一種用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置，所述濕法脫硫系統具有入口煙道、出口煙道及脫硫塔，所述入口煙道與所述出口煙道具有一水平交匯段；包括：布置于所述水平交匯段的多列熱管束，每列熱管束包括多根直線均布的熱管，所述熱管的吸熱端伸入所述入口煙道，放熱端伸入所述出口煙道；每列熱管束與其相鄰的熱管束之間平行交錯布置。利用煙氣高溫段熱量加熱低溫段煙氣，不需外部熱源，提高了系統工作性能，促進了煙氣排放的擴散，縮小了工程建設投資和占地面積。與傳統的GGH系統及現有的代替GGH系統的各種換熱裝置相比，結構簡單、輕便，能夠減少相應的煙道支撐結構，并且單根熱管出現故障不會影響換熱系統的整體運行，穩定性高。
【專利說明】
一種用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置
技術領域
[0001]本發明涉及環保技術領域，特別涉及濕法煙氣脫硫技術領域，具體涉及一種用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置。
【背景技術】
[0002]隨著全球經濟的迅速發展，人們在享受其成果時也面臨著嚴峻的環境問題，由燃煤電廠及工業鍋爐產生的污染物是大氣環境污染的主要來源。
[0003]《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014-2020)》要求東部地區(遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等11省市)新建燃煤發電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值(即在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米)，中部地區(黑龍江、吉林、山西、安徽、湖北、湖南、河南、江西等8省)新建機組原則上接近或達到燃氣輪機組排放限值，鼓勵西部地區新建機組接近或達到燃氣輪機組排放限值。到2020年，東部地區現役30萬千瓦及以上公用燃煤發電機組、10萬千瓦及以上自備燃煤發電機組以及其他有條件的燃煤發電機組，改造后大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值。
[0004]燃煤電廠和工業鍋爐的煙氣中含有大量的二氧化硫，直接排放會形成酸雨，造成嚴重環境污染，二氧化硫的治理工作已引起社會各界廣泛關注。濕法脫硫是我國最主要的燃煤電站煙氣二氧化硫排放控制技術。尤其是石灰石(或石灰)一石膏濕法脫硫工藝，為目前應用較為廣泛的濕法煙氣脫硫工藝。其以石灰石(或石灰)作吸收劑洗滌煙氣中的二氧化硫生成亞硫酸鈣，再與加入的空氣進行氧化反應最后生成石膏，脫硫二氧化硫，凈化煙氣。整個反應過程均在脫硫吸收塔內完成，反應的最佳溫度一般為50°C左右。
[0005]而采取例如石灰石(或石灰)一石膏濕法脫硫工藝對煙氣進行脫硫處理以后，在我國局部地區出現了嚴重的“煙囪雨”現象，而且濕法脫硫后，煙氣溫度明顯降低，導致煙氣的抬升高度嚴重不足，煙氣污染物擴散能力受到影響。另外，我國大部分地區現役的燃煤電廠和工業鍋爐排出的煙氣一般溫度都在130?160°C，基本都超過原設計的經濟排煙溫度110°C，當排煙溫度較高時，煙塵比電阻較高，導致設置于脫硫吸收塔的煙氣入口前的靜電除塵器的除塵效率也會隨之降低，可能導致粉塵排放不達標，排放的煙氣不但出現“煙囪雨”，還有可能出現冒“白煙”的現象。
[0006]針對上述情況，業內多采用設置氣一氣換熱器(簡稱GGH)解決相關問題，設置GGH后，“石膏雨”問題可得到控制，但GGH投資及運行費用較高，且存在阻力高、腐蝕與堵塞嚴重等缺點。
[0007]中國發明專利申請(CN 103672936A)公開了一種自然循環間接式煙氣再熱器，具體公開了置于煙道內的吸熱段和第一放熱段、置于煙道外加熱冷凝水的第二放熱段以及控制系統，吸熱裝段置于脫硫塔前方的高溫煙道中，第一放熱段、第二放熱段分別通過循環管與吸熱段相連，循環管內設有傳熱介質；在進入第二放熱段的冷凝水管道上設有流量調節閥，第一放熱段和吸熱段上均設有溫度傳感器，流量調節閥、溫度傳感器均與控制系統相連。通過采用回收脫硫前煙氣的熱量來間接加熱脫硫后凈煙氣。其實質是以帶外循環的介質換熱裝置代替傳統的GGH系統，從而改善傳統的GGH系統的腐蝕、泄漏等情況，提供高系統的穩定性。然而，該專利申請的自然循環間接式煙氣再熱器，由于采取了外循環的方式，一部分的熱量通過冷凝水傳至鍋爐補給水，對于脫硫塔出口煙氣來說，其換熱效率較低。并且其結構非常復雜，增加大量的介質流通管道，增加安裝的施工量，提高維護的難度。且為了安裝該再熱器需要對煙道進行相應的調整，也就是說，在安裝段的煙道需要增大截面，這樣的結構無疑會增大阻力，影響脫硫的效果。
【發明內容】
[0008]針對上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置，利用換熱技術，通過吸收煙氣高溫段的熱量，降低進入脫硫塔的煙氣流量，降低脫硫塔建設投資，并在脫硫塔出口利用換熱器所吸收的煙氣高溫段的熱量對低溫煙氣進行加熱，提高排煙溫度，達到消除“煙囪雨”現象，提高煙氣抬升高度，促進排煙污染物擴散的目的。并且，本發明的裝置結構更加合理，占地面積小，施工便捷，投資及運行成本均比較小，其裝置阻力較小，也不容易引起腐蝕和堵塞。
[0009]為達到上述目的，本發明采用的技術方案是:
[0010]一種用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置，所述濕法脫硫系統具有入口煙道、出口煙道及脫硫塔，所述入口煙道與所述出口煙道具有一水平交匯段；
[0011]包括:布置于所述水平交匯段的多列熱管束，每列熱管束包括多根直線均布的熱管，所述熱管的吸熱端伸入所述入口煙道，放熱端伸入所述出口煙道；每列熱管束與其相鄰的熱管束之間平行交錯布置。
[0012]進一步地，所述平行交匯段的流通面積開孔率為35-50%。
[0013]進一步地，每列所述熱管束中的熱管之間的間距為熱管管徑的0.4?0.85倍。
[0014]進一步地，每列所述熱管束之間的間距為熱管管徑的0.3?0.85倍。
[0015]進一步地，所述熱管的外形為直徑為25?65_的圓管。
[0016]進一步地，所述熱管的外形選自橢圓管、方管、矩形管、扁平形管及波紋管。
[0017]進一步地，所述水平交匯段包括位于上方的出口煙道交匯段及位于下方的入口煙道交匯段，所述出口煙道交匯段的底板與所述入口煙道交匯段的頂板接近或貼合。
[0018]進一步地，還包括設置于出口煙道交匯段的頂板的上遮流板及設置于入口煙道交匯段底板的下遮流板。
[0019]進一步地，所述上遮流板及下遮流板為均蛇形板，穿梭布置于兩列相鄰的熱管束。
[0020]進一步地，所述上遮流板及下遮流板的高度為80mm?180mm。
[0021]通過采取上述技術方案，在煙氣進入脫硫塔前，通過熱管的吸熱端吸收煙氣中的熱量，降低進入脫硫塔的煙氣溫度，達到降低進入脫硫塔煙氣體積流量的目的，并降低濕法脫硫系統建設投資。經過濕法脫硫后的煙氣，在出口煙道內經過熱管的放熱端進行加熱，提高排煙溫度，達到消除“煙囪雨”現象，提高煙氣抬升高度，促進排煙污染物擴散的目的。
[0022]本發明可以通過利用煙氣高溫段自身熱量加熱低溫段煙氣，不需要外部熱源，有效提高了脫硫系統工作性能，促進了煙氣排放的擴散，縮小了工程建設投資和占地面積。與傳統的GGH系統及現有的代替GGH系統的各種換熱裝置相比，結構簡單、輕便，能夠減少相應的煙道支撐結構，并且單根熱管出現故障不會影響換熱系統的整體運行，穩定性高。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明的用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置的結構示意圖。
[0024]圖2為圖1中A-A向剖視圖。
[0025]附圖標記說明:1_入口煙道；2_脫硫塔；3_出口煙道；4_熱管。
【具體實施方式】
[0026]首先，對于熱管的工作原理進行簡單介紹。
[0027]熱管(heat pipe)技術以前被廣泛應用在宇航、軍工等行業，自從被引入散熱器制造行業，使得人們改變了傳統散熱器的設計思路，擺脫了單純依靠高風量電機來獲得更好散熱效果的單一散熱模式，采用熱管技術使得散熱器即便采用低轉速、低風量電機，同樣可以得到滿意效果，使得困擾風冷散熱的噪音問題得到良好解決，開辟了散熱行業新天地。現在常見于cpu的散熱器上。
[0028]從熱力學的角度看，為什么熱管會擁有如此良好的導熱能力呢？物體的吸熱、放熱是相對的，凡是有溫度差存在的時候，就必然出現熱從高溫處向低溫處傳遞的現象。從熱傳遞的三種方式來看(輻射、對流、傳導)，其中對流傳導最快。熱管是利用介質在熱端蒸發后在冷端冷凝的相變過程(即利用液體的蒸發潛熱和凝結潛熱)，使熱量快速傳導。一般熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成。熱管內部是被抽成負壓狀態，充入適當的液體，這種液體沸點低，容易揮發。管壁有吸液芯，其由毛細多孔材料構成。熱管一端為蒸發端，另外一端為冷凝端，當熱管一端受熱時，毛細管中的液體迅速汽化，蒸氣在熱擴散的動力下流向另外一端，并在冷端冷凝釋放出熱量，液體再沿多孔材料靠毛細作用流回蒸發端，如此循環不止，直到熱管兩端溫度相等(此時蒸汽熱擴散停止)。這種循環是快速進行的，熱量可以被源源不斷地傳導開來。
[0029]鑒于熱管產品的以上特點，本發明將該產品引入脫硫煙氣換熱系統，并通過合理的布置方式，使其發揮最佳的效用。
[0030]為使本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖作詳細說明如下。
[0031 ] 如圖1及圖2所示，本發明的用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置，所述濕法脫硫系統具有入口煙道1、出口煙道3及脫硫塔2，入口煙道I與出口煙道3具有一水平交匯段；前述的一體化換熱裝置包括:布置于所述水平交匯段的多列熱管束，每列熱管束包括多根直線均布的熱管4，所述水平交匯段包括位于上方的出口煙道交匯段及位于下方的入口煙道交匯段，所述出口煙道交匯段的底板與所述入口煙道交匯段的頂板接近或貼合。熱管4的吸熱端伸入所述入口煙道平行交匯段，放熱端伸入所述出口煙道平行交匯段。每列熱管束與其相鄰的熱管束之間平行交錯布置。
[0032]具體地，所述平行交匯段的流通面積開孔率為35-50%。確定該流通面積開孔率，首先根據入口煙氣的溫度和流量確定換熱面積，再根據該換熱面積計算得到流通阻力，再根據目標溫度進行迭代計算，對最初確定換熱面積進行反饋驗證計算，最后再根據最終計算得到的換熱面積及熱管的規格確定流通面積開孔率。
[0033]根據濕法脫硫系統的特性，每列所述熱管束中的熱管4之間的間距為熱管管徑的
0.4?0.85倍。每列所述熱管束之間的間距為熱管管徑的0.3?0.85倍。所述熱管的外形為直徑為50_的圓管。也可選用橢圓管、方管、矩形管、扁平形管及波紋管。根據流場模擬分析和實際的實驗，采用外形為圓管的熱管，阻力最小，且能夠取得最佳的換熱效率。
[0034]由于熱管4的兩端并不與出口煙道交匯段的頂板及入口煙道交匯段的底板接觸，其具有50?10mm的間隙。為了避免出現煙氣短路，從間隙逃逸的現象，在出口煙道交匯段的頂板設置上遮流板，在入口煙道交匯段底板設置下遮流板，所述上遮流板及下遮流板為均蛇形板，穿梭布置于兩列相鄰的熱管束。如圖2所示為下遮流板布置方式的一具體實例，上遮流板的布置方式與之對應，因此不再做重復的繪制與說明。所述遮流板的高度為80?180mm。需要強調的是，圖2僅用以說明下遮流板及上遮流板的布置方式，其中熱管4的數量和排列方式及下遮流板的數量和排列方式僅為示意，本發明并不限于此，實際上，熱管4的數量和布置方式需由前文的流通面積開孔率確定，而下遮流板及上遮流板根據熱管4的數量和排列方式針對性地布置。
[0035]由上述可知，本發明針對我國大規模應用的濕法脫硫系統，不借助外部熱源，利用吸收煙氣中的余熱，加熱脫硫塔后的低溫煙氣，達到提高濕法脫硫系統工作性能，降低濕法脫硫塔建設投資和場地需求，提高排煙溫度，促進煙氣污染物擴散的目的。
[0036]另外，本發明將換熱結構、進口煙道和出口煙道采取一體化布置，減少了系統占地面積，換熱結構布置在脫硫塔附近，進入脫硫塔的煙氣先經由熱管的吸熱端，通過熱管吸熱作用，降低煙氣溫度，降溫后的煙氣進入脫硫塔進行脫硫處理。脫硫塔出口的煙氣通過熱管的放熱端加熱升溫以后排出。相較于傳統的GGH系統及現有的代替GGH系統的各種換熱裝置，結構簡單、輕便，能夠減少相應的煙道支撐結構，并且單根熱管出現故障不會影響換熱系統的整體運行，穩定性高。
[0037]以一實際的濕法煙氣脫硫系統為例:30萬火電機組應用的濕法煙氣脫硫系統，其系統風量為100萬立方米，如采用傳統的GGH系統，其煙道改造費用需2000萬元，相關的煙道支撐結構需800噸，造價約500萬元；如采用如【背景技術】中發明專利申請(CN103672936A)的自然循環間接式煙氣再熱器，其煙道改造費用需2000萬元，額外增加的介質流通管道、冷凝水輸送管道等造價約500萬元，相關的煙道支撐結構需1000噸，造價約800萬元；而采用本發明的一體化換熱裝置，不僅能夠節省占地面積，且無需對煙道結構進行大幅度改造，其煙道改造費用需200萬元，相關的煙道支撐結構需500噸，造價約300萬元。由此可見，采用本發明的一體化換熱裝置能夠降低設備總重及相關改造費用。
[0038]綜上所述，本發明利用一體化換熱裝置，對進入濕法脫硫塔的煙氣進行吸熱降溫，提高了濕法脫硫塔的工作性能，降低了煙氣污染治理設施的建設投資，并利用煙氣自身熱量，加熱經過脫硫后的煙氣，提高了煙氣抬升高度，促進了煙氣中污染物的擴散。本發明不借助外部熱量，達到了節能、環保的目的。較之傳統的GGH系統和現有其他替代裝置，具有較大的進步性，適宜廣泛推廣。
[0039]以上僅為本發明的較佳實施例而已，不能以此限定本發明實施的范圍，但凡依本發明申請專利范圍及發明說明內容所作的簡單的等同變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的范圍內。另外本發明的任一實施例或權利要求所保護的范圍不須達成本發明所揭露的全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件檢索之用，并非用來限制本發明的權利保護范圍。
【主權項】
1.一種用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置，所述濕法脫硫系統具有入口煙道、出口煙道及脫硫塔，所述入口煙道與所述出口煙道具有一水平交匯段； 其特征在于，包括:布置于所述水平交匯段的多列熱管束，每列熱管束包括多根直線均布的熱管，所述熱管的吸熱端伸入所述入口煙道，放熱端伸入所述出口煙道；每列熱管束與其相鄰的熱管束之間平行交錯布置。2.如權利要求1所述的用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置，其特征在于，所述平行交匯段的流通面積開孔率為35-50%。3.如權利要求1所述的用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置，其特征在于，每列所述熱管束中的熱管之間的間距為熱管管徑的0.4?0.85倍。4.如權利要求1所述的用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置，其特征在于，每列所述熱管束之間的間距為熱管管徑的0.3?0.85倍。5.如權利要求1所述的用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置，其特征在于，所述熱管的外形為直徑為25?65mm的圓管。6.如權利要求1所述的用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置，其特征在于，所述熱管的外形選自橢圓管、方管、矩形管、扁平形管及波紋管。7.如權利要求1所述的用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置，其特征在于，所述水平交匯段包括位于上方的出口煙道交匯段及位于下方的入口煙道交匯段，所述出口煙道交匯段的底板與所述入口煙道交匯段的頂板接近或貼合。8.如權利要求7所述的用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置，其特征在于，還包括設置于出口煙道交匯段的頂板的上遮流板及設置于入口煙道交匯段底板的下遮流板。9.如權利要求8所述的用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置，其特征在于，所述上遮流板及下遮流板為均蛇形板，穿梭布置于兩列相鄰的熱管束。10.如權利要求8所述的用于濕法脫硫系統的一體化換熱裝置，其特征在于，所述上遮流板及下遮流板的高度為80mm?180mm。
【文檔編號】F23J15/00GK105889959SQ201510393952
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年7月7日
【發明人】李春雨, 杜明生, 孟磊, 趙怡凡, 肖志均
【申請人】大唐環境產業集團股份有限公司