CN111425875B - 一种带冷凝水喷淋的间壁式烟气余热深度回收利用*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带冷凝水喷淋的间壁式烟气余热深度回收利用***，所述***包括余热利用装置本体，所述余热利用装置本体从上至下依次设有烟气引入口、喷淋层、间壁式换热器、气液分离层和凝结水池；凝结水池中的冷凝水送到喷淋层，与经烟气引入口进入的烟气充分混合后以气水混合物形式向下流经间壁式换热器，逆流换热后经气液分离层分离，分离出的冷凝水向下落入凝结水池，分离出的烟气经烟气引出口排出。本发明提供的***采用冷凝水喷淋辅助间壁式烟气深度余热利用，可以利用烟气中水蒸气的凝结潜热，具有热回收利用效率高的特点。
Description
技术领域
本发明属于锅炉供热和能源利用技术领域，特别涉及一种带冷凝水喷淋的间壁式烟气余热深度回收利用***。
背景技术
由于煤炭、重油、农林废弃物、城市固体废弃物或者其他工业固废等常见燃料中均含有份额不等的氢以及作为杂质存在的液态水和灰分，燃用上述各种燃料的锅炉烟气中往往含有较高比例的水蒸气和固态烟尘。在绝大多数情况下，为了避免烟气中水蒸气凝结导致的低温腐蚀和烟尘结垢等问题，不得不将该类锅炉的排烟温度维持在120℃以上，造成了烟气中水蒸气凝结潜热和相应的烟气显热的大量损失。
为了回收该部分热量，对烟气实现深度余热利用主要面临如下几个问题：
采用间壁式余热回收管束进一步降低烟气温度至水蒸气露点以下，这是燃用天然气等低灰清洁燃料情况下普遍采取的技术途径，但将其简单应用与本专利针对的上述各类燃料的燃烧烟气余热回收，其主要问题为烟气中的液相凝结水会捕集烟气中的烟尘，从而沾污受热面阻碍传热甚至妨碍烟气流动；另一方面燃料中可能含有的硫、氮、氯等无机杂质在高温燃烧条件下会以高腐蚀性的酸液形式出现在凝结的液相中，从而对受热面金属造成严重腐蚀，目前该领域内采用金属钛或者特种塑料来制造受热面就是为了规避该问题，但同时带来了装置成本大幅提高或者换热能力大幅降低等弊端，阻碍的产业化应用。
为了实现水蒸气露点以下的烟气深度余热利用还有一个技术途径是采用直接接触换热，即待加热的冷介质和烟气直接接触实现直接换热，这是一种高效的换热模式，通过喷淋或者填料塔实现烟气和冷介质的充分混合接触实现热质传递以充分利用潜热，但是烟气中的无机酸、烟尘杂质也同时进入了待加热工质，这种模式下对工质不可避免的污染大大地降低了工艺可用性，即便可以通过附加的换热设备和流程对这部分热量实施回收，也会大大增加***的复杂性和热量回收的成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带冷凝水喷淋的间壁式烟气余热深度回收利用***，本发明提供的***采用冷凝水喷淋辅助间壁式烟气深度余热利用，可以利用烟气中水蒸气的凝结潜热，具有热回收利用效率高的特点。
本发明采用如下技术方案：
一种带冷凝水喷淋的间壁式烟气余热深度回收利用***，所述***包括余热利用装置本体，所述余热利用装置本体从上至下依次设有烟气引入口、喷淋层、间壁式换热器、气液分离层和凝结水池；凝结水池中的冷凝水送到喷淋层，与经烟气引入口进入的烟气充分混合后以气水混合物形式向下流经间壁式换热器，逆流换热后经气液分离层分离，分离出的冷凝水向下落入凝结水池，分离出的烟气经烟气引出口排出。
在本发明所述***运行时，待加热的工质从工质进口集箱进入热回收管束，从下向上流动到工质出口集箱引出，与从上向下的烟气/冷凝水混合流体换热，属于间壁式逆流换热，确保待加热工质不受污染并在换热过程中保持较高的换热温差。从上方的烟气引入口的烟气在进入间壁式换热器前和由冷凝水池泵送到喷淋层喷出的冷凝水混合，通过直接接触进行高效的热质传递，混合后形成的高温的烟气水混合流体中的凝结水比例大幅增加，一方面经过调制的循环凝结水极大地稀释了烟气中可能的腐蚀性酸液浓度，另一方面可以有效地将固相烟尘从受热面管束上冲刷掉，从而极大地抑制了间壁式换热器凝结换热过程中可能的腐蚀和结垢问题。此外液相为主的管外流体流动使气水混合流体与管壁间的换热系数显著提升，从而大幅提升受热管束综合换热系数，对降低受热面金属耗量，降低成本有极大的意义。
在本发明中，所述间壁式换热器可以采用管式、板式或翅片式等类型的间壁式换热器。
优选的，所述的间壁式换热器包括工质进口集箱、工质出口集箱、以及连通其间的热回收管束。
进一步优选的，所述的热回收管束包括蛇形管和管外的鳍片式扩展受热面。鳍片式扩展受热面形成的曲折空间结构可以对由上而下流动的烟气和冷凝水的混合流体进行扰动，强化气/水混合和对热回收管束的传热。在本发明中，热回收管束的结构不限于采用蛇形管和管外的鳍片式扩展受热面。
所述的烟气引出口位于气液分离层和凝结水池之间，设置在余热利用装置本体的侧壁上。
优选的，所述的凝结水池设有除杂调制模块，用于控制凝结水池中的Ph值以及特定离子浓度。
所述的凝结水池的底部设有排放口。
本发明提供的带冷凝水喷淋的间壁式烟气余热深度回收利用***的工作过程为：凝结水池中的冷凝水被循环泵送到喷淋层后和上方流下的烟气充分混合后以气水混合物形式向下流经热回收管束，参与间壁式换热。用于吸收烟气余热的待加热介质在工质进口集箱、工质出口集箱以及热回收管束构成封闭***内流动，与外部无物质交换，待加热介质与烟气和喷淋水的混合流体之间的换热为间壁式换热。气液分离层除去烟气中夹带的凝结水。凝结水池承接上部气液分离层分离出的冷凝水，随着装置运行，冷凝水液位提升，多余的液体和池底沉淀的杂质可以通过底部的排放口排出。
另外，本发明中的热回收管束的外部为鳍片式扩展受热面，优选地，可以设计成曲折流道，烟气和凝结水(冷凝水)混合流体在该扩展受热面形成的曲折空间中自上而下流动，在适合的烟气流速和水量条件下，液膜和气流相互穿透，可以进一步强化气液混合并强化气/水混合流体对管束的传热。冷却后的烟气、新凝结的凝结水、循环凝结水以及凝结水中包含烟尘杂质一起通过热回收管束下方的气液分离层，利用曲折流道或者填料等常用结构形成的气液分离机制实施气液分离，冷凝液向下落入凝结水池，除液后的低温烟气则从侧壁上的烟气引出口引出。本***中凝结水池具有较大的容积，并维持相对稳定的液面高度，质地较重的烟尘在池中可以依靠重力向池底沉降分离，从底部排放口随多余冷凝水排放而排出。为了保障***的长期稳定运行，凝结水池配置有除杂调制模块，其作用为通过碱中和除去冷凝水中可能存在的导致腐蚀的无机酸，通过絮凝过滤除去冷凝水中可能的轻质杂质以及通过其他技术手段去除可能危害***正常运行的其他杂质。
本发明提供的带冷凝水喷淋的间壁式烟气余热深度回收利用***适用范围广，可用于煤炭、重油、农林废弃物、城市固体废弃物或者其他工业固废等常见燃料燃烧产生的含尘、含酸、含水蒸气烟气，利用烟气中水蒸气凝结潜热实现回收利用，从而提高热回收利用效率。本发明提供的***可以解决现有技术领域中普遍存在的装置成本高、换热效果低、受热面污垢、腐蚀或者吸热工质受污染等弊端。
附图说明
图1为实施例中带冷凝水喷淋的间壁式烟气余热深度回收利用***的结构示意图；
图2为图1中***中的间壁式换热器管束的A向视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
如图1和图2所示，本实施例提供的带冷凝水喷淋的间壁式余热深度回收利用***包括余热利用装置本体，余热利用装置本体从上至下依次设有烟气引入口1、喷淋层2、间壁式换热器、气液分离层5和凝结水池8；凝结水池8中的冷凝水送到喷淋层，与经烟气引入口1进入的烟气充分混合后以气水混合物形式向下流经间壁式换热器，逆流换热后经气液分离层5分离，分离出的冷凝水送入凝结水池8，分离出的烟气经烟气引出口排出；凝结水池8设有除杂调制模块10，用于控制凝结水池8中的Ph值以及特定离子浓度；凝结水池8的底部设有排放口9。
其中，凝结水水池8中的水可以通过循环泵6和连接管路7泵入喷淋层。间壁式换热器包括工质进口集箱12、工质出口集箱14以及连通其间的蛇形管3和管外的鳍片式扩展受热面4。烟气引出口设置在余热利用装置本体的侧壁上。
上述带冷凝水喷淋的间壁式余热深度回收利用***的工作过程为：(1)凝结水池8中的冷凝水被循环泵6和连接管路9送到喷淋层2后和经烟气引入口1的上方流下的烟气充分混合后的烟气/冷凝水混合流体向下流经热回收管束，参与间壁式换热。(2)待加热工质13从工质进口集箱12引入，加热后的流体工质15从工质出口集箱14流出，与烟气/冷凝水混合流体呈逆流间壁式换热。(3)换热后的烟气/冷凝水混合流体流经气液分离层5除去烟气中夹带的凝结水，分离出的烟气经烟气引出口排出。(4)凝结水池8承接上部气液分离层分离出的冷凝水，随着装置运行，冷凝水液位提升，多余的液体和池底沉淀的杂质可以通过底部的排放口排出；同时，除杂调制模块10控制凝结水池中的Ph值以及特定离子浓度。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种带冷凝水喷淋的间壁式烟气余热深度回收利用***，其特征在于，所述***包括余热利用装置本体，所述余热利用装置本体从上至下依次设有烟气引入口、喷淋层、间壁式换热器、气液分离层和凝结水池；凝结水池中的冷凝水送到喷淋层，与经烟气引入口进入的烟气充分混合后以气水混合物形式向下流经间壁式换热器，逆流换热后经气液分离层分离，分离出的冷凝水向下落入凝结水池，分离出的烟气经烟气引出口排出；
所述的间壁式换热器包括工质进口集箱、工质出口集箱、以及连通其间的热回收管束；
所述的热回收管束包括蛇形管和管外的鳍片式扩展受热面；
所述的烟气引出口位于气液分离层和凝结水池之间，设置在余热利用装置本体的侧壁上；
所述的凝结水池设有除杂调制模块，用于控制凝结水池中的Ph值以及特定离子浓度；
所述的凝结水池的底部设有排放口。
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2020
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