用于烟气余热回收的喷淋填料塔的制作方法
用于烟气余热回收的喷淋填料塔的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，包括：喷淋填料塔主体(1)、喷淋组件(2)、填料(3)、除水器(4)、风机(7)、烟气管道和氧化剂分配器(9)，所述喷淋填料塔主体(1)内从下至上设置有喷淋填料塔中间隔板(112)、填料支撑板(113)和除水器支撑板(114)，所述喷淋填料塔中间隔板(112)将喷淋填料塔主体(1)的内腔分隔开为下部碱液储存空间和上部烟气喷淋换热空间，喷淋填料塔中间隔板(112)承接喷淋换热的喷淋水。本发明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，提高热能利用效率和节能效益。
【专利说明】用于烟气余热回收的喷淋填料塔
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，尤其是一种用于燃气锅炉的低温烟气余热回收的喷淋填料塔。
【背景技术】
[0002]目前广泛用于低温烟气回收的装置的换热设备主要有两种方式:空塔喷雾与烟气直接接触式换热，和烟气与冷媒间壁式换热。对于空塔喷雾与烟气直接接触式换热的低温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十几微米到1_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)冷却水喷成一定粒径范围的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利用效率较低的问题；
(4)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，在某些情况在塔内出现严重的烟气偏流和回流，这就造成系统余热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低温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，但设备投资显著增加，此外，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。此外，现有技术，无论是空塔喷雾接触式换热还是间壁式换热，都难于明显降低氮氧化物等污染物的排放。
[0003]综上所述，现有技术中至少存在以下问题:空塔喷雾直接接触式换热存在风机和水泵压头较大，风机和水泵的耗电过高；此外，还有喷雾冷却水的出水温度较低而造成余热利用效率较低，塔内烟气流场很不均匀甚至在某些情况在塔内出现严重的烟气偏流和回流，造成系统余热利用的不稳定性和效率显著下降等问题；还有烟气与冷媒间壁式换热存在腐蚀严重、堵塞和结垢，以及设备投资大、寿命短的问题；难于明显降低氮氧化物等污染物的排放的问题。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，以解决现有技术的不足。
[0005]为此，本发明提出一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，其特征在于，所述用于烟气余热回收的喷淋填料塔包括:喷淋填料塔主体1、喷淋组件2、填料3、除水器4、风机7、烟气管道和氧化剂分配器9，其中:
[0006]所述喷淋填料塔主体I包括:喷淋填料塔外壳体111、喷淋填料塔中间隔板112、填料支撑板113和除水器支撑板114组成的喷淋填料塔主体结构件11，以及在喷淋填料塔主体结构件11上设置的喷淋填料塔主体接口 ；
[0007]所述喷淋填料塔主体接口包括: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126、碱投入口 127、喷淋水溢流口 128、上下连通组合接管129，所述人孔126包括用于烟气余热回收的喷淋填料塔下部的储碱空间设备构件安装检修维护的下人孔1261、用于烟气余热回收的喷淋填料塔中部的烟气进入和储存喷淋水空间设备构件安装检修维护的中人孔1262和用于烟气余热回收的喷淋填料塔上部的填料和喷淋空间设备构件安装检修维护的上人孔1263，以便于喷淋填料塔主体内部设备构件的安装和检修、维护；
[0008]所述喷淋填料塔外壳体111为圆壳形壳体结构，由圆形筒体、上椭圆形封头和下底组成，在喷淋填料塔外壳体111内从下至上设置有喷淋填料塔中间隔板112、填料支撑板113和除水器支撑板114，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，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；
[0009]所述下部碱液储存空间JY用来储存碱液，所述碱液用于中和从烟气中冷凝的喷淋水中的酸性物质以保证排放的喷淋水合格排放，在所述下部碱液储存空间JY设置有碱液出口 125和碱投入口 127，碱面或者碱液从碱投入口 127投入，在下部碱液储存空间JY储存的碱液可根据检测的喷淋水的酸碱度和要求由碱液出口 125送至与喷淋循环水出口 123和喷淋循环水入口 124相连接的管道中以中和喷淋循环水中酸性物质达到排放和设备防腐的要求，在下部碱液储存空间JY还设置有下部人孔1261以便于检修维护；
[0010]所述上部烟气喷淋换热空间YQ用来烟气换热，所述上部烟气喷淋换热空间YQ设置有填料支撑板113，填料支撑板113与喷淋填料塔外壳体111连接为一体，在填料支撑板113上放置有填料3，在填料3的上部设置有喷淋组件2，喷淋组件2上设置有连通至喷淋填料塔外壳体111外的喷淋循环水入口 124，喷淋循环水入口 124的接管与喷淋填料塔外壳体111连接为一体，在喷淋组件2上设置有除水器支撑板114，除水器支撑板114与喷淋填料塔外壳体111连接为一体，在除水器支撑板114放置有除水器4 ;
[0011]所述填料支撑板113的下部的喷淋填料塔外壳体111上设置有烟气入口 121，在烟气入口 121上连接烟气入喷淋填料塔的管道81，在烟气入喷淋填料塔的管道81上设置有氧化剂分配器9，可以将烟气中NO氧化成N02的氧化剂从分配器9上设置的氧化剂入口 91输入，所述氧化剂选用臭氧或者过氧水；
[0012]所述烟气入口 121的下部的喷淋填料塔外壳体111上设置有喷淋循环水出口 123，喷淋循环水从喷淋循环水出口 123抽出，在喷淋循环水出口 123和烟气入口 121之间的喷淋填料塔外壳体111上设置有喷淋水溢流口 128，当与喷淋水5从喷淋组件2喷洒后经填料3中下落在填料3中与自下而上流动的烟气进行换热，烟气的温度降低而喷淋水5的温度升高，同时烟气中的水蒸汽被大部分冷凝，以及烟气中的SOx和NOx被喷淋水5吸收并被加入到喷淋水5中碱性物质中和为盐，可经过处理后达标排放；
[0013]所述烟气管道包括，与所述烟气入口 121相连接的烟气入喷淋填料塔的管道81和与烟气出口 122相连接的烟气出喷淋填料塔的管道82。
[0014]进一步地，所述喷淋填料塔中间隔板112在所述喷淋循环水出口 123的附近局部下沉，既可以保证抽出喷淋水的水位同时也可以降低设备高度以降低成本。
[0015]进一步地，所述烟气入口 121为偏心设置，使得烟气在填料中分布更为均匀，获得更佳的换热性能。
[0016]进一步地，所述喷淋组件2为自旋转的喷淋结构，可以明显改善圆形区域的喷洒均匀性，所述自旋转式的喷淋组件2是由多个旋转喷淋管21、中心分配与旋转支撑组件22和外连接管道23等组成。
[0017]进一步地,所述填料3为波纹填料,波纹填料比表面积选用100-500m2/m,波纹填料选用不锈钢或者塑料。
[0018]进一步地，所述风机7与烟气入喷淋填料塔的管道81或者烟气出喷淋填料塔的管道82相连接。
[0019]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直接接触换热，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，从而增加塔的使用寿命，增强塔的安全可靠性，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。
[0020]本发明还通过在烟气进口管道上设置氧化剂分配器和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，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。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例一的用于烟气余热回收的喷淋填料塔的结构示意图。
[0022]图2从俯视方向示出了喷淋组件的结构。
[0023]图3为本发明实施例一的用于烟气余热回收的喷淋填料塔的工作原理示意图。
[0024]图4为本发明实施例二的用于烟气余热回收的喷淋填料塔的结构示意图。
[0025]附图标号说明:
[0026]I 一喷淋填料塔主体，11 一喷淋填料塔主体结构件，111 一喷淋填料塔外壳体，112—喷淋填料塔中间隔板，113 一填料支撑板，114 一除水器支撑板，121 一烟气入口，122 一烟气出口，123 —喷淋循环水出口，124—喷淋循环水入口，125 —碱液出口，126 —人孔，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，2—喷淋组件，21—旋转喷淋管，22 —中心分配与旋转支撑组件，23—外连接管道，3一填料,4一除水器,5一喷淋水,51一喷淋水上液面,6—碱液，61—碱液上液面，7—风机，81—烟气入喷淋填料塔的管道，82—烟气出喷淋填料塔的管道，9 一氧化剂分配器，91 一氧化剂入口。
[0027]S—喷淋水流动方向，Y—烟气流动方向，JY—碱液储存空间，YQ—上部烟气喷淋换热空间。
【具体实施方式】
[0028]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。
[0029]实施例一
[0030]如图1和图2所示，本发明提出一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，其特征在于，所述用于烟气余热回收的喷淋填料塔包括:喷淋填料塔主体1、喷淋组件2、填料3、除水器4、风机7、烟气管道和氧化剂分配器9等组成，其中:
[0031]所述喷淋填料塔主体I包括:喷淋填料塔外壳体111、喷淋填料塔中间隔板112、填料支撑板113和除水器支撑板114组成的喷淋填料塔主体结构件11，以及在喷淋填料塔主体结构件11上设置的喷淋填料塔主体接口 ；
[0032]所述喷淋填料塔主体接口包括: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126、碱投入口 127、喷淋水溢流口 128、上下连通组合接管129，人孔126包括用于烟气余热回收的喷淋填料塔下部的储碱空间设备构件安装检修维护的下人孔1261、用于烟气余热回收的喷淋填料塔中部的烟气进入和储存喷淋水空间设备构件安装检修维护的中人孔1262和用于烟气余热回收的喷淋填料塔上部的填料和喷淋空间设备构件安装检修维护的上人孔1263，以便于喷淋填料塔主体内部设备构件的安装和检修、维护；所述喷淋填料塔主体接口为在喷淋填料塔主体结构件11上设置的所有接口，为了实施图例简明，在图中未标注喷淋填料塔主体接口的标号。
[0033]所述喷淋填料塔外壳体111为圆壳形壳体结构，由圆形筒体、上椭圆形封头和下底组成(图中未标注件号)，在喷淋填料塔外壳体111内从下至上设置有喷淋填料塔中间隔板112、填料支撑板113和除水器支撑板114，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，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；
[0034]所述下部碱液储存空间JY用来储存碱液，所述碱液用于中和从烟气中冷凝的喷淋水中的酸性物质以保证排放的喷淋水合格排放，在所述下部碱液储存空间JY设置有碱液出口 125和碱投入口 127，碱面或者碱液从碱投入口 127投入，在下部碱液储存空间JY储存的碱液可根据检测的喷淋水的酸碱度和要求由碱液出口 125送至与喷淋循环水出口 123和喷淋循环水入口 124相连接的管道中以中和喷淋循环水中酸性物质达到排放和设备防腐的要求，在下部碱液储存空间JY还设置有下部人孔1261以便于检修维护；
[0035]所述上部烟气喷淋换热空间YQ用来烟气换热，所述上部烟气喷淋换热空间YQ设置有填料支撑板113，填料支撑板113与喷淋填料塔外壳体111连接为一体，在填料支撑板113上放置有填料3，填料3的厚度0.5-3m，在填料3的上部设置有喷淋组件2，喷淋组件2上设置有连通至喷淋填料塔外壳体111外的喷淋循环水入口 124，喷淋循环水入口 124的接管与喷淋填料塔外壳体111连接为一体，在喷淋组件2上设置有除水器支撑板114，除水器支撑板114与喷淋填料塔外壳体111连接为一体，在除水器支撑板114放置有除水器4 ；
[0036]所述填料支撑板113的下部的喷淋填料塔外壳体111上设置有烟气入口 121，在烟气入口 121上连接有风机7，风机7的另一端与烟气入喷淋填料塔的管道81相连接，在烟气入喷淋填料塔的管道81上设置有氧化剂分配器9，可以将烟气中NO氧化成N02的氧化剂从分配器9上设置的氧化剂入口 91输入，所述氧化剂选用臭氧或者过氧水；
[0037]所述烟气入口 121的下部的喷淋填料塔外壳体111上设置有喷淋循环水出口 123，喷淋循环水从喷淋循环水出口 123抽出，在喷淋循环水出口 123和烟气入口 121之间的喷淋填料塔外壳体111上设置有喷淋水溢流口 128，当与喷淋水5从喷淋组件2喷洒后经填料3中下落在填料3中与自下而上流动的烟气进行换热，烟气的温度降低而喷淋水5的温度升高，同时烟气中的水蒸汽被大部分冷凝，以及烟气中的SOx(SC)x为硫的氧化物，例如为二氧化硫)和NOx (氮氧化物，例如为一氧化氮)经氧化计氧化并被喷淋水5吸收以及被加入到喷淋水5中碱性物质(通常为NaOH或者NaC03)中和为中性盐，经过处理后达标排放。因而经本实施例的处理的烟气，排放更环保，几乎可以达到零排放。
[0038]图3为本实施例一的烟气余热回收的喷淋填料塔的工作原理图。来自锅炉或者烟筒的烟气经烟气入喷淋填料塔的管道81，与由安装在管道81上的氧化剂分配器9喷入的氧化剂混合后，烟气中低价氮氧化物和低价氧化硫氧化成高价氧化物，然后经风机7送入烟气入口 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，烟气再流经填料3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利用，如热泵、换热器，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在经喷淋组件2喷洒，如此循环；而在填料中降温减湿的烟气向上流经除水器4，将烟气中微小水珠收集，然后流经喷淋填料塔外壳体111上部的烟气出口 122，经烟气出喷淋填料塔的管道82排放到烟筒或者大气中。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。
[0039]所述烟气管道包括，与所述烟气入口 121相连接的烟气入喷淋填料塔的管道81和与烟气出口 122相连接的烟气出喷淋填料塔的管道82。为了实施图例简明，在图中未标注烟气管道的标号。
[0040]进一步地，为了保证与喷淋循环水出口 123的水泵的抽出性能，需要保证喷淋填料塔外壳体111底部储水水位(喷淋水上液面51)不能过低以免抽入空气而出现气蚀等问题，也就是喷淋填料塔外壳体111底部存储的喷淋水上液面51到喷淋循环水出口 123的淹没高度不能过低，但喷淋填料塔外壳体111底部存储的喷淋水上液面51也不能达到烟气入口 121，否则烟道中就会存储喷淋水而引起一系列的问题。本实施例采用下沉式水箱结构，也就是在承接喷淋水的喷淋填料塔中间隔板112在喷淋循环水出口 123的附近局部下沉，或者说喷淋填料塔中间隔板112在喷淋循环水出口处下沉，或一部分喷淋填料塔中间隔板位于喷淋循环水出口之下，既可以保证抽出喷淋水的水位同时也可以降低设备高度以降低成本。
[0041]进一步地，为了改善烟气在填料中均匀性，烟气入口 121为偏心设置，也就是烟气入口 121与喷淋填料塔外壳体111的中心偏离一定的距离A，如图2所示。偏心设置的烟气入口 121，使得烟气从烟气入口 121进入喷淋填料塔外壳体111后在喷淋填料塔外壳体111的周向旋转，从而使得烟气在填料中分布更为均匀，获得更佳的换热性能(例如相对于烟气入口 121为中心设置)。
[0042]进一步地，为了保证喷淋组件2喷洒在填料3上的喷淋水的均匀性，本实施例采用了自旋转的喷淋结构，也就是喷淋水经由喷淋组件2喷洒时同时由于喷淋水的反推力的作用而产生自旋转，自旋转式的喷淋组件2可以明显改善圆形区域的喷洒均匀性。所述自旋转式的喷淋组件2是由多个旋转喷淋管21、中心分配与旋转支撑组件22和外连接管道23等组成。外连接管道23与喷淋填料塔外壳体111连接，外连接管道23的外端连接喷淋循环水入口 124，外连接管道23的内端连接中心分配与旋转支撑组件22，中心分配与旋转支撑组件22再与多个旋转喷淋管21相连接，中心分配与旋转支撑组件22上安装有轴承组件使得与其连接的多个旋转喷淋管21可绕旋转中心旋转。本实施例为4个旋转喷淋管21与中心分配与旋转支撑组件22相连接。其工作原理是:喷淋水从喷淋循环水入口 124进入外连接管道23中，然后经中心分配与旋转支撑组件22分配到多个旋转喷淋管21，最后由多个旋转喷淋管21上设置密集的喷洒孔均匀喷洒到填料3上；在旋转喷淋管21上设置密集的喷洒孔，该密集的喷洒孔在旋转方向的一侧对于另一侧，这样在喷洒过程中对旋转喷淋管21产生一个旋转推力而使得旋转喷淋管21产生旋转；旋转喷洒和合理设置密集的喷洒孔使得喷洒在填料上的喷淋水更为均匀，特别是圆形区域的喷洒尤其均匀。
[0043]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%。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。
[0044]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。
[0045]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。
[0046]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度自由，烟气经填料3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。
[0047]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，实施例图中为标出保温。
[0048]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:
[0049](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直接接触换热，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，从而增加塔的使用寿命，增强塔的安全可靠性，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。
[0050](2)本发明还通过在烟气进口管道上设置氧化剂分配器和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，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。
[0051]实施例二
[0052]图4为本发明实施例二的用于烟气余热回收的喷淋填料塔的结构示意图。本实施例二与实施例一的不同是，实施例一的风机7与烟气入喷淋填料塔的管道81相连接，而本实施例二的风机7与烟气出喷淋填料塔的管道82相连接。实施例一的风机7中的输送烟气的温度比较高但烟气还未达到饱和，优点是输送的烟气不会结露而腐蚀较小，其不足是输送的烟气温度较高则输送效率会降低，而且温度高还对设备带来一些散热的问题需要考虑。实施例二的风机7中的输送烟气的温度比较低但烟气已达到饱和，优点是输送的烟气温度较低则输送效率较高，也不需要特别考虑设备的散热，其不足是输送的烟气存在结露和腐蚀，需要考虑电结缘保护和防腐蚀措施。
[0053]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】
1.一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，其特征在于，所述用于烟气余热回收的喷淋填料塔包括:喷淋填料塔主体(I)、喷淋组件(2)、填料(3)、除水器(4)、风机(7)、烟气管道和氧化剂分配器(9)，其中: 所述喷淋填料塔主体(I)包括:喷淋填料塔外壳体(111)、喷淋填料塔中间隔板(112)、填料支撑板(113)和除水器支撑板(114)组成的喷淋填料塔主体结构件(11)，以及在喷淋填料塔主体结构件(11)上设置的喷淋填料塔主体接口 ； 所述喷淋填料塔主体接口包括: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(126)、碱投入口(127)、喷淋水溢流口(128)、和上下连通组合接管(129)，所述人孔(126)包括用于烟气余热回收的喷淋填料塔下部的储碱空间设备构件安装检修维护的下人孔(1261)、用于烟气余热回收的喷淋填料塔中部的烟气进入和储存喷淋水空间设备构件安装检修维护的中人孔(1262)和用于烟气余热回收的喷淋填料塔上部的填料和喷淋空间设备构件安装检修维护的上人孔(1263)，以便于喷淋填料塔主体内部设备构件的安装和检修、维护； 所述喷淋填料塔外壳体(111)为圆壳形壳体结构，由圆形筒体、上椭圆形封头和下底组成，在喷淋填料塔外壳体(111)内从下至上设置有喷淋填料塔中间隔板(112)、填料支撑板(113)和除水器支撑板(114)，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，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)的灌水和压力平衡功能； 所述下部碱液储存空间(JY)用来储存碱液，所述碱液用于中和从烟气中冷凝的喷淋水中的酸性物质以保证排放的喷淋水合格排放，在所述下部碱液储存空间(JY)设置有碱液出口(125)和碱投入口(127)，碱面或者碱液从碱投入口(127)投入，在下部碱液储存空间(JY)储存的碱液可根据检测的喷淋水的酸碱度和要求由碱液出口(125)送至与喷淋循环水出口(123)和喷淋循环水入口(124)相连接的管道中以中和喷淋循环水中酸性物质达到排放和设备防腐的要求，在下部碱液储存空间(JY)还设置有下部人孔(1261)以便于检修维护； 所述上部烟气喷淋换热空间(YQ)用来烟气换热，所述上部烟气喷淋换热空间(YQ)设置有填料支撑板(113)，填料支撑板(113)与喷淋填料塔外壳体(111)连接为一体，在填料支撑板(113)上放置有填料(3)，在填料(3)的上部设置有喷淋组件(2)，喷淋组件(2)上设置有连通至喷淋填料塔外壳体(111)外的喷淋循环水入口(124)，喷淋循环水入口(124)的接管与喷淋填料塔外壳体(111)连接为一体，在喷淋组件(2)上设置有除水器支撑板(114)，除水器支撑板(114)与喷淋填料塔外壳体(111)连接为一体，在除水器支撑板(114)放置有除水器⑷； 所述填料支撑板(113)的下部的喷淋填料塔外壳体(111)上设置有烟气入口(121)，在烟气入口(121)上连接烟气入喷淋填料塔的管道(81)，在烟气入喷淋填料塔的管道(81)上设置有氧化剂分配器(9)，将烟气中NO氧化成N02的氧化剂从分配器(9)上设置的氧化剂入口(91)输入，所述氧化剂选用臭氧或者过氧水； 所述烟气入口(121)的下部的喷淋填料塔外壳体(111)上设置有喷淋循环水出口(123)，喷淋循环水从喷淋循环水出口(123)抽出，在喷淋循环水出口(123)和烟气入口(121)之间的喷淋填料塔外壳体(111)上设置有喷淋水溢流口(128)，当与喷淋水(5)从喷淋组件(2)喷洒后经填料(3)中下落在填料(3)中与自下而上流动的烟气进行换热，烟气的温度降低而喷淋水(5)的温度升高，同时烟气中的水蒸汽被大部分冷凝，以及烟气中的酸性物质被喷淋水(5)吸收并被加入到喷淋水(5)中碱性物质中和为盐，可经过处理后达标排放； 所述烟气管道包括，与所述烟气入口(121)相连接的烟气入喷淋填料塔的管道(81)和与烟气出口(122)相连接的烟气出喷淋填料塔的管道(82)。
2.如权利要求1所述的用于烟气余热回收的喷淋填料塔，其特征在于，所述喷淋填料塔中间隔板(112)在所述喷淋循环水出口(123)的附近局部下沉，既保证抽出喷淋水的水位同时也降低设备高度以降低成本。
3.如权利要求1所述的用于烟气余热回收的喷淋填料塔，其特征在于，所述烟气入口(121)为偏心设置，使得烟气在填料中分布更为均匀，获得更佳的换热性能。
4.如权利要求1所述的用于烟气余热回收的喷淋填料塔，其特征在于，所述喷淋组件(2)为自旋转的喷淋结构，改善圆形区域的喷洒均匀性，所述自旋转式的喷淋组件(2)是由多个旋转喷淋管(21)、中心分配与旋转支撑组件(22)和外连接管道(23)组成。
5.如权利要求1所述的用于烟气余热回收的喷淋填料塔，其特征在于，所述填料(3)为波纹填料，波纹填料比表面积选用100-500m2/m3，波纹填料选用不锈钢或者塑料。
6.如权利要求1所述的用于烟气余热回收的喷淋填料塔，其特征在于，所述风机(7)与烟气入喷淋填料塔的管道(81)或者烟气出喷淋填料塔的管道(82)相连接。
【文档编号】F28C1/00GK104174274SQ201410397395
【公开日】2014年12月3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】本发明提供了一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，包括：喷淋填料塔主体(1)、喷淋组件(2)、填料(3)、除水器(4)、风机(7)、烟气管道和氧化剂分配器(9)，所述喷淋填料塔主体(1)内从下至上设置有喷淋填料塔中间隔板(112)、填料支撑板(113)和除水器支撑板(114)，所述喷淋填料塔中间隔板(112)将喷淋填料塔主体(1)的内腔分隔开为下部碱液储存空间和上部烟气喷淋换热空间，喷淋填料塔中间隔板(112)承接喷淋换热的喷淋水。本发明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，提高热能利用效率和节能效益。
【专利说明】用于烟气余热回收的喷淋填料塔
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，尤其是一种用于燃气锅炉的低温烟气余热回收的喷淋填料塔。
【背景技术】
[0002]目前广泛用于低温烟气回收的装置的换热设备主要有两种方式:空塔喷雾与烟气直接接触式换热，和烟气与冷媒间壁式换热。对于空塔喷雾与烟气直接接触式换热的低温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十几微米到1_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)冷却水喷成一定粒径范围的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利用效率较低的问题；
(4)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，在某些情况在塔内出现严重的烟气偏流和回流，这就造成系统余热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低温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，但设备投资显著增加，此外，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。此外，现有技术，无论是空塔喷雾接触式换热还是间壁式换热，都难于明显降低氮氧化物等污染物的排放。
[0003]综上所述，现有技术中至少存在以下问题:空塔喷雾直接接触式换热存在风机和水泵压头较大，风机和水泵的耗电过高；此外，还有喷雾冷却水的出水温度较低而造成余热利用效率较低，塔内烟气流场很不均匀甚至在某些情况在塔内出现严重的烟气偏流和回流，造成系统余热利用的不稳定性和效率显著下降等问题；还有烟气与冷媒间壁式换热存在腐蚀严重、堵塞和结垢，以及设备投资大、寿命短的问题；难于明显降低氮氧化物等污染物的排放的问题。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，以解决现有技术的不足。
[0005]为此，本发明提出一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，其特征在于，所述用于烟气余热回收的喷淋填料塔包括:喷淋填料塔主体1、喷淋组件2、填料3、除水器4、风机7、烟气管道和氧化剂分配器9，其中:
[0006]所述喷淋填料塔主体I包括:喷淋填料塔外壳体111、喷淋填料塔中间隔板112、填料支撑板113和除水器支撑板114组成的喷淋填料塔主体结构件11，以及在喷淋填料塔主体结构件11上设置的喷淋填料塔主体接口 ；
[0007]所述喷淋填料塔主体接口包括: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126、碱投入口 127、喷淋水溢流口 128、上下连通组合接管129，所述人孔126包括用于烟气余热回收的喷淋填料塔下部的储碱空间设备构件安装检修维护的下人孔1261、用于烟气余热回收的喷淋填料塔中部的烟气进入和储存喷淋水空间设备构件安装检修维护的中人孔1262和用于烟气余热回收的喷淋填料塔上部的填料和喷淋空间设备构件安装检修维护的上人孔1263，以便于喷淋填料塔主体内部设备构件的安装和检修、维护；
[0008]所述喷淋填料塔外壳体111为圆壳形壳体结构，由圆形筒体、上椭圆形封头和下底组成，在喷淋填料塔外壳体111内从下至上设置有喷淋填料塔中间隔板112、填料支撑板113和除水器支撑板114，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，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；
[0009]所述下部碱液储存空间JY用来储存碱液，所述碱液用于中和从烟气中冷凝的喷淋水中的酸性物质以保证排放的喷淋水合格排放，在所述下部碱液储存空间JY设置有碱液出口 125和碱投入口 127，碱面或者碱液从碱投入口 127投入，在下部碱液储存空间JY储存的碱液可根据检测的喷淋水的酸碱度和要求由碱液出口 125送至与喷淋循环水出口 123和喷淋循环水入口 124相连接的管道中以中和喷淋循环水中酸性物质达到排放和设备防腐的要求，在下部碱液储存空间JY还设置有下部人孔1261以便于检修维护；
[0010]所述上部烟气喷淋换热空间YQ用来烟气换热，所述上部烟气喷淋换热空间YQ设置有填料支撑板113，填料支撑板113与喷淋填料塔外壳体111连接为一体，在填料支撑板113上放置有填料3，在填料3的上部设置有喷淋组件2，喷淋组件2上设置有连通至喷淋填料塔外壳体111外的喷淋循环水入口 124，喷淋循环水入口 124的接管与喷淋填料塔外壳体111连接为一体，在喷淋组件2上设置有除水器支撑板114，除水器支撑板114与喷淋填料塔外壳体111连接为一体，在除水器支撑板114放置有除水器4 ;
[0011]所述填料支撑板113的下部的喷淋填料塔外壳体111上设置有烟气入口 121，在烟气入口 121上连接烟气入喷淋填料塔的管道81，在烟气入喷淋填料塔的管道81上设置有氧化剂分配器9，可以将烟气中NO氧化成N02的氧化剂从分配器9上设置的氧化剂入口 91输入，所述氧化剂选用臭氧或者过氧水；
[0012]所述烟气入口 121的下部的喷淋填料塔外壳体111上设置有喷淋循环水出口 123，喷淋循环水从喷淋循环水出口 123抽出，在喷淋循环水出口 123和烟气入口 121之间的喷淋填料塔外壳体111上设置有喷淋水溢流口 128，当与喷淋水5从喷淋组件2喷洒后经填料3中下落在填料3中与自下而上流动的烟气进行换热，烟气的温度降低而喷淋水5的温度升高，同时烟气中的水蒸汽被大部分冷凝，以及烟气中的SOx和NOx被喷淋水5吸收并被加入到喷淋水5中碱性物质中和为盐，可经过处理后达标排放；
[0013]所述烟气管道包括，与所述烟气入口 121相连接的烟气入喷淋填料塔的管道81和与烟气出口 122相连接的烟气出喷淋填料塔的管道82。
[0014]进一步地，所述喷淋填料塔中间隔板112在所述喷淋循环水出口 123的附近局部下沉，既可以保证抽出喷淋水的水位同时也可以降低设备高度以降低成本。
[0015]进一步地，所述烟气入口 121为偏心设置，使得烟气在填料中分布更为均匀，获得更佳的换热性能。
[0016]进一步地，所述喷淋组件2为自旋转的喷淋结构，可以明显改善圆形区域的喷洒均匀性，所述自旋转式的喷淋组件2是由多个旋转喷淋管21、中心分配与旋转支撑组件22和外连接管道23等组成。
[0017]进一步地,所述填料3为波纹填料,波纹填料比表面积选用100-500m2/m,波纹填料选用不锈钢或者塑料。
[0018]进一步地，所述风机7与烟气入喷淋填料塔的管道81或者烟气出喷淋填料塔的管道82相连接。
[0019]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直接接触换热，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，从而增加塔的使用寿命，增强塔的安全可靠性，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。
[0020]本发明还通过在烟气进口管道上设置氧化剂分配器和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，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。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例一的用于烟气余热回收的喷淋填料塔的结构示意图。
[0022]图2从俯视方向示出了喷淋组件的结构。
[0023]图3为本发明实施例一的用于烟气余热回收的喷淋填料塔的工作原理示意图。
[0024]图4为本发明实施例二的用于烟气余热回收的喷淋填料塔的结构示意图。
[0025]附图标号说明:
[0026]I 一喷淋填料塔主体，11 一喷淋填料塔主体结构件，111 一喷淋填料塔外壳体，112—喷淋填料塔中间隔板，113 一填料支撑板，114 一除水器支撑板，121 一烟气入口，122 一烟气出口，123 —喷淋循环水出口，124—喷淋循环水入口，125 —碱液出口，126 —人孔，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，2—喷淋组件，21—旋转喷淋管，22 —中心分配与旋转支撑组件，23—外连接管道，3一填料,4一除水器,5一喷淋水,51一喷淋水上液面,6—碱液，61—碱液上液面，7—风机，81—烟气入喷淋填料塔的管道，82—烟气出喷淋填料塔的管道，9 一氧化剂分配器，91 一氧化剂入口。
[0027]S—喷淋水流动方向，Y—烟气流动方向，JY—碱液储存空间，YQ—上部烟气喷淋换热空间。
【具体实施方式】
[0028]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。
[0029]实施例一
[0030]如图1和图2所示，本发明提出一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，其特征在于，所述用于烟气余热回收的喷淋填料塔包括:喷淋填料塔主体1、喷淋组件2、填料3、除水器4、风机7、烟气管道和氧化剂分配器9等组成，其中:
[0031]所述喷淋填料塔主体I包括:喷淋填料塔外壳体111、喷淋填料塔中间隔板112、填料支撑板113和除水器支撑板114组成的喷淋填料塔主体结构件11，以及在喷淋填料塔主体结构件11上设置的喷淋填料塔主体接口 ；
[0032]所述喷淋填料塔主体接口包括: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126、碱投入口 127、喷淋水溢流口 128、上下连通组合接管129，人孔126包括用于烟气余热回收的喷淋填料塔下部的储碱空间设备构件安装检修维护的下人孔1261、用于烟气余热回收的喷淋填料塔中部的烟气进入和储存喷淋水空间设备构件安装检修维护的中人孔1262和用于烟气余热回收的喷淋填料塔上部的填料和喷淋空间设备构件安装检修维护的上人孔1263，以便于喷淋填料塔主体内部设备构件的安装和检修、维护；所述喷淋填料塔主体接口为在喷淋填料塔主体结构件11上设置的所有接口，为了实施图例简明，在图中未标注喷淋填料塔主体接口的标号。
[0033]所述喷淋填料塔外壳体111为圆壳形壳体结构，由圆形筒体、上椭圆形封头和下底组成(图中未标注件号)，在喷淋填料塔外壳体111内从下至上设置有喷淋填料塔中间隔板112、填料支撑板113和除水器支撑板114，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，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；
[0034]所述下部碱液储存空间JY用来储存碱液，所述碱液用于中和从烟气中冷凝的喷淋水中的酸性物质以保证排放的喷淋水合格排放，在所述下部碱液储存空间JY设置有碱液出口 125和碱投入口 127，碱面或者碱液从碱投入口 127投入，在下部碱液储存空间JY储存的碱液可根据检测的喷淋水的酸碱度和要求由碱液出口 125送至与喷淋循环水出口 123和喷淋循环水入口 124相连接的管道中以中和喷淋循环水中酸性物质达到排放和设备防腐的要求，在下部碱液储存空间JY还设置有下部人孔1261以便于检修维护；
[0035]所述上部烟气喷淋换热空间YQ用来烟气换热，所述上部烟气喷淋换热空间YQ设置有填料支撑板113，填料支撑板113与喷淋填料塔外壳体111连接为一体，在填料支撑板113上放置有填料3，填料3的厚度0.5-3m，在填料3的上部设置有喷淋组件2，喷淋组件2上设置有连通至喷淋填料塔外壳体111外的喷淋循环水入口 124，喷淋循环水入口 124的接管与喷淋填料塔外壳体111连接为一体，在喷淋组件2上设置有除水器支撑板114，除水器支撑板114与喷淋填料塔外壳体111连接为一体，在除水器支撑板114放置有除水器4 ；
[0036]所述填料支撑板113的下部的喷淋填料塔外壳体111上设置有烟气入口 121，在烟气入口 121上连接有风机7，风机7的另一端与烟气入喷淋填料塔的管道81相连接，在烟气入喷淋填料塔的管道81上设置有氧化剂分配器9，可以将烟气中NO氧化成N02的氧化剂从分配器9上设置的氧化剂入口 91输入，所述氧化剂选用臭氧或者过氧水；
[0037]所述烟气入口 121的下部的喷淋填料塔外壳体111上设置有喷淋循环水出口 123，喷淋循环水从喷淋循环水出口 123抽出，在喷淋循环水出口 123和烟气入口 121之间的喷淋填料塔外壳体111上设置有喷淋水溢流口 128，当与喷淋水5从喷淋组件2喷洒后经填料3中下落在填料3中与自下而上流动的烟气进行换热，烟气的温度降低而喷淋水5的温度升高，同时烟气中的水蒸汽被大部分冷凝，以及烟气中的SOx(SC)x为硫的氧化物，例如为二氧化硫)和NOx (氮氧化物，例如为一氧化氮)经氧化计氧化并被喷淋水5吸收以及被加入到喷淋水5中碱性物质(通常为NaOH或者NaC03)中和为中性盐，经过处理后达标排放。因而经本实施例的处理的烟气，排放更环保，几乎可以达到零排放。
[0038]图3为本实施例一的烟气余热回收的喷淋填料塔的工作原理图。来自锅炉或者烟筒的烟气经烟气入喷淋填料塔的管道81，与由安装在管道81上的氧化剂分配器9喷入的氧化剂混合后，烟气中低价氮氧化物和低价氧化硫氧化成高价氧化物，然后经风机7送入烟气入口 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，烟气再流经填料3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利用，如热泵、换热器，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在经喷淋组件2喷洒，如此循环；而在填料中降温减湿的烟气向上流经除水器4，将烟气中微小水珠收集，然后流经喷淋填料塔外壳体111上部的烟气出口 122，经烟气出喷淋填料塔的管道82排放到烟筒或者大气中。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。
[0039]所述烟气管道包括，与所述烟气入口 121相连接的烟气入喷淋填料塔的管道81和与烟气出口 122相连接的烟气出喷淋填料塔的管道82。为了实施图例简明，在图中未标注烟气管道的标号。
[0040]进一步地，为了保证与喷淋循环水出口 123的水泵的抽出性能，需要保证喷淋填料塔外壳体111底部储水水位(喷淋水上液面51)不能过低以免抽入空气而出现气蚀等问题，也就是喷淋填料塔外壳体111底部存储的喷淋水上液面51到喷淋循环水出口 123的淹没高度不能过低，但喷淋填料塔外壳体111底部存储的喷淋水上液面51也不能达到烟气入口 121，否则烟道中就会存储喷淋水而引起一系列的问题。本实施例采用下沉式水箱结构，也就是在承接喷淋水的喷淋填料塔中间隔板112在喷淋循环水出口 123的附近局部下沉，或者说喷淋填料塔中间隔板112在喷淋循环水出口处下沉，或一部分喷淋填料塔中间隔板位于喷淋循环水出口之下，既可以保证抽出喷淋水的水位同时也可以降低设备高度以降低成本。
[0041]进一步地，为了改善烟气在填料中均匀性，烟气入口 121为偏心设置，也就是烟气入口 121与喷淋填料塔外壳体111的中心偏离一定的距离A，如图2所示。偏心设置的烟气入口 121，使得烟气从烟气入口 121进入喷淋填料塔外壳体111后在喷淋填料塔外壳体111的周向旋转，从而使得烟气在填料中分布更为均匀，获得更佳的换热性能(例如相对于烟气入口 121为中心设置)。
[0042]进一步地，为了保证喷淋组件2喷洒在填料3上的喷淋水的均匀性，本实施例采用了自旋转的喷淋结构，也就是喷淋水经由喷淋组件2喷洒时同时由于喷淋水的反推力的作用而产生自旋转，自旋转式的喷淋组件2可以明显改善圆形区域的喷洒均匀性。所述自旋转式的喷淋组件2是由多个旋转喷淋管21、中心分配与旋转支撑组件22和外连接管道23等组成。外连接管道23与喷淋填料塔外壳体111连接，外连接管道23的外端连接喷淋循环水入口 124，外连接管道23的内端连接中心分配与旋转支撑组件22，中心分配与旋转支撑组件22再与多个旋转喷淋管21相连接，中心分配与旋转支撑组件22上安装有轴承组件使得与其连接的多个旋转喷淋管21可绕旋转中心旋转。本实施例为4个旋转喷淋管21与中心分配与旋转支撑组件22相连接。其工作原理是:喷淋水从喷淋循环水入口 124进入外连接管道23中，然后经中心分配与旋转支撑组件22分配到多个旋转喷淋管21，最后由多个旋转喷淋管21上设置密集的喷洒孔均匀喷洒到填料3上；在旋转喷淋管21上设置密集的喷洒孔，该密集的喷洒孔在旋转方向的一侧对于另一侧，这样在喷洒过程中对旋转喷淋管21产生一个旋转推力而使得旋转喷淋管21产生旋转；旋转喷洒和合理设置密集的喷洒孔使得喷洒在填料上的喷淋水更为均匀，特别是圆形区域的喷洒尤其均匀。
[0043]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%。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。
[0044]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。
[0045]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。
[0046]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度自由，烟气经填料3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。
[0047]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，实施例图中为标出保温。
[0048]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:
[0049](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直接接触换热，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，从而增加塔的使用寿命，增强塔的安全可靠性，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。
[0050](2)本发明还通过在烟气进口管道上设置氧化剂分配器和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，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。
[0051]实施例二
[0052]图4为本发明实施例二的用于烟气余热回收的喷淋填料塔的结构示意图。本实施例二与实施例一的不同是，实施例一的风机7与烟气入喷淋填料塔的管道81相连接，而本实施例二的风机7与烟气出喷淋填料塔的管道82相连接。实施例一的风机7中的输送烟气的温度比较高但烟气还未达到饱和，优点是输送的烟气不会结露而腐蚀较小，其不足是输送的烟气温度较高则输送效率会降低，而且温度高还对设备带来一些散热的问题需要考虑。实施例二的风机7中的输送烟气的温度比较低但烟气已达到饱和，优点是输送的烟气温度较低则输送效率较高，也不需要特别考虑设备的散热，其不足是输送的烟气存在结露和腐蚀，需要考虑电结缘保护和防腐蚀措施。
[0053]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】
1.一种用于烟气余热回收的喷淋填料塔，其特征在于，所述用于烟气余热回收的喷淋填料塔包括:喷淋填料塔主体(I)、喷淋组件(2)、填料(3)、除水器(4)、风机(7)、烟气管道和氧化剂分配器(9)，其中: 所述喷淋填料塔主体(I)包括:喷淋填料塔外壳体(111)、喷淋填料塔中间隔板(112)、填料支撑板(113)和除水器支撑板(114)组成的喷淋填料塔主体结构件(11)，以及在喷淋填料塔主体结构件(11)上设置的喷淋填料塔主体接口 ； 所述喷淋填料塔主体接口包括: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(126)、碱投入口(127)、喷淋水溢流口(128)、和上下连通组合接管(129)，所述人孔(126)包括用于烟气余热回收的喷淋填料塔下部的储碱空间设备构件安装检修维护的下人孔(1261)、用于烟气余热回收的喷淋填料塔中部的烟气进入和储存喷淋水空间设备构件安装检修维护的中人孔(1262)和用于烟气余热回收的喷淋填料塔上部的填料和喷淋空间设备构件安装检修维护的上人孔(1263)，以便于喷淋填料塔主体内部设备构件的安装和检修、维护； 所述喷淋填料塔外壳体(111)为圆壳形壳体结构，由圆形筒体、上椭圆形封头和下底组成，在喷淋填料塔外壳体(111)内从下至上设置有喷淋填料塔中间隔板(112)、填料支撑板(113)和除水器支撑板(114)，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，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)的灌水和压力平衡功能； 所述下部碱液储存空间(JY)用来储存碱液，所述碱液用于中和从烟气中冷凝的喷淋水中的酸性物质以保证排放的喷淋水合格排放，在所述下部碱液储存空间(JY)设置有碱液出口(125)和碱投入口(127)，碱面或者碱液从碱投入口(127)投入，在下部碱液储存空间(JY)储存的碱液可根据检测的喷淋水的酸碱度和要求由碱液出口(125)送至与喷淋循环水出口(123)和喷淋循环水入口(124)相连接的管道中以中和喷淋循环水中酸性物质达到排放和设备防腐的要求，在下部碱液储存空间(JY)还设置有下部人孔(1261)以便于检修维护； 所述上部烟气喷淋换热空间(YQ)用来烟气换热，所述上部烟气喷淋换热空间(YQ)设置有填料支撑板(113)，填料支撑板(113)与喷淋填料塔外壳体(111)连接为一体，在填料支撑板(113)上放置有填料(3)，在填料(3)的上部设置有喷淋组件(2)，喷淋组件(2)上设置有连通至喷淋填料塔外壳体(111)外的喷淋循环水入口(124)，喷淋循环水入口(124)的接管与喷淋填料塔外壳体(111)连接为一体，在喷淋组件(2)上设置有除水器支撑板(114)，除水器支撑板(114)与喷淋填料塔外壳体(111)连接为一体，在除水器支撑板(114)放置有除水器⑷； 所述填料支撑板(113)的下部的喷淋填料塔外壳体(111)上设置有烟气入口(121)，在烟气入口(121)上连接烟气入喷淋填料塔的管道(81)，在烟气入喷淋填料塔的管道(81)上设置有氧化剂分配器(9)，将烟气中NO氧化成N02的氧化剂从分配器(9)上设置的氧化剂入口(91)输入，所述氧化剂选用臭氧或者过氧水； 所述烟气入口(121)的下部的喷淋填料塔外壳体(111)上设置有喷淋循环水出口(123)，喷淋循环水从喷淋循环水出口(123)抽出，在喷淋循环水出口(123)和烟气入口(121)之间的喷淋填料塔外壳体(111)上设置有喷淋水溢流口(128)，当与喷淋水(5)从喷淋组件(2)喷洒后经填料(3)中下落在填料(3)中与自下而上流动的烟气进行换热，烟气的温度降低而喷淋水(5)的温度升高，同时烟气中的水蒸汽被大部分冷凝，以及烟气中的酸性物质被喷淋水(5)吸收并被加入到喷淋水(5)中碱性物质中和为盐，可经过处理后达标排放； 所述烟气管道包括，与所述烟气入口(121)相连接的烟气入喷淋填料塔的管道(81)和与烟气出口(122)相连接的烟气出喷淋填料塔的管道(82)。
2.如权利要求1所述的用于烟气余热回收的喷淋填料塔，其特征在于，所述喷淋填料塔中间隔板(112)在所述喷淋循环水出口(123)的附近局部下沉，既保证抽出喷淋水的水位同时也降低设备高度以降低成本。
3.如权利要求1所述的用于烟气余热回收的喷淋填料塔，其特征在于，所述烟气入口(121)为偏心设置，使得烟气在填料中分布更为均匀，获得更佳的换热性能。
4.如权利要求1所述的用于烟气余热回收的喷淋填料塔，其特征在于，所述喷淋组件(2)为自旋转的喷淋结构，改善圆形区域的喷洒均匀性，所述自旋转式的喷淋组件(2)是由多个旋转喷淋管(21)、中心分配与旋转支撑组件(22)和外连接管道(23)组成。
5.如权利要求1所述的用于烟气余热回收的喷淋填料塔，其特征在于，所述填料(3)为波纹填料，波纹填料比表面积选用100-500m2/m3，波纹填料选用不锈钢或者塑料。
6.如权利要求1所述的用于烟气余热回收的喷淋填料塔，其特征在于，所述风机(7)与烟气入喷淋填料塔的管道(81)或者烟气出喷淋填料塔的管道(82)相连接。
【文档编号】F28C1/00GK104174274SQ201410397395
【公开日】2014年12月3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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