喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置制造方法
喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，包括：喷淋填料与储碱塔(1)，烟气输送与氧化回路系统，喷淋输送回路系统，热能利用系统和加碱中和系统，所述喷淋填料与储碱塔(1)，包括：喷淋填料与储碱塔主体结构件(11)，喷淋填料与储碱塔接口，填料(13)，除水器(14)和喷淋组件(15)。本发明中喷淋水通过大比表面积的填料与烟气接触换热，显著增加了气液两相的稳定的接触换热面积、接触时间和均匀性，显著提高了气液换热的性能和稳定性，从而显著提高了烟气余热回收热效率和脱硝脱硫效果。
【专利说明】喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，特别是其是用于天然气锅炉的一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置。
【背景技术】
[0002]天然气锅炉的效率已经可以达到90%左右，但是由于天然气的价格昂贵(大约是轻油的1.5倍、煤的5倍)，所以如何进一步提高天然气锅炉效率仍然非常重要，而现有的锅炉设计技术中降低排烟热损失是提高锅炉效率的主要因素，所以如何回收烟气余热中的显热和潜热是进一步提升燃气锅炉效率的关键。对于现有空塔喷雾与烟气直接接触式换热的烟气回收的装置的换热设备，采用将冷却水喷成细小的雾珠，细小的雾珠在空塔(或者称为换热器)与烟气直接接触式换热，其特点是将冷却水喷成细小的雾珠在空塔中慢慢的落下,通常喷成雾状的雾珠大约50μπι到Imm以下，雾珠还需要5_10秒钟的慢速降落接触换热时间，雾珠过大和接触换热时间不足则换热效果较差，这样就造成如下几个主要方面不足:(1)冷却水喷成微细雾珠在空塔中慢速的落下，则塔内烟气的直接接触式换热的流动阻力降比较大，通常有400-800Pa，有些甚至大于lOOOPa，从而造成烟气抽风机或者鼓风机的电功耗过大；(2)冷却水需要喷成细小的雾珠，水泵需要比较大的压头，因为仅喷雾通常至少需要0.1MPa的压力差来驱动(一般为0.2-0.3MPa的喷雾效果较好)，这就造成水泵的电功耗过大；(3)喷雾的雾珠过小则容易雾珠外带，从而造成环境污染和烟道腐蚀等，喷雾的雾珠过大则换热效果较差，考虑喷雾的不均匀性和负荷变化造成空塔内流场的不均匀性，通常采用较大的喷雾流量以改善上述问题，但也同时带来了喷雾水泵功耗显著增加的问题，以及喷雾冷却水的出水温度较低而造成余热能利用效率较低的问题；⑷空塔喷雾与烟气直接接触式换热的塔内烟气流场很不均匀，特别是负荷偏离设计较大时更为明显，在某些情况在塔内可能出现严重的烟气偏流和回流，这就造成系统余热能利用的不稳定性和效率显著下降等问题。对于烟气与冷媒间壁式换热的烟气回收的装置的换热设备，采用换热管或者热管作为换热元件，烟气与冷媒(一般为水)是分隔开的(不直接接触)，由于烟气的对流换热系数比较小，通常采用翅片增加换热面积而强化换热，而烟气中含有大量的灰尘和腐蚀性物质以及烟气在降温过程有大量的冷凝水，从而造成翅片腐蚀严重、堵塞和结垢，不仅换热效果差而且设备寿命比较短，为了缓解上述问题也有不采用翅片而采用光管的，但设备体积庞大而且投资显著增加，该类结构的低温烟气回收的装置的换热设备的水阻和烟气流阻也都很大，也就是水泵和风机的电功耗都比较大，节能效益受高电耗的影响比较明显。
[0003]此外,天然气燃烧后的烟气中所含的氮氧化物和硫氧化物对大气有污染,尽管按现有标准规范单个锅炉的氮氧化物是达标排放，但是随着燃气锅炉的数量增加，其排放到空中的氮氧化物的总量也在增加，将对特定区域的大气质量产生一定的影响，很有可能在将来某些地域需要提高烟气排放标准；同时，由于燃气锅炉烟气中氮氧化物的含量相对较低，增加常规的脱硝设备的投资和运行费相对较高，因此需要开发低投入，低运行费用，高效率的燃气锅炉烟气脱硝装置。
[0004]中国专利201210156824.9公开了一种具有脱硝和集水功能的燃气锅炉(直燃机)烟气余热回收装置，该发明专利技术可在回收烟气余热的同时也能去除烟气的部分氮氧化物，但是由于该装置采用在余热回收装置内烟气先经板式换热器间壁换热再经喷淋或者喷雾吸收烟气中氮氧化物然后再与热泵蒸发器间壁换热的“一级换热+吸收+ 二级换热”方式，这样一方面烟气在喷淋或者喷雾吸收氮氧化物的过程后的温度显著降低，造成烟气的部分余热未被利用而被浪费，而且空塔的喷淋或者喷雾吸收氮氧化物和硫氧化物的效果较差造成烟气中的大量的酸性物质进入后续的热泵蒸发器可能使热泵蒸发器出现比较严重的腐蚀等问题。
[0005]中国专利200910238452.2提出了一种热泵型燃气锅炉余热回收机组，采用两级烟气-循环水间壁换热器(烟气-水换热器和烟气冷凝换热器)，如果采用翅片管换热器则容易造成翅片腐蚀严重、堵塞和结垢，如果采用光管换热器则设备庞大而且投资显著增加，无论是采用翅片管还是光管的换热器，其水阻和烟气流阻也都很大，水泵和风机的电功耗都比较大。
[0006]中国专利201110282736.4公开了一种燃气锅炉烟气余热全热回收装置，该实用新型专利技术可在回收烟气余热的同时可去除烟气中部分氮氧化物，主要是二氧化氮，但是难以去除烟气中含量较大的一氧化氮；此外设置的混合降温器明显增加了系统的传热能力的损失，也明显降低了余热利用效率。
[0007]中国专利201110110470.X公开的利用吸收式热泵回收烟气余热的集中供热系统、中国专利200720186994.6公开的一种接触式的烟气余热回收装置和中国专利20111046805.6公开的一种接触式低温烟气余热深度回收利用系统，都是空塔喷雾直接接触式换热器，需要将喷淋水喷成100 μ m到Imm以下微细雾珠，微细雾珠再在空塔中漂浮慢速下落过程中和烟气直接接触换热，喷雾水和烟气的流动阻力都比较大，而且为了达到好的换热效果还需要较大的喷雾水流量，因而水泵和烟气输送风机的电功率都比较大，同时由于烟气在空塔中喷雾接触换热很容易出现比较严重的偏流，烟气在空塔中的分布很不均匀，甚至可能出现大的涡流区，也严重影响了换热效果甚至还影响系统工作的稳定性。此夕卜，由于烟气中的氮氧化物主要为难溶于水的NO，余热回收系统的脱硝效果比较差。
[0008]综上所述，现有技术中至少存在以下问题:现有的余热回收装置的喷雾/喷淋水泵和烟气驱送风机的电功率都比较大，对余热回收的节能效果影响比较明显，同时烟气的脱硝效果也比较差。
【发明内容】
[0009]本发明提供一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，即可以获得优良的烟气余热回收效率和节能效益，同时还可以获得优良的脱硝脱硫效果，以解决现有的低温烟气余热回收换热效率低和脱硝脱硫效果差等问题。
[0010]为此，本发明提出一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，所述喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置包括:喷淋填料与储碱塔1，烟气输送与氧化回路系统，喷淋输送回路系统，热能利用系统和加碱中和系统；
[0011 ] 所述喷淋填料与储碱塔I，包括:喷淋填料与储碱塔主体结构件11，喷淋填料与储碱塔接口，填料13，除水器14和喷淋组件15，其中，喷淋填料与储碱塔主体结构件11为塔式结构，是由喷淋填料塔外壳体111和喷淋填料塔外壳体111内从下至上设置的喷淋填料塔中间隔板112、填料支撑板113和除水器支撑板114等组成，所述喷淋填料塔中间隔板112将喷淋填料塔外壳体111内腔分隔开为下部碱液储存空间JY和上部烟气喷淋换热空间YQ，喷淋填料塔中间隔板112承接上部烟气喷淋换热空间YQ的喷淋换热的喷淋水16，碱液17存储在下部碱液储存空间JY中，喷淋水上液面161高于喷淋填料塔中间隔板112，碱液上液面171低于喷淋填料塔中间隔板112，在喷淋填料塔外壳体111上设置了喷淋填料与储碱塔接口，喷淋填料与储碱塔接口包括烟气入口 121，烟气出口 122，喷淋循环水出口 123，喷淋循环水入口 124，碱液出口 125，人孔，碱投入口 127，喷淋水溢流口 128和上下连通组合接管129，在填料支撑板113上放置有填料13以实现喷淋水与烟气的接触换热以及酸性物质的吸收，在除水器支撑板114放置有除水器4以实现出塔烟气中微小水珠的收集，所述下部碱液储存空间JY和所述上部烟气喷淋换热空间YQ通过所述上下连通组合接管129连通以实现下部碱液储存空间JY的灌水和压力平衡等功能，也就是，所述喷淋填料与储碱塔I的主要功用为实现喷淋水与烟气在填料中接触换热回收烟气余热、加入喷淋水中的碱液在填料中吸收烟气中的酸性物质，以及储存碱液的功能；
[0012]所述烟气输送与氧化回路系统，是连接烟囱60与所述喷淋填料与储碱塔I的管路和相关设备，包括:输送风机21,烟气入喷淋填料与储碱塔的管道22,烟气出喷淋填料与储碱塔的管道23，氧化剂分配混合器24和氧化剂生成系统25，其主要功用为连接烟? 60与喷淋填料与储碱塔I，将烟气输送到喷淋填料与储碱塔I中，同时烟气输送与氧化回路系统实现在烟气中加入氧化剂并将氧化剂与烟气混合以将烟气中的低价氮氧化物氧化为高价的氮氧化物；
[0013]所述喷淋输送回路系统，是连接喷淋填料与储碱塔I与热能利用系统的管路和相关设备，包括:喷淋水泵31，喷淋抽出管路32，喷淋水泵出口接管33，喷淋入口管路34，多余冷凝水排出管路35，所述喷淋输送回路系统，其主要功用为将喷淋填料与储碱塔I中储存的喷淋水，输送至热能利用系统后降温，而后再输送回喷淋填料与储碱塔I中的喷淋组件15中，喷淋水再经喷淋组件15喷洒在填料13上，喷淋水在填料中与烟气接触换热，烟气温度降低而喷淋水吸收烟气的显热和潜热后升温，同时喷淋水还吸收了烟气中的酸性物质(氮氧化物和硫氧化物)并被喷淋水中的碱性物质中和，升温和吸收酸性物质的喷淋水在重力的作用下落入喷淋填料与储碱塔I中的储水箱中，实现一个喷淋水降温升温的循环过程，而由于喷淋水在吸收烟气中的潜热而使得喷淋水不断增加，需要根据冷凝量和喷淋水水位将喷淋水经多余冷凝水排出管路35或者喷淋水溢流口 128排出多余的喷淋水(冷凝水)以达到喷淋水的平衡和稳定；
[0014]所述热能利用系统,包括热能利用设备40，热能利用进水管路41和热能利用出水管路42，其主要功用为将从喷淋填料与储碱塔I中抽出的高温喷淋水降温以将喷淋水吸收的烟气余热能利用，所述热能利用设备40为热泵或者换热器；
[0015]所述加碱中和系统，是连接喷淋填料与储碱塔I的碱液出口 125与喷淋输送回路系统的管路和相关设备，所述加碱中和系统包括:加碱泵51,加碱管路52和加碱中和测量控制系统(实施例中未标出加碱中和测量控制系统)，其主要功用为根据喷淋水的酸碱度(PH值)自动加入适量的碱液17以保持喷淋水为适度的碱性，防止喷淋水吸收烟气中酸性物质成酸性水而腐蚀系统设备，以及使烟气脱硫脱硝后烟气中喷淋冷却的冷凝水达到排放标准。
[0016]进一步地，本实施例选用波纹填料，波纹填料比表面积选用100-500m2/m3，填料层的烟气压差一般在100-200Pa左右。具体的，选用比表面积250m2/m3不锈钢波纹填料，波纹填料高度1.5m，实验测得填料中烟气流动压力降大约150Pa。
[0017]进一步地，本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔选用耐腐蚀性高的不锈钢或者塑料波纹填料。
[0018]进一步地，本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔的烟气入口 121的烟气温度90度左右，烟气经填料13与喷淋水换热后经由喷淋填料塔外壳体111上部的烟气出口 122排出的烟气温度为30度左右，同时，烟气中SOx (硫的氧化物，也称为硫氧化物，例如为二氧化硫)和NOx (氮的氧化物，例如为一氧化氮)在经氧化剂氧化和在填料中充分与含有中和酸性物质的碱性物质反应和吸收，烟气中颗粒性灰尘也被喷淋水吸收。进而，烟气出口 122排出的烟气可以达到优良的排放标准。
[0019]相对于喷雾直接接触换热技术而言，在喷淋水与烟气接触换热以及酸性物质的吸收的过程中，填料是提供一个稳定的巨大的接触面积，喷淋水较为均匀喷洒在填料上，在重力和表面张力的作用下，喷淋水在向下流淌的同时在填料表面均匀铺散在填料表面上，烟气在填料中逆流流过，烟气与填料表面换热的同时烟气中酸性物质被喷淋水和喷淋水中碱性物质吸收和中和，不仅换热和吸收效果好而且流动阻力小。因而相对于现有技术，本发明的换热和脱硫脱硝的效果明显增强，烟气流动阻力也明显降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明的实施例的一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置的工作原理图。
[0021]图2为本发明实施例的喷淋填料与储碱塔的结构示意图。
[0022]附图标号说明:
[0023]I一喷淋填料与储碱塔，11一喷淋填料与储碱塔主体结构件，111一喷淋填料与储碱塔外壳体，112一喷淋填料与储碱塔中间隔板，113一填料支撑板，114一除水器支撑板，121—烟气入口，122—烟气出口，123—喷淋循环水出口，124—喷淋循环水入口，125—碱液出口，1261—下人孔，1262—中人孔，1263—上人孔，127—碱投入口，128—喷淋水溢流口，129—上下连通组合接管，13—填料，14 一除水器，15—喷淋组件，16—喷淋水，161—喷淋水上液面，17一碱液，171一碱液上液面，
[0024]21一输送风机,22一烟气入喷淋填料与储碱塔的管道,23一烟气出喷淋填料与储碱塔的管道，24—氧化剂分配混合器，25—氧化剂生成系统，
[0025]31一喷淋水栗，32一喷淋抽出管路，33一喷淋水栗出口接管，34一喷淋入口管路，35—多余冷凝水排出管路，
[0026]40一热能利用设备(热泵或者换热器)，41 一热能利用进水管路，42—热能利用出水管路，
[0027]51—加碱泵，52—加碱管路，
[0028]60—烟囱，
[0029]JY—碱液储存空间，YQ—上部烟气喷淋换热空间。
【具体实施方式】
[0030]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【专利附图】
【附图说明】本发明。
[0031]图1为本发明的实施例的一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置的工作原理图。图2为本发明实施例的喷淋填料与储碱塔的结构示意图。
[0032]如图1和图2所示，本发明的一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，包括:喷淋填料与储碱塔1，烟气输送与氧化回路系统，喷淋输送回路系统，热能利用系统和加碱中和系统；
[0033]所述喷淋填料与储碱塔I，包括:喷淋填料与储碱塔主体结构件11，喷淋填料与储碱塔接口，填料13，除水器14和喷淋组件15，其中，喷淋填料与储碱塔主体结构件11为塔式结构，是由喷淋填料塔外壳体111和喷淋填料塔外壳体111内从下至上设置的喷淋填料塔中间隔板112、填料支撑板113和除水器支撑板114等组成，所述喷淋填料塔中间隔板112将喷淋填料塔外壳体111内腔分隔开为下部碱液储存空间JY和上部烟气喷淋换热空间YQ，喷淋填料塔中间隔板112承接上部烟气喷淋换热空间YQ的喷淋换热的喷淋水，在喷淋填料塔外壳体111上设置了喷淋填料与储碱塔接口，喷淋填料与储碱塔接口包括烟气入口 121，烟气出口 122，喷淋循环水出口 123，喷淋循环水入口 124，碱液出口 125，人孔，碱投入口 127，喷淋水溢流口 128和上下连通组合接管129，在填料支撑板113上放置有填料13以实现喷淋水与烟气的接触换热以及酸性物质的吸收，在除水器支撑板114放置有除水器4以实现出塔烟气中(微小)水珠的收集，所述下部碱液储存空间JY和所述上部烟气喷淋换热空间YQ通过所述上下连通组合接管129连通以实现下部碱液储存空间JY的灌水和压力平衡等功能，也就是，所述喷淋填料与储碱塔I的主要功用为实现喷淋水与烟气在填料中接触换热回收烟气余热、加入喷淋水中的碱液在填料中吸收烟气中的酸性物质，以及储存碱液的功能；
[0034]所述喷淋填料与储碱塔I中填料喷淋接触换热以及酸性物质的吸收的工作原理是:来自烟?的烟气经烟气入口 121而进入喷淋填料塔外壳体111内的上部烟气喷淋换热空间YQ，烟气流经填料13与经喷淋组件2流出的喷淋水在填料中换热，烟气在温度降低的同时烟气中大量冷凝水被冷凝并放出大量的冷凝热，喷淋水在吸收烟气的显热和潜热后喷淋水的温度升高，同时由于喷淋水中含有一定浓度的碱性物质(PH>7)，喷淋水吸收烟气中的S02和N02并转化为中性盐，升温的喷淋水落入上部烟气喷淋换热空间YQ底部的喷淋水储存水箱，然后经设置在底部的喷淋循环水出口 123抽出至余热利用设备(如热泵、换热器)利用，经与余热利用设备换热后的喷淋水的温度降低并输送至喷淋循环水入口 124再经喷淋组件2喷洒，如此循环。在此过程中既获得了低温烟气余热达到节能的目的，还同时显著减少SOx和NOx (氮氧化物和硫的氧化物)的排放以及烟气中颗粒物的排放，获得显著的减少污染物的排放的环保效果。相对于喷雾直接接触换热技术而言，在喷淋水与烟气接触换热以及酸性物质的吸收的过程中，填料是提供一个稳定的巨大的接触面积，喷淋水较为均匀喷洒在填料上，在重力和表面张力的作用下，喷淋水在向下流淌的同时在填料表面均匀铺散在填料表面上，烟气在填料中逆流流过，烟气与填料表面换热的同时烟气中酸性物质被喷淋水和喷淋水中碱性物质吸收和中和，不仅换热和吸收效果好而且流动阻力小。因而相对于现有技术，本发明的换热和脱硫脱硝的效果明显增强，烟气流动阻力也明显降低。
[0035]所述烟气输送与氧化回路系统，是连接烟囱60与所述喷淋填料与储碱塔I的管路和相关设备，包括:输送风机21,烟气入喷淋填料与储碱塔的管道22,烟气出喷淋填料与储碱塔的管道23，氧化剂分配混合器24和氧化剂生成系统25，其主要功用为连接烟? 60与喷淋填料与储碱塔I，将烟气输送到喷淋填料与储碱塔I中，同时烟气输送与氧化回路系统实现在烟气中加入氧化剂并将氧化剂与烟气混合以将烟气中的低价氮氧化物氧化为高价的氮氧化物；
[0036]所述喷淋输送回路系统，是连接喷淋填料与储碱塔I与热能利用系统的管路和相关设备，包括:喷淋水泵31，喷淋抽出管路32，喷淋水泵出口接管33，喷淋入口管路34，多余冷凝水排出管路35，所述喷淋输送回路系统，其主要功用为将喷淋填料与储碱塔I中储存的喷淋水，输送至热能利用系统后降温，而后再输送回喷淋填料与储碱塔I中的喷淋组件15中，喷淋水再经喷淋组件15喷洒在填料13上，喷淋水在填料中与烟气接触换热，烟气温度降低而喷淋水吸收烟气的显热和潜热后升温，同时喷淋水还吸收了烟气中的酸性物质(氮氧化物和硫的氧化物)并被喷淋水中的碱性物质中和，升温和吸收酸性物质的喷淋水在重力的作用下落入喷淋填料与储碱塔I中的储水箱中，实现一个喷淋水降温升温的循环过程，而由于喷淋水在吸收烟气中的潜热而使得喷淋水不断增加，需要根据冷凝量和喷淋水水位将喷淋水经多余冷凝水排出管路35或者喷淋水溢流口 128排出多余的喷淋水(冷凝水)以达到喷淋水的平衡和稳定；
[0037]所述热能利用系统，包括热能利用设备40，热能利用进水管路41和热能利用出水管路42，其主要功用为将从喷淋填料与储碱塔I中抽出的高温喷淋水降温以将喷淋水吸收的烟气余热能利用，所述热能利用设备40为热泵或者换热器；
[0038]所述加碱中和系统，是连接喷淋填料与储碱塔I的碱液出口 125与喷淋输送回路系统的管路和相关设备，所述加碱中和系统包括:加碱泵51,加碱管路52和加碱中和测量控制系统(实施例中未标出加碱中和测量控制系统)，其主要功用为根据喷淋水的酸碱度(PH值)自动加入适量的碱液17以保持喷淋水为适度的碱性，防止喷淋水吸收烟气中酸性物质成酸性水而腐蚀系统设备，以及使烟气脱硫脱硝后烟气中喷淋冷却的冷凝水达到排放标准。
[0039]进一步地,本实施例选用波纹填料,波纹填料比表面积选用100-500m2/m3,填料层的烟气压差一般在100-200Pa左右。具体的，选用比表面积250m2/m3不锈钢波纹填料，波纹填料高度1.5m，实验测得填料中烟气流动压力降大约150Pa。本实施例的填料是作为烟气的换热表面，喷淋水只要均匀喷洒在填料中以维持填料表面的温度即可获得优良的稳定的换热效果，烟气与填料表面的接触面积比较大，在获得优良的换热效果的同时，烟气在填料中的流动阻力较小，烟气中的酸性物质也比较容易被填料表面的喷淋水膜所吸收。而对于空塔喷雾与烟气直接接触式换热，烟气是与漂浮在烟气中微小雾珠的表面进行接触换热，要达到相同的接触换热面积和换热效果，喷雾直径大约在50微米，喷雾的微小雾珠在空塔中还至少停留5秒钟，则此情况的烟气压差在400-600Pa，而将水喷成大约50微米的雾珠至少需要消耗0.2MPa的喷雾水泵压头，而且喷雾空塔需要的水泵的流量相对与喷淋填料塔的要增加30-50%。而本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，由于设置了比表面积较大的填料，喷淋水通常只要在毫米级甚至更大的水柱(不是水珠)即可，喷淋水甚至还可以在填料中流淌过程中自动散开，只要喷淋水能够相对均匀地喷洒在填料上，烟气与填料表面的接触面积较大而稳定，因而其换热和吸收酸性物质的效果就优良而稳定。一方面，由于本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔达到同样的换热效果可以采用更小的喷淋流量，则与烟气换热后的喷淋水的温升可以提高5-20度，从而可以明显提高余热利用设备如热泵的工作性能和工作范围；另一方面，由于本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔的输送喷淋水的水泵的流量和压头都明显减少，风机的压头也降低显著，因而本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔的输送风机和水泵的电功率，与空塔喷雾与烟气直接接触式换热方式相比较，可节省风机和水泵的电功率30-50 %甚至等多，节能效果明显。
[0040]进一步地，本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔选用波纹填料，无论余热回收热负荷如何变化烟气在波纹填料中的流动阻力都比较均衡，不会出现空塔喷雾直接接触式换热技术的烟气在塔中的偏流和回流的问题，而且填料表面积稳定可靠也就是换热性能稳定可靠，因而余热利用的稳定性和余热利用的效率都相对明显提高。而空塔喷雾直接接触式换热技术不仅在塔中可能存在偏流和回流，特别是热回收负荷偏离设计较大时尤其突出，而且其喷雾效果显著影响换热效果和热回收效率，因为空塔喷雾直接接触式换热是喷雾的微小雾珠的表面积提供了接触换热的换热表面积，而喷雾效果在长期运行过程中不可避免会出现波动，或者部分喷雾设备在长期运行过程很有可能堵塞甚至损坏等而使得喷雾效果变差，因而空塔喷雾直接接触式换热技术就相对本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔的余热回收性能不够稳定和热效率波动等问题。本实施例基本消除了空塔的烟气流动的偏流和涡流的影响，避免了由此引起的塔体振动，从而增加塔的使用寿命，增强塔的安全可靠性。
[0041]进一步地，本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔选用耐腐蚀性高的不锈钢或者塑料波纹填料，而且通过设置自动加碱中和的方法可以保证喷淋水的酸碱度，因而可以消除系统腐蚀、堵塞和结垢的问题，设备的可靠性高，寿命长。
[0042]进一步地，本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔的烟气入口 121的烟气温度90度左右，烟气经填料13与喷淋水换热后经由喷淋填料塔外壳体111上部的烟气出口 122排出的烟气温度为30度左右，同时，烟气中SOx和NOx在经氧化剂氧化和在填料中充分与含有中和酸性物质的碱性物质反应和吸收，烟气中颗粒性灰尘也被喷淋水吸收，烟气出口 122排出的烟气可以达到优良的排放标准。本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，一方面吸收低温烟气的余热(显热和潜热)同时回收冷凝水而获得优良的节能效果，另一方面还可以兼顾脱硝脱硫除尘和自动加碱工艺，具有更优良的环保效益。
[0043]进一步地，为了减少余热利用系统的散热损失，对烟气余热回收的喷淋填料塔以及输送管线等进行保温。为了图例简明，实施例图中未标出保温。
[0044]综上所述，本发明的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，具有如下优点:
[0045](I)本发明的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，喷淋水通过大比表面积的填料与烟气接触换热，显著增加了气液两相的稳定的接触换热面积和接触时间，显著提高了气液换热的效率和稳定性，明显降低了烟气流动阻力，也明显减少了喷淋水的压力的喷淋水流量，基本消除了喷雾空塔接触换热技术的烟气流动的偏流和涡流的影响，又避免了由此引起的塔体振动，从而增加了塔的使用寿命和安全可靠性，还可提高换热冷凝水的温度5-20°C，从而一方面可明显降低输送烟气的风机和输送喷淋水的水泵的电功率，通常可节省风机和水泵的电功率30-50%甚至等多，另一方面还可提高提余热利用设备如热泵的工作性能和工作范围，获得更优良的节能效益。
[0046](2)本发明还通过设置氧化剂生成系统和氧化剂分配混合器，在烟气进口管道上向烟气中加入氧化剂，以及在烟气余热回收的喷淋填料塔中设置碱液储存空间和向喷淋水中自动加碱中和烟气中的酸性物质，填料塔中的大比表面积的填料还提供了酸性物质的反应和吸收的面积和时间，因而一方面经本技术处理的烟气和冷凝水的排放更环保，烟气中酸性物质几乎可以达到零排放，而且脱硝设备的投资和运行费相对较低，另一方面也可以避免设备的腐蚀、结垢、堵塞等，在延长设备的可靠性和寿命的同时，也减少了检修维修的成本，而且还明显提高了设备的长期运行的余热利用效率。
[0047]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
【权利要求】
1.一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，其特征在于，所述喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置包括:喷淋填料与储碱塔(I)，烟气输送与氧化回路系统，喷淋输送回路系统，热能利用系统和加碱中和系统； 所述喷淋填料与储碱塔(1)，包括:喷淋填料与储碱塔主体结构件(11)，喷淋填料与储碱塔接口，填料(13)，除水器(14)和喷淋组件(15)，其中，喷淋填料与储碱塔主体结构件(11)为塔式结构，是由喷淋填料塔外壳体(111)和喷淋填料塔外壳体(111)内从下至上设置的喷淋填料塔中间隔板(112)、填料支撑板(113)和除水器支撑板(114)组成，所述喷淋填料塔中间隔板(112)将喷淋填料塔外壳体(111)内腔分隔开为下部碱液储存空间(JY)和上部烟气喷淋换热空间(YQ)，喷淋填料塔中间隔板(112)承接上部烟气喷淋换热空间(YQ)的喷淋换热的喷淋水，在喷淋填料塔外壳体(111)上设置了喷淋填料与储碱塔接口，喷淋填料与储碱塔接口包括烟气入口(121)，烟气出口(122)，喷淋循环水出口(123)，喷淋循环水入口(124)，碱液出口(125)，人孔，碱投入口(127)，喷淋水溢流口(128)和上下连通组合接管(129)，在填料支撑板(113)上放置有填料(13)以实现喷淋水与烟气的接触换热以及酸性物质的吸收，在除水器支撑板(114)放置有除水器以实现出塔烟气中水珠的收集，所述下部碱液储存空间(JY)和所述上部烟气喷淋换热空间(YQ)通过所述上下连通组合接管(129)连通以实现下部碱液储存空间(JY)的灌水和压力平衡，所述喷淋填料与储碱塔(I)实现喷淋水与烟气在填料中接触换热回收烟气余热、吸收烟气中的酸性物质，以及储存碱液； 所述烟气输送与氧化回路系统，连接烟? (60)与所述喷淋填料与储碱塔(1)，将烟气输送到喷淋填料与储碱塔(I)中，同时烟气输送与氧化回路系统实现在烟气中加入氧化剂并将氧化剂与烟气混合以将烟气中的低价氮氧化物氧化为高价的氮氧化物，所述烟气输送与氧化回路系统，包括:输送风机(21)，烟气入喷淋填料与储碱塔的管道(22)，烟气出喷淋填料与储碱塔的管道(23)，氧化剂分配混合器(24和氧化剂生成系统(25)； 所述喷淋输送回路系统，连接喷淋填料与储碱塔(I)与热能利用系统，所述喷淋输送回路系统包括:喷淋水泵(31)，喷淋抽出管路(32)，喷淋水泵出口接管(33)，喷淋入口管路(34)和多余冷凝水排出管路(35)，所述喷淋输送回路系统将喷淋填料与储碱塔(I)中储存的喷淋水，输送至热能利用系统后降温，而后再输送回喷淋填料与储碱塔(I)中的喷淋组件(15)中，喷淋水再经喷淋组件(15)喷洒在填料(13)上，喷淋水在填料中与烟气接触换热，烟气温度降低而喷淋水吸收烟气的显热和潜热后升温，同时喷淋水还吸收了烟气中的酸性物质并被喷淋水中的碱性物质中和，升温和吸收酸性物质的喷淋水在重力的作用下落入喷淋填料与储碱塔(I)中的储水箱中，实现一个喷淋水降温升温的循环过程，而由于喷淋水在吸收烟气中的潜热而使得喷淋水不断增加，需要根据冷凝量和喷淋水水位将喷淋水经多余冷凝水排出管路(35)或者喷淋水溢流口(128)排出多余的喷淋水以达到喷淋水的平衡和稳定； 所述热能利用系统，包括热能利用设备(40)，热能利用进水管路(41)和热能利用出水管路(42)，所述热能利用系统将从喷淋填料与储碱塔(I)中抽出的喷淋水降温以将喷淋水吸收的烟气余热能利用，所述热能利用设备(40)为热泵或者换热器； 所述加碱中和系统，连接喷淋填料与储碱塔(I)的碱液出口(125)与喷淋输送回路系统，所述加喊中和系统包括:加喊栗(51)，加喊管路(52)和加喊中和测量控制系统，所述加碱中和系统根据喷淋水的酸碱度自动加入适量的碱液(17)以保持喷淋水为碱性，防止喷淋水吸收烟气中酸性物质成酸性水而腐蚀系统设备，以及使烟气脱硫脱硝后烟气中喷淋冷却的冷凝水达到排放标准。
2.如权利要求1所述的喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，其特征在于，所述填料为波纹填料，波纹填料比表面积选用100-500m2/m3，填料层的烟气压差为100Pa_200Pa。
3.如权利要求2所述的喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，其特征在于，填料选用比表面积250m2/m3不锈钢波纹填料，波纹填料高度1.5m，填料层的烟气压差为150Pa。
4.如权利要求1所述的喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，其特征在于，波纹填料选用不锈钢或者塑料。
5.如权利要求1所述的喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，其特征在于，烟气入口(121)的烟气温度为90度，烟气经填料(13)与喷淋水换热后经由喷淋填料塔外壳体(111)上部的烟气出口(122)排出的烟气温度为30度，同时，烟气中氮氧化物和硫氧化物在经氧化剂氧化和在填料中充分与含有中和酸性物质的碱性物质反应和吸收，烟气中颗粒性灰尘也被喷淋水吸收。
【文档编号】F23J15/06GK104162357SQ201410397374
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】谢正和, 孟继安, 朱迎春, 王正兴, 贾向东, 隋晓峰, 赵岩 申请人:北京源深节能技术有限责任公司
【专利摘要】本发明提供了一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，包括：喷淋填料与储碱塔(1)，烟气输送与氧化回路系统，喷淋输送回路系统，热能利用系统和加碱中和系统，所述喷淋填料与储碱塔(1)，包括：喷淋填料与储碱塔主体结构件(11)，喷淋填料与储碱塔接口，填料(13)，除水器(14)和喷淋组件(15)。本发明中喷淋水通过大比表面积的填料与烟气接触换热，显著增加了气液两相的稳定的接触换热面积、接触时间和均匀性，显著提高了气液换热的性能和稳定性，从而显著提高了烟气余热回收热效率和脱硝脱硫效果。
【专利说明】喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，特别是其是用于天然气锅炉的一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置。
【背景技术】
[0002]天然气锅炉的效率已经可以达到90%左右，但是由于天然气的价格昂贵(大约是轻油的1.5倍、煤的5倍)，所以如何进一步提高天然气锅炉效率仍然非常重要，而现有的锅炉设计技术中降低排烟热损失是提高锅炉效率的主要因素，所以如何回收烟气余热中的显热和潜热是进一步提升燃气锅炉效率的关键。对于现有空塔喷雾与烟气直接接触式换热的烟气回收的装置的换热设备，采用将冷却水喷成细小的雾珠，细小的雾珠在空塔(或者称为换热器)与烟气直接接触式换热，其特点是将冷却水喷成细小的雾珠在空塔中慢慢的落下,通常喷成雾状的雾珠大约50μπι到Imm以下，雾珠还需要5_10秒钟的慢速降落接触换热时间，雾珠过大和接触换热时间不足则换热效果较差，这样就造成如下几个主要方面不足:(1)冷却水喷成微细雾珠在空塔中慢速的落下，则塔内烟气的直接接触式换热的流动阻力降比较大，通常有400-800Pa，有些甚至大于lOOOPa，从而造成烟气抽风机或者鼓风机的电功耗过大；(2)冷却水需要喷成细小的雾珠，水泵需要比较大的压头，因为仅喷雾通常至少需要0.1MPa的压力差来驱动(一般为0.2-0.3MPa的喷雾效果较好)，这就造成水泵的电功耗过大；(3)喷雾的雾珠过小则容易雾珠外带，从而造成环境污染和烟道腐蚀等，喷雾的雾珠过大则换热效果较差，考虑喷雾的不均匀性和负荷变化造成空塔内流场的不均匀性，通常采用较大的喷雾流量以改善上述问题，但也同时带来了喷雾水泵功耗显著增加的问题，以及喷雾冷却水的出水温度较低而造成余热能利用效率较低的问题；⑷空塔喷雾与烟气直接接触式换热的塔内烟气流场很不均匀，特别是负荷偏离设计较大时更为明显，在某些情况在塔内可能出现严重的烟气偏流和回流，这就造成系统余热能利用的不稳定性和效率显著下降等问题。对于烟气与冷媒间壁式换热的烟气回收的装置的换热设备，采用换热管或者热管作为换热元件，烟气与冷媒(一般为水)是分隔开的(不直接接触)，由于烟气的对流换热系数比较小，通常采用翅片增加换热面积而强化换热，而烟气中含有大量的灰尘和腐蚀性物质以及烟气在降温过程有大量的冷凝水，从而造成翅片腐蚀严重、堵塞和结垢，不仅换热效果差而且设备寿命比较短，为了缓解上述问题也有不采用翅片而采用光管的，但设备体积庞大而且投资显著增加，该类结构的低温烟气回收的装置的换热设备的水阻和烟气流阻也都很大，也就是水泵和风机的电功耗都比较大，节能效益受高电耗的影响比较明显。
[0003]此外,天然气燃烧后的烟气中所含的氮氧化物和硫氧化物对大气有污染,尽管按现有标准规范单个锅炉的氮氧化物是达标排放，但是随着燃气锅炉的数量增加，其排放到空中的氮氧化物的总量也在增加，将对特定区域的大气质量产生一定的影响，很有可能在将来某些地域需要提高烟气排放标准；同时，由于燃气锅炉烟气中氮氧化物的含量相对较低，增加常规的脱硝设备的投资和运行费相对较高，因此需要开发低投入，低运行费用，高效率的燃气锅炉烟气脱硝装置。
[0004]中国专利201210156824.9公开了一种具有脱硝和集水功能的燃气锅炉(直燃机)烟气余热回收装置，该发明专利技术可在回收烟气余热的同时也能去除烟气的部分氮氧化物，但是由于该装置采用在余热回收装置内烟气先经板式换热器间壁换热再经喷淋或者喷雾吸收烟气中氮氧化物然后再与热泵蒸发器间壁换热的“一级换热+吸收+ 二级换热”方式，这样一方面烟气在喷淋或者喷雾吸收氮氧化物的过程后的温度显著降低，造成烟气的部分余热未被利用而被浪费，而且空塔的喷淋或者喷雾吸收氮氧化物和硫氧化物的效果较差造成烟气中的大量的酸性物质进入后续的热泵蒸发器可能使热泵蒸发器出现比较严重的腐蚀等问题。
[0005]中国专利200910238452.2提出了一种热泵型燃气锅炉余热回收机组，采用两级烟气-循环水间壁换热器(烟气-水换热器和烟气冷凝换热器)，如果采用翅片管换热器则容易造成翅片腐蚀严重、堵塞和结垢，如果采用光管换热器则设备庞大而且投资显著增加，无论是采用翅片管还是光管的换热器，其水阻和烟气流阻也都很大，水泵和风机的电功耗都比较大。
[0006]中国专利201110282736.4公开了一种燃气锅炉烟气余热全热回收装置，该实用新型专利技术可在回收烟气余热的同时可去除烟气中部分氮氧化物，主要是二氧化氮，但是难以去除烟气中含量较大的一氧化氮；此外设置的混合降温器明显增加了系统的传热能力的损失，也明显降低了余热利用效率。
[0007]中国专利201110110470.X公开的利用吸收式热泵回收烟气余热的集中供热系统、中国专利200720186994.6公开的一种接触式的烟气余热回收装置和中国专利20111046805.6公开的一种接触式低温烟气余热深度回收利用系统，都是空塔喷雾直接接触式换热器，需要将喷淋水喷成100 μ m到Imm以下微细雾珠，微细雾珠再在空塔中漂浮慢速下落过程中和烟气直接接触换热，喷雾水和烟气的流动阻力都比较大，而且为了达到好的换热效果还需要较大的喷雾水流量，因而水泵和烟气输送风机的电功率都比较大，同时由于烟气在空塔中喷雾接触换热很容易出现比较严重的偏流，烟气在空塔中的分布很不均匀，甚至可能出现大的涡流区，也严重影响了换热效果甚至还影响系统工作的稳定性。此夕卜，由于烟气中的氮氧化物主要为难溶于水的NO，余热回收系统的脱硝效果比较差。
[0008]综上所述，现有技术中至少存在以下问题:现有的余热回收装置的喷雾/喷淋水泵和烟气驱送风机的电功率都比较大，对余热回收的节能效果影响比较明显，同时烟气的脱硝效果也比较差。
【发明内容】
[0009]本发明提供一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，即可以获得优良的烟气余热回收效率和节能效益，同时还可以获得优良的脱硝脱硫效果，以解决现有的低温烟气余热回收换热效率低和脱硝脱硫效果差等问题。
[0010]为此，本发明提出一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，所述喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置包括:喷淋填料与储碱塔1，烟气输送与氧化回路系统，喷淋输送回路系统，热能利用系统和加碱中和系统；
[0011 ] 所述喷淋填料与储碱塔I，包括:喷淋填料与储碱塔主体结构件11，喷淋填料与储碱塔接口，填料13，除水器14和喷淋组件15，其中，喷淋填料与储碱塔主体结构件11为塔式结构，是由喷淋填料塔外壳体111和喷淋填料塔外壳体111内从下至上设置的喷淋填料塔中间隔板112、填料支撑板113和除水器支撑板114等组成，所述喷淋填料塔中间隔板112将喷淋填料塔外壳体111内腔分隔开为下部碱液储存空间JY和上部烟气喷淋换热空间YQ，喷淋填料塔中间隔板112承接上部烟气喷淋换热空间YQ的喷淋换热的喷淋水16，碱液17存储在下部碱液储存空间JY中，喷淋水上液面161高于喷淋填料塔中间隔板112，碱液上液面171低于喷淋填料塔中间隔板112，在喷淋填料塔外壳体111上设置了喷淋填料与储碱塔接口，喷淋填料与储碱塔接口包括烟气入口 121，烟气出口 122，喷淋循环水出口 123，喷淋循环水入口 124，碱液出口 125，人孔，碱投入口 127，喷淋水溢流口 128和上下连通组合接管129，在填料支撑板113上放置有填料13以实现喷淋水与烟气的接触换热以及酸性物质的吸收，在除水器支撑板114放置有除水器4以实现出塔烟气中微小水珠的收集，所述下部碱液储存空间JY和所述上部烟气喷淋换热空间YQ通过所述上下连通组合接管129连通以实现下部碱液储存空间JY的灌水和压力平衡等功能，也就是，所述喷淋填料与储碱塔I的主要功用为实现喷淋水与烟气在填料中接触换热回收烟气余热、加入喷淋水中的碱液在填料中吸收烟气中的酸性物质，以及储存碱液的功能；
[0012]所述烟气输送与氧化回路系统，是连接烟囱60与所述喷淋填料与储碱塔I的管路和相关设备，包括:输送风机21,烟气入喷淋填料与储碱塔的管道22,烟气出喷淋填料与储碱塔的管道23，氧化剂分配混合器24和氧化剂生成系统25，其主要功用为连接烟? 60与喷淋填料与储碱塔I，将烟气输送到喷淋填料与储碱塔I中，同时烟气输送与氧化回路系统实现在烟气中加入氧化剂并将氧化剂与烟气混合以将烟气中的低价氮氧化物氧化为高价的氮氧化物；
[0013]所述喷淋输送回路系统，是连接喷淋填料与储碱塔I与热能利用系统的管路和相关设备，包括:喷淋水泵31，喷淋抽出管路32，喷淋水泵出口接管33，喷淋入口管路34，多余冷凝水排出管路35，所述喷淋输送回路系统，其主要功用为将喷淋填料与储碱塔I中储存的喷淋水，输送至热能利用系统后降温，而后再输送回喷淋填料与储碱塔I中的喷淋组件15中，喷淋水再经喷淋组件15喷洒在填料13上，喷淋水在填料中与烟气接触换热，烟气温度降低而喷淋水吸收烟气的显热和潜热后升温，同时喷淋水还吸收了烟气中的酸性物质(氮氧化物和硫氧化物)并被喷淋水中的碱性物质中和，升温和吸收酸性物质的喷淋水在重力的作用下落入喷淋填料与储碱塔I中的储水箱中，实现一个喷淋水降温升温的循环过程，而由于喷淋水在吸收烟气中的潜热而使得喷淋水不断增加，需要根据冷凝量和喷淋水水位将喷淋水经多余冷凝水排出管路35或者喷淋水溢流口 128排出多余的喷淋水(冷凝水)以达到喷淋水的平衡和稳定；
[0014]所述热能利用系统,包括热能利用设备40，热能利用进水管路41和热能利用出水管路42，其主要功用为将从喷淋填料与储碱塔I中抽出的高温喷淋水降温以将喷淋水吸收的烟气余热能利用，所述热能利用设备40为热泵或者换热器；
[0015]所述加碱中和系统，是连接喷淋填料与储碱塔I的碱液出口 125与喷淋输送回路系统的管路和相关设备，所述加碱中和系统包括:加碱泵51,加碱管路52和加碱中和测量控制系统(实施例中未标出加碱中和测量控制系统)，其主要功用为根据喷淋水的酸碱度(PH值)自动加入适量的碱液17以保持喷淋水为适度的碱性，防止喷淋水吸收烟气中酸性物质成酸性水而腐蚀系统设备，以及使烟气脱硫脱硝后烟气中喷淋冷却的冷凝水达到排放标准。
[0016]进一步地，本实施例选用波纹填料，波纹填料比表面积选用100-500m2/m3，填料层的烟气压差一般在100-200Pa左右。具体的，选用比表面积250m2/m3不锈钢波纹填料，波纹填料高度1.5m，实验测得填料中烟气流动压力降大约150Pa。
[0017]进一步地，本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔选用耐腐蚀性高的不锈钢或者塑料波纹填料。
[0018]进一步地，本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔的烟气入口 121的烟气温度90度左右，烟气经填料13与喷淋水换热后经由喷淋填料塔外壳体111上部的烟气出口 122排出的烟气温度为30度左右，同时，烟气中SOx (硫的氧化物，也称为硫氧化物，例如为二氧化硫)和NOx (氮的氧化物，例如为一氧化氮)在经氧化剂氧化和在填料中充分与含有中和酸性物质的碱性物质反应和吸收，烟气中颗粒性灰尘也被喷淋水吸收。进而，烟气出口 122排出的烟气可以达到优良的排放标准。
[0019]相对于喷雾直接接触换热技术而言，在喷淋水与烟气接触换热以及酸性物质的吸收的过程中，填料是提供一个稳定的巨大的接触面积，喷淋水较为均匀喷洒在填料上，在重力和表面张力的作用下，喷淋水在向下流淌的同时在填料表面均匀铺散在填料表面上，烟气在填料中逆流流过，烟气与填料表面换热的同时烟气中酸性物质被喷淋水和喷淋水中碱性物质吸收和中和，不仅换热和吸收效果好而且流动阻力小。因而相对于现有技术，本发明的换热和脱硫脱硝的效果明显增强，烟气流动阻力也明显降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明的实施例的一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置的工作原理图。
[0021]图2为本发明实施例的喷淋填料与储碱塔的结构示意图。
[0022]附图标号说明:
[0023]I一喷淋填料与储碱塔，11一喷淋填料与储碱塔主体结构件，111一喷淋填料与储碱塔外壳体，112一喷淋填料与储碱塔中间隔板，113一填料支撑板，114一除水器支撑板，121—烟气入口，122—烟气出口，123—喷淋循环水出口，124—喷淋循环水入口，125—碱液出口，1261—下人孔，1262—中人孔，1263—上人孔，127—碱投入口，128—喷淋水溢流口，129—上下连通组合接管，13—填料，14 一除水器，15—喷淋组件，16—喷淋水，161—喷淋水上液面，17一碱液，171一碱液上液面，
[0024]21一输送风机,22一烟气入喷淋填料与储碱塔的管道,23一烟气出喷淋填料与储碱塔的管道，24—氧化剂分配混合器，25—氧化剂生成系统，
[0025]31一喷淋水栗，32一喷淋抽出管路，33一喷淋水栗出口接管，34一喷淋入口管路，35—多余冷凝水排出管路，
[0026]40一热能利用设备(热泵或者换热器)，41 一热能利用进水管路，42—热能利用出水管路，
[0027]51—加碱泵，52—加碱管路，
[0028]60—烟囱，
[0029]JY—碱液储存空间，YQ—上部烟气喷淋换热空间。
【具体实施方式】
[0030]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【专利附图】
【附图说明】本发明。
[0031]图1为本发明的实施例的一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置的工作原理图。图2为本发明实施例的喷淋填料与储碱塔的结构示意图。
[0032]如图1和图2所示，本发明的一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，包括:喷淋填料与储碱塔1，烟气输送与氧化回路系统，喷淋输送回路系统，热能利用系统和加碱中和系统；
[0033]所述喷淋填料与储碱塔I，包括:喷淋填料与储碱塔主体结构件11，喷淋填料与储碱塔接口，填料13，除水器14和喷淋组件15，其中，喷淋填料与储碱塔主体结构件11为塔式结构，是由喷淋填料塔外壳体111和喷淋填料塔外壳体111内从下至上设置的喷淋填料塔中间隔板112、填料支撑板113和除水器支撑板114等组成，所述喷淋填料塔中间隔板112将喷淋填料塔外壳体111内腔分隔开为下部碱液储存空间JY和上部烟气喷淋换热空间YQ，喷淋填料塔中间隔板112承接上部烟气喷淋换热空间YQ的喷淋换热的喷淋水，在喷淋填料塔外壳体111上设置了喷淋填料与储碱塔接口，喷淋填料与储碱塔接口包括烟气入口 121，烟气出口 122，喷淋循环水出口 123，喷淋循环水入口 124，碱液出口 125，人孔，碱投入口 127，喷淋水溢流口 128和上下连通组合接管129，在填料支撑板113上放置有填料13以实现喷淋水与烟气的接触换热以及酸性物质的吸收，在除水器支撑板114放置有除水器4以实现出塔烟气中(微小)水珠的收集，所述下部碱液储存空间JY和所述上部烟气喷淋换热空间YQ通过所述上下连通组合接管129连通以实现下部碱液储存空间JY的灌水和压力平衡等功能，也就是，所述喷淋填料与储碱塔I的主要功用为实现喷淋水与烟气在填料中接触换热回收烟气余热、加入喷淋水中的碱液在填料中吸收烟气中的酸性物质，以及储存碱液的功能；
[0034]所述喷淋填料与储碱塔I中填料喷淋接触换热以及酸性物质的吸收的工作原理是:来自烟?的烟气经烟气入口 121而进入喷淋填料塔外壳体111内的上部烟气喷淋换热空间YQ，烟气流经填料13与经喷淋组件2流出的喷淋水在填料中换热，烟气在温度降低的同时烟气中大量冷凝水被冷凝并放出大量的冷凝热，喷淋水在吸收烟气的显热和潜热后喷淋水的温度升高，同时由于喷淋水中含有一定浓度的碱性物质(PH>7)，喷淋水吸收烟气中的S02和N02并转化为中性盐，升温的喷淋水落入上部烟气喷淋换热空间YQ底部的喷淋水储存水箱，然后经设置在底部的喷淋循环水出口 123抽出至余热利用设备(如热泵、换热器)利用，经与余热利用设备换热后的喷淋水的温度降低并输送至喷淋循环水入口 124再经喷淋组件2喷洒，如此循环。在此过程中既获得了低温烟气余热达到节能的目的，还同时显著减少SOx和NOx (氮氧化物和硫的氧化物)的排放以及烟气中颗粒物的排放，获得显著的减少污染物的排放的环保效果。相对于喷雾直接接触换热技术而言，在喷淋水与烟气接触换热以及酸性物质的吸收的过程中，填料是提供一个稳定的巨大的接触面积，喷淋水较为均匀喷洒在填料上，在重力和表面张力的作用下，喷淋水在向下流淌的同时在填料表面均匀铺散在填料表面上，烟气在填料中逆流流过，烟气与填料表面换热的同时烟气中酸性物质被喷淋水和喷淋水中碱性物质吸收和中和，不仅换热和吸收效果好而且流动阻力小。因而相对于现有技术，本发明的换热和脱硫脱硝的效果明显增强，烟气流动阻力也明显降低。
[0035]所述烟气输送与氧化回路系统，是连接烟囱60与所述喷淋填料与储碱塔I的管路和相关设备，包括:输送风机21,烟气入喷淋填料与储碱塔的管道22,烟气出喷淋填料与储碱塔的管道23，氧化剂分配混合器24和氧化剂生成系统25，其主要功用为连接烟? 60与喷淋填料与储碱塔I，将烟气输送到喷淋填料与储碱塔I中，同时烟气输送与氧化回路系统实现在烟气中加入氧化剂并将氧化剂与烟气混合以将烟气中的低价氮氧化物氧化为高价的氮氧化物；
[0036]所述喷淋输送回路系统，是连接喷淋填料与储碱塔I与热能利用系统的管路和相关设备，包括:喷淋水泵31，喷淋抽出管路32，喷淋水泵出口接管33，喷淋入口管路34，多余冷凝水排出管路35，所述喷淋输送回路系统，其主要功用为将喷淋填料与储碱塔I中储存的喷淋水，输送至热能利用系统后降温，而后再输送回喷淋填料与储碱塔I中的喷淋组件15中，喷淋水再经喷淋组件15喷洒在填料13上，喷淋水在填料中与烟气接触换热，烟气温度降低而喷淋水吸收烟气的显热和潜热后升温，同时喷淋水还吸收了烟气中的酸性物质(氮氧化物和硫的氧化物)并被喷淋水中的碱性物质中和，升温和吸收酸性物质的喷淋水在重力的作用下落入喷淋填料与储碱塔I中的储水箱中，实现一个喷淋水降温升温的循环过程，而由于喷淋水在吸收烟气中的潜热而使得喷淋水不断增加，需要根据冷凝量和喷淋水水位将喷淋水经多余冷凝水排出管路35或者喷淋水溢流口 128排出多余的喷淋水(冷凝水)以达到喷淋水的平衡和稳定；
[0037]所述热能利用系统，包括热能利用设备40，热能利用进水管路41和热能利用出水管路42，其主要功用为将从喷淋填料与储碱塔I中抽出的高温喷淋水降温以将喷淋水吸收的烟气余热能利用，所述热能利用设备40为热泵或者换热器；
[0038]所述加碱中和系统，是连接喷淋填料与储碱塔I的碱液出口 125与喷淋输送回路系统的管路和相关设备，所述加碱中和系统包括:加碱泵51,加碱管路52和加碱中和测量控制系统(实施例中未标出加碱中和测量控制系统)，其主要功用为根据喷淋水的酸碱度(PH值)自动加入适量的碱液17以保持喷淋水为适度的碱性，防止喷淋水吸收烟气中酸性物质成酸性水而腐蚀系统设备，以及使烟气脱硫脱硝后烟气中喷淋冷却的冷凝水达到排放标准。
[0039]进一步地,本实施例选用波纹填料,波纹填料比表面积选用100-500m2/m3,填料层的烟气压差一般在100-200Pa左右。具体的，选用比表面积250m2/m3不锈钢波纹填料，波纹填料高度1.5m，实验测得填料中烟气流动压力降大约150Pa。本实施例的填料是作为烟气的换热表面，喷淋水只要均匀喷洒在填料中以维持填料表面的温度即可获得优良的稳定的换热效果，烟气与填料表面的接触面积比较大，在获得优良的换热效果的同时，烟气在填料中的流动阻力较小，烟气中的酸性物质也比较容易被填料表面的喷淋水膜所吸收。而对于空塔喷雾与烟气直接接触式换热，烟气是与漂浮在烟气中微小雾珠的表面进行接触换热，要达到相同的接触换热面积和换热效果，喷雾直径大约在50微米，喷雾的微小雾珠在空塔中还至少停留5秒钟，则此情况的烟气压差在400-600Pa，而将水喷成大约50微米的雾珠至少需要消耗0.2MPa的喷雾水泵压头，而且喷雾空塔需要的水泵的流量相对与喷淋填料塔的要增加30-50%。而本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，由于设置了比表面积较大的填料，喷淋水通常只要在毫米级甚至更大的水柱(不是水珠)即可，喷淋水甚至还可以在填料中流淌过程中自动散开，只要喷淋水能够相对均匀地喷洒在填料上，烟气与填料表面的接触面积较大而稳定，因而其换热和吸收酸性物质的效果就优良而稳定。一方面，由于本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔达到同样的换热效果可以采用更小的喷淋流量，则与烟气换热后的喷淋水的温升可以提高5-20度，从而可以明显提高余热利用设备如热泵的工作性能和工作范围；另一方面，由于本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔的输送喷淋水的水泵的流量和压头都明显减少，风机的压头也降低显著，因而本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔的输送风机和水泵的电功率，与空塔喷雾与烟气直接接触式换热方式相比较，可节省风机和水泵的电功率30-50 %甚至等多，节能效果明显。
[0040]进一步地，本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔选用波纹填料，无论余热回收热负荷如何变化烟气在波纹填料中的流动阻力都比较均衡，不会出现空塔喷雾直接接触式换热技术的烟气在塔中的偏流和回流的问题，而且填料表面积稳定可靠也就是换热性能稳定可靠，因而余热利用的稳定性和余热利用的效率都相对明显提高。而空塔喷雾直接接触式换热技术不仅在塔中可能存在偏流和回流，特别是热回收负荷偏离设计较大时尤其突出，而且其喷雾效果显著影响换热效果和热回收效率，因为空塔喷雾直接接触式换热是喷雾的微小雾珠的表面积提供了接触换热的换热表面积，而喷雾效果在长期运行过程中不可避免会出现波动，或者部分喷雾设备在长期运行过程很有可能堵塞甚至损坏等而使得喷雾效果变差，因而空塔喷雾直接接触式换热技术就相对本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔的余热回收性能不够稳定和热效率波动等问题。本实施例基本消除了空塔的烟气流动的偏流和涡流的影响，避免了由此引起的塔体振动，从而增加塔的使用寿命，增强塔的安全可靠性。
[0041]进一步地，本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔选用耐腐蚀性高的不锈钢或者塑料波纹填料，而且通过设置自动加碱中和的方法可以保证喷淋水的酸碱度，因而可以消除系统腐蚀、堵塞和结垢的问题，设备的可靠性高，寿命长。
[0042]进一步地，本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔的烟气入口 121的烟气温度90度左右，烟气经填料13与喷淋水换热后经由喷淋填料塔外壳体111上部的烟气出口 122排出的烟气温度为30度左右，同时，烟气中SOx和NOx在经氧化剂氧化和在填料中充分与含有中和酸性物质的碱性物质反应和吸收，烟气中颗粒性灰尘也被喷淋水吸收，烟气出口 122排出的烟气可以达到优良的排放标准。本实施例的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，一方面吸收低温烟气的余热(显热和潜热)同时回收冷凝水而获得优良的节能效果，另一方面还可以兼顾脱硝脱硫除尘和自动加碱工艺，具有更优良的环保效益。
[0043]进一步地，为了减少余热利用系统的散热损失，对烟气余热回收的喷淋填料塔以及输送管线等进行保温。为了图例简明，实施例图中未标出保温。
[0044]综上所述，本发明的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，具有如下优点:
[0045](I)本发明的一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，喷淋水通过大比表面积的填料与烟气接触换热，显著增加了气液两相的稳定的接触换热面积和接触时间，显著提高了气液换热的效率和稳定性，明显降低了烟气流动阻力，也明显减少了喷淋水的压力的喷淋水流量，基本消除了喷雾空塔接触换热技术的烟气流动的偏流和涡流的影响，又避免了由此引起的塔体振动，从而增加了塔的使用寿命和安全可靠性，还可提高换热冷凝水的温度5-20°C，从而一方面可明显降低输送烟气的风机和输送喷淋水的水泵的电功率，通常可节省风机和水泵的电功率30-50%甚至等多，另一方面还可提高提余热利用设备如热泵的工作性能和工作范围，获得更优良的节能效益。
[0046](2)本发明还通过设置氧化剂生成系统和氧化剂分配混合器，在烟气进口管道上向烟气中加入氧化剂，以及在烟气余热回收的喷淋填料塔中设置碱液储存空间和向喷淋水中自动加碱中和烟气中的酸性物质，填料塔中的大比表面积的填料还提供了酸性物质的反应和吸收的面积和时间，因而一方面经本技术处理的烟气和冷凝水的排放更环保，烟气中酸性物质几乎可以达到零排放，而且脱硝设备的投资和运行费相对较低，另一方面也可以避免设备的腐蚀、结垢、堵塞等，在延长设备的可靠性和寿命的同时，也减少了检修维修的成本，而且还明显提高了设备的长期运行的余热利用效率。
[0047]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
【权利要求】
1.一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，其特征在于，所述喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置包括:喷淋填料与储碱塔(I)，烟气输送与氧化回路系统，喷淋输送回路系统，热能利用系统和加碱中和系统； 所述喷淋填料与储碱塔(1)，包括:喷淋填料与储碱塔主体结构件(11)，喷淋填料与储碱塔接口，填料(13)，除水器(14)和喷淋组件(15)，其中，喷淋填料与储碱塔主体结构件(11)为塔式结构，是由喷淋填料塔外壳体(111)和喷淋填料塔外壳体(111)内从下至上设置的喷淋填料塔中间隔板(112)、填料支撑板(113)和除水器支撑板(114)组成，所述喷淋填料塔中间隔板(112)将喷淋填料塔外壳体(111)内腔分隔开为下部碱液储存空间(JY)和上部烟气喷淋换热空间(YQ)，喷淋填料塔中间隔板(112)承接上部烟气喷淋换热空间(YQ)的喷淋换热的喷淋水，在喷淋填料塔外壳体(111)上设置了喷淋填料与储碱塔接口，喷淋填料与储碱塔接口包括烟气入口(121)，烟气出口(122)，喷淋循环水出口(123)，喷淋循环水入口(124)，碱液出口(125)，人孔，碱投入口(127)，喷淋水溢流口(128)和上下连通组合接管(129)，在填料支撑板(113)上放置有填料(13)以实现喷淋水与烟气的接触换热以及酸性物质的吸收，在除水器支撑板(114)放置有除水器以实现出塔烟气中水珠的收集，所述下部碱液储存空间(JY)和所述上部烟气喷淋换热空间(YQ)通过所述上下连通组合接管(129)连通以实现下部碱液储存空间(JY)的灌水和压力平衡，所述喷淋填料与储碱塔(I)实现喷淋水与烟气在填料中接触换热回收烟气余热、吸收烟气中的酸性物质，以及储存碱液； 所述烟气输送与氧化回路系统，连接烟? (60)与所述喷淋填料与储碱塔(1)，将烟气输送到喷淋填料与储碱塔(I)中，同时烟气输送与氧化回路系统实现在烟气中加入氧化剂并将氧化剂与烟气混合以将烟气中的低价氮氧化物氧化为高价的氮氧化物，所述烟气输送与氧化回路系统，包括:输送风机(21)，烟气入喷淋填料与储碱塔的管道(22)，烟气出喷淋填料与储碱塔的管道(23)，氧化剂分配混合器(24和氧化剂生成系统(25)； 所述喷淋输送回路系统，连接喷淋填料与储碱塔(I)与热能利用系统，所述喷淋输送回路系统包括:喷淋水泵(31)，喷淋抽出管路(32)，喷淋水泵出口接管(33)，喷淋入口管路(34)和多余冷凝水排出管路(35)，所述喷淋输送回路系统将喷淋填料与储碱塔(I)中储存的喷淋水，输送至热能利用系统后降温，而后再输送回喷淋填料与储碱塔(I)中的喷淋组件(15)中，喷淋水再经喷淋组件(15)喷洒在填料(13)上，喷淋水在填料中与烟气接触换热，烟气温度降低而喷淋水吸收烟气的显热和潜热后升温，同时喷淋水还吸收了烟气中的酸性物质并被喷淋水中的碱性物质中和，升温和吸收酸性物质的喷淋水在重力的作用下落入喷淋填料与储碱塔(I)中的储水箱中，实现一个喷淋水降温升温的循环过程，而由于喷淋水在吸收烟气中的潜热而使得喷淋水不断增加，需要根据冷凝量和喷淋水水位将喷淋水经多余冷凝水排出管路(35)或者喷淋水溢流口(128)排出多余的喷淋水以达到喷淋水的平衡和稳定； 所述热能利用系统，包括热能利用设备(40)，热能利用进水管路(41)和热能利用出水管路(42)，所述热能利用系统将从喷淋填料与储碱塔(I)中抽出的喷淋水降温以将喷淋水吸收的烟气余热能利用，所述热能利用设备(40)为热泵或者换热器； 所述加碱中和系统，连接喷淋填料与储碱塔(I)的碱液出口(125)与喷淋输送回路系统，所述加喊中和系统包括:加喊栗(51)，加喊管路(52)和加喊中和测量控制系统，所述加碱中和系统根据喷淋水的酸碱度自动加入适量的碱液(17)以保持喷淋水为碱性，防止喷淋水吸收烟气中酸性物质成酸性水而腐蚀系统设备，以及使烟气脱硫脱硝后烟气中喷淋冷却的冷凝水达到排放标准。
2.如权利要求1所述的喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，其特征在于，所述填料为波纹填料，波纹填料比表面积选用100-500m2/m3，填料层的烟气压差为100Pa_200Pa。
3.如权利要求2所述的喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，其特征在于，填料选用比表面积250m2/m3不锈钢波纹填料，波纹填料高度1.5m，填料层的烟气压差为150Pa。
4.如权利要求1所述的喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，其特征在于，波纹填料选用不锈钢或者塑料。
5.如权利要求1所述的喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，其特征在于，烟气入口(121)的烟气温度为90度，烟气经填料(13)与喷淋水换热后经由喷淋填料塔外壳体(111)上部的烟气出口(122)排出的烟气温度为30度，同时，烟气中氮氧化物和硫氧化物在经氧化剂氧化和在填料中充分与含有中和酸性物质的碱性物质反应和吸收，烟气中颗粒性灰尘也被喷淋水吸收。
【文档编号】F23J15/06GK104162357SQ201410397374
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】谢正和, 孟继安, 朱迎春, 王正兴, 贾向东, 隋晓峰, 赵岩 申请人:北京源深节能技术有限责任公司
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