噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置制造方法
噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置，該裝置包括：噴淋填料與儲堿塔(1)，煙氣輸送與氧化回路系統，噴淋輸送回路系統，熱能利用系統和加堿中和系統，所述噴淋填料與儲堿塔(1)，包括：噴淋填料與儲堿塔主體結構件(11)，噴淋填料與儲堿塔接口，填料(13)，除水器(14)和噴淋組件(15)。本實用新型中噴淋水通過大比表面積的填料與煙氣接觸換熱，顯著增加了氣液兩相的穩定的接觸換熱面積、接觸時間和均勻性，顯著提高了氣液換熱的性能和穩定性，從而顯著提高了煙氣余熱回收熱效率和脫硝脫硫效果。
【專利說明】噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置，特別是其是用于天然氣鍋爐的一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置。
【背景技術】
[0002]天然氣鍋爐的效率已經可以達到90%左右，但是由于天然氣的價格昂貴(大約是輕油的1.5倍、煤的5倍)，所以如何進一步提高天然氣鍋爐效率仍然非常重要，而現有的鍋爐設計技術中降低排煙熱損失是提高鍋爐效率的主要因素，所以如何回收煙氣余熱中的顯熱和潛熱是進一步提升燃氣鍋爐效率的關鍵。對于現有空塔噴霧與煙氣直接接觸式換熱的煙氣回收的裝置的換熱設備，采用將冷卻水噴成細小的霧珠，細小的霧珠在空塔(或者稱為換熱器)與煙氣直接接觸式換熱，其特點是將冷卻水噴成細小的霧珠在空塔中慢慢的落下,通常噴成霧狀的霧珠大約50μπι到Imm以下，霧珠還需要5_10秒鐘的慢速降落接觸換熱時間，霧珠過大和接觸換熱時間不足則換熱效果較差，這樣就造成如下幾個主要方面不足:(1)冷卻水噴成微細霧珠在空塔中慢速的落下，則塔內煙氣的直接接觸式換熱的流動阻力降比較大，通常有400-800Pa，有些甚至大于lOOOPa，從而造成煙氣抽風機或者鼓風機的電功耗過大；(2)冷卻水需要噴成細小的霧珠，水泵需要比較大的壓頭，因為僅噴霧通常至少需要0.1MPa的壓力差來驅動(一般為0.2-0.3MPa的噴霧效果較好)，這就造成水泵的電功耗過大；噴霧的霧珠過小則容易霧珠外帶，從而造成環境污染和煙道腐蝕等，噴霧的霧珠過大則換熱效果較差，考慮噴霧的不均勻性和負荷變化造成空塔內流場的不均勻性，通常采用較大的噴霧流量以改善上述問題，但也同時帶來了噴霧水泵功耗顯著增加的問題，以及噴霧冷卻水的出水溫度較低而造成余熱能利用效率較低的問題；空塔噴霧與煙氣直接接觸式換熱的塔內煙氣流場很不均勻，特別是負荷偏離設計較大時更為明顯，在某些情況在塔內可能出現嚴重的煙氣偏流和回流，這就造成系統余熱能利用的不穩定性和效率顯著下降等問題。對于煙氣與冷媒間壁式換熱的煙氣回收的裝置的換熱設備，采用換熱管或者熱管作為換熱元件，煙氣與冷媒(一般為水)是分隔開的(不直接接觸)，由于煙氣的對流換熱系數比較小，通常采用翅片增加換熱面積而強化換熱，而煙氣中含有大量的灰塵和腐蝕性物質以及煙氣在降溫過程有大量的冷凝水，從而造成翅片腐蝕嚴重、堵塞和結垢，不僅換熱效果差而且設備壽命比較短，為了緩解上述問題也有不采用翅片而采用光管的，但設備體積龐大而且投資顯著增加，該類結構的低溫煙氣回收的裝置的換熱設備的水阻和煙氣流阻也都很大，也就是水泵和風機的電功耗都比較大，節能效益受高電耗的影響比較明顯。
[0003]此外,天然氣燃燒后的煙氣中所含的氮氧化物和硫氧化物對大氣有污染,盡管按現有標準規范單個鍋爐的氮氧化物是達標排放，但是隨著燃氣鍋爐的數量增加，其排放到空中的氮氧化物的總量也在增加，將對特定區域的大氣質量產生一定的影響，很有可能在將來某些地域需要提高煙氣排放標準；同時，由于燃氣鍋爐煙氣中氮氧化物的含量相對較低，增加常規的脫硝設備的投資和運行費相對較高，因此需要開發低投入，低運行費用，高效率的燃氣鍋爐煙氣脫硝裝置。
[0004]中國專利201210156824.9公開了一種具有脫硝和集水功能的燃氣鍋爐(直燃機)煙氣余熱回收裝置，該實用新型專利技術可在回收煙氣余熱的同時也能去除煙氣的部分氮氧化物，但是由于該裝置采用在余熱回收裝置內煙氣先經板式換熱器間壁換熱再經噴淋或者噴霧吸收煙氣中氮氧化物然后再與熱泵蒸發器間壁換熱的“一級換熱+吸收+ 二級換熱”方式，這樣一方面煙氣在噴淋或者噴霧吸收氮氧化物的過程后的溫度顯著降低，造成煙氣的部分余熱未被利用而被浪費，而且空塔的噴淋或者噴霧吸收氮氧化物和硫氧化物的效果較差造成煙氣中的大量的酸性物質進入后續的熱泵蒸發器可能使熱泵蒸發器出現比較嚴重的腐蝕等問題。
[0005]中國專利200910238452.2提出了一種熱泵型燃氣鍋爐余熱回收機組，采用兩級煙氣-循環水間壁換熱器(煙氣-水換熱器和煙氣冷凝換熱器)，如果采用翅片管換熱器則容易造成翅片腐蝕嚴重、堵塞和結垢，如果采用光管換熱器則設備龐大而且投資顯著增加，無論是采用翅片管還是光管的換熱器，其水阻和煙氣流阻也都很大，水泵和風機的電功耗都比較大。
[0006]中國專利201110282736.4公開了一種燃氣鍋爐煙氣余熱全熱回收裝置，該實用新型專利技術可在回收煙氣余熱的同時可去除煙氣中部分氮氧化物，主要是二氧化氮，但是難以去除煙氣中含量較大的一氧化氮；此外設置的混合降溫器明顯增加了系統的傳熱能力的損失，也明顯降低了余熱利用效率。
[0007]中國專利201110110470.X公開的利用吸收式熱泵回收煙氣余熱的集中供熱系統、中國專利200720186994.6公開的一種接觸式的煙氣余熱回收裝置和中國專利20111046805.6公開的一種接觸式低溫煙氣余熱深度回收利用系統，都是空塔噴霧直接接觸式換熱器，需要將噴淋水噴成100 μ m到Imm以下微細霧珠，微細霧珠再在空塔中漂浮慢速下落過程中和煙氣直接接觸換熱，噴霧水和煙氣的流動阻力都比較大，而且為了達到好的換熱效果還需要較大的噴霧水流量，因而水泵和煙氣輸送風機的電功率都比較大，同時由于煙氣在空塔中噴霧接觸換熱很容易出現比較嚴重的偏流，煙氣在空塔中的分布很不均勻，甚至可能出現大的渦流區，也嚴重影響了換熱效果甚至還影響系統工作的穩定性。此夕卜，由于煙氣中的氮氧化物主要為難溶于水的NO，余熱回收系統的脫硝效果比較差。
[0008]綜上所述，現有技術中至少存在以下問題:現有的余熱回收裝置的噴霧/噴淋水泵和煙氣驅送風機的電功率都比較大，對余熱回收的節能效果影響比較明顯，同時煙氣的脫硝效果也比較差。
實用新型內容
[0009]本實用新型提供一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置，即可以獲得優良的煙氣余熱回收效率和節能效益，同時還可以獲得優良的脫硝脫硫效果，以解決現有的低溫煙氣余熱回收換熱效率低和脫硝脫硫效果差等問題。
[0010]為此，本實用新型提出一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置，所述噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置包括:噴淋填料與儲堿塔1，煙氣輸送與氧化回路系統，噴淋輸送回路系統，熱能利用系統和加堿中和系統；
[0011 ] 所述噴淋填料與儲堿塔I，包括:噴淋填料與儲堿塔主體結構件11，噴淋填料與儲堿塔接口，填料13，除水器14和噴淋組件15，其中，噴淋填料與儲堿塔主體結構件11為塔式結構，是由噴淋填料塔外殼體111和噴淋填料塔外殼體111內從下至上設置的噴淋填料塔中間隔板112、填料支撐板113和除水器支撐板114等組成，所述噴淋填料塔中間隔板112將噴淋填料塔外殼體111內腔分隔開為下部堿液儲存空間JY和上部煙氣噴淋換熱空間YQ，噴淋填料塔中間隔板112承接上部煙氣噴淋換熱空間YQ的噴淋換熱的噴淋水16，堿液17存儲在下部堿液儲存空間JY中，噴淋水上液面161高于噴淋填料塔中間隔板112，堿液上液面171低于噴淋填料塔中間隔板112，在噴淋填料塔外殼體111上設置了噴淋填料與儲堿塔接口，噴淋填料與儲堿塔接口包括煙氣入口 121，煙氣出口 122，噴淋循環水出口 123，噴淋循環水入口 124，堿液出口 125，人孔，堿投入口 127，噴淋水溢流口 128和上下連通組合接管129，在填料支撐板113上放置有填料13以實現噴淋水與煙氣的接觸換熱以及酸性物質的吸收，在除水器支撐板114放置有除水器4以實現出塔煙氣中微小水珠的收集，所述下部堿液儲存空間JY和所述上部煙氣噴淋換熱空間YQ通過所述上下連通組合接管129連通以實現下部堿液儲存空間JY的灌水和壓力平衡等功能，也就是，所述噴淋填料與儲堿塔I的主要功用為實現噴淋水與煙氣在填料中接觸換熱回收煙氣余熱、加入噴淋水中的堿液在填料中吸收煙氣中的酸性物質，以及儲存堿液的功能；
[0012]所述煙氣輸送與氧化回路系統，是連接煙囪60與所述噴淋填料與儲堿塔I的管路和相關設備，包括:輸送風機21,煙氣入噴淋填料與儲堿塔的管道22,煙氣出噴淋填料與儲堿塔的管道23，氧化劑分配混合器24和氧化劑生成系統25，其主要功用為連接煙? 60與噴淋填料與儲堿塔I，將煙氣輸送到噴淋填料與儲堿塔I中，同時煙氣輸送與氧化回路系統實現在煙氣中加入氧化劑并將氧化劑與煙氣混合以將煙氣中的低價氮氧化物氧化為高價的氮氧化物；
[0013]所述噴淋輸送回路系統，是連接噴淋填料與儲堿塔I與熱能利用系統的管路和相關設備，包括:噴淋水泵31，噴淋抽出管路32，噴淋水泵出口接管33，噴淋入口管路34，多余冷凝水排出管路35，所述噴淋輸送回路系統，其主要功用為將噴淋填料與儲堿塔I中儲存的噴淋水，輸送至熱能利用系統后降溫，而后再輸送回噴淋填料與儲堿塔I中的噴淋組件15中，噴淋水再經噴淋組件15噴灑在填料13上，噴淋水在填料中與煙氣接觸換熱，煙氣溫度降低而噴淋水吸收煙氣的顯熱和潛熱后升溫，同時噴淋水還吸收了煙氣中的酸性物質(氮氧化物和硫氧化物)并被噴淋水中的堿性物質中和，升溫和吸收酸性物質的噴淋水在重力的作用下落入噴淋填料與儲堿塔I中的儲水箱中，實現一個噴淋水降溫升溫的循環過程，而由于噴淋水在吸收煙氣中的潛熱而使得噴淋水不斷增加，需要根據冷凝量和噴淋水水位將噴淋水經多余冷凝水排出管路35或者噴淋水溢流口 128排出多余的噴淋水(冷凝水)以達到噴淋水的平衡和穩定；
[0014]所述熱能利用系統,包括熱能利用設備40，熱能利用進水管路41和熱能利用出水管路42，其主要功用為將從噴淋填料與儲堿塔I中抽出的高溫噴淋水降溫以將噴淋水吸收的煙氣余熱能利用，所述熱能利用設備40為熱泵或者換熱器；
[0015]所述加堿中和系統，是連接噴淋填料與儲堿塔I的堿液出口 125與噴淋輸送回路系統的管路和相關設備，所述加堿中和系統包括:加堿泵51,加堿管路52和加堿中和測量控制系統(實施例中未標出加堿中和測量控制系統)，其主要功用為根據噴淋水的酸堿度(PH值)自動加入適量的堿液17以保持噴淋水為適度的堿性，防止噴淋水吸收煙氣中酸性物質成酸性水而腐蝕系統設備，以及使煙氣脫硫脫硝后煙氣中噴淋冷卻的冷凝水達到排放標準。
[0016]進一步地，本實施例選用波紋填料，波紋填料比表面積選用100-500m2/m3，填料層的煙氣壓差一般在100-200Pa左右。具體的，選用比表面積250m2/m3不銹鋼波紋填料，波紋填料高度1.5m，實驗測得填料中煙氣流動壓力降大約150Pa。
[0017]進一步地，本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔選用耐腐蝕性高的不銹鋼或者塑料波紋填料。
[0018]進一步地，本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔的煙氣入口 121的煙氣溫度90度左右，煙氣經填料13與噴淋水換熱后經由噴淋填料塔外殼體111上部的煙氣出口 122排出的煙氣溫度為30度左右，同時，煙氣中SOx (例如為二氧化硫)和NOx (例如為一氧化氮)在經氧化劑氧化和在填料中充分與含有中和酸性物質的堿性物質反應和吸收，煙氣中顆粒性灰塵也被噴淋水吸收。進而，煙氣出口 122排出的煙氣可以達到優良的排放標準。
[0019]相對于噴霧直接接觸換熱技術而言，在噴淋水與煙氣接觸換熱以及酸性物質的吸收的過程中，填料是提供一個穩定的巨大的接觸面積，噴淋水較為均勻噴灑在填料上，在重力和表面張力的作用下，噴淋水在向下流淌的同時在填料表面均勻鋪散在填料表面上，煙氣在填料中逆流流過，煙氣與填料表面換熱的同時煙氣中酸性物質被噴淋水和噴淋水中堿性物質吸收和中和，不僅換熱和吸收效果好而且流動阻力小。因而相對于現有技術，本實用新型的換熱和脫硫脫硝的效果明顯增強，煙氣流動阻力也明顯降低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的實施例的一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置的工作原理圖。
[0021]圖2為本實用新型實施例的噴淋填料與儲堿塔的結構示意圖。
[0022]附圖標號說明:
[0023]I一噴淋填料與儲堿塔，11一噴淋填料與儲堿塔主體結構件，111一噴淋填料與儲堿塔外殼體，112一噴淋填料與儲堿塔中間隔板，113一填料支撐板，114一除水器支撐板，，121—煙氣入口，122—煙氣出口，123—噴淋循環水出口，124—噴淋循環水入口，125—堿液出口，，1261—下人孔，1262—中人孔，1263—上人孔，127—堿投入口，128—噴淋水溢流口，129—上下連通組合接管，13—填料，14 一除水器，15—噴淋組件，16—噴淋水，161—噴淋水上液面，17一堿液，171一堿液上液面，
[0024]21一輸送風機,22一煙氣入噴淋填料與儲堿塔的管道,23一煙氣出噴淋填料與儲堿塔的管道，24—氧化劑分配混合器，25—氧化劑生成系統，
[0025], 31一噴淋水栗，32一噴淋抽出管路，33一噴淋水栗出口接管，34一噴淋入口管路，35—多余冷凝水排出管路，
[0026]40一熱能利用設備(熱泵或者換熱器)，41 一熱能利用進水管路，42—熱能利用出水管路，
[0027]51—加堿泵，52—加堿管路，
[0028]60—煙囪，
[0029]JY—堿液儲存空間，YQ—上部煙氣噴淋換熱空間。
【具體實施方式】
[0030]為了對本實用新型的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照【專利附圖】
【附圖說明】本實用新型。
[0031]圖1為本實用新型的實施例的一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置的工作原理圖。圖2為本實用新型實施例的噴淋填料與儲堿塔的結構示意圖。
[0032]如圖1和圖2所示，本實用新型的一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置，包括:噴淋填料與儲堿塔1，煙氣輸送與氧化回路系統，噴淋輸送回路系統，熱能利用系統和加喊中和系統；
[0033]所述噴淋填料與儲堿塔I，包括:噴淋填料與儲堿塔主體結構件11，噴淋填料與儲堿塔接口，填料13，除水器14和噴淋組件15，其中，噴淋填料與儲堿塔主體結構件11為塔式結構，是由噴淋填料塔外殼體111和噴淋填料塔外殼體111內從下至上設置的噴淋填料塔中間隔板112、填料支撐板113和除水器支撐板114等組成，所述噴淋填料塔中間隔板112將噴淋填料塔外殼體111內腔分隔開為下部堿液儲存空間JY和上部煙氣噴淋換熱空間YQ，噴淋填料塔中間隔板112承接上部煙氣噴淋換熱空間YQ的噴淋換熱的噴淋水，在噴淋填料塔外殼體111上設置了噴淋填料與儲堿塔接口，噴淋填料與儲堿塔接口包括煙氣入口 121，煙氣出口 122，噴淋循環水出口 123，噴淋循環水入口 124，堿液出口 125，人孔，堿投入口 127，噴淋水溢流口 128和上下連通組合接管129，在填料支撐板113上放置有填料13以實現噴淋水與煙氣的接觸換熱以及酸性物質的吸收，在除水器支撐板114放置有除水器4以實現出塔煙氣中微小水珠的收集，所述下部堿液儲存空間JY和所述上部煙氣噴淋換熱空間YQ通過所述上下連通組合接管129連通以實現下部堿液儲存空間JY的灌水和壓力平衡等功能，也就是，所述噴淋填料與儲堿塔I的主要功用為實現噴淋水與煙氣在填料中接觸換熱回收煙氣余熱、加入噴淋水中的堿液在填料中吸收煙氣中的酸性物質，以及儲存堿液的功能；
[0034]所述噴淋填料與儲堿塔I中填料噴淋接觸換熱以及酸性物質的吸收的工作原理是:來自煙?的煙氣經煙氣入口 121而進入噴淋填料塔外殼體111內的上部煙氣噴淋換熱空間YQ，煙氣流經填料13與經噴淋組件2流出的噴淋水在填料中換熱，煙氣在溫度降低的同時煙氣中大量冷凝水被冷凝并放出大量的冷凝熱，噴淋水在吸收煙氣的顯熱和潛熱后噴淋水的溫度升高，同時由于噴淋水中含有一定濃度的堿性物質(PH>7)，噴淋水吸收煙氣中的S02和N02并轉化為中性鹽，升溫的噴淋水落入上部煙氣噴淋換熱空間YQ底部的噴淋水儲存水箱，然后經設置在底部的噴淋循環水出口 123抽出至余熱利用設備(如熱泵、換熱器)利用，經與余熱利用設備換熱后的噴淋水的溫度降低并輸送至噴淋循環水入口 124再經噴淋組件2噴灑，如此循環。在此過程中既獲得了低溫煙氣余熱達到節能的目的，還同時顯著減少SOx和NOx (氮氧化物和硫的氧化物)的排放以及煙氣中顆粒物的排放，獲得顯著的減少污染物的排放的環保效果。相對于噴霧直接接觸換熱技術而言，在噴淋水與煙氣接觸換熱以及酸性物質的吸收的過程中，填料是提供一個穩定的巨大的接觸面積，噴淋水較為均勻噴灑在填料上，在重力和表面張力的作用下，噴淋水在向下流淌的同時在填料表面均勻鋪散在填料表面上，煙氣在填料中逆流流過，煙氣與填料表面換熱的同時煙氣中酸性物質被噴淋水和噴淋水中堿性物質吸收和中和，不僅換熱和吸收效果好而且流動阻力小。因而相對于現有技術，本實用新型的換熱和脫硫脫硝的效果明顯增強，煙氣流動阻力也明顯降低。
[0035]所述煙氣輸送與氧化回路系統，是連接煙囪60與所述噴淋填料與儲堿塔I的管路和相關設備，包括:輸送風機21,煙氣入噴淋填料與儲堿塔的管道22,煙氣出噴淋填料與儲堿塔的管道23，氧化劑分配混合器24和氧化劑生成系統25，其主要功用為連接煙? 60與噴淋填料與儲堿塔I，將煙氣輸送到噴淋填料與儲堿塔I中，同時煙氣輸送與氧化回路系統實現在煙氣中加入氧化劑并將氧化劑與煙氣混合以將煙氣中的低價氮氧化物氧化為高價的氮氧化物；
[0036]所述噴淋輸送回路系統，是連接噴淋填料與儲堿塔I與熱能利用系統的管路和相關設備，包括:噴淋水泵31，噴淋抽出管路32，噴淋水泵出口接管33，噴淋入口管路34，多余冷凝水排出管路35，所述噴淋輸送回路系統，其主要功用為將噴淋填料與儲堿塔I中儲存的噴淋水，輸送至熱能利用系統后降溫，而后再輸送回噴淋填料與儲堿塔I中的噴淋組件15中，噴淋水再經噴淋組件15噴灑在填料13上，噴淋水在填料中與煙氣接觸換熱，煙氣溫度降低而噴淋水吸收煙氣的顯熱和潛熱后升溫，同時噴淋水還吸收了煙氣中的酸性物質(氮氧化物和硫的氧化物)并被噴淋水中的堿性物質中和，升溫和吸收酸性物質的噴淋水在重力的作用下落入噴淋填料與儲堿塔I中的儲水箱中，實現一個噴淋水降溫升溫的循環過程，而由于噴淋水在吸收煙氣中的潛熱而使得噴淋水不斷增加，需要根據冷凝量和噴淋水水位將噴淋水經多余冷凝水排出管路35或者噴淋水溢流口 128排出多余的噴淋水(冷凝水)以達到噴淋水的平衡和穩定；
[0037]所述熱能利用系統，包括熱能利用設備40，熱能利用進水管路41和熱能利用出水管路42，其主要功用為將從噴淋填料與儲堿塔I中抽出的高溫噴淋水降溫以將噴淋水吸收的煙氣余熱能利用，所述熱能利用設備40為熱泵或者換熱器；
[0038]所述加堿中和系統，是連接噴淋填料與儲堿塔I的堿液出口 125與噴淋輸送回路系統的管路和相關設備，所述加堿中和系統包括:加堿泵51,加堿管路52和加堿中和測量控制系統(實施例中未標出加堿中和測量控制系統)，其主要功用為根據噴淋水的酸堿度(PH值)自動加入適量的堿液17以保持噴淋水為適度的堿性，防止噴淋水吸收煙氣中酸性物質成酸性水而腐蝕系統設備，以及使煙氣脫硫脫硝后煙氣中噴淋冷卻的冷凝水達到排放標準。
[0039]進一步地,本實施例選用波紋填料,波紋填料比表面積選用100-500m2/m3,填料層的煙氣壓差一般在100-200Pa左右。具體的，選用比表面積250m2/m3不銹鋼波紋填料，波紋填料高度1.5m，實驗測得填料中煙氣流動壓力降大約150Pa。本實施例的填料是作為煙氣的換熱表面，噴淋水只要均勻噴灑在填料中以維持填料表面的溫度即可獲得優良的穩定的換熱效果，煙氣與填料表面的接觸面積比較大，在獲得優良的換熱效果的同時，煙氣在填料中的流動阻力較小，煙氣中的酸性物質也比較容易被填料表面的噴淋水膜所吸收。而對于空塔噴霧與煙氣直接接觸式換熱，煙氣是與漂浮在煙氣中微小霧珠的表面進行接觸換熱，要達到相同的接觸換熱面積和換熱效果，噴霧直徑大約在50微米，噴霧的微小霧珠在空塔中還至少停留5秒鐘，則此情況的煙氣壓差在400-600Pa，而將水噴成大約50微米的霧珠至少需要消耗0.2MPa的噴霧水泵壓頭，而且噴霧空塔需要的水泵的流量相對與噴淋填料塔的要增加30-50%。而本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔，由于設置了比表面積較大的填料，噴淋水通常只要在毫米級甚至更大的水柱(不是水珠)即可，噴淋水甚至還可以在填料中流淌過程中自動散開，只要噴淋水能夠相對均勻地噴灑在填料上，煙氣與填料表面的接觸面積較大而穩定，因而其換熱和吸收酸性物質的效果就優良而穩定。一方面，由于本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔達到同樣的換熱效果可以采用更小的噴淋流量，則與煙氣換熱后的噴淋水的溫升可以提高5-20度，從而可以明顯提高余熱利用設備如熱泵的工作性能和工作范圍；另一方面，由于本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔的輸送噴淋水的水泵的流量和壓頭都明顯減少，風機的壓頭也降低顯著，因而本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔的輸送風機和水泵的電功率，與空塔噴霧與煙氣直接接觸式換熱方式相比較，可節省風機和水泵的電功率30-50 %甚至等多，節能效果明顯。
[0040]進一步地，本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔選用波紋填料，無論余熱回收熱負荷如何變化煙氣在波紋填料中的流動阻力都比較均衡，不會出現空塔噴霧直接接觸式換熱技術的煙氣在塔中的偏流和回流的問題，而且填料表面積穩定可靠也就是換熱性能穩定可靠，因而余熱利用的穩定性和余熱利用的效率都相對明顯提高。而空塔噴霧直接接觸式換熱技術不僅在塔中可能存在偏流和回流，特別是熱回收負荷偏離設計較大時尤其突出，而且其噴霧效果顯著影響換熱效果和熱回收效率，因為空塔噴霧直接接觸式換熱是噴霧的微小霧珠的表面積提供了接觸換熱的換熱表面積，而噴霧效果在長期運行過程中不可避免會出現波動，或者部分噴霧設備在長期運行過程很有可能堵塞甚至損壞等而使得噴霧效果變差，因而空塔噴霧直接接觸式換熱技術就相對本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔的余熱回收性能不夠穩定和熱效率波動等問題。本實施例基本消除了空塔的煙氣流動的偏流和渦流的影響，避免了由此引起的塔體振動，從而增加塔的使用壽命，增強塔的安全可靠性。
[0041]進一步地，本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔選用耐腐蝕性高的不銹鋼或者塑料波紋填料，而且通過設置自動加堿中和的方法可以保證噴淋水的酸堿度，因而可以消除系統腐蝕、堵塞和結垢的問題，設備的可靠性高，壽命長。
[0042]進一步地，本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔的煙氣入口 121的煙氣溫度90度左右，煙氣經填料13與噴淋水換熱后經由噴淋填料塔外殼體111上部的煙氣出口 122排出的煙氣溫度為30度左右，同時，煙氣中SOx和NOx在經氧化劑氧化和在填料中充分與含有中和酸性物質的堿性物質反應和吸收，煙氣中顆粒性灰塵也被噴淋水吸收，煙氣出口 122排出的煙氣可以達到優良的排放標準。本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔，一方面吸收低溫煙氣的余熱(顯熱和潛熱)同時回收冷凝水而獲得優良的節能效果，另一方面還可以兼顧脫硝脫硫除塵和自動加堿工藝，具有更優良的環保效益。
[0043]進一步地，為了減少余熱利用系統的散熱損失，對煙氣余熱回收的噴淋填料塔以及輸送管線等進行保溫，即煙氣余熱回收的噴淋填料塔以及輸送管線外設有保溫層。為了圖例簡明，實施例圖中未標出保溫。
[0044]綜上所述，本實用新型的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔，具有如下優點:
[0045](I)本實用新型的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔，噴淋水通過大比表面積的填料與煙氣接觸換熱，顯著增加了氣液兩相的穩定的接觸換熱面積和接觸時間，顯著提高了氣液換熱的效率和穩定性，明顯降低了煙氣流動阻力，也明顯減少了噴淋水的壓力的噴淋水流量，基本消除了噴霧空塔接觸換熱技術的煙氣流動的偏流和渦流的影響，又避免了由此引起的塔體振動，從而增加了塔的使用壽命和安全可靠性，還可提高換熱冷凝水的溫度5-20°C，從而一方面可明顯降低輸送煙氣的風機和輸送噴淋水的水泵的電功率，通常可節省風機和水泵的電功率30-50%甚至等多，另一方面還可提高提余熱利用設備如熱泵的工作性能和工作范圍，獲得更優良的節能效益。
[0046](2)本實用新型還通過設置氧化劑生成系統和氧化劑分配混合器，在煙氣進口管道上向煙氣中加入氧化劑，以及在煙氣余熱回收的噴淋填料塔中設置堿液儲存空間和向噴淋水中自動加堿中和煙氣中的酸性物質，填料塔中的大比表面積的填料還提供了酸性物質的反應和吸收的面積和時間，因而一方面經本技術處理的煙氣和冷凝水的排放更環保，煙氣中酸性物質幾乎可以達到零排放，而且脫硝設備的投資和運行費相對較低，另一方面也可以避免設備的腐蝕、結垢、堵塞等，在延長設備的可靠性和壽命的同時，也減少了檢修維修的成本，而且還明顯提高了設備的長期運行的余熱利用效率。
[0047]以上所述僅為本實用新型示意性的【具體實施方式】，并非用以限定本實用新型的范圍。為本實用新型的各組成部分在不沖突的條件下可以相互組合，任何本領域的技術人員，在不脫離本實用新型的構思和原則的前提下所做出的等同變化與修改，均應屬于本實用新型保護的范圍。
【權利要求】
1.一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置，其特征在于，所述噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置包括:噴淋填料與儲堿塔(I)，煙氣輸送與氧化回路系統，噴淋輸送回路系統，熱能利用系統和加堿中和系統； 所述噴淋填料與儲堿塔(1)，包括:噴淋填料與儲堿塔主體結構件(11)，噴淋填料與儲堿塔接口，填料(13)，除水器(14)和噴淋組件(15)，其中，噴淋填料與儲堿塔主體結構件(11)為塔式結構，是由噴淋填料塔外殼體(111)和噴淋填料塔外殼體(111)內從下至上設置的噴淋填料塔中間隔板(112)、填料支撐板(113)和除水器支撐板(114)組成，所述噴淋填料塔中間隔板(112)將噴淋填料塔外殼體(111)內腔分隔開為下部堿液儲存空間(JY)和上部煙氣噴淋換熱空間(YQ)，在噴淋填料塔外殼體(111)上設置了噴淋填料與儲堿塔接口，噴淋填料與儲堿塔接口包括煙氣入口(121)，煙氣出口(122)，噴淋循環水出口(123)，噴淋循環水入口(124)，堿液出口(125)，人孔，堿投入口(127)，噴淋水溢流口(128)和上下連通組合接管(129)，在填料支撐板(113)上放置有填料(13)，在除水器支撐板(114)放置有除水器，所述下部堿液儲存空間(JY)和所述上部煙氣噴淋換熱空間(YQ)通過所述上下連通組合接管(129)連通； 所述煙氣輸送與氧化回路系統，連接煙? (60)與所述噴淋填料與儲堿塔(1)，所述煙氣輸送與氧化回路系統，包括:輸送風機(21)，煙氣入噴淋填料與儲堿塔的管道(22)，煙氣出噴淋填料與儲堿塔的管道(23)，氧化劑分配混合器(24和氧化劑生成系統(25)； 所述噴淋輸送回路系統，連接噴淋填料與儲堿塔(I)與熱能利用系統，所述噴淋輸送回路系統包括:噴淋水泵(31)，噴淋抽出管路(32)，噴淋水泵出口接管(33)，噴淋入口管路(34)和多余冷凝水排出管路(35)； 所述熱能利用系統，包括熱能利用設備(40)，熱能利用進水管路(41)和熱能利用出水管路(42)，所述熱能利用設備(40)為熱泵或者換熱器； 所述加堿中和系統，連接噴淋填料與儲堿塔(I)的堿液出口(125)與噴淋輸送回路系統，所述加堿中和系統包括:加堿泵(51),加堿管路(52)和加堿中和測量控制系統。
2.如權利要求1所述的噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置，其特征在于，填料選用不銹鋼波紋填料，所述波紋填料高度為1.5m。
【文檔編號】B01D53/60GK203990294SQ201420456036
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月13日 優先權日:2014年8月13日
【發明者】謝正和, 孟繼安, 朱迎春, 王正興, 賈向東, 隋曉峰, 趙巖 申請人:北京源深節能技術有限責任公司
【專利摘要】本實用新型提供了一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置，該裝置包括：噴淋填料與儲堿塔(1)，煙氣輸送與氧化回路系統，噴淋輸送回路系統，熱能利用系統和加堿中和系統，所述噴淋填料與儲堿塔(1)，包括：噴淋填料與儲堿塔主體結構件(11)，噴淋填料與儲堿塔接口，填料(13)，除水器(14)和噴淋組件(15)。本實用新型中噴淋水通過大比表面積的填料與煙氣接觸換熱，顯著增加了氣液兩相的穩定的接觸換熱面積、接觸時間和均勻性，顯著提高了氣液換熱的性能和穩定性，從而顯著提高了煙氣余熱回收熱效率和脫硝脫硫效果。
【專利說明】噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置，特別是其是用于天然氣鍋爐的一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置。
【背景技術】
[0002]天然氣鍋爐的效率已經可以達到90%左右，但是由于天然氣的價格昂貴(大約是輕油的1.5倍、煤的5倍)，所以如何進一步提高天然氣鍋爐效率仍然非常重要，而現有的鍋爐設計技術中降低排煙熱損失是提高鍋爐效率的主要因素，所以如何回收煙氣余熱中的顯熱和潛熱是進一步提升燃氣鍋爐效率的關鍵。對于現有空塔噴霧與煙氣直接接觸式換熱的煙氣回收的裝置的換熱設備，采用將冷卻水噴成細小的霧珠，細小的霧珠在空塔(或者稱為換熱器)與煙氣直接接觸式換熱，其特點是將冷卻水噴成細小的霧珠在空塔中慢慢的落下,通常噴成霧狀的霧珠大約50μπι到Imm以下，霧珠還需要5_10秒鐘的慢速降落接觸換熱時間，霧珠過大和接觸換熱時間不足則換熱效果較差，這樣就造成如下幾個主要方面不足:(1)冷卻水噴成微細霧珠在空塔中慢速的落下，則塔內煙氣的直接接觸式換熱的流動阻力降比較大，通常有400-800Pa，有些甚至大于lOOOPa，從而造成煙氣抽風機或者鼓風機的電功耗過大；(2)冷卻水需要噴成細小的霧珠，水泵需要比較大的壓頭，因為僅噴霧通常至少需要0.1MPa的壓力差來驅動(一般為0.2-0.3MPa的噴霧效果較好)，這就造成水泵的電功耗過大；噴霧的霧珠過小則容易霧珠外帶，從而造成環境污染和煙道腐蝕等，噴霧的霧珠過大則換熱效果較差，考慮噴霧的不均勻性和負荷變化造成空塔內流場的不均勻性，通常采用較大的噴霧流量以改善上述問題，但也同時帶來了噴霧水泵功耗顯著增加的問題，以及噴霧冷卻水的出水溫度較低而造成余熱能利用效率較低的問題；空塔噴霧與煙氣直接接觸式換熱的塔內煙氣流場很不均勻，特別是負荷偏離設計較大時更為明顯，在某些情況在塔內可能出現嚴重的煙氣偏流和回流，這就造成系統余熱能利用的不穩定性和效率顯著下降等問題。對于煙氣與冷媒間壁式換熱的煙氣回收的裝置的換熱設備，采用換熱管或者熱管作為換熱元件，煙氣與冷媒(一般為水)是分隔開的(不直接接觸)，由于煙氣的對流換熱系數比較小，通常采用翅片增加換熱面積而強化換熱，而煙氣中含有大量的灰塵和腐蝕性物質以及煙氣在降溫過程有大量的冷凝水，從而造成翅片腐蝕嚴重、堵塞和結垢，不僅換熱效果差而且設備壽命比較短，為了緩解上述問題也有不采用翅片而采用光管的，但設備體積龐大而且投資顯著增加，該類結構的低溫煙氣回收的裝置的換熱設備的水阻和煙氣流阻也都很大，也就是水泵和風機的電功耗都比較大，節能效益受高電耗的影響比較明顯。
[0003]此外,天然氣燃燒后的煙氣中所含的氮氧化物和硫氧化物對大氣有污染,盡管按現有標準規范單個鍋爐的氮氧化物是達標排放，但是隨著燃氣鍋爐的數量增加，其排放到空中的氮氧化物的總量也在增加，將對特定區域的大氣質量產生一定的影響，很有可能在將來某些地域需要提高煙氣排放標準；同時，由于燃氣鍋爐煙氣中氮氧化物的含量相對較低，增加常規的脫硝設備的投資和運行費相對較高，因此需要開發低投入，低運行費用，高效率的燃氣鍋爐煙氣脫硝裝置。
[0004]中國專利201210156824.9公開了一種具有脫硝和集水功能的燃氣鍋爐(直燃機)煙氣余熱回收裝置，該實用新型專利技術可在回收煙氣余熱的同時也能去除煙氣的部分氮氧化物，但是由于該裝置采用在余熱回收裝置內煙氣先經板式換熱器間壁換熱再經噴淋或者噴霧吸收煙氣中氮氧化物然后再與熱泵蒸發器間壁換熱的“一級換熱+吸收+ 二級換熱”方式，這樣一方面煙氣在噴淋或者噴霧吸收氮氧化物的過程后的溫度顯著降低，造成煙氣的部分余熱未被利用而被浪費，而且空塔的噴淋或者噴霧吸收氮氧化物和硫氧化物的效果較差造成煙氣中的大量的酸性物質進入后續的熱泵蒸發器可能使熱泵蒸發器出現比較嚴重的腐蝕等問題。
[0005]中國專利200910238452.2提出了一種熱泵型燃氣鍋爐余熱回收機組，采用兩級煙氣-循環水間壁換熱器(煙氣-水換熱器和煙氣冷凝換熱器)，如果采用翅片管換熱器則容易造成翅片腐蝕嚴重、堵塞和結垢，如果采用光管換熱器則設備龐大而且投資顯著增加，無論是采用翅片管還是光管的換熱器，其水阻和煙氣流阻也都很大，水泵和風機的電功耗都比較大。
[0006]中國專利201110282736.4公開了一種燃氣鍋爐煙氣余熱全熱回收裝置，該實用新型專利技術可在回收煙氣余熱的同時可去除煙氣中部分氮氧化物，主要是二氧化氮，但是難以去除煙氣中含量較大的一氧化氮；此外設置的混合降溫器明顯增加了系統的傳熱能力的損失，也明顯降低了余熱利用效率。
[0007]中國專利201110110470.X公開的利用吸收式熱泵回收煙氣余熱的集中供熱系統、中國專利200720186994.6公開的一種接觸式的煙氣余熱回收裝置和中國專利20111046805.6公開的一種接觸式低溫煙氣余熱深度回收利用系統，都是空塔噴霧直接接觸式換熱器，需要將噴淋水噴成100 μ m到Imm以下微細霧珠，微細霧珠再在空塔中漂浮慢速下落過程中和煙氣直接接觸換熱，噴霧水和煙氣的流動阻力都比較大，而且為了達到好的換熱效果還需要較大的噴霧水流量，因而水泵和煙氣輸送風機的電功率都比較大，同時由于煙氣在空塔中噴霧接觸換熱很容易出現比較嚴重的偏流，煙氣在空塔中的分布很不均勻，甚至可能出現大的渦流區，也嚴重影響了換熱效果甚至還影響系統工作的穩定性。此夕卜，由于煙氣中的氮氧化物主要為難溶于水的NO，余熱回收系統的脫硝效果比較差。
[0008]綜上所述，現有技術中至少存在以下問題:現有的余熱回收裝置的噴霧/噴淋水泵和煙氣驅送風機的電功率都比較大，對余熱回收的節能效果影響比較明顯，同時煙氣的脫硝效果也比較差。
實用新型內容
[0009]本實用新型提供一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置，即可以獲得優良的煙氣余熱回收效率和節能效益，同時還可以獲得優良的脫硝脫硫效果，以解決現有的低溫煙氣余熱回收換熱效率低和脫硝脫硫效果差等問題。
[0010]為此，本實用新型提出一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置，所述噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置包括:噴淋填料與儲堿塔1，煙氣輸送與氧化回路系統，噴淋輸送回路系統，熱能利用系統和加堿中和系統；
[0011 ] 所述噴淋填料與儲堿塔I，包括:噴淋填料與儲堿塔主體結構件11，噴淋填料與儲堿塔接口，填料13，除水器14和噴淋組件15，其中，噴淋填料與儲堿塔主體結構件11為塔式結構，是由噴淋填料塔外殼體111和噴淋填料塔外殼體111內從下至上設置的噴淋填料塔中間隔板112、填料支撐板113和除水器支撐板114等組成，所述噴淋填料塔中間隔板112將噴淋填料塔外殼體111內腔分隔開為下部堿液儲存空間JY和上部煙氣噴淋換熱空間YQ，噴淋填料塔中間隔板112承接上部煙氣噴淋換熱空間YQ的噴淋換熱的噴淋水16，堿液17存儲在下部堿液儲存空間JY中，噴淋水上液面161高于噴淋填料塔中間隔板112，堿液上液面171低于噴淋填料塔中間隔板112，在噴淋填料塔外殼體111上設置了噴淋填料與儲堿塔接口，噴淋填料與儲堿塔接口包括煙氣入口 121，煙氣出口 122，噴淋循環水出口 123，噴淋循環水入口 124，堿液出口 125，人孔，堿投入口 127，噴淋水溢流口 128和上下連通組合接管129，在填料支撐板113上放置有填料13以實現噴淋水與煙氣的接觸換熱以及酸性物質的吸收，在除水器支撐板114放置有除水器4以實現出塔煙氣中微小水珠的收集，所述下部堿液儲存空間JY和所述上部煙氣噴淋換熱空間YQ通過所述上下連通組合接管129連通以實現下部堿液儲存空間JY的灌水和壓力平衡等功能，也就是，所述噴淋填料與儲堿塔I的主要功用為實現噴淋水與煙氣在填料中接觸換熱回收煙氣余熱、加入噴淋水中的堿液在填料中吸收煙氣中的酸性物質，以及儲存堿液的功能；
[0012]所述煙氣輸送與氧化回路系統，是連接煙囪60與所述噴淋填料與儲堿塔I的管路和相關設備，包括:輸送風機21,煙氣入噴淋填料與儲堿塔的管道22,煙氣出噴淋填料與儲堿塔的管道23，氧化劑分配混合器24和氧化劑生成系統25，其主要功用為連接煙? 60與噴淋填料與儲堿塔I，將煙氣輸送到噴淋填料與儲堿塔I中，同時煙氣輸送與氧化回路系統實現在煙氣中加入氧化劑并將氧化劑與煙氣混合以將煙氣中的低價氮氧化物氧化為高價的氮氧化物；
[0013]所述噴淋輸送回路系統，是連接噴淋填料與儲堿塔I與熱能利用系統的管路和相關設備，包括:噴淋水泵31，噴淋抽出管路32，噴淋水泵出口接管33，噴淋入口管路34，多余冷凝水排出管路35，所述噴淋輸送回路系統，其主要功用為將噴淋填料與儲堿塔I中儲存的噴淋水，輸送至熱能利用系統后降溫，而后再輸送回噴淋填料與儲堿塔I中的噴淋組件15中，噴淋水再經噴淋組件15噴灑在填料13上，噴淋水在填料中與煙氣接觸換熱，煙氣溫度降低而噴淋水吸收煙氣的顯熱和潛熱后升溫，同時噴淋水還吸收了煙氣中的酸性物質(氮氧化物和硫氧化物)并被噴淋水中的堿性物質中和，升溫和吸收酸性物質的噴淋水在重力的作用下落入噴淋填料與儲堿塔I中的儲水箱中，實現一個噴淋水降溫升溫的循環過程，而由于噴淋水在吸收煙氣中的潛熱而使得噴淋水不斷增加，需要根據冷凝量和噴淋水水位將噴淋水經多余冷凝水排出管路35或者噴淋水溢流口 128排出多余的噴淋水(冷凝水)以達到噴淋水的平衡和穩定；
[0014]所述熱能利用系統,包括熱能利用設備40，熱能利用進水管路41和熱能利用出水管路42，其主要功用為將從噴淋填料與儲堿塔I中抽出的高溫噴淋水降溫以將噴淋水吸收的煙氣余熱能利用，所述熱能利用設備40為熱泵或者換熱器；
[0015]所述加堿中和系統，是連接噴淋填料與儲堿塔I的堿液出口 125與噴淋輸送回路系統的管路和相關設備，所述加堿中和系統包括:加堿泵51,加堿管路52和加堿中和測量控制系統(實施例中未標出加堿中和測量控制系統)，其主要功用為根據噴淋水的酸堿度(PH值)自動加入適量的堿液17以保持噴淋水為適度的堿性，防止噴淋水吸收煙氣中酸性物質成酸性水而腐蝕系統設備，以及使煙氣脫硫脫硝后煙氣中噴淋冷卻的冷凝水達到排放標準。
[0016]進一步地，本實施例選用波紋填料，波紋填料比表面積選用100-500m2/m3，填料層的煙氣壓差一般在100-200Pa左右。具體的，選用比表面積250m2/m3不銹鋼波紋填料，波紋填料高度1.5m，實驗測得填料中煙氣流動壓力降大約150Pa。
[0017]進一步地，本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔選用耐腐蝕性高的不銹鋼或者塑料波紋填料。
[0018]進一步地，本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔的煙氣入口 121的煙氣溫度90度左右，煙氣經填料13與噴淋水換熱后經由噴淋填料塔外殼體111上部的煙氣出口 122排出的煙氣溫度為30度左右，同時，煙氣中SOx (例如為二氧化硫)和NOx (例如為一氧化氮)在經氧化劑氧化和在填料中充分與含有中和酸性物質的堿性物質反應和吸收，煙氣中顆粒性灰塵也被噴淋水吸收。進而，煙氣出口 122排出的煙氣可以達到優良的排放標準。
[0019]相對于噴霧直接接觸換熱技術而言，在噴淋水與煙氣接觸換熱以及酸性物質的吸收的過程中，填料是提供一個穩定的巨大的接觸面積，噴淋水較為均勻噴灑在填料上，在重力和表面張力的作用下，噴淋水在向下流淌的同時在填料表面均勻鋪散在填料表面上，煙氣在填料中逆流流過，煙氣與填料表面換熱的同時煙氣中酸性物質被噴淋水和噴淋水中堿性物質吸收和中和，不僅換熱和吸收效果好而且流動阻力小。因而相對于現有技術，本實用新型的換熱和脫硫脫硝的效果明顯增強，煙氣流動阻力也明顯降低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的實施例的一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置的工作原理圖。
[0021]圖2為本實用新型實施例的噴淋填料與儲堿塔的結構示意圖。
[0022]附圖標號說明:
[0023]I一噴淋填料與儲堿塔，11一噴淋填料與儲堿塔主體結構件，111一噴淋填料與儲堿塔外殼體，112一噴淋填料與儲堿塔中間隔板，113一填料支撐板，114一除水器支撐板，，121—煙氣入口，122—煙氣出口，123—噴淋循環水出口，124—噴淋循環水入口，125—堿液出口，，1261—下人孔，1262—中人孔，1263—上人孔，127—堿投入口，128—噴淋水溢流口，129—上下連通組合接管，13—填料，14 一除水器，15—噴淋組件，16—噴淋水，161—噴淋水上液面，17一堿液，171一堿液上液面，
[0024]21一輸送風機,22一煙氣入噴淋填料與儲堿塔的管道,23一煙氣出噴淋填料與儲堿塔的管道，24—氧化劑分配混合器，25—氧化劑生成系統，
[0025], 31一噴淋水栗，32一噴淋抽出管路，33一噴淋水栗出口接管，34一噴淋入口管路，35—多余冷凝水排出管路，
[0026]40一熱能利用設備(熱泵或者換熱器)，41 一熱能利用進水管路，42—熱能利用出水管路，
[0027]51—加堿泵，52—加堿管路，
[0028]60—煙囪，
[0029]JY—堿液儲存空間，YQ—上部煙氣噴淋換熱空間。
【具體實施方式】
[0030]為了對本實用新型的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照【專利附圖】
【附圖說明】本實用新型。
[0031]圖1為本實用新型的實施例的一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置的工作原理圖。圖2為本實用新型實施例的噴淋填料與儲堿塔的結構示意圖。
[0032]如圖1和圖2所示，本實用新型的一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置，包括:噴淋填料與儲堿塔1，煙氣輸送與氧化回路系統，噴淋輸送回路系統，熱能利用系統和加喊中和系統；
[0033]所述噴淋填料與儲堿塔I，包括:噴淋填料與儲堿塔主體結構件11，噴淋填料與儲堿塔接口，填料13，除水器14和噴淋組件15，其中，噴淋填料與儲堿塔主體結構件11為塔式結構，是由噴淋填料塔外殼體111和噴淋填料塔外殼體111內從下至上設置的噴淋填料塔中間隔板112、填料支撐板113和除水器支撐板114等組成，所述噴淋填料塔中間隔板112將噴淋填料塔外殼體111內腔分隔開為下部堿液儲存空間JY和上部煙氣噴淋換熱空間YQ，噴淋填料塔中間隔板112承接上部煙氣噴淋換熱空間YQ的噴淋換熱的噴淋水，在噴淋填料塔外殼體111上設置了噴淋填料與儲堿塔接口，噴淋填料與儲堿塔接口包括煙氣入口 121，煙氣出口 122，噴淋循環水出口 123，噴淋循環水入口 124，堿液出口 125，人孔，堿投入口 127，噴淋水溢流口 128和上下連通組合接管129，在填料支撐板113上放置有填料13以實現噴淋水與煙氣的接觸換熱以及酸性物質的吸收，在除水器支撐板114放置有除水器4以實現出塔煙氣中微小水珠的收集，所述下部堿液儲存空間JY和所述上部煙氣噴淋換熱空間YQ通過所述上下連通組合接管129連通以實現下部堿液儲存空間JY的灌水和壓力平衡等功能，也就是，所述噴淋填料與儲堿塔I的主要功用為實現噴淋水與煙氣在填料中接觸換熱回收煙氣余熱、加入噴淋水中的堿液在填料中吸收煙氣中的酸性物質，以及儲存堿液的功能；
[0034]所述噴淋填料與儲堿塔I中填料噴淋接觸換熱以及酸性物質的吸收的工作原理是:來自煙?的煙氣經煙氣入口 121而進入噴淋填料塔外殼體111內的上部煙氣噴淋換熱空間YQ，煙氣流經填料13與經噴淋組件2流出的噴淋水在填料中換熱，煙氣在溫度降低的同時煙氣中大量冷凝水被冷凝并放出大量的冷凝熱，噴淋水在吸收煙氣的顯熱和潛熱后噴淋水的溫度升高，同時由于噴淋水中含有一定濃度的堿性物質(PH>7)，噴淋水吸收煙氣中的S02和N02并轉化為中性鹽，升溫的噴淋水落入上部煙氣噴淋換熱空間YQ底部的噴淋水儲存水箱，然后經設置在底部的噴淋循環水出口 123抽出至余熱利用設備(如熱泵、換熱器)利用，經與余熱利用設備換熱后的噴淋水的溫度降低并輸送至噴淋循環水入口 124再經噴淋組件2噴灑，如此循環。在此過程中既獲得了低溫煙氣余熱達到節能的目的，還同時顯著減少SOx和NOx (氮氧化物和硫的氧化物)的排放以及煙氣中顆粒物的排放，獲得顯著的減少污染物的排放的環保效果。相對于噴霧直接接觸換熱技術而言，在噴淋水與煙氣接觸換熱以及酸性物質的吸收的過程中，填料是提供一個穩定的巨大的接觸面積，噴淋水較為均勻噴灑在填料上，在重力和表面張力的作用下，噴淋水在向下流淌的同時在填料表面均勻鋪散在填料表面上，煙氣在填料中逆流流過，煙氣與填料表面換熱的同時煙氣中酸性物質被噴淋水和噴淋水中堿性物質吸收和中和，不僅換熱和吸收效果好而且流動阻力小。因而相對于現有技術，本實用新型的換熱和脫硫脫硝的效果明顯增強，煙氣流動阻力也明顯降低。
[0035]所述煙氣輸送與氧化回路系統，是連接煙囪60與所述噴淋填料與儲堿塔I的管路和相關設備，包括:輸送風機21,煙氣入噴淋填料與儲堿塔的管道22,煙氣出噴淋填料與儲堿塔的管道23，氧化劑分配混合器24和氧化劑生成系統25，其主要功用為連接煙? 60與噴淋填料與儲堿塔I，將煙氣輸送到噴淋填料與儲堿塔I中，同時煙氣輸送與氧化回路系統實現在煙氣中加入氧化劑并將氧化劑與煙氣混合以將煙氣中的低價氮氧化物氧化為高價的氮氧化物；
[0036]所述噴淋輸送回路系統，是連接噴淋填料與儲堿塔I與熱能利用系統的管路和相關設備，包括:噴淋水泵31，噴淋抽出管路32，噴淋水泵出口接管33，噴淋入口管路34，多余冷凝水排出管路35，所述噴淋輸送回路系統，其主要功用為將噴淋填料與儲堿塔I中儲存的噴淋水，輸送至熱能利用系統后降溫，而后再輸送回噴淋填料與儲堿塔I中的噴淋組件15中，噴淋水再經噴淋組件15噴灑在填料13上，噴淋水在填料中與煙氣接觸換熱，煙氣溫度降低而噴淋水吸收煙氣的顯熱和潛熱后升溫，同時噴淋水還吸收了煙氣中的酸性物質(氮氧化物和硫的氧化物)并被噴淋水中的堿性物質中和，升溫和吸收酸性物質的噴淋水在重力的作用下落入噴淋填料與儲堿塔I中的儲水箱中，實現一個噴淋水降溫升溫的循環過程，而由于噴淋水在吸收煙氣中的潛熱而使得噴淋水不斷增加，需要根據冷凝量和噴淋水水位將噴淋水經多余冷凝水排出管路35或者噴淋水溢流口 128排出多余的噴淋水(冷凝水)以達到噴淋水的平衡和穩定；
[0037]所述熱能利用系統，包括熱能利用設備40，熱能利用進水管路41和熱能利用出水管路42，其主要功用為將從噴淋填料與儲堿塔I中抽出的高溫噴淋水降溫以將噴淋水吸收的煙氣余熱能利用，所述熱能利用設備40為熱泵或者換熱器；
[0038]所述加堿中和系統，是連接噴淋填料與儲堿塔I的堿液出口 125與噴淋輸送回路系統的管路和相關設備，所述加堿中和系統包括:加堿泵51,加堿管路52和加堿中和測量控制系統(實施例中未標出加堿中和測量控制系統)，其主要功用為根據噴淋水的酸堿度(PH值)自動加入適量的堿液17以保持噴淋水為適度的堿性，防止噴淋水吸收煙氣中酸性物質成酸性水而腐蝕系統設備，以及使煙氣脫硫脫硝后煙氣中噴淋冷卻的冷凝水達到排放標準。
[0039]進一步地,本實施例選用波紋填料,波紋填料比表面積選用100-500m2/m3,填料層的煙氣壓差一般在100-200Pa左右。具體的，選用比表面積250m2/m3不銹鋼波紋填料，波紋填料高度1.5m，實驗測得填料中煙氣流動壓力降大約150Pa。本實施例的填料是作為煙氣的換熱表面，噴淋水只要均勻噴灑在填料中以維持填料表面的溫度即可獲得優良的穩定的換熱效果，煙氣與填料表面的接觸面積比較大，在獲得優良的換熱效果的同時，煙氣在填料中的流動阻力較小，煙氣中的酸性物質也比較容易被填料表面的噴淋水膜所吸收。而對于空塔噴霧與煙氣直接接觸式換熱，煙氣是與漂浮在煙氣中微小霧珠的表面進行接觸換熱，要達到相同的接觸換熱面積和換熱效果，噴霧直徑大約在50微米，噴霧的微小霧珠在空塔中還至少停留5秒鐘，則此情況的煙氣壓差在400-600Pa，而將水噴成大約50微米的霧珠至少需要消耗0.2MPa的噴霧水泵壓頭，而且噴霧空塔需要的水泵的流量相對與噴淋填料塔的要增加30-50%。而本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔，由于設置了比表面積較大的填料，噴淋水通常只要在毫米級甚至更大的水柱(不是水珠)即可，噴淋水甚至還可以在填料中流淌過程中自動散開，只要噴淋水能夠相對均勻地噴灑在填料上，煙氣與填料表面的接觸面積較大而穩定，因而其換熱和吸收酸性物質的效果就優良而穩定。一方面，由于本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔達到同樣的換熱效果可以采用更小的噴淋流量，則與煙氣換熱后的噴淋水的溫升可以提高5-20度，從而可以明顯提高余熱利用設備如熱泵的工作性能和工作范圍；另一方面，由于本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔的輸送噴淋水的水泵的流量和壓頭都明顯減少，風機的壓頭也降低顯著，因而本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔的輸送風機和水泵的電功率，與空塔噴霧與煙氣直接接觸式換熱方式相比較，可節省風機和水泵的電功率30-50 %甚至等多，節能效果明顯。
[0040]進一步地，本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔選用波紋填料，無論余熱回收熱負荷如何變化煙氣在波紋填料中的流動阻力都比較均衡，不會出現空塔噴霧直接接觸式換熱技術的煙氣在塔中的偏流和回流的問題，而且填料表面積穩定可靠也就是換熱性能穩定可靠，因而余熱利用的穩定性和余熱利用的效率都相對明顯提高。而空塔噴霧直接接觸式換熱技術不僅在塔中可能存在偏流和回流，特別是熱回收負荷偏離設計較大時尤其突出，而且其噴霧效果顯著影響換熱效果和熱回收效率，因為空塔噴霧直接接觸式換熱是噴霧的微小霧珠的表面積提供了接觸換熱的換熱表面積，而噴霧效果在長期運行過程中不可避免會出現波動，或者部分噴霧設備在長期運行過程很有可能堵塞甚至損壞等而使得噴霧效果變差，因而空塔噴霧直接接觸式換熱技術就相對本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔的余熱回收性能不夠穩定和熱效率波動等問題。本實施例基本消除了空塔的煙氣流動的偏流和渦流的影響，避免了由此引起的塔體振動，從而增加塔的使用壽命，增強塔的安全可靠性。
[0041]進一步地，本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔選用耐腐蝕性高的不銹鋼或者塑料波紋填料，而且通過設置自動加堿中和的方法可以保證噴淋水的酸堿度，因而可以消除系統腐蝕、堵塞和結垢的問題，設備的可靠性高，壽命長。
[0042]進一步地，本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔的煙氣入口 121的煙氣溫度90度左右，煙氣經填料13與噴淋水換熱后經由噴淋填料塔外殼體111上部的煙氣出口 122排出的煙氣溫度為30度左右，同時，煙氣中SOx和NOx在經氧化劑氧化和在填料中充分與含有中和酸性物質的堿性物質反應和吸收，煙氣中顆粒性灰塵也被噴淋水吸收，煙氣出口 122排出的煙氣可以達到優良的排放標準。本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔，一方面吸收低溫煙氣的余熱(顯熱和潛熱)同時回收冷凝水而獲得優良的節能效果，另一方面還可以兼顧脫硝脫硫除塵和自動加堿工藝，具有更優良的環保效益。
[0043]進一步地，為了減少余熱利用系統的散熱損失，對煙氣余熱回收的噴淋填料塔以及輸送管線等進行保溫，即煙氣余熱回收的噴淋填料塔以及輸送管線外設有保溫層。為了圖例簡明，實施例圖中未標出保溫。
[0044]綜上所述，本實用新型的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔，具有如下優點:
[0045](I)本實用新型的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔，噴淋水通過大比表面積的填料與煙氣接觸換熱，顯著增加了氣液兩相的穩定的接觸換熱面積和接觸時間，顯著提高了氣液換熱的效率和穩定性，明顯降低了煙氣流動阻力，也明顯減少了噴淋水的壓力的噴淋水流量，基本消除了噴霧空塔接觸換熱技術的煙氣流動的偏流和渦流的影響，又避免了由此引起的塔體振動，從而增加了塔的使用壽命和安全可靠性，還可提高換熱冷凝水的溫度5-20°C，從而一方面可明顯降低輸送煙氣的風機和輸送噴淋水的水泵的電功率，通常可節省風機和水泵的電功率30-50%甚至等多，另一方面還可提高提余熱利用設備如熱泵的工作性能和工作范圍，獲得更優良的節能效益。
[0046](2)本實用新型還通過設置氧化劑生成系統和氧化劑分配混合器，在煙氣進口管道上向煙氣中加入氧化劑，以及在煙氣余熱回收的噴淋填料塔中設置堿液儲存空間和向噴淋水中自動加堿中和煙氣中的酸性物質，填料塔中的大比表面積的填料還提供了酸性物質的反應和吸收的面積和時間，因而一方面經本技術處理的煙氣和冷凝水的排放更環保，煙氣中酸性物質幾乎可以達到零排放，而且脫硝設備的投資和運行費相對較低，另一方面也可以避免設備的腐蝕、結垢、堵塞等，在延長設備的可靠性和壽命的同時，也減少了檢修維修的成本，而且還明顯提高了設備的長期運行的余熱利用效率。
[0047]以上所述僅為本實用新型示意性的【具體實施方式】，并非用以限定本實用新型的范圍。為本實用新型的各組成部分在不沖突的條件下可以相互組合，任何本領域的技術人員，在不脫離本實用新型的構思和原則的前提下所做出的等同變化與修改，均應屬于本實用新型保護的范圍。
【權利要求】
1.一種噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置，其特征在于，所述噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置包括:噴淋填料與儲堿塔(I)，煙氣輸送與氧化回路系統，噴淋輸送回路系統，熱能利用系統和加堿中和系統； 所述噴淋填料與儲堿塔(1)，包括:噴淋填料與儲堿塔主體結構件(11)，噴淋填料與儲堿塔接口，填料(13)，除水器(14)和噴淋組件(15)，其中，噴淋填料與儲堿塔主體結構件(11)為塔式結構，是由噴淋填料塔外殼體(111)和噴淋填料塔外殼體(111)內從下至上設置的噴淋填料塔中間隔板(112)、填料支撐板(113)和除水器支撐板(114)組成，所述噴淋填料塔中間隔板(112)將噴淋填料塔外殼體(111)內腔分隔開為下部堿液儲存空間(JY)和上部煙氣噴淋換熱空間(YQ)，在噴淋填料塔外殼體(111)上設置了噴淋填料與儲堿塔接口，噴淋填料與儲堿塔接口包括煙氣入口(121)，煙氣出口(122)，噴淋循環水出口(123)，噴淋循環水入口(124)，堿液出口(125)，人孔，堿投入口(127)，噴淋水溢流口(128)和上下連通組合接管(129)，在填料支撐板(113)上放置有填料(13)，在除水器支撐板(114)放置有除水器，所述下部堿液儲存空間(JY)和所述上部煙氣噴淋換熱空間(YQ)通過所述上下連通組合接管(129)連通； 所述煙氣輸送與氧化回路系統，連接煙? (60)與所述噴淋填料與儲堿塔(1)，所述煙氣輸送與氧化回路系統，包括:輸送風機(21)，煙氣入噴淋填料與儲堿塔的管道(22)，煙氣出噴淋填料與儲堿塔的管道(23)，氧化劑分配混合器(24和氧化劑生成系統(25)； 所述噴淋輸送回路系統，連接噴淋填料與儲堿塔(I)與熱能利用系統，所述噴淋輸送回路系統包括:噴淋水泵(31)，噴淋抽出管路(32)，噴淋水泵出口接管(33)，噴淋入口管路(34)和多余冷凝水排出管路(35)； 所述熱能利用系統，包括熱能利用設備(40)，熱能利用進水管路(41)和熱能利用出水管路(42)，所述熱能利用設備(40)為熱泵或者換熱器； 所述加堿中和系統，連接噴淋填料與儲堿塔(I)的堿液出口(125)與噴淋輸送回路系統，所述加堿中和系統包括:加堿泵(51),加堿管路(52)和加堿中和測量控制系統。
2.如權利要求1所述的噴淋煙氣余熱回收及脫硝一體化裝置，其特征在于，填料選用不銹鋼波紋填料，所述波紋填料高度為1.5m。
【文檔編號】B01D53/60GK203990294SQ201420456036
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月13日 優先權日:2014年8月13日
【發明者】謝正和, 孟繼安, 朱迎春, 王正興, 賈向東, 隋曉峰, 趙巖 申請人:北京源深節能技術有限責任公司
相關技術
網友詢問留言
已有0條留言
- 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊！
1