用于燃?xì)夂腿加湾仩t煙氣余熱回收的波面熱板型節(jié)能器，利用波面熱板型燃?xì)夂腿加湾仩t煙氣冷凝余熱回收節(jié)能器將余熱回收。此外，采用非金屬代替金屬材料能避免金屬腐蝕問(wèn)題，如CN201510004641公開(kāi)了玻璃管代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬管進(jìn)行換熱的方法，有效地避免了金屬材料易受煙氣腐蝕由于燃油燃?xì)馕矚夂瑝m量較少，采用間壁式換熱器實(shí)現(xiàn)煙氣和冷一側(cè)循環(huán)水或鍋爐燃燒用空氣進(jìn)行加熱的方式實(shí)現(xiàn)煙氣余熱回收。
[0004]對(duì)燃煤鍋爐煙氣尾氣，一種方案是仍然采用間壁式換熱器將煙氣余熱回收，間壁式換熱器是金屬材料或非金屬材料，如CN202532512U、CN202432505U和CN102200288A都采用金屬換熱器或換熱管的形式實(shí)現(xiàn)煙氣的余熱回收。然而，由于煤炭燃料燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵，即便經(jīng)過(guò)有效過(guò)濾后，煙氣中仍然會(huì)產(chǎn)生較多的煙塵，需要考慮煙氣降溫時(shí)產(chǎn)生冷凝水中含有煙塵，如CN104676619A公開(kāi)了一種燃?xì)忮仩t煙囪與噴淋式煙氣余熱回收組件二合一的裝置，采用噴嘴噴淋方式將冷卻水噴灑在多層耐高溫的可旋百葉式不銹鋼填料上，從而實(shí)現(xiàn)煙氣余熱回收。CN201216155824.9利用噴淋的方式將煙氣余熱回收，CN201410397374選用噴淋組件將水噴淋到大比表面積的填料上并與煙氣接觸換熱。然而，在噴淋水吸熱時(shí)，很少考慮了因水中含有煙塵而堵塞噴嘴以及外部煙塵在噴嘴附近凝結(jié)而致使噴嘴噴灑失效及長(zhǎng)期腐蝕問(wèn)題，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題發(fā)明CN 201320198802則設(shè)置了沖洗噴淋裝置，在原有噴淋設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加了定期除垢措施。在上述噴霧或沖洗噴淋裝置都需要較大功耗或噴嘴易經(jīng)常性堵塞。
[0005]此外，CN102407070A提供了一種降膜式煙氣尾氣余熱回收的裝置，能夠有效地兼顧氣體凈化，對(duì)燃油燃?xì)忮仩t尾氣余熱回收和凈化處理較好，然而在SOx和煙塵含量較高的燃煤煙氣或廢氣的余熱回收和凈化處理方面仍存在不足，此時(shí)水膜濕法吸收脫硫工藝需要較多的脫硫藥劑，同時(shí)，間壁式換熱器直接埋置在沉降池底部，當(dāng)煙塵污泥較多時(shí)必然要通過(guò)增加裝置高度來(lái)獲得沉淀緩沖所需的空間，此外，該發(fā)明的直接降膜吸收煙氣熱能的方法，會(huì)使水部分地向高溫低濕的煙氣尾氣中蒸發(fā)，致使高品位熱能回收效果差。
[0006]綜上所述，已有技術(shù)僅局限于對(duì)煙氣熱回收和脫硫脫硝的現(xiàn)有技術(shù)組合，而針對(duì)含塵量較大的煙氣尾氣余熱回收，仍需要一種兼顧高效余熱回收、煙氣深度凈化的綜合處理方案，同時(shí)需兼顧系統(tǒng)運(yùn)行低功耗性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供在燃煤鍋爐與工業(yè)等領(lǐng)域中含塵煙氣與廢氣的熱能回收與凈化的一體化系統(tǒng)及方法，以期實(shí)現(xiàn)含塵煙氣的深度除塵、高效熱回收和凈化脫硫的目標(biāo)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]—種含塵煙氣冷凝熱能回收與煙氣凈化一體化系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括加藥高位水箱、間壁式換熱器、至少一級(jí)降膜冷凝吸收器和沉降換熱器；所述的間壁式換熱器上設(shè)有系統(tǒng)煙氣入口和系統(tǒng)外循環(huán)水出口，間壁式換熱器通過(guò)煙氣管路與降膜冷凝吸收器相連；所述的沉降換熱器布置在降膜冷凝吸收器的下面；每級(jí)降膜冷凝吸收器內(nèi)沿?zé)煔饬飨蛞来尾贾脽煔夥峙淦鳌⒍鄠€(gè)降膜孔網(wǎng)、擋水板和系統(tǒng)煙氣出口，在降膜孔網(wǎng)上部布置有布水器；所述的加藥高位水箱布置在布水器的頂部；所述的沉降換熱器含有沉降模塊、外置盤(pán)管模塊、池式盤(pán)管模塊和循環(huán)水供水模塊；所述的外置盤(pán)管模塊布置在沉降模塊的下部，外置盤(pán)管模塊的外壁面上設(shè)有嵌入式螺旋盤(pán)管，在外置盤(pán)管模塊上布置有系統(tǒng)排污口和系統(tǒng)外循環(huán)水入口；間壁式換熱器的排污口以及降膜冷凝吸收器的排水口分別通過(guò)管路與所述的沉降模塊連接；循環(huán)供水模塊通過(guò)循環(huán)水栗和管路與加藥高位水箱相連。
[0010]本發(fā)明的另一技術(shù)特征在于:所述的間壁式換熱器沿著煙氣流動(dòng)方向布置，且與水平面傾斜5°?25。的夾角。
[0011 ] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述的煙氣分配器采用引流板結(jié)構(gòu)。
[0012]優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述多個(gè)降膜孔網(wǎng)中，相鄰兩個(gè)降膜孔網(wǎng)的間距范圍為0.5?10cm，降膜孔網(wǎng)上的網(wǎng)孔呈均勻的菱形結(jié)構(gòu)，菱形的兩個(gè)銳角布置在豎直方向，菱形的兩個(gè)鈍角布置在水平方向。
[0013]本發(fā)明提供的一種含塵煙氣冷凝熱能回收與煙氣凈化方法，其特征在于所述方法包括如下步驟:
[0014]I)煙氣尾氣由系統(tǒng)煙氣入口進(jìn)入間壁式換熱器并與來(lái)自沉降換熱器的外循環(huán)水進(jìn)行熱交換，煙氣溫度從100-250°C降至75?110°C后進(jìn)入降膜冷凝吸收器中，在降膜冷凝吸收器內(nèi)煙氣經(jīng)過(guò)煙氣分配器進(jìn)行重新組織氣流；
[0015]2)循環(huán)水供水模塊通過(guò)循環(huán)水栗將水送入加藥高位水箱中，在加藥高位水箱中水與脫硫藥劑充分混合后依靠重力經(jīng)管道流入布水器中，布水器將水均勻分布到多個(gè)降膜孔網(wǎng)上，在重力作用下水在降膜孔網(wǎng)上形成過(guò)冷水膜；
[0016]3)來(lái)自間壁式換熱器內(nèi)的煙氣穿入降膜孔網(wǎng)時(shí)煙氣與過(guò)冷水膜進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，并將煙氣溫度降低至45?60°C，然后較低溫度的煙氣經(jīng)由擋水板從系統(tǒng)煙氣出口排出，實(shí)現(xiàn)了煙氣與水之間的熱交換以及水對(duì)煙氣的凈化處理，過(guò)冷水膜吸收煙塵并升溫至50-90°C ;
[0017]4)外循環(huán)水從外循環(huán)水入口進(jìn)入外置盤(pán)管模塊