CN208382203U - 一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构 - Google Patents
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Abstract
一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构，由水平烟道、U型烟道和烟气调节挡板构成；烟气经水平烟道折转90°进入U型烟道冲刷显热换热器和一级冷凝除湿脱污换热器，折转180°后冲刷二级冷凝除湿脱污换热器和烟气再热器；经过一级、二级冷凝除湿脱污换热器除湿后，再利用烟气再热器完成加热除湿消白；水平烟道中间位于U型烟道的分割板上设置有烟气调节挡板，该挡板一方面在系统启动或停炉后可保证烟气直接进入烟囱以防止显热换热器发生冷凝，另一方面，当外界天气湿度发生变化或极端寒冷天气出现时，调节烟气挡板的开度可将一部分干烟气和湿烟气进行混合，保证全工况条件下更有效地消除烟囱白烟。
Description
技术领域
本实用新型属于燃气锅炉烟气除湿脱白、节能环保领域，具体涉及一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构。
背景技术
石油和天然气燃烧系统虽然燃烧产物清洁，但仍含有氮氧化物和少量硫氧化物和PM。与燃煤锅炉相比，烟气中不含有过多的氯离子，却含有更多的水蒸气。烟气直接排放到大气中会使烟气中所含水蒸气过饱和凝结从而形成白色烟羽，形成“视觉污染”；烟气中的SO3/H2SO4等酸性气体和PM结合也会在烟囱周围形成局部雾霾并使其增强和蔓延，同时，SO3/H2SO4等酸性气体在尾部烟道及烟囱中冷凝析出，具有极强的腐蚀性，给锅炉系统的安全运行带来了隐患。同时白色烟羽中含有大量的水蒸气，造成水资源的浪费。若加以冷凝回收，可节约宝贵的水资源。上海、浙江、邯郸、天津等地纷纷出台地方性烟羽治理新规，烟气除湿脱污消白的重要程度可见一斑。
目前大部分烟气脱白装置为烟气再热脱白装置，加热湿烟气升温至过热状态以脱除白色烟羽。烟气再热脱白易造成烟气再热器腐蚀和堵塞，并且将烟气加热到80℃造成了能源的极大浪费。采用加热法消除白烟无法消除湿烟气中的SO3/H2SO4等酸性气体和PM，而SO3/H2SO4和PM是雾霾的元凶之一。因此可以显著脱除SO3/H2SO4和PM的烟气冷凝脱白技术开始逐渐推广。
烟气冷凝除湿脱污加热消白利用锅炉给水或循环水冷却燃烧后产生的湿烟气，同时回收水蒸气中的凝结相变热，提高锅炉效率。冷却过程中水蒸气凝结成亚微米级的小液滴还可大量吸附脱除烟气中的SO3/H2SO4和PM。然而冷凝产生的硫酸溶液具有较强的腐蚀性，对换热器的材料提出了要求。
烟气再热和冷凝除湿脱白方法，各有优缺点，而本实用新型将烟气冷凝和再热结合在一起，使得除湿脱污消白效果更显著。
发明内容
为了进一步改善烟气除湿脱污消白效果，发挥上述现有技术的优点，本实用新型的目的在于提供一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构，包括U型烟道1，在U型烟道1上部为一段水平烟道2，U型烟道1烟气进口侧管道自上而下布置有显热换热器3和一级冷凝除湿脱污换热器4，U型烟道1底部为180°回转式烟道5，U型烟道1烟气出口侧自下而上布置有二级冷凝除湿脱污换热器6、波纹板式除雾器13和烟气再热器7；水平烟道2中间位于U型烟道1烟气进口侧和烟气出口侧分割板上设置有烟气调节挡板8；各换热器之间有水管连通，二级冷凝除湿脱污换热器6末端靠近壁面的管道为给水进水管道，锅炉给水依次与烟气呈逆流经过二级冷凝除湿脱污换热器6、一级冷凝除湿脱污换热器4和显热换热器3加热成热水后，部分进入烟气再热器7加热时烟气消白，并经混水阀9与主流出口热水混合送入锅炉；在正常工作条件下，烟气调节挡板8关闭，烟气由水平烟道2前半段折转90°通过U型烟道1进烟口进入烟气进口侧，在烟气进口侧自上而下横掠管束，通过烟道和管束间隙依次经过显热换热器3、一级冷凝除湿脱污换热器4，在180°回转式烟道5处转弯后，在烟气出口侧自下而上横掠二级冷凝除湿脱污换热器6、波纹板式除雾器13和烟气再热器7后折转90°进入水平烟道2后半段并排入烟囱；在极端工作条件下，烟气调节挡板8根据需要开启，部分烟气由水平烟道2前半段直接流入水平烟道2后半段，与另一部分经过U型烟道1出来的湿烟气混合后，排出。
所述180°回转式烟道5底部设置有带水封的冷凝水排放装置10，收集来自U型烟道1烟气出口侧中烟气和波纹板除雾器13的冷凝水。
所述显热换热器3、一级冷凝除湿脱污换热器4、二级冷凝除湿脱污换热器6和烟气再热器7由一层或多层管束顺列或错列组成，管束垂直U型烟道1截面布置。
所述一级冷凝除湿脱污换热器4、二级冷凝除湿脱污换热器6和烟气再热器7均属低温换热，采用强化传热元件，并采用铝硅合金或奥氏体不锈钢铸造、锻压或焊接而成，以抵抗燃油燃气锅炉排放烟气的冷凝水的酸腐蚀。
一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构，包括U型烟道1，在U型烟道1下部为一段水平烟道2，U型烟道1烟气进口侧管道布置有显热换热器3，U型烟道1底部为180°回转式烟道5，U型烟道1烟气出口侧布置有二级冷凝除湿脱污换热器6，冷凝除湿脱污换热器6和显热换热器3由水管连通；水平烟道2中间位于U型烟道1烟气进口侧和烟气出口侧分割板上设置有烟气调节挡板8；二级冷凝除湿脱污换热器6末端靠近壁面的管道为给水进水管道，U型烟道1烟气出口侧正下方设置有集液槽14和带水封的冷凝水排放装置10，在集液槽14接近水平烟道2处设置有波纹板除雾器13，水平烟道2后半段设置有烟气再热器7，烟气再热器7和显热换热器3由水管连通；锅炉给水依次与烟气呈逆流经过二级冷凝除湿脱污换热器6和显热换热器3加热成热水，显热换热器3出口热水通过布置在U型烟道1外的混水阀9控制，使一部分热水进入烟气再热器7加热时烟气消白，并经混水阀9与主流出口热水混合送入锅炉；烟气由水平烟道2前半段折转90°通过U型烟道1进烟口进入烟气进口侧，在烟气进口侧横掠烟道和显热换热器3管束间隙，在180°回转式烟道5处转弯后，在烟气出口侧横掠二级冷凝除湿脱污换热器6后折转90°进入水平烟道2后半段，通过波纹板除雾器13经过一段水平烟道整流进入烟气再热器7后排入烟囱。
所述显热换热器3、二级冷凝除湿脱污换热器6和烟气再热器7由一层或多层管束顺列或错列组成，管束垂直U型烟道1截面布置。
所述二级冷凝除湿脱污换热器6和烟气再热器7均属低温换热，采用强化传热元件，并采用铝硅合金或奥氏体不锈钢铸造、锻压或焊接而成，以抵抗燃油燃气锅炉排放烟气的冷凝水的酸腐蚀。
所述显热换热器3需控制其进口水温度高于烟气水露点温度以避免烟气发生冷凝，显热换热器3采用碳钢强化传热元件。
所述水平烟道2前半段、水平烟道2后半段和180°回转式烟道5的2个90°转弯烟道设计成等压烟道，并在等压烟道出口设置分流板12，同时，为了获得更均匀的温度场、浓度场和速度场，提高烟气传热传质有效性，烟气进口段设置了均流格栅11。
所述混水阀9除混合主流热水和加热湿烟气热水的功能外，通过调节加热湿烟气的热水流量能够全工况消除因大气湿度变化或极端寒冷天气出现时的白烟。
本实用新型利用烟气冷凝和再热技术相结合实现烟气除湿消白，即利用显热换热器3将烟气冷却到完全不发生冷凝的温度(设计的工质入口温度为60℃，此时金属壁面温度高于水露点温度)；利用一级冷凝除湿脱污换热器4进一步降低烟气温度，烟气中部分水蒸气冷凝，部分SO3或H2SO4也将发生冷凝，会产生浓H2SO4露点腐蚀，应选取ND钢制造该换热器；而二级冷凝除湿脱污换热器6的作用是使烟气中大部分水蒸气产生冷凝，同时回收剩余的显热和汽化潜热，此时，由于水蒸气开始大量凝结析出，成为稀酸溶液，具有较强的腐蚀性，应选取奥氏体不锈钢或铸铝硅合金。
为防止水蒸气在后续烟道中继续冷凝，造成烟道的腐蚀，影响使用寿命，本实用新型采用烟气再热的方法防止烟气在烟道中的继续冷凝，以下主要有两种解决方案。
第一种方法是在二级冷凝除湿脱污换热器6的后边增加一个烟气再热器7，管内的换热工质来自显热换热器3出口的热水，给水经过二级冷凝除湿脱污换热器6和显热换热器后3已经具有相当高的温度，约为80～93℃，而二级冷凝除湿脱污换热器6出口的烟气温度只有40℃，用出口热水加热低温烟气使烟气温度升高，消除烟气冷凝时形成的水滴，使烟气中的水蒸气过热，防止水蒸气在其后的烟道中继续冷凝。
第二种方法是在水平烟道2中加装烟气调节挡板8，锅炉排烟的绝大部分流经显热换热器3、一级冷凝除湿脱污换热器4和二级冷凝除湿脱污换热器6释放显热和汽化潜热，烟气温度降低，烟气中水蒸气达到饱和状态；只有一少部分排烟通过烟气调节挡板8直接流至下部烟道，并和含有饱和水蒸气的低温烟气混合，使烟气中的饱和水蒸气吸热后产生过热，防止水蒸气在其后的烟道中产生冷凝。
为使再热效果更显著，彻底除湿加热消白，可将以上两种方法相结合。
附图说明
图1为本实用新型附有烟气再热器和烟气温度调节阀的设计方案。
图2为本实用新型第二种设计方案。
图3为本实用新型分流板示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
参见图1，本实用新型一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构，在U型烟道1上部为一段水平烟道2，U型烟道1烟气进口侧管道自上而下布置有均流格栅11、显热换热器3、一级冷凝除湿脱污换热器4，U型烟道1底部为180°回转式烟道5，U型烟道1烟气出口侧自下而上经二级冷凝除湿脱污换热器6、波纹板式除雾器13和烟气再热器7后折转90°进入水平烟道2后半段并排入烟囱，水平烟道2中间位于U型烟道1烟气进口侧和烟气出口侧分割板上设置有烟气调节挡板8。锅炉给水依次呈逆流经过二级冷凝除湿脱污换热器6和一级冷凝除湿脱污换热器4和显热换热器3加热成热水后部分进入烟气再热器7加热时烟气消白，并经混水阀9与主流出口热水混合送入锅炉。在180°回转式烟道5底部装有带水封的冷凝水排放装置10，可以排出冷凝水并防止空气进入烟道。在正常工作条件下烟气调节挡板8关闭，来自锅炉的烟气全部进入U型烟道1，通过换热器管束间隙横掠换热器管束，烟气在显热换热器3中冷却到不发生冷凝的温度(设计的工质入口温度为60℃，此时金属壁面温度高于水露点温度)；进入一级冷凝除湿脱污换热器4，此时部分水蒸气和部分SO3或H2SO4将发生冷凝，从而实现脱硫；进入二级冷凝除湿脱污换热器6中烟气中的大部分水蒸气产生冷凝，同时回收剩余的显热和汽化潜热；为避免烟气在后面烟道中继续冷凝造成腐蚀，一方面用显热换热器3的出口热水(大约80～93℃)加热烟气，消除烟气冷凝时形成的水滴，使烟气中的水蒸气过热，防止水蒸气在其后的烟道中继续冷凝，从而消除白烟；另一方面当外界天气湿度发生变化或极端寒冷天气出现时，调节烟气调节挡板8的开度可将一部分干烟气和湿烟气进行混合，保证全工况条件下更有效地消除烟囱白烟；同时在二级冷凝除湿脱污换热器6和烟气再热器7之间装有波纹板除雾器13，可消除烟气中携带的水雾滴，避免浪费热量。冷却水从二级冷凝除湿脱污换热器6末端管束进入U型烟道1烟气出口侧，在依次流通同层管束后流向下级管束，并通过换热器之间的水管连接，依次流向一级冷凝除湿脱污换热器4和显热换热器3，显热换热器3出口热水通过布置在U型烟道1外的混水阀9控制，使一部分热水流入烟气再热器7来控制给烟气的加热量，以满足各种工作条件下不同的需求。烟气经过冷凝除湿脱污换热器后所冷凝产生的冷凝液通过180°回转式烟道5流入带水封的冷凝水排放装置10。在二级冷凝除湿脱污换热器6和烟气再热器7之间装有波纹板除雾器13，可以去除烟气中夹带的水雾，避免其吸收烟气再热器7的热量。
参见图2，本实用新型另一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构，烟气自水平烟道2向上折转90°进入U型烟道1烟气进口侧，U型烟道1烟气进口侧设置有均流格栅11和显热换热器3，烟气出口侧设置有冷凝除湿脱污换热器6，冷凝除湿脱污换热器6和显热换热器3由水管连通，U型烟道1烟气出口侧正下方设置有集液槽14和带水封的冷凝水排放装置10，在集液槽14接近水平烟道2处设置有波纹板除雾器13，水平烟道2后半段设置有烟气再热器7，在烟道转弯处均设有分流板12。烟气从水平烟道2前半段进入U型烟道1后先进行显热换热，通过180°回转式烟道5后，进行冷凝换热，冷凝水流入集液槽14中通过冷凝水排放装置10排出，烟气折转90°进入水平烟道2，经过一段水平烟道整流后进入烟气再热器7再热，之后在水平烟道2后半段排出。同样，根据实际工况，可以适当调整烟气调节挡板8的开度，使排放烟气满足排放标准。冷却水由冷凝除湿脱污换热器6末层水管进入U型烟道1，在依次流通同层管束后流向下级管束，并通过换热器之间的水管连接，流向显热换热器3，显热换热器3出口热水通过布置在U型烟道1外的混水阀9控制，使一部分热水流入烟气再热器7来控制给烟气的加热量，以满足各种工作条件下不同的需求。
参见图3，在等压烟道出口处设置有包含多个矩形分流口的分流板12。
Claims (9)
1.一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构，包括U型烟道(1)，其特征在于：在U型烟道(1)上部为一段水平烟道(2)，U型烟道(1)烟气进口侧管道自上而下布置有显热换热器(3)和一级冷凝除湿脱污换热器(4)，U型烟道(1)底部为180°回转式烟道(5)，U型烟道(1)烟气出口侧自下而上布置有二级冷凝除湿脱污换热器(6)、波纹板除雾器(13)和烟气再热器(7)；水平烟道(2)中间位于U型烟道(1)烟气进口侧和烟气出口侧分割板上设置有烟气调节挡板(8)；各换热器之间有水管连通，二级冷凝除湿脱污换热器(6)末端靠近壁面的管道为给水进水管道。
2.根据权利要求1所述的一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构，其特征在于：所述180°回转式烟道(5)底部设置有带水封的冷凝水排放装置(10)，收集来自U型烟道(1)烟气出口侧中烟气和波纹板除雾器(13)的冷凝水。
3.根据权利要求1所述的一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构，其特征在于：所述显热换热器(3)、一级冷凝除湿脱污换热器(4)、二级冷凝除湿脱污换热器(6)和烟气再热器(7)由一层或多层管束顺列或错列组成，管束垂直U型烟道(1)截面布置。
4.根据权利要求1所述的一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构，其特征在于：所述一级冷凝除湿脱污换热器(4)、二级冷凝除湿脱污换热器(6)和烟气再热器(7)均属低温换热，采用强化传热元件，并采用铝硅合金或奥氏体不锈钢铸造、锻压或焊接而成，以抵抗燃油燃气锅炉排放烟气的冷凝水的酸腐蚀。
5.一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构，包括U型烟道(1)，其特征在于：在U型烟道(1)下部为一段水平烟道(2)，U型烟道(1)烟气进口侧管道布置有显热换热器(3)，U型烟道(1)底部为180°回转式烟道(5)，U型烟道(1)烟气出口侧布置有二级冷凝除湿脱污换热器(6)，冷凝除湿脱污换热器(6)和显热换热器(3)由水管连通；水平烟道(2)中间位于U型烟道(1)烟气进口侧和烟气出口侧分割板上设置有烟气调节挡板(8)；二级冷凝除湿脱污换热器(6)末端靠近壁面的管道为给水进水管道，U型烟道(1)烟气出口侧正下方设置有集液槽(14)和带水封的冷凝水排放装置(10)，在集液槽(14)接近水平烟道(2)处设置有波纹板除雾器(13)，水平烟道(2)后半段设置有烟气再热器(7)，烟气再热器(7)和显热换热器(3)由水管连通。
6.根据权利要求5所述的一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构，其特征在于：所述显热换热器(3)、二级冷凝除湿脱污换热器(6)和烟气再热器(7)由一层或多层管束顺列或错列组成，管束垂直U型烟道(1)截面布置。
7.根据权利要求5所述的一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构，其特征在于：所述二级冷凝除湿脱污换热器(6)和烟气再热器(7)均属低温换热，采用强化传热元件，并采用铝硅合金或奥氏体不锈钢铸造、锻压或焊接而成，以抵抗燃油燃气锅炉排放烟气的冷凝水的酸腐蚀。
8.根据权利要求1或5所述的一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构，其特征在于：所述显热换热器(3)需控制其进口水温度高于烟气水露点温度以避免烟气发生冷凝，显热换热器(3)采用碳钢强化传热元件。
9.根据权利要求1或5所述的一种烟气冷凝除湿脱污加热消白的换热器结构，其特征在于：所述水平烟道(2)前半段、水平烟道(2)后半段和180°回转式烟道(5)的2个90°转弯烟道设计成等压烟道，并在等压烟道出口设置分流板(12)，同时，为了获得更均匀的温度场、浓度场和速度场，提高烟气传热传质有效性，烟气进口段设置了均流格栅(11)。
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| CN110645709A (zh) * | 2019-10-14 | 2020-01-03 | 西安交通大学 | 一种混合热交换的高效冷凝燃气热水炉及系统 |
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