本發(fā)明涉及從濕法脫硫飽和凈煙氣中回收水分的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種脫硫煙氣冷凝提水設(shè)備。

背景技術(shù)：

濕法脫硫工藝以其脫硫效率高，運(yùn)行成本低，技術(shù)成熟，運(yùn)行操作簡單等優(yōu)勢在煙氣脫硫凈化處理領(lǐng)域中占據(jù)絕對主導(dǎo)地位。在國內(nèi)煙氣脫硫凈化領(lǐng)域中約占到95％以上，在煙氣超低排放治理領(lǐng)域中占到99％以上。

濕法脫硫系統(tǒng)出口煙氣為飽和或過飽和狀態(tài)，煙氣溫度為50～55℃，其中水蒸氣占12～18％。濕法脫硫系統(tǒng)是電廠中的用水大戶，以百萬機(jī)組為例，脫硫蒸發(fā)水量約為100t/h。

高溫飽和凈煙氣攜帶大量的水蒸氣以及液滴，消耗了大量的脫硫補(bǔ)水。濕法脫硫水耗過大和水資源匱乏的矛盾已日益顯現(xiàn)，在貧水地區(qū)，尤其突出。在當(dāng)前水資源日益寶貴的形勢下，急需一種脫硫煙氣冷凝提水設(shè)備，以降低發(fā)電水耗，滿足工業(yè)生產(chǎn)用水的巨大需求。

隨著環(huán)保意識的增強(qiáng)和節(jié)水、節(jié)能要求的升級，“分類分質(zhì)用水、循環(huán)利用”成為燃煤電廠的必然選擇。2015年印發(fā)的《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》中，要求火電廠在緊盯降低大氣污染排放濃度的同時(shí)，也必須更加重視深度節(jié)水和廢水零排放工作。2015年9月出臺的“水十條”，對水資源利用更驅(qū)嚴(yán)格，要求火電行業(yè)促進(jìn)再生水利用，控制用水總量，提高用水效益，因此，降低燃煤電廠的發(fā)電水耗，對脫硫煙氣中的水分進(jìn)行回收已是大勢所趨。

為了從高溫飽和凈煙氣中回收水分，必須對煙氣進(jìn)行降溫冷凝，通常采用的方法為直接換熱法和間接換熱法。直接換熱法在煙氣冷凝塔中直接向煙氣中噴水降溫冷凝，回收煙氣中水分。煙氣冷凝水與循環(huán)冷卻水經(jīng)收集后一同進(jìn)入干式空冷器，降溫后再循環(huán)利用。該方法占地大，設(shè)備多，循環(huán)冷卻水先與煙氣換熱，再在干式空冷器中與空氣換熱，歷經(jīng)二次氣-水換熱。間接換熱法利用間壁換熱器對煙氣進(jìn)行降溫冷凝。某公司通過循環(huán)泵用江河水對煙氣降溫冷凝，收水效果明顯，每小時(shí)可回收水分約50噸。但該項(xiàng)目不具有普適性，且換熱后的江河水直排，熱污染對河流的生態(tài)勢必造成一定影響，還存在著一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

如何更加高效地與煙氣進(jìn)行換熱，如何獲得大量廉價(jià)的冷卻介質(zhì)，成為對煙氣冷凝提水的關(guān)鍵。熱管(heatpipe)是一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，1944年由美國人高格勒發(fā)現(xiàn)。六十年代初，首先成功應(yīng)用于宇航技術(shù)，之后引起了各國學(xué)者的極大興趣和重視。熱管換熱器由于其具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、壓力損失小、有利于控制露點(diǎn)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于冶金、化工、煉油、鍋爐、陶瓷、交通、輕紡、機(jī)械、電子等行業(yè)中；水作為傳統(tǒng)的冷卻介質(zhì)現(xiàn)階段已遭到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，尤其在北方缺水地區(qū)，已逐漸被空氣冷卻所代替。目前空氣冷卻器的經(jīng)濟(jì)性已大大提高，與水冷卻器相比，不僅維護(hù)費(fèi)用低廉，且具有更長的使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種脫硫煙氣冷凝提水設(shè)備，包括設(shè)備殼體6和熱管5；所述熱管5包括置于所述殼體6外的冷側(cè)部分和容納在所述殼體6內(nèi)的熱側(cè)部分，熱管內(nèi)的工作介質(zhì)在熱側(cè)部分和冷側(cè)部分之間循環(huán)傳熱；所述設(shè)備殼體6上游連接濕法脫硫系統(tǒng)1，下游連接煙囪3。

進(jìn)一步地，所述熱管5采用熱虹吸管，管內(nèi)工作介質(zhì)的充液量65％。

進(jìn)一步地，所述工作介質(zhì)為水、氨、r22、r134a、酒精或丙酮。

進(jìn)一步地，所述熱管熱側(cè)部分的材質(zhì)可選擇鎳基合金2205、2507或鈦材，冷側(cè)部分的材質(zhì)可選擇普通碳鋼。

進(jìn)一步地，所述殼體6與煙囪3之間設(shè)置煙氣復(fù)熱器4。

進(jìn)一步地，所述熱管形狀可為管狀、板狀或采用分離式熱管元件。

進(jìn)一步地，所述熱管5叉排排布，所述冷側(cè)部分可采用翅片管或螺紋管結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述熱管5與設(shè)備殼體6之間采用密封圈或錐面線密封。

本發(fā)明的目的還在于，提供一種采用前述脫硫煙氣冷凝提水設(shè)備的提水工藝，依次包括以下步驟：步驟1，將濕法脫硫系統(tǒng)1的濕法脫硫飽和凈煙氣引入所述脫硫煙氣冷凝提水設(shè)備的殼體6中；步驟2，所述飽和凈煙氣與所述熱管5內(nèi)循環(huán)在熱側(cè)部分和冷側(cè)部分之間的工作介質(zhì)間壁換熱，使其降溫冷凝形成低溫飽和凈煙氣和煙氣冷凝水；步驟3，所述低溫飽和凈煙氣通過所述煙囪3排放，所述煙氣冷凝水經(jīng)收集后作為脫硫系統(tǒng)工藝水補(bǔ)水，回用于脫硫系統(tǒng)；步驟4，所述熱管5將冷凝釋放熱量經(jīng)冷側(cè)部分傳遞至大氣中。

所述提水工藝中，進(jìn)一步地，所述冷側(cè)部分選用空氣作為冷卻介質(zhì)。

進(jìn)一步地，在所述步驟3中，所述低溫飽和凈煙氣通過所述煙囪3排放之前，還要經(jīng)過煙氣復(fù)熱器4，與所述煙氣復(fù)熱器4中的蒸汽或熱水f間壁換熱，復(fù)熱后形成高溫不飽和凈煙氣e，通過煙道自煙囪3排放。

本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)勢在于：

a、采用熱管作為換熱元件，通過熱管內(nèi)工作介質(zhì)的沸騰、蒸發(fā)、降溫、冷凝來傳遞熱量，傳熱效率高；

b、熱管內(nèi)工作介質(zhì)通過位差和密度差運(yùn)轉(zhuǎn)，無需外加動力，無需經(jīng)常更換元件，即使元件損壞，也能快速更換，不影響正常生產(chǎn)；

c、冷側(cè)(大氣側(cè))采用空氣作為冷卻介質(zhì)，對于北方缺水地區(qū)具有重要意義；

d、冷側(cè)(大氣側(cè))采用翅片管、螺紋管等強(qiáng)化傳熱；

e、設(shè)備殼體采用變截面設(shè)計(jì)，通過控制煙氣經(jīng)過熱管的流速，從而達(dá)到自清灰的目的；

f、可根據(jù)脫硫煙氣冷凝提水要求，確定煙氣最終的溫度，從而調(diào)節(jié)熱管數(shù)量和冷熱側(cè)傳熱面積比；

附圖說明

圖1是本發(fā)明的冷凝提水設(shè)備正面示意圖，

圖2是本發(fā)明的冷凝提水設(shè)備俯視示意圖，

圖3是本發(fā)明的脫硫煙氣冷凝提水工藝的流程示意圖，

圖4是本發(fā)明的熱管與設(shè)備殼體間密封結(jié)構(gòu)示意圖，

其中，

1-濕法脫硫系統(tǒng)、2-冷凝提水設(shè)備、3-煙囪、4-煙氣復(fù)熱器、5-熱管、6-設(shè)備殼體、7-密封圈；

a-原煙氣、b-高溫飽和凈煙氣、c-低溫飽和凈煙氣、d-煙氣冷凝水、e-復(fù)熱凈煙氣、f-蒸汽或熱水、g-蒸汽冷凝水或熱回水。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

本發(fā)明利用熱管作為傳熱元件，對濕法脫硫飽和凈煙氣進(jìn)行降溫冷凝，回收飽和凈煙氣中水分的同時(shí)，再將冷凝釋放熱量傳遞至大氣中。冷凝提水設(shè)備以熱管作為換熱元件，管內(nèi)工作介質(zhì)在熱側(cè)(煙氣側(cè))吸熱后沸騰和蒸發(fā)，在冷側(cè)(大氣側(cè))降溫和冷凝，如此周而復(fù)始，使脫硫煙氣不斷地降溫冷凝，并將熱量不斷地從煙氣轉(zhuǎn)移至大氣中。本發(fā)明從脫硫煙氣中回收大量冷凝水，節(jié)約水資源的同時(shí)，促進(jìn)煙塵、二氧化硫等多種污染物的二次脫除，是燃煤火電機(jī)組實(shí)現(xiàn)超低排放的有效保證。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用熱管作為換熱元件，利用其高效的導(dǎo)熱性能，將脫硫煙氣冷凝釋放熱量傳遞至大氣中。如圖1-3所示，本發(fā)明涉及一種脫硫煙氣冷凝提水設(shè)備，其包括設(shè)備殼體6和熱管5，可布置在濕法脫硫系統(tǒng)凈煙氣出口與煙氣復(fù)熱器(若有)或排放煙囪入口之間煙道內(nèi)，也可將熱管直接布置于煙道之中,即所述設(shè)備殼體6上游連接濕法脫硫系統(tǒng)1，下游連接非必要的煙氣復(fù)熱器4，所述非必要的煙氣復(fù)熱器4連接煙囪3；所述熱管5由外露于所述殼體6之外的冷側(cè)部分和容納在所述殼體6內(nèi)的熱側(cè)部分構(gòu)成，熱管內(nèi)的工作介質(zhì)在熱側(cè)部分和冷側(cè)部分之間循環(huán)傳熱。

本發(fā)明的脫硫煙氣冷凝提水設(shè)備中，所述熱管5采用熱虹吸管，管內(nèi)工作介質(zhì)為水，充液量65％。熱管5內(nèi)的工作介質(zhì)可以是水、氨、r22、r134a、酒精或丙酮等。

本發(fā)明的脫硫煙氣冷凝提水設(shè)備中，為了有效防止低溫露點(diǎn)腐蝕，熱管熱側(cè)部分的材質(zhì)可選擇鎳基合金2205、2507或鈦材，而冷側(cè)部分的材質(zhì)可僅為普通碳鋼。優(yōu)選，所述熱管5熱側(cè)部分材質(zhì)為2205，冷側(cè)部分材質(zhì)為20鋼。熱管形狀可為管狀、板狀或采用分離式熱管元件，可隨煙氣性質(zhì)和現(xiàn)場條件而調(diào)整。熱管5叉排排布，所述冷側(cè)部分可采用翅片管、螺紋管等結(jié)構(gòu)，例如為鋁質(zhì)開窗直翅片。

如圖3所示，本發(fā)明還提供以下采用前述脫硫煙氣冷凝提水設(shè)備的提水工藝，例如，在設(shè)備殼體6內(nèi)，來自濕法脫硫系統(tǒng)1的濕法脫硫飽和凈煙氣與熱管5內(nèi)循環(huán)在熱側(cè)部分和冷側(cè)部分之間的工作介質(zhì)間壁換熱，使其降溫冷凝形成低溫飽和凈煙氣和煙氣冷凝水。析出的煙氣冷凝水經(jīng)收集后作為脫硫系統(tǒng)工藝水補(bǔ)水，回用于脫硫系統(tǒng)。所述熱管5采用熱虹吸管，管內(nèi)工作介質(zhì)為水，充液量65％。

本發(fā)明的提水工藝中，熱管5內(nèi)的工作介質(zhì)包括水、氨、r22、r134a、酒精和丙酮等。所述冷側(cè)部分選用空氣作為冷卻介質(zhì)，熱管5將冷凝釋放熱量經(jīng)冷側(cè)部分傳遞至大氣中。

本發(fā)明的提水工藝中，上游濕法脫硫系統(tǒng)1的高溫飽和凈煙氣b在冷凝提水設(shè)備2中與熱管5熱側(cè)內(nèi)的工作介質(zhì)間壁換熱，降溫冷凝形成低溫飽和凈煙氣c，低溫飽和凈煙氣c在煙氣復(fù)熱器4中與蒸汽或熱水f間壁換熱，復(fù)熱后形成高溫不飽和凈煙氣e，通過煙道自煙囪3排放。

本發(fā)明的提水工藝中，熱管數(shù)量和冷側(cè)與熱側(cè)的傳熱面積比可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得：濕法脫硫系統(tǒng)1出口高溫飽和凈煙氣b溫度51.4℃，水蒸氣含量14.3％，進(jìn)入煙氣提水設(shè)備2；經(jīng)冷卻降溫后，低溫飽和凈煙氣c溫度為50.0℃，水蒸氣含量為13.3％，離開煙氣提水設(shè)備2進(jìn)入煙氣復(fù)熱器4(若有)加熱升溫21.4℃，復(fù)熱凈煙氣e溫度達(dá)到71.4℃，煙氣中水蒸氣分壓僅為12.3kpa，屬于不飽和煙氣；高溫不飽和凈煙氣e通過煙囪3排放實(shí)現(xiàn)飽和凈煙氣中水蒸氣冷凝回收的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了“白色煙羽”治理。

51.4℃高溫飽和凈煙氣流量1187507nm3/h，質(zhì)量流量1523.1t/h；而50.0℃低溫飽和凈煙氣流量1174481nm3/h，質(zhì)量流量1512.6t/h；降溫冷凝過程回收水量10.5t/h，ph值2～3，溶解有少量凈煙氣中殘留的so2、hcl等污染物，滿足脫硫工藝補(bǔ)水的水質(zhì)要求；回收水量占濕法脫硫系統(tǒng)1總工藝水消耗量的16.9％，即可節(jié)約濕法脫硫系統(tǒng)1工藝水耗量16.9％。

如圖4所示，本發(fā)明中熱管5與設(shè)備殼體6之間采用密封圈7或錐面線密封對煙氣加以密封。

本發(fā)明從脫硫煙氣中回收大量冷凝水，低溫飽和凈煙氣隨后進(jìn)入煙氣復(fù)熱器中(若有)，由于煙氣量的減少和煙氣定壓比熱的降低，將大幅降低煙氣的復(fù)熱溫度，大大減少煙氣復(fù)熱所需的熱量，對“白色煙羽”有效治理，改善煙氣排放視覺污染，也具有重要意義。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)

利用熱管作為傳熱元件的一種降溫冷凝水提取設(shè)備，從濕法脫硫飽和凈煙氣中回收水分。在回收脫硫飽和凈煙氣中水分的同時(shí)，將冷凝釋放熱量傳遞至大氣中。熱管內(nèi)工作介質(zhì)在熱側(cè)(煙氣側(cè))和冷側(cè)(大氣側(cè))之間循環(huán)，使脫硫煙氣不斷地降溫冷凝，并將熱量不斷地從煙氣轉(zhuǎn)移至大氣中。本發(fā)明從脫硫煙氣中回收大量冷凝水，節(jié)約水資源的同時(shí)，促進(jìn)煙塵、二氧化硫等多種污染物的二次脫除。

技術(shù)研發(fā)人員：周印羲;周文祥;程俊峰;張開元

受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京清新環(huán)境技術(shù)股份有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2017.11.23

技術(shù)公布日：2018.05.04