含硫烟气余热回收装置及控制方法

1.本发明涉及含硫烟气处理技术领域，特别是涉及一种含硫烟气余热回收装置及控制方法。


背景技术：

2.锅炉使用的煤、石油以及天然气等燃料中都含有一定的硫，因此，燃料燃烧产生的烟气中不仅含有一定量的水蒸汽，而且还含有一定量的so2，燃烧后形成的so2有一部分会进一步被氧化成so3，且与烟气中的水蒸汽结合成硫酸蒸汽，烟气中硫酸蒸汽的凝结温度称为烟气酸露点。当锅炉尾部受热面的温度低于烟气的酸露点时，硫酸蒸汽就会凝结在受热面的表面，形成硫酸溶液，产生低温腐蚀。目前，行业内现有的含硫烟气余热回收装置中，在化工厂不同的操作条件下，烟气酸露点温度随烟气中so2含量不同而随时变化，如何随烟气中so2含量的不同，调节余热回收系统中烟气出口温度，使锅炉尾部受热面的温度始终高于烟气的酸露点，避免换热器酸腐蚀是目前亟须解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种含硫烟气余热回收装置及控制方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够回收利用含硫烟气中的余热，同时避免设备腐蚀。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明提供一种含硫烟气余热回收装置，包括烟气换热装置、so2浓度监测装置和控制终端；
6.所述烟气换热装置用于与锅炉烟道连接并能够与锅炉烟道内烟气进行热交换，所述烟气换热装置上设有分别用于换热介质流入和流出的介质进口管和介质出口管以及用于控制所述烟气换热装置中的换热介质流量的流量控制装置；
7.所述so2浓度监测装置用于设置于锅炉烟道进口和所述烟气换热装置之间的烟道中并与所述控制终端电连接；
8.所述控制终端能够根据所述so2浓度监测装置测得的so2浓度计算得到酸露点温度，并控制所述流量控制装置使热交换后的烟气温度高于酸露点温度。
9.优选的，所述烟气换热装置包括相变换热器、相变换热汽包和换热盘管，所述相变换热器用于设置于锅炉烟道进口和出口之间的烟道中，所述相变换热器的进口和出口分别通过下降管和上升管与所述相变换热汽包内部连通，所述换热盘管设置于所述相变换热汽包内，所述换热盘管的两端分别与所述介质进口管和所述介质出口管连通。
10.优选的，所述相变换热器为螺旋翅片管换热器，所述换热盘管为蛇形换热盘管。
11.优选的，还包括水蒸气浓度监测装置和烟气压力监测装置，所述水蒸气浓度监测装置和所述烟气压力监测装置用于设置于锅炉烟道进口和所述烟气换热装置之间的烟道中并均与所述控制终端电连接。
12.优选的，所述so2浓度监测装置包括so2浓度传感器，所述水蒸气浓度监测装置包括
烟气水分仪，所述烟气压力监测装置包括烟气压力传感器，所述so2浓度传感器、所述烟气水分仪和所述烟气压力传感器均与所述控制终端电连接。
13.优选的，所述流量控制装置包括流量控制阀，所述流量控制阀设置于所述介质进口管上并与所述控制终端电连接。
14.优选的，还包括进口烟温监测装置，所述进口烟温监测装置用于设置于锅炉烟道进口和所述烟气换热装置之间的烟道中；所述介质进口管上设有进口介质温度监测装置，所述介质出口管上设有出口介质温度监测装置；所述进口烟温监测装置、所述进口介质温度监测装置和所述出口介质温度监测装置均与所述控制终端电连接。
15.优选的，所述进口烟温监测装置包括进口烟气温度传感器，所述进口介质温度监测装置包括进口介质温度传感器，所述出口介质温度监测装置包括出口介质温度传感器，所述进口烟气温度传感器、所述进口介质温度传感器和所述出口介质温度传感器均与所述控制终端电连接。
16.本发明还提供一种基于以上所述的含硫烟气余热回收装置的余热回收控制方法，包括以下步骤：
17.s1：所述so2浓度监测装置实时监测锅炉烟道进口的so2体积分数并传输至所述控制终端；
18.s2：所述控制终端根据s1中测得so2体积分数计算得到烟气中so3的体积分数；
19.s3：所述控制终端根据s2中so3的体积分数计算得到烟气酸露点温度；
20.s4：保证锅炉低温受热面温度高出烟气酸露点t℃，即烟气出口温度高出烟气酸露点t℃，其中t＞0，所述控制终端控制所述流量控制装置使热交换后的烟气温度高于酸露点温度。
21.优选的，水蒸气浓度监测装置、进口烟温监测装置和烟气压力监测装置实时监测锅炉烟道进口的水蒸气体积分数、进口烟气温度和进口烟气压力并传输至所述控制终端，进口介质温度监测装置和出口介质温度监测装置实时监测所述烟气换热装置的进口介质温度和出口介质温度并传输至所述控制终端；
22.根据锅炉的类型选定so2与so3的转化率，则有：
[0023][0024]
式(1)中：
[0025]
烟气中so3的体积分数；
[0026]
烟气中so2的体积分数；
[0027]
η：so2与so3的转化率；
[0028]
所述控制终端根据式(1)计算得到烟气中so3的体积分数；
[0029]
若so3的体积分数高于35ppm，根据h.a.bapahoba公式有：
[0030][0031]
若so3的体积分数不高于35ppm，根据haase&borgmann公式有：
[0032][0033]
其中，
[0034][0035][0036]
式(2)
‑
式(5)中：
[0037]
t
adp
：酸露点温度；
[0038]
烟气中水蒸气的体积分数；
[0039]
烟气中so3的分压；
[0040]
烟气中水蒸气的分压；
[0041]
p0：进口烟气压力；
[0042]
所述控制终端根据式(2)
‑
式(5)计算得到酸露点温度；
[0043]
保证烟气出口温度高出烟气酸露点t℃，依据能量守恒定律有：
[0044][0045]
式(6)中：
[0046]
k0：烟气换热装置换热效率；
[0047]
k1：换热设备保温效率；
[0048]
烟气热容；
[0049]
换热介质热容；
[0050]
t1：进口烟气温度；
[0051]
烟气质量流量；
[0052]
换热介质质量流量；
[0053]
δt：烟气换热装置的出口介质温度和进口介质温度的温差；
[0054]
所述控制终端根据式(6)计算得到换热介质质量流量：
[0055][0056]
所述控制终端控制所述流量控制装置，使得所述烟气换热装置的换热介质质量流量
[0057]
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0058]
本发明提供的含硫烟气余热回收装置及控制方法，根据锅炉的类型确定so2与so3的转化率，由so2浓度监测装置实时监测锅炉烟道进口的so2体积分数并传输至控制终端，根据so2体积分数和转化率，控制终端计算得到so3的体积分数，并根据so3的体积分数计算得到酸露点温度，然后，保证锅炉低温受热面温度高于烟气酸露点温度并高出烟气酸露点t℃，即烟气出口温度高出烟气酸露点t℃，控制终端控制流量控制装置，通过换热介质和烟气进行热交换，将烟气中的部分热量传递至换热介质中，使得烟气余热得以回收利用，并使得热交换后的烟气温度即烟气出口温度始终高于酸露点温度，从而避免了硫酸蒸汽凝结成硫酸溶液，避免设备腐蚀，延长设备使用寿命。
附图说明
[0059]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0060]
图1为本发明提供的含硫烟气余热回收装置的结构示意图；
[0061]
图2为本发明提供的含硫烟气余热回收装置中的相变换热汽包和换热盘管的结构连接示意图；
[0062]
图3为本发明提供的含硫烟气余热回收装置中的相变换热器的结构示意图；
[0063]
图中：100
‑
含硫烟气余热回收装置、1
‑
烟气换热装置、2
‑
so2浓度监测装置、3
‑
水蒸气浓度监测装置、4
‑
进口烟温监测装置、5
‑
烟气压力监测装置、6
‑
控制终端、7
‑
锅炉烟道、8
‑
介质进口管、9
‑
介质出口管、10
‑
流量控制装置、11
‑
进口介质温度监测装置、12
‑
出口介质温度监测装置、13
‑
相变换热器、14
‑
相变换热汽包、15
‑
换热盘管、16
‑
下降管、17
‑
上升管。
具体实施方式
[0064]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0065]
本发明的目的是提供一种含硫烟气余热回收装置及控制方法，以解决现有技术存在的问题，能够回收利用含硫烟气中的余热，同时避免设备腐蚀。
[0066]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0067]
如图1
‑
图3所示，本实施例提供一种含硫烟气余热回收装置100，包括烟气换热装置1、so2浓度监测装置2和控制终端6；
[0068]
烟气换热装置1用于与锅炉烟道7连接并能够与锅炉烟道7内烟气进行热交换，烟气换热装置1上设有分别用于换热介质流入和流出的介质进口管8和介质出口管9以及用于控制烟气换热装置1中的换热介质流量的流量控制装置10；
[0069]
so2浓度监测装置2用于设置于锅炉烟道7进口和烟气换热装置1之间的烟道中并与控制终端6电连接；
[0070]
控制终端6能够根据so2浓度监测装置2测得的so2浓度计算得到酸露点温度，并控制流量控制装置10使热交换后的烟气温度高于酸露点温度。
[0071]
根据锅炉的类型确定so2与so3的转化率，其中，在烟道烟气中，so2和so3之间保持一个平衡状态，当锅炉为煤粉炉时so2与so3转化率约为3％
‑
5％，当锅炉为燃油炉时取5％
‑
10％，化工厂焚烧炉取3.2％
‑
8.7％，由so2浓度监测装置2实时监测锅炉烟道7进口的so2体积分数并传输至控制终端6，根据so2体积分数和so2与so3的转化率，控制终端6通过so2体积分数乘以转化率从而计算得到so3的体积分数，并根据so3的体积分数计算得到酸露点温度，然后，根据低温腐蚀原理，保证锅炉低温受热面温度高于烟气酸露点温度并高出烟气酸露点t℃，即烟气出口温度高出烟气酸露点t℃，控制终端6控制流量控制装置10，通过换热介
质和烟气进行热交换，将烟气中的部分热量传递至换热介质中，使得烟气余热得以回收利用，并使得热交换后的烟气温度即烟气出口温度始终高于酸露点温度，从而避免了硫酸蒸汽凝结成硫酸溶液，避免锅炉设备腐蚀，延长设备使用寿命。
[0072]
如图1所示，本实施例中，烟气换热装置1包括相变换热器13、相变换热汽包14和换热盘管15，相变换热器13用于设置于锅炉烟道进口和出口之间的烟道中，相变换热器13的进口和出口分别通过下降管16和上升管17与相变换热汽包14内部连通，换热盘管15设置于相变换热汽包14内，换热盘管15的两端分别与介质进口管8和介质出口管9连通。凝结水通过下降管16进入相变换热器13，在相变换热器13吸收烟气热量，变成水蒸气，水蒸气通过上升管17进入相变换热汽包14，相变换热汽包14与锅炉主凝结水系统并联，主凝结水通过介质进口管8进入相变换热汽包14中，利用相变换热器13的水蒸气的热量加热主凝结水后沿介质出口管9流出，从而实现加热锅炉系统所需的主凝结水达到余热回收利用的目的，同时水蒸气经过主凝结水的冷却，冷凝为水，再通过下降管16进入相变换热器13，吸收烟气余热。
[0073]
如图2
‑
图3所示，本实施例中，相变换热器13为螺旋翅片管换热器，换热盘管15为蛇形换热盘管，换热效果好。
[0074]
如图1所示，本实施例中，还包括水蒸气浓度监测装置3和烟气压力监测装置5，水蒸气浓度监测装置3和烟气压力监测装置5用于设置于锅炉烟道7进口和烟气换热装置1之间的烟道中并均与控制终端6电连接。通过水蒸气浓度监测装置3实时监测锅炉烟道7进口的水蒸气体积分数和进口烟气压力并传输至控制终端6。在通过so2体积分数和so2与so3的转化率得到so3的体积分数后，若so3的体积分数高于35ppm，根据h.a.bapahoba公式有：
[0075][0076]
若so3的体积分数不高于35ppm，根据haase&borgmann公式有：
[0077][0078]
其中，
[0079][0080][0081]
式中：t
adp
：酸露点温度；烟气中水蒸气的体积分数；烟气中so3的体积分数；烟气中so3的分压；烟气中水蒸气的分压；p0：进口烟气压力；控制终端6根据以上公式计算得到酸露点温度。
[0082]
本实施例中，so2浓度监测装置2包括so2浓度传感器，水蒸气浓度监测装置3包括烟气水分仪，烟气压力监测装置5包括烟气压力传感器，so2浓度传感器、烟气水分仪和烟气压力传感器均与控制终端6电连接，通过so2浓度传感器监测so2浓度并传输至控制终端6，实现对so2浓度的实时监测，通过烟气水分仪监测水蒸气浓度并传输至控制终端6，实现对水蒸气浓度的实时监测，通过烟气压力传感器监测进口烟气压力并传输至控制终端6，实现对进口烟气压力的实时监测，结构简单，便于进行安装。
[0083]
本实施例中，流量控制装置10包括流量控制阀，流量控制阀设置于介质进口管8上并与控制终端6电连接，结构简单，控制方便。
[0084]
如图1所示，本实施例中，还包括进口烟温监测装置4，进口烟温监测装置4用于设
置于锅炉烟道7进口和烟气换热装置1之间的烟道中；介质进口管8上设有进口介质温度监测装置11，介质出口管9上设有出口介质温度监测装置12；进口烟温监测装置4、进口介质温度监测装置11和出口介质温度监测装置12均与控制终端6电连接。在烟气换热装置1与烟气进行热交换时，保证烟气出口温度高出烟气酸露点t℃，依据能量守恒定律有：
[0085][0086]
式中：k0：烟气换热装置换热效率；
[0087]
k1：换热设备保温效率；
[0088]
：烟气热容；
[0089]
：换热介质热容；
[0090]
t1：进口烟气温度；
[0091]
烟气质量流量；
[0092]
换热介质质量流量；
[0093]
δt：烟气换热装置的出口介质温度和进口介质温度的温差；
[0094]
根据锅炉的类型确定烟气质量流量控制终端6根据上式计算得到换热介质质量流量：
[0095][0096]
控制终端6控制流量控制装置10，使得烟气换热装置1的换热介质质量流量
[0097]
其中，换热设备保温效率k1指的是烟气换热装置1和锅炉烟道7的保温效率的乘积，烟气换热装置换热效率k0为相变换热器13和换热盘管15的换热效率的乘积，换热介质为锅炉系统所需的主凝结水，即换热介质热容为水的热容，通过加热锅炉系统所需的主凝结水从而达到烟气余热回收利用的目的，根据锅炉的类型确定so2与so3的转化率以及烟气质量流量后，控制终端6计算得到换热介质质量流量，并根据换热介质质量流量控制流量控制阀，保证实际换热介质质量流量与计算得到的换热介质质量流量相等，从而保证了烟气出口温度始终高于酸露点温度，避免了硫酸蒸汽凝结成硫酸溶液，避免设备腐蚀，延长设备使用寿命。
[0098]
本实施例中，进口烟温监测装置4包括进口烟气温度传感器，进口介质温度监测装置11包括进口介质温度传感器，出口介质温度监测装置12包括出口介质温度传感器，进口烟气温度传感器、进口介质温度传感器和出口介质温度传感器均与控制终端6电连接，结构简单，安装方便。
[0099]
一种基于以上所述的含硫烟气余热回收装置100的余热回收控制方法，包括以下步骤：
[0100]
s1：so2浓度监测装置2实时监测锅炉烟道7进口的so2体积分数并传输至控制终端6；
[0101]
s2：控制终端6根据s1中测得so2体积分数计算得到烟气中so3的体积分数；
[0102]
s3：控制终端6根据s2中so3的体积分数计算得到烟气酸露点温度；
[0103]
s4：保证锅炉低温受热面温度高出烟气酸露点t℃，即烟气出口温度高出烟气酸露点t℃，其中t＞0，控制终端6控制流量控制装置10使热交换后的烟气温度高于酸露点温度。
[0104]
在本控制方法中，水蒸气浓度监测装置3、进口烟温监测装置4和烟气压力监测装置5实时监测锅炉烟道7进口的水蒸气体积分数、进口烟气温度和进口烟气压力并传输至控制终端6，进口介质温度监测装置11和出口介质温度监测装置12实时监测烟气换热装置1的进口介质温度和出口介质温度并传输至控制终端6；
[0105]
根据锅炉的类型选定so2与so3的转化率，则有：
[0106][0107]
式(1)中：
[0108]
烟气中so3的体积分数；
[0109]
烟气中so2的体积分数；
[0110]
η：so2与so3的转化率；
[0111]
控制终端6根据式(1)计算得到烟气中so3的体积分数；
[0112]
若so3的体积分数高于35ppm，根据h.a.bapahoba公式有：
[0113][0114]
若so3的体积分数不高于35ppm，根据haase&borgmann公式有：
[0115][0116]
其中，
[0117][0118][0119]
式(2)
‑
式(5)中：
[0120]
t
adp
：酸露点温度；
[0121]
烟气中水蒸气的体积分数；
[0122]
烟气中so3的分压；
[0123]
烟气中水蒸气的分压；
[0124]
p0：进口烟气压力；
[0125]
控制终端6根据式(2)
‑
式(5)计算得到酸露点温度；
[0126]
根据低温腐蚀原理，保证低温受热面温度高出烟气酸露点t℃，即烟气出口温度高出烟气酸露点t℃，其中t＞0，优选6≤t≤10，进一步优选t＝8，依据能量守恒定律有：
[0127][0128]
式(6)中：
[0129]
k0：烟气换热装置换热效率；
[0130]
k1：换热设备保温效率；
[0131]
烟气热容；
[0132]
换热介质热容；
[0133]
t1：进口烟气温度；
[0134]
烟气质量流量；
[0135]
换热介质质量流量；
[0136]
δt：烟气换热装置的出口介质温度和进口介质温度的温差；
[0137]
控制终端6根据式(6)计算得到换热介质质量流量：
[0138][0139]
控制终端6控制流量控制装置10，使得烟气换热装置1的换热介质质量流量
[0140]
其中，换热设备保温效率k1指的是烟气换热装置1和锅炉烟道7的保温效率的乘积，烟气换热装置换热效率k0为相变换热器13和换热盘管15的换热效率的乘积，换热介质为锅炉系统所需的主凝结水，即换热介质热容为水的热容，通过加热锅炉系统所需的主凝结水从而达到烟气余热回收利用的目的，根据锅炉的类型确定so2与so3的转化率以及烟气质量流量后，控制终端6计算得到换热介质质量流量，并根据换热介质质量流量控制流量控制阀，保证实际换热介质质量流量与计算得到的换热介质质量流量相等，从而保证了烟气出口温度始终高于酸露点温度，避免了硫酸蒸汽凝结成硫酸溶液，避免设备腐蚀，延长设备使用寿命。
[0141]
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。