CN101081353B - 淋水式塑料薄膜烟气余热回收及脱硫装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于余热回收利用领域的一种淋水式塑料薄膜烟气余热回收装置。利用塑料薄膜作为换热材料，替代传统的金属换热材料，制成膜束换热组件。膜束换热组件由相邻塑料薄膜采用点焊、等距丝带张拉或龙骨支撑制成；膜束换热组件端部焊接的薄膜或板与壳体连接，以隔开烟气流与水流。为增强烟气流和水流的换热效率，烟气侧设置成多流程方式，使烟气与淋水呈近似逆流换热。本发明装置具有板式换热器结构紧凑、传热效率高、整体重量轻的特点，可有效提高能量利用率；同时还具有造价低廉，环境效益十分显著。因此可广泛用于有余热排放的民用、工业的热量回收***中，市场潜力大。

Description

淋水式塑料薄膜烟气余热回收及脱硫装置

技术领域

本发明属于脱硫及能量回收利用的节能环保技术领域，特别涉及燃煤锅炉烟气余热回收利用及脱硫技术，具体说是应用了淋水式换热器的工作原理，使烟气侧与淋水侧压力大致相等，采用塑料薄膜替代传统的金属换热材料，设计成膜束结构的换热组件，薄膜采用点焊、等距丝带张拉或龙骨支撑，制造成一种淋水式塑料薄膜烟气余热回收及脱硫装置。

背景技术

烟气余热的回收利用，是提高能量利用率的途径之一，排烟温度越低，能量利用率就越高。目前，排烟温度一般在100℃以上，有的甚至高达180℃，烟气中仍还有相当可观的一部分能量未被利用，而直接排放到了大气环境中。之所以如此，是因为国内外烟气余热回收装置主要是采用金属换热材料，主要结构形式有回转式换热器、焊接板(管)式换热器、热管换热器、热媒式换热器等。由于烟气中含硫、氮、碳等元素，以及所携带的固体颗粒物较多。而酸性气体的露点温度较高(高于100℃，取决于含硫量)，如果排烟温度低于其露点，则酸性气体结露会造成严重的受热面腐蚀以及集灰堵塞。对于不含硫的烟气，也很难将其温度降低至环境温度的水平，一方面是烟气中水蒸汽的露点控制，另一方面是设备投资费用的制约。因此石化燃料的利用只以低位热值为基础，其蒸汽具有的潜热基本没有得到利用。尽管目前已有冷凝式余热锅炉出现，但也是基于金属换热材料的，而且多采用不锈钢等优质材料，因此造价不菲。

本发明提出用塑料薄膜替代传统的金属换热材料，从而可以克服上述金属材料存在的缺点。而采用淋水式换热方式，可以使薄膜两侧压差最大限度地减小，易于满足塑料薄膜的强度要求，从而为塑料薄膜应用于烟气余热回收及脱硫提供了可能。

塑料薄膜具有良好的抗腐蚀性能，不但不惧酸的腐蚀，而且还可以利用塑料薄膜的这一特性进行烟气脱硫，从而起到节能与脱硫的双重效果，后者对于燃煤电厂十分有利。在火电厂，利用本发明回收锅炉烟气余热将凝结水加热到98℃的水平，可以取消低压端两级回热抽汽，使机组发电量增加1.2-2％，发电煤耗率降低4-7g/kWh，节能效果明显；同时，在烟气冷却过程中，其中的酸性气体会凝结离析出来，即可以实现烟气脱硫，这种脱硫技术是一种物理方法，无需像目前广泛采用的湿法脱硫技术那样大量使用CaO，因此运行成本极低。

燃气-蒸汽联合循环机组一般设置在城市附近，可以利用本发明进行烟气余热及凝汽器余热回收利用，在冬季实现低品位化供热，对外供应35-55℃热水，可以提高***热效率35-55％。节能效果非常显著。

由于使用薄膜厚度多不超过250μm，塑料密度远小于铜、钢等合金材料，因此材料使用量和设备造价将明显低于金属换热材料的换热设备；另外塑料薄膜软而薄，也不宜积灰；利用本发明可以进一步降低烟气的排放温度至接近大气环境温度的水平，极大地利用了烟气的潜热，从而可以大大提高能量的利用率。

虽然塑料薄膜导热系数大大低于金属材料，但烟气余热回收的主要热阻是烟气与换热表面的对流换热热阻，由于所使用的塑料薄膜一般不超过250μm，其导热热阻远小于烟气侧对流换热热阻，因此塑料薄膜应用于烟气余热回收在传热上不是障碍。更由于采用淋水式换热技术，薄膜两侧压差很小，易于保证薄膜强度。

本发明适用于有烟气排放的民用、工业热量回收***以及烟气脱硫。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低廉、安全可靠、市场急需的淋水式塑料薄膜烟气余热回收及脱硫装置。其特征是所述淋水式塑料薄膜烟气余热回收及脱硫装置利用塑料薄膜作为换热材料，替代传统的金属换热材料，制作成膜束式结构的换热组件；膜束换热组件由薄膜采用点焊、等距丝带张拉或龙骨支撑制成，端部薄膜对接采用焊接或粘接工艺连接；膜束换热组件采用竖直方式放置，可使淋水在重力作用下在膜束换热组件表面降膜流动，吸收膜束换热组件内烟气的热量而升温；为使淋水均匀分布在膜束换热组件表面，上端部用支撑圆管支撑，支撑圆管两端用圆管支撑架固定在壳体上；根据强度要求，可在支撑圆管中间，间隔设置丝带张拉，固定在壳体上；而膜束换热组件的各个端面采用丝带张拉与壳体连接，以确保膜束换热组件布置结构满足要求；膜束换热组件的上部布置淋水盘，其作用是将水均匀分配在膜束换热组件上；膜束换热组件的各个边角采用薄膜与壳体连接，连接方式可以是焊接、粘接、卡接或螺栓连接，以隔绝烟气侧与水侧，为增加强度特性，可选择厚一些的塑料薄膜。由于塑料薄膜两侧不宜承受太大的压差，因此本发明采用淋水式换热方式。根据烟气余热温度范围和压力，使淋水降膜侧与大气相通，即维持一个大气压的水平，这样薄膜两侧压力基本相等，易于薄膜强度满足要求，这一设计要求可使淋水被加热到接近100℃的水平，这在余热回收利用中是非常理想的温度。

为使烟气与淋水换热更充分，可根据需要使烟气往返折流，实现多流程流动，从而实现近似逆流换热，这是换热器设计与制造的常用方法。淋水从装置顶部进入淋水盘，均匀地分布在膜束换热组件表面，靠重力自上而下形成液膜，降膜吸热，淋水从底部排出***。烟气从底部侧面进入，经折流实现多程换热，从顶部侧面排出。

随着烟气温度的降低，余热得到利用，烟气中的SO₂等酸性气体和水蒸汽会逐步凝结出来，从而实现脱硫和利用烟气中水蒸汽的潜热。可根据需要设置凝结酸和凝结水的收集热阱，凝结酸温度较高，凝结酸收集热阱设置在靠近装置底部的地方，凝结水温度较低，凝结水收集热阱设置在靠近装置顶部的地方，应根据烟气的性质确定。

所述薄膜厚度为50-250μm或厚度小于0.5mm的薄板均可用来制作换热元件。

本发明的有益效果是所采用的是塑料薄膜，其表面积与体积比很大，具有很好的强度特性，耐温、耐蚀、耐湿及气密特性。其材料价格及使用量都明显低于金属材料，因此装置造价可以大幅度降低，将极大提升产品的市场竞争力。另外，以塑料薄膜作为换热材料，使热交换器的制造工艺要比用金属换热材料的换气热交换器简单得多，这也有利于降低设备造价。而使用本发明产品可进一步降低烟气的排烟温度，回收更多的余热，提高能源的利用率。

附图说明

图1是淋水式塑料薄膜烟气余热回收及脱硫装置示意图。

图2是采用点焊的膜束结构示意图。

图3是采用薄膜丝带张拉和龙骨支撑膜束结构示意图。

图4是图3的局部结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种市场迫切需要的节能环保、成本低廉、安全可靠的一种淋水式塑料薄膜烟气余热回收及脱硫装置。下面结合附图进一步说明。

利用塑料薄膜(0.5mm及以下厚度)作为换热材料，替代传统的金属换热材料，可以生产各种容量等级的烟气余热回收及脱硫装置，在图1所示的淋水式塑料薄膜烟气余热回收及脱硫装置示意图中，3个膜束换热组件1上下对应放置在壳体2内；膜束换热组件1上部用支撑圆管4支撑，周围用丝带张拉，以保证膜束换热组件的结构；支撑圆管4固定在壳体管板5上，膜束换热组件的端部薄膜20与壳体板17采用焊接、粘接或螺栓连接，以隔绝烟气侧与淋水侧；两件以上的膜束换热组件1在壳体2内上下布置，淋水自上而下单流程降膜流动，而烟气则在多流程烟道11流动，使烟气与淋水降膜之间实现近似逆流换热；淋水盘3放置在每个膜束换热组件1上方，入水口8设置在淋水盘3上方，以使淋水16均匀分配在膜束组件1表面上，淋水16自上而下形成液膜15，出水口14在壳体2底部，在壳体2内壁和膜束换热组件1之间，壳体2中上部，两个膜束换热组件1连接处设置凝结水热阱7，凝结水从该热阱底部出水口10排出；壳体2最下部设置凝结酸热阱6，凝结酸从该热阱底部出口12被排出。

膜束换热组件1由薄膜19采用点焊、等距丝带张拉或龙骨18支撑制成，使薄膜19等间距放置或等间距点焊而形成薄膜通道(如图2、图3所示)，端部薄膜20采用焊接或粘接工艺与薄膜19连接；膜束换热组件1采用竖直方式放置，可使淋水16在重力作用下，在膜束换热组件1的薄膜表面形成液膜15降膜流动，吸收薄膜19另一侧烟气的热量而升温；为使淋水16均匀分布在膜束换热组件1表面，上端部用支撑圆管4支撑，支撑圆管4两端固定壳体管板5上；根据强度条件，可在支撑圆管4中间适当间距位置设置丝带张拉18，固定在壳体2上；而膜束换热组件1其它各个端面采用丝带张拉18与壳体2连接，以确保膜束换热组件布置结构满足要求(如图3、图4所示)；膜束组件的12个边角采用薄膜与壳体连接，连接方式可以是焊接、粘接、卡接或螺栓连接，以隔绝烟气侧与水侧，为增加强度特性，可选择厚一些的塑料薄膜。图3所示的结构，薄膜19之间采用丝带张拉或龙骨18支撑，膜束换热组件1端部设置连接薄膜20，它类似于列管式换热器的管板，作用是将点焊、丝带张拉或龙骨支撑的薄膜连接成膜束换热组件1，并与壳体板17采用焊接、粘接或卡接工艺连接，以隔绝烟气侧与淋水侧。

为使烟气与淋水换热更充分，可根据需要使烟气往返折流，实现多流程流动，从而实现近似逆流换热，这是换热器设计与制造的常用方法。对于本发明所述的淋水式塑料薄膜烟气余热回收装置，见图1a、b所示，水流从壳体2上端入水口8进入，从下端出水口14排出；烟气进口13设置在壳体2的一侧下部，烟气出口9在壳体2的另一侧上方；为使烟气与淋水换热更充分，烟气往返折流可通过在配水箱处开设通道来实现。实现多流程流动，从而实现近似逆流换热。

本发明采用淋水降膜流动方式与烟气进行热交换，淋水侧压力为大气压，烟气侧压力略高于大气压，这样薄膜两侧压力基本相等，易于薄膜强度满足要求。如果烟气温度合适，这一技术方案可以使淋水加热到约100℃的水平，这是烟气余热回收利用中是非常理想的温度。对于烟气温度比较低的场合，则可以根据实际情况设计余热回收方案。

随着烟气温度的降低，余热得到利用，烟气中的SO₂等酸性气体和水蒸汽会逐步凝结出来，从而实现脱硫和利用烟气中水蒸汽的潜热。可根据需要设置凝结酸和凝结水的收集热阱，凝结酸温度较高，在设备靠近底部的地方，凝结水温度较低，在设备靠近顶部的地方，应根据烟气的性质确定。

所述薄膜厚度为50-250μm或厚度小于0.5mm的薄板均可用来制作换热元件。不同塑料薄膜耐温特性不同，如果烟气温度高于薄膜耐温要求，则设置喷水减温装置，使进入装置的烟气温度达到所允许的温度。

随着烟气温度的降低，酸性气体会逐步凝结出来，因此应根据具体温度分布规律和酸性气体的露点温度，设置凝结酸热阱6，聚集凝结酸以便排出***；气候水蒸汽也会逐步凝结出来，因此需设置凝结水热阱7，聚集凝结水以便排出***；需要说明的是，随着凝结水的析出，会促进酸性气体的进一步凝结，因此本发明的脱硫效果将十分理想。

对于因气体输送距离等原因使换热两侧压差增大的情况，应选择厚一些的丝带及强度高一些的龙骨，需进行强度校核。

塑料具有良好的焊接和粘接特性，膜束组件的外层薄膜采用丝带张拉固定在壳体2上。

本装置适合于民用、工业有烟气余热回收的***中。所述塑料薄膜比表面积很大，具有很好的抗拉强度特性，耐温、耐蚀、耐湿及气密特性。根据传热学，空气和烟气的对流传热热阻是其利用过程的主要热阻，塑料薄膜虽属于热的不良导体，但由于材料很薄，其导热热阻远远小于烟气对换热薄膜的对流换热热阻，因此塑料薄膜用于烟气余热回收在传热特性上没有障碍。

Claims (2)

1.一种淋水式塑料薄膜烟气余热回收装置，其特征在于，利用淋水式换热器的形式，采用厚度为50-250μm塑料薄膜作为换热材料，替代传统的金属换热材料，制成膜束换热组件；膜束换热组件竖直方式放置在壳体内；淋水在重力作用下在膜束换热组件表面降膜流动，吸收膜束换热组件内烟气的热量，膜束换热组件与壳体之间用端部薄膜连接，两相邻薄膜之间采用点焊焊接、等距丝带张拉或龙骨支撑；膜束换热组件的端部薄膜(20)与壳体板(17)采用焊接、粘接或螺栓连接，以隔绝烟气侧与淋水侧；根据换热需要，多个膜束换热组件上下对应放置，使烟气多流程流动，淋水自上而下采用单一流程，使传热近似逆流传热，从而使水蒸汽逐步凝结出来，实现利用烟气中水蒸汽的潜热。

2.根据权利要求1所述淋水式塑料薄膜烟气余热回收装置，其特征在于，膜束换热组件(1)放置在壳体(2)内；膜束换热组件(1)上部用支撑圆管(4)支撑，周围用等距丝带张拉，以保证膜束换热组件的结构，支撑圆管(4)固定在壳体管板(5)之上；两件以上的膜束换热组件(1)由壳体板(17)固定在壳体(2)内壁上，膜束换热组件(1)与壳体(2)之间用端部薄膜(20)连接，使在壳体(2)和膜束换热组件(1)之间形成多流程烟道(11)，烟气进口(13)设置在壳体(2)的一侧下部，烟气出口(9)在壳体(2)的另一侧上方；淋水盘(3)放置在膜束换热组件(1)上方，入水口(8)设置在淋水盘(3)上方，以使淋水均匀分配在膜束换热组件(1)表面上，使淋水(16)自上而下形成液膜(15)，出水口(14)在壳体(2)底部，在壳体(2)内壁和膜束换热组件(1)之间，壳体(2)中上部，两个膜束换热组件(1)连接处设置凝结水热阱(7)，凝结水从该热阱底部出水口(10)排出；壳体(2)最下部设置凝结酸热阱(6)，凝结酸从该热阱底部出口(12)被排出。

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