CN112742154A - 利用烟气余热消除湿烟羽的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用烟气余热消除湿烟羽的装置，包括：混合风道，包括环境空气入口、热空气入口和混合空气出口；鼓风机，包括进风端和出风端，所述进风端与所述混合空气出口连通；换热器，包括烟气入口、混合空气入口、换热区、烟气出口和热空气出口，所述混合空气入口与所述出风端连通，所述热空气出口通过换热器出口风道分别与循环风道和加热风风道连通，所述循环风道与所述热空气入口连通，所述烟气出口与净化塔的烟气入口连通；烟气混合器，设置在所述净化塔的烟囱内的烟气通道中，包括烟气入口、热空气入口、混合区、烟气混合气体出口，所述热空气入口与所述加热风风道连通。本发明还公开一种利用烟气余热消除湿烟羽的方法。
Description
技术领域
本发明属于废气处理技术领域，涉及一种有色烟羽的处理技术，尤其涉及一种利用烟气余热消除湿烟羽的装置和方法。
背景技术
烟气脱硫采用湿法脱硫时，脱硫出口的烟气通常是处在饱和湿度状态，饱和湿度烟气从烟囱排出后受到温度较低的大气急剧冷却，烟气中的水蒸气冷凝为液态，透光率下降，从而出现了肉眼可见的白色烟羽现象；随着水蒸气在大气中的扩散，水蒸气浓度降低，透光率提高，白色烟羽慢慢减少直至消失不可见。
减少白烟现象的出现一般有三种解决方法：(1)烟气冷凝，降低烟气温度，将冷凝后的水分提出，既减少了排烟水分又缩小了烟气与周边环境空气温差，烟气变化曲线与饱和曲线不相交或相交段减少，此法可减轻或彻底消除冒白烟现象；(2)烟气加热，提升烟气温度，使得烟囱出口烟气参数远离饱和曲线；(3)先冷凝再加热，既可减少排烟水分又可使得烟囱出口烟气参数远离饱和曲线。其中，(2)烟气加热和(3)先冷凝再加热是现在消白工艺应用的主要方法。
但是，很多湿法脱硫装置的烟囱置于脱硫塔顶，为烟塔一体布置。因此，一般没有预留空间和载荷，如果在塔顶烟囱上增加烟气冷凝或再热换热器对脱硫塔的改造量非常大，工程实施起来投资大，工期长。
烟气再热不局限于使用烟囱处的换热器加热，烟气加热的方式中有一种为混风加热，即将一定量的热空气与脱硫塔出口净烟气混合，提升混合后净烟气温度。净烟气温度在被提升的同时可降低烟气湿度，这相当于进一步提高过热度，从而消除白色烟羽。
通常所需的热空气来源即是环境空气通过与脱硫塔入口烟气换热所得，为了防止烟气与空气换热器的低温腐蚀，不能直接将环境冷空气和热烟气换热，需要将冷空气做适当预热后再和烟气换热。
因此，通常在与烟气换热前或换热后再加入一级蒸汽、热媒水或电加热器，用来加热空气，但通常需混入的环境空气风量大，而加热如此多的环境空气需要消耗大量的能源，运行费用较高。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种利用烟气余热消除湿烟羽的方法和装置。该利用烟气余热消除湿烟羽的方法和装置，不需要在塔顶烟囱上设置烟气再热器，对吸收塔改造量小，而且热空气主要是通过将环境空气和高温原烟气换热产生的，大幅降低蒸汽或热媒水的用量，节能效果好。
为此，本发明提供一种利用烟气余热消除湿烟羽的装置，包括：
混合风道，包括环境空气入口、热空气入口和混合空气出口；
鼓风机，包括进风端和出风端，所述进风端与所述混合空气出口连通；
换热器，包括烟气入口、混合空气入口、换热区、烟气出口和热空气出口，所述混合空气入口与所述出风端连通，所述热空气出口连通换热器出口风道，所述换热器出口风道分别与循环风道和加热风风道连通，所述循环风道与所述热空气入口连通，所述烟气出口与净化塔的烟气入口连通；
烟气混合器，设置在所述净化塔的烟囱内的烟气通道中，包括烟气入口、热空气入口、混合区、烟气混合气体出口，所述热空气入口与所述加热风风道连通。
本发明所述的利用烟气余热消除湿烟羽的装置，其中优选的是，还包括：
预热器，包括冷风入口、热源入口、换热区、预热气出口和热源出口，所述预热气出口与所述环境空气入口连通。
此时，本发明所述的利用烟气余热消除湿烟羽的装置具体描述为包括：
预热器，包括冷风入口、热源入口、换热区、预热气出口和热源出口；
鼓风机，包括进风端和出风端，所述进风端与所述预热气出口通过预热器出口风道连通；
换热器，包括烟气入口、混合空气入口、换热区、烟气出口和热空气出口，所述热空气出口通过换热器出口风道分别与循环风道和加热风风道连通，所述循环风道与所述预热器出口风道连通，所述烟气出口与净化塔的烟气入口连通；
烟气混合器，设置在所述净化塔的烟囱内的烟气通道中，包括烟气入口、热空气入口、混合区、烟气混合气体出口，所述热空气入口与所述加热风风道连通。
本发明所述的利用烟气余热消除湿烟羽的装置，其中优选的是，所述预热器的热源为蒸汽、热媒水或热媒油。
本发明所述的利用烟气余热消除湿烟羽的装置，其中优选的是，所述换热器为管束式换热器或板式换热器。
本发明所述的利用烟气余热消除湿烟羽的装置，其中优选的是，所述换热器出口风道与所述循环风道连通处设有流量调节器，或者所述换热器出口风道与所述加热风风道连通处设有流量调节器。
本发明所述的利用烟气余热消除湿烟羽的装置，其中优选的是，所述净化塔为脱硫塔或洗涤塔。
本发明还提供一种利用烟气余热消除湿烟羽的方法，包括以下步骤：
S1、环境空气与循环的热空气混合加热，得到混合空气；
S2、所述混合空气与原烟气换热后，所述原烟气经过净化成为净烟气，所述混合空气升温为热空气，所述热空气中，一部分作为循环的热空气，另一部分作为加热气体与所述净烟气混合。
本发明所述的利用烟气余热消除湿烟羽的方法，其中优选的是，还包括以下步骤：
步骤S1中，所述环境空气先经由热源预热升温为预热后的环境空气，所述预热后的环境空气再与所述循环的热空气混合加热。
此时，本发明所述的利用烟气余热消除湿烟羽的方法具体描述为包括以下步骤：
(1)、环境空气经由蒸汽预热(此过程为第一阶段预热过程或第一次加热)后，环境空气升温为预热后的环境空气，蒸汽降温为凝结水；
(2)、预热后的环境空气与循环的热空气混合加热(此过程为第二阶段预热过程或第二次加热)，得到混合空气；
(3)、混合空气与原烟气换热后(此过程为第三阶段预热过程或第三次加热)，原烟气经过净化(脱硫和/或洗涤)成为净烟气，混合空气升温为热空气，热空气中，一部分作为循环的热空气，另一部分作为加热气体与净烟气混合。
本发明所述的利用烟气余热消除湿烟羽的方法，其中优选的是，所述热源为蒸汽、热媒水或热媒油。
本发明所述的利用烟气余热消除湿烟羽的方法，其中优选的是，所述净化为脱硫和/或洗涤。
本发明的效果为：本发明的装置和方法中，热空气直接和净烟气进行混合加热，不需要在塔顶烟囱上设置烟气再热器，因此对吸收塔改造量小，而且热空气主要是通过将环境空气和高温原烟气换热产生的，减少对额外热源的使用，节能效果好。
本发明的装置和方法能够最大化利用原烟气的热量，将与原烟气换热后的热空气一部分送入至鼓风机入口与环境空气混合，提高鼓风机入口空气温度，另一部分送入烟囱与净烟气混合。既降低了蒸汽或热媒水的用量，节约了能源，同时又能够在不同工况下便于控制对混风温度的调节，具体如下。
当夏季消白工艺所需热空气的风量降低时，可调整循环的热空气与加热气体的比例，甚至停用热源如蒸汽，即停用第一阶段预热过程，最大化地利用烟气余热采用第二阶段预热过程来加热空气，实现消白目标；当冬季遇到极冷天气，消白工艺所需热空气(加热风)的风量或风温上升时，可加大热源如蒸汽换热量或通过风门(或流量调节器)调整循环的热空气与加热气体的比例，达到消白目标。
本发明的装置和方法，两个阶段的预热过程，即预热器中蒸汽预热(第一阶段预热过程)和循环混风预热(第二阶段预热过程)，相互补充，在不会对设备造成腐蚀问题的条件下，最大化地利用烟气余热，节约能源，降低消耗，整个***运行寿命周期内的总体经济价值较高。
附图说明
图1为本发明的利用烟气余热消除湿烟羽的装置的结构示意图。
其中附图标记为：
1、冷风入口风道；2、预热器；3、预热器出口风道；4、鼓风机；5、鼓风机出口风道；6、换热器；7、换热器出口风道；8、循环风道；9、加加热风风道；10、烟气烟道；11、换热器出口烟道；12、预热器热源入口管线；13、预热器热源出口管线；14、烟囱；15、烟气混合器；16、脱硫塔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、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详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在一些实施例中，本发明提供的利用烟气余热消除湿烟羽的装置，在工作时，参见图1所示，环境空气即冷空气由冷风入口风道1进入预热器2，同时，蒸汽由预热器2的热源入口管线12进入预热器2，在预热器2中，蒸汽降温生成凝结水，由预热器热源出口管线13排出；环境空气初步预热(第一次加热)得到预热后的环境空气，预热后的环境空气进入预热器出口风道3，在此与循环风道8中的热空气混合(第二次加热)，得到温度再次升高的混合空气。
在鼓风机4的吸力下，混合空气进入鼓风机4，通过鼓风机出口风道5进入换热器6，同时，原烟气通过烟气烟道10进入换热器6，在换热器6中，原烟气降温后通过换热器出口烟道11进入净化塔(在此为脱硫塔16)，混合空气经第三次加热得到热空气。
此后，热空气进入换热器出口风道7后分为两部分，一部分进入循环风道8，然后在预热器出口风道3与预热后的环境空气混合，提升环境空气的温度，进行第二次加热；另一部分通过加热风风道9进入烟囱14的烟气通道内设置的烟气混合器15，从而与净烟气混合，加热了净烟气温度，达到消除白色烟气拖尾现象的目标。
换热器6可以是多种形式的换热器，在一些实施例中，可以是管束式换热器，在另一些实施例中，可以是板式换热器。
在一些实施例中，换热器的材料为金属或合金。
上述所有的风道和烟道(如冷风入口风道1、预热器出口风道3、鼓风机出口风道5、换热器出口风道7、循环风道8、加热风风道9、原烟气烟道10、换热器出口烟道11)可以是矩形的，也可以是圆形的，在此不做限制。材料可以是金属的、合金的，也可以是玻璃钢等其他材质的，在此不做限制。
在一些实施例中，本发明提供的利用烟气余热消除湿烟羽的方法，可以通过图1所示的装置实施。具体为：
(1)、环境空气经由蒸汽预热(此过程为第一阶段预热过程或第一次加热，可以通过预热器2实现)后，环境空气升温为预热后的环境空气，蒸汽降温为凝结水；
(2)、预热后的环境空气与循环的热空气混合加热(此过程为第二阶段预热过程或第二次加热，可以在预热器出口风道3内实现)，得到混合空气；
(3)、混合空气与原烟气换热后(此过程为第三阶段预热过程或第三次加热，可以通过换热器6实现)，原烟气经过净化(脱硫和/或洗涤，可以通过脱硫塔16和/或洗涤塔实现)成为净烟气，混合空气升温为热空气，热空气中，一部分作为循环的热空气，另一部分作为加热气体与净烟气混合。
该方法基于图1所示装置实施时，具体描述如下：
环境空气即冷空气由冷风入口风道1进入预热器2，同时，蒸汽由预热器2的热源入口管线12进入预热器2，在预热器2中，蒸汽降温生成凝结水，由预热器热源出口管线13排出；环境空气初步预热(第一次加热)得到预热后的环境空气，预热后的环境空气进入预热器出口风道3，在此与循环风道8中的热空气混合(第二次加热)，得到温度再次升高的混合空气。
在鼓风机4的吸力下，混合空气进入鼓风机4，通过鼓风机出口风道5进入换热器6，同时，原烟气通过烟气烟道10进入换热器6，在换热器6中，原烟气降温后通过换热器出口烟道11进入净化塔(在此为脱硫塔16)，混合空气经第三次加热得到热空气。
此后，热空气进入换热器出口风道7后分为两部分，一部分进入循环风道8，然后在预热器出口风道3与预热后的环境空气混合，提升环境空气的温度，进行第二次加热；另一部分通过加热风风道9进入烟囱14的烟气通道内设置的烟气混合器15，从而与净烟气混合，加热了净烟气温度，达到消除白色烟气拖尾现象的目标。
实施例1
采用本发明烟气加热的方法和装置，若要使烟囱中排出的湿烟气从视觉上消除白色烟羽，需将150000Nm3/h的烟气从45℃加热至65℃，即可在排放至大气时达到消白目标。
其中，加热过程需把净烟气从45℃加热至65℃，将如此大流量的烟气升温20℃，采用了热空气与烟气混合的方式加热，需将约36000Nm3/h热空气(150℃)与烟气混合，才能达到工艺要求，消除有色烟羽。
通过鼓风机4的吸力先将36000Nm3/h的环境空气(-10℃)引入至预热器2，在预热器2中通过与蒸汽换热，环境空气完成第一阶段预热，被加热至20℃，然后与循环风道8中的热空气(42000Nm3/h，150℃)混合加热至90℃，完成第二阶段预热，得到的混合空气为78000Nm3/h(90℃)。
混合空气通过鼓风机4送入至换热器6，通过与原烟气换热，将混合空气从90℃加热至150℃，得到热空气；同时，原烟气从180℃降至150℃。
所得热空气分为两部分，一部分热空气(42000Nm3/h，150℃)循环回到预热器出口风道3与环境空气混合，另一部分热空气(36000Nm3/h，150℃)会通过加热风风道9被送入脱硫塔顶烟囱内和净烟气(45℃)直接混合，混合后净烟气温度为65℃。
净烟气在温度被提升的同时降低湿度，这相当于进一步提高过热度，从而消除白色烟羽。
本发明的装置和方法的具体效果分析如下：
(1)环境空气分为三个加热阶段。第一阶段为蒸汽(或热媒水等其他热源)预热阶段，采用预热器进行预热；第二阶段为混风预热阶段，通过混合换热器下游的热空气进行预热；第三阶段为换热加热阶段，利用原烟气的热量加热空气。第一阶段预热和第二阶段预热可相互补充，便于根据实际工况调节各自的出力，尽量最大化地利用烟气余热，降低能耗。
(2)与高温原烟气换热后的热空气一部分返回鼓风机入口，与环境空气混合，达到预热环境空气的作用，第二预热阶段实际上还是利用了原烟气的热量。另一部分进入烟囱与净烟气混合，实现加热烟气的目的。这两部分气体的比例可以根据实际工况调节
(3)烟气再热方式无需对脱硫塔和烟囱做较大改动，工程改造量小。
(4)可适用于大流量气体的加热，能够大幅降低空气加热的运行费用，方法和装置简单，装置检修工作量小。
(5)能够避免烟空换热器的低温腐蚀。
应该注意的是，上述较佳实施例仅用于说明本发明，但本发明不限于所述实施例，在本发明的构思范围内，由本领域普通技术人员所进行变化和修饰，皆属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.利用烟气余热消除湿烟羽的装置，其特征在于，包括：
混合风道，包括环境空气入口、热空气入口和混合空气出口；
鼓风机，包括进风端和出风端，所述进风端与所述混合空气出口连通；
换热器，包括烟气入口、混合空气入口、换热区、烟气出口和热空气出口，所述混合空气入口与所述出风端连通，所述热空气出口连通换热器出口风道，所述换热器出口风道分别与循环风道和加热风风道连通，所述循环风道与所述热空气入口连通，所述烟气出口与净化塔的烟气入口连通；
烟气混合器，设置在所述净化塔的烟囱内的烟气通道中，包括烟气入口、热空气入口、混合区、烟气混合气体出口，所述热空气入口与所述加热风风道连通。
2.根据权利要求1所述的利用烟气余热消除湿烟羽的装置，其特征在于，还包括：
预热器，包括冷风入口、热源入口、换热区、预热气出口和热源出口，所述预热气出口与所述环境空气入口连通。
3.根据权利要求2所述的利用烟气余热消除湿烟羽的装置，其特征在于，所述预热器的热源为蒸汽、热媒水或热媒油。
4.根据权利要求1所述的利用烟气余热消除湿烟羽的装置，其特征在于，所述换热器为管束式换热器或板式换热器。
5.根据权利要求1所述的利用烟气余热消除湿烟羽的装置，其特征在于，所述换热器出口风道与所述循环风道连通处设有流量调节器，或者所述换热器出口风道与所述加热风风道连通处设有流量调节器。
6.根据权利要求1所述的利用烟气余热消除湿烟羽的装置，其特征在于，所述净化塔为脱硫塔或洗涤塔。
7.利用烟气余热消除湿烟羽的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、环境空气与循环的热空气混合加热，得到混合空气；
S2、所述混合空气与原烟气换热后，降温的原烟气经过净化成为净烟气，升温的混合空气成为热空气，所述热空气中，一部分作为所述循环的热空气，另一部分作为加热气体与所述净烟气混合。
8.根据权利要求7所述的利用烟气余热消除湿烟羽的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤S1中，所述环境空气先经由热源预热升温为预热后的环境空气，所述预热后的环境空气再与所述循环的热空气混合加热。
9.根据权利要求8所述的利用烟气余热消除湿烟羽的方法，其特征在于，所述热源为蒸汽、热媒水或热媒油。
10.根据权利要求7所述的利用烟气余热消除湿烟羽的方法，其特征在于，所述净化为脱硫和/或洗涤。
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