一种一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统的制作方法

本实用新型涉及烟气治理的环保技术领域，更具体地讲，涉及一种一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统。

背景技术：

目前国内火电厂已基本完成超低排放改造，虽然烟气排放标准满足超低排放NOx、SO2和烟尘排放标准，但脱硫冷凝塔出口湿饱和烟气直接通过烟囱排放(如图1所示)，在烟囱出口形成了白色烟羽，在冬季和环境湿度较大的地区，白色烟羽尾迹较长，伴随光照时，白色烟羽呈现出黑灰色，造成了严重的视觉污染并形成可凝结颗粒物污染(俗称“石膏雨”)。

最新的研究结果表明，石膏雨的主要成分实际上是湿法脱硫将烟气中有大量的CO2转化生成的碳酸氢钙，其溶解度16～18克/升，加上溶解度可以达到33克/升的亚硫酸氢钙，这两种可溶盐排入大气失去水分后生成的白色粉末(二次颗粒物)。这些颗粒物不但细小，而且非常疏松、比表面积很大，靠自重很难自然沉降，其粒径绝大部分小于2.5μm(也就是俗称的PM2.5)，会在大气中长期漂浮并富集，极其容易导致雾霾的形成。

烟气脱白就是要控制这些溶解物雾滴逃逸进入大气。目前烟气脱白的技术路线为烟气冷凝+再热，其中再热技术为MGGH升温(较成熟技术，不再赘述)，烟气冷凝技术主要有：浆液冷凝与烟气冷凝。

其中，浆液冷凝的原理如图2所示：浆液冷凝一般是在脱硫冷凝塔顶层(或次顶层)浆液管道上布置浆液冷却器，利用外来冷源冷却喷淋的脱硫浆液，达到烟气降温的目的。浆液冷凝法具有换热系数高(采用水-水板式换热，换热系数可达到1500以上)、布置灵活、结构紧凑等诸多优点，但存在湿饱和烟气冷凝液直接进入脱硫浆液导致脱硫水平衡难以控制，新增脱硫废水难以处理的重大问题(后续处理废液成本非常昂贵)，另外还存在浆液冷却器浆液侧易磨损、堵塞的问题，虽然浆液冷却器采用新型的宽流道设计方案，但经调研目前已经投运的项目，其磨损减薄还是很难控制。目前投入使用的相关设备已经出现了非常麻烦的水平衡和废水处理问题。

烟气冷凝的原理如图3所示：为避开湿饱和烟气冷凝液直接进入脱硫浆液带来的脱硫水平衡问题，常规的方案是在脱硫后净烟道上布置间壁式换热器进行冷却，烟气冷却器一般采用管式(含氟塑料管)、板式换热器。此工艺方案虽可避开脱硫浆液水平衡问题，但由于存在冷凝液膜热阻，其换热系数较低(40～70之间)换热器体积庞大，再加上湿饱和烟气冷凝液脱除新增的除雾器，其新增的阻力也比较大。另外超净排放改造后，在脱硫冷凝塔后的环保设备较多，比如双塔双循环、WESP、MGGH升温段(FGR)等设备外加环保局设置在烟囱入口的测量段(硬性要求)，能提供烟道冷却器布置空间的项目为数不多，基本不具备可实施性。从目前调研情况，由于布置空间限制基本上没有电厂采用烟气冷凝的相关布置方案。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种具有较高换热效率(解决布置空间紧张的问题)同时又没有冷凝液进入脱硫浆液带来脱硫水平衡的问题，另外还兼顾安全可靠、结构简单、投资费用低等特点的一种一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统。

本实用新型提供了一种一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统，所述烟气冷凝脱白系统包括脱硫冷凝塔、脱硫单元和烟气冷凝单元，所述脱硫冷凝塔包括下部的脱硫仓和上部的冷凝仓，所述脱硫仓下部设置有烟气入口，所述冷凝仓顶部通过净烟气出口与脱硫后净烟道连通且冷凝仓的最低处设置有排水口；

所述脱硫仓与冷凝仓通过分隔单元彼此分隔，所述分隔单元包括横向分隔件和纵向分隔件；所述横向分隔件为C型或S型板状件并且采用底部倾斜的布置方式布置，所述横向分隔件具有竖直设置的挡水围栏部分且所述横向分隔件上部形成冷凝仓；所述纵向分隔件设置在横向分隔件上方并与脱硫后净烟道的侧壁相连，所述纵向分隔件的最低点低于所述横向分隔件的最高点或者与横向分隔件的最高点齐平，所述纵向分隔件与横向分隔件之间形成连通所述脱硫仓与冷凝仓的连通通道；

所述脱硫单元与脱硫仓最低处的浆液出口连接并伸入脱硫仓中进行烟气喷淋脱硫；

所述烟气冷凝单元包括形成循环回路的换热器、外置式冷却站和水泵，所述换热器设置在冷凝仓中对烟气进行换热冷凝，换热器通过冷水连接管与外置式冷却站相连且通过热水连接管与水泵相连。

根据本实用新型一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统的一个实施例，所述脱硫单元包括浆液泵和脱硫浆液喷淋管，所述浆液泵的进液口与脱硫浆液供给单元和浆液出口连接，所述浆液泵的出液口与脱硫浆液喷淋管相连，所述脱硫浆液喷淋管伸入脱硫仓进行烟气喷淋脱硫。

根据本实用新型一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统的一个实施例，所述脱硫冷凝塔还包括设置在脱硫浆液喷淋管上方的一次除雾单元和设置在换热器上方的二次除雾单元。

根据本实用新型一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统的一个实施例，所述连通通道中布置有螺旋导烟结构件。

根据本实用新型一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统的一个实施例，所述烟气冷凝单元还包括设置在净烟气出口的温度检测单元和/或湿度检测单元。

根据本实用新型一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统的一个实施例，所述冷水连接管上设置有调节阀，所述调节阀与温度检测单元和/或湿度检测单元耦合实现远程自动控制。

根据本实用新型一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统的一个实施例，所述烟气冷凝单元还包括与排水口相连的收水箱。

根据本实用新型一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统的一个实施例，所述收水箱收集得到的烟气冷凝液作为外置式冷却站的补水、脱硫浆液的配水和/或一次除雾单元和/或二次除雾单元的冲洗水使用，其中，所述外置式冷却站为开式循环冷却塔或电厂凉水塔。

根据本实用新型一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统的一个实施例，所述换热器为光管式换热器、三维管式换热器、热管式换热器、搪瓷板式换热器或蜂窝板式换热器。

与现有技术相比，本实用新型采用一体化塔式布置，充分利用脱硫塔顶部空间，解决了常规烟气冷凝体积过于庞大无法布置的问题；采用分隔的冷凝仓设计结构，烟气冷凝液不与脱硫仓中的脱硫浆液发生工质交换，解决了常规浆液冷凝无法克服的脱硫水平衡问题；采用烟气-水逆流换热，克服了浆液换热器易磨损、结垢堵塞的问题；可利用烟气冷凝水对外置冷却站进行智能补水或送入脱硫塔配水、除雾器冲洗水，系统耗水量小(或零耗水)，无废液排放；还利用烟气冷凝水酸度进行智能除垢，无需额外补充酸液。

附图说明

图1示出了现有技术中未进行烟气脱白的脱硫冷凝塔结构原理示意图。

图2示出了现有技术中采用浆液冷凝方式进行烟气脱白的脱硫冷凝塔结构原理示意图。

图3示出了现有技术中采用烟气冷凝方式进行烟气脱白的脱硫冷凝塔结构原理示意图。

图4示出了根据本实用新型示例性实施例的一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统的结构示意图。

附图标记说明：

10-脱硫冷凝塔、20-脱硫仓、21-烟气入口、22-浆液泵、23-脱硫浆液喷淋管、24-一次除雾单元、25-净烟气出口、30-冷凝仓、31-分隔单元、311-横向分隔件、312-纵向分隔件、32-连通通道、33-排水口、40-水泵、41-外置式冷却站、42-调节阀、43-换热器、44-二次除雾单元、45-温度检测单元和/或湿度检测单元、46-冷水连接管、47-热水连接管、48-收水箱、50-脱硫后净烟道。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实用新型根据对现有技术中浆液冷凝与烟气冷凝等脱白方法和装置的问题分析，基于对烟气脱白解决雾霾问题的强制要求，开发出一种新技术，该一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统具有非常高的换热效率(解决布置空间紧张的问题)，同时不会有冷凝液进入脱硫浆液带来脱硫水平衡的问题，另外还可以兼顾安全可靠、结构简单、投资费用较低等特点，此外还能够考虑在系统控制基础上采用远程DCS控制手段，使系统自动化、智能化运行，满足国家政策要求。

下面对一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统的结构和原理进行说明。

图4示出了根据本实用新型一个示例性实施例的一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统的结构示意图。

如图4所示，根据本实用新型的示例性实施例，所述一体化塔式换热烟气冷凝脱白系统包括脱硫冷凝塔10、脱硫单元和烟气冷凝单元，脱硫冷凝塔10包括下部的脱硫仓20和上部的冷凝仓30，脱硫仓20下部设置有烟气入口21，冷凝仓30顶部通过净烟气出口25与脱硫后净烟道50连通且冷凝仓30的最低处设置有排水口33。

脱硫仓20与冷凝仓30通过分隔单元31彼此分隔，分隔单元31包括横向分隔件311和纵向分隔件312。横向分隔件311为C型或S型板状件并且采用底部倾斜的布置方式布置，横向分隔件311具有竖直设置的挡水围栏部分且横向分隔件311上部形成冷凝仓30。纵向分隔件312设置在横向分隔件311上方并与脱硫后净烟道50的侧壁相连，纵向分隔件312的最低点低于311横向分隔件的最高点或者与横向分隔件311的最高点齐平，纵向分隔件312与横向分隔件311之间形成连通脱硫仓20与冷凝仓30的连通通道32。

本实用新型的脱硫单元与脱硫仓20最低处的浆液出口连接并伸入脱硫仓20中进行烟气喷淋脱硫，优选地，脱硫单元包括浆液泵22和脱硫浆液喷淋管23，浆液泵22的进液口与脱硫浆液供给单元(未示出)和浆液出口连接，浆液泵22的出液口与脱硫浆液喷淋管23相连，脱硫浆液喷淋管23伸入脱硫仓20中进行烟气喷淋脱硫。

本实用新型的烟气冷凝单元包括形成循环回路的换热器43、外置式冷却站41和水泵40，换热器43设置在冷凝仓30中对烟气进行换热冷凝，换热器43通过冷水连接管46与外置式冷却站41相连且通过热水连接管47与水泵40相连。其中，水泵40可以为循环水泵或变频水泵。具体地，换热器43与烟气逆流换热，冷却循环水通过冷水连接管46由换热器顶部进入，经换热器本体与烟气换热后由底部引出并通过热水连接管47返回水泵40与冷却水混合后作为冷却站的补充水使用。

换热器43可以为光管式换热器、三维管式换热器、热管式换热器、搪瓷板式换热器或蜂窝板式换热器等高效换热器，具体换热器类型可以根据换热要求进行选配。

其中，脱硫冷凝塔10可以采用现有技术的常规结构，本实用新型既可以在现有脱硫塔的基础上对脱硫塔顶部改造获得，也可以直接设计制造得到包括本实用新型。例如，在设计或改造时，布置在脱硫冷凝塔顶部的冷凝仓可采用整体玻璃钢—金属件连接件成型，底座与脱硫冷凝塔顶部相连(可焊接，也可法兰栓接)，可现场施工组装，投资少且重量轻；另外，冷凝仓与烟气接触位置直接采用玻璃钢，不必进行二次防腐处理(比如内衬玻璃鳞片树脂等)，投资少且施工周期短。

由此可知，本实用新型通过优选地在脱硫冷凝塔顶部布置与脱硫仓20相隔开的冷凝仓30，同时利用外置式冷却站41和换热器43对进入冷凝仓30的脱硫后烟气进行换热冷却，有效克服了浆液换热器易磨损、结垢堵塞的问题，同时保证了冷凝效率。

上述结构的优势之一是充分利用了脱硫冷凝塔的顶部空间，不占用脱硫冷凝塔后净烟道，不存在布置空间不够的问题，理论上只要采用湿法脱硫的电厂都可以进行布置，适用范围广、布置方式灵活且基本不受布置空间的限制。上述结构的另一明显优势是，烟气冷凝液得到了有效分隔，不会与脱硫冷凝塔浆液发生工质交换，解决了常规浆液冷凝无法克服的脱硫水平衡问题。

根据本实用新型，除了在脱硫冷凝塔顶部布置之外，也可以将分隔单元31布置在脱硫后净烟道内或湿式除尘器后(适用于布置空间相对较大的电厂)，本实用新型对此不作限制。

本实用新型中分隔单元31的横向分隔件311和纵向分隔件312配合实现冷凝仓的分隔和脱硫后烟气向冷凝仓的导向，横向分隔件311的具体结构可通过数值模拟计算确定，应确保脱硫后烟气以最小的阻力代价顺利进入冷凝仓30。

如图4所示，横向分隔件311具有作为挡水围栏的竖直段部分，该挡水围栏部分与倾斜底部结构配合，能够确保烟气冷凝水不能翻越挡水围栏进入脱硫仓内。优选地在连通通道32中布置螺旋导烟结构件，实现脱硫后烟气的平缓引入。

本实用新型中的冷凝仓30通过净烟气出口25与脱硫后净烟道50相连，从而将冷凝后脱硫烟气直接通过脱硫后净烟道导向后续的加热设备并实现有效脱白。

根据本实用新型，脱硫冷凝塔10还包括设置在脱硫仓20上部的一次除雾单元24和设置在冷凝仓30上部的二次除雾单元44，一次除雾单元24设置在在脱硫浆液喷淋管23上方，二次除雾单元38设置在换热器43上方。除雾单元优选地采用常规波形塑料板片(也可配置高效除雾器)，通过新增一级除雾单元，净烟气携带污垢显著减少，为后续MGGH升温段采用高效蜂窝板式换热器创造有利条件。并且，烟气冷凝单元优选地还包括设置在净烟气出口40的温度检测单元和/或湿度检测单元39，以通过对冷凝后脱硫烟气的检测实现整体冷凝脱白系统的自动控制。

本实用新型的烟气冷凝单元还包括与排水口33相连的收水箱48，收水箱48设计有溢流排水管，则冷凝仓中换热产生的烟气冷凝液可通过冷凝仓→排水口→收水箱的路径排出，收水箱48收集得到的烟气冷凝液可以作为外置式冷却站41的补水、脱硫浆液的配水和/或一次除雾单元24和/或二次除雾单元44的冲洗水循环使用。利用烟气冷凝水对外置冷却站进行智能补水、送入脱硫塔配水和作为除雾器冲洗水，系统耗水量小，无废液排放；还可以利用烟气冷凝水酸度进行智能除垢，无需额外补充酸液。

本实用新型选用的外置式冷却站35可以为开式循环冷却塔或电厂凉水塔，冷水连接管46上优选地设置有调节阀42，该调节阀42与温度检测单元和/或湿度检测单元45耦合实现远程自动控制，无需人工干预。

综上所述，本实用新型设计结构简单，调节范围广，仅需要根据不同机组容量进行调整设计，为烟气脱白冷凝技术采用通用化、标准化设计创造条件并具备可实施性。整套系统均未采用昂贵材料，可大幅度降低烟气冷凝建设成本及造价，很好地解决了现有技术中布置空间紧张、脱硫水平衡等问题。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。