一种换热除尘装置、包含其的余热利用除尘脱硫系统和余热利用与除尘耦合的方法

申请号 CN201710058628.0 申请日 2017-01-23 公开(公告)号 CN106823576A 公开(公告)日 2017-06-13
申请人 华东理工大学; 洛阳涧光特种装备股份有限公司; 发明人 刘安林; 肖翔; 马良; 杨根长; 黄燎云; 何梦雅; 李剑平;
摘要 本 发明 公开了一种换热除尘装置,其包括共中 心轴 线的外层冷却罐、 中间层 换热筒和内层出气管,所述外层冷却罐内隔有冷却腔,所述中间层换热筒设于所述冷却腔中,所述内层出气管设在所述中间层换热筒中。所述冷却腔,以及所述中间层换热筒和所述内层排气管中间的空间均为环形柱状空间,高温烟气和 冷却液 可在环形柱状空间逆向盘旋流通进行热交换,换热效率高,同时高温烟气中的粉尘因旋转时在离心 力 的作用下可从烟气中分离下落,换热、除尘除 水 同步高效率地进行,而且所述换热除尘装置结构简单,占地面积小。本发明还公开了含有所述换热除尘装置的焚烧尾气余热利用除尘 脱硫 系统以及一种焚烧尾气余热利用与离心除尘耦合的方法。
权利要求

1.一种换热除尘装置,其特征在于,其包括共中心轴线的外层冷却罐、中间层换热筒和内层出气管,
所述外层冷却罐内设有上隔板和下隔板,所述上隔板和所述下隔板之间形成冷却腔,所述冷却腔底部侧壁设有一个切向接入的冷却液入口,所述冷却腔顶部侧壁设有一个切向接入的冷却液出口,所述外层冷却罐底部设有一个含尘冷凝出口,所述外层冷却罐顶部设有一个低温烟气出口;
所述中间层换热筒设于所述冷却腔中,所述中间层换热筒顶部密封,所述中间层换热筒顶部侧壁设有一个切向接入的高温烟气入口,所述中间层换热筒下部为锥形,所述中间层换热筒底端开口并穿过所述下隔板;
所述内层出气管设在所述中间层换热筒中且上端穿过所述中间层换热筒顶部和所述上隔板。
2.一种焚烧尾气余热利用除尘脱硫系统,其特征在于,其包括:
换热除尘单元,所述换热除尘单元包括冷却液缓冲罐、冷却液以及如权利要求1所述的换热除尘装置,所述冷却液缓冲罐与所述冷却液入口接通,所述冷却液泵设于所述冷却液缓冲罐和所述冷却液入口之间的管道上;
脱硫除尘单元,所述脱硫除尘单元包括脱硫装置、气液分离器、液缓冲罐和脱硫液泵,所述脱硫装置上设有低温烟气入口、含液烟气出口、碱液入口和碱液出口,所述低温烟气入口与所述低温烟气出口接通,所述碱液入口与所述碱液缓冲罐接通,所述脱硫液泵安装在所述碱液入口和所述碱液缓冲罐出口之间的管道上,所述含液烟气出口与所述气液分离器入口接通,所述气液分离器的气体出口排空,所述气液分离器的液体出口与所述碱液缓冲罐入口接通。
3.如权利要求2所述的焚烧尾气余热利用除尘脱硫系统,其特征在于,所述换热除尘装置和所述脱硫装置之间设有机,所述风机上游、所述冷却液泵下游以及所述脱硫液泵下游分别设有调节
4.如权利要求2或3所述的焚烧尾气余热利用除尘脱硫系统,其特征在于,所述脱硫装置为顶部喷淋式脱硫塔。
5.如权利要求2或3所述的焚烧尾气余热利用除尘脱硫系统,其特征在于,所述脱硫装置为旋流喷射吸附器,所述旋流喷射吸附器上部为旋流圆筒体,所述低温烟气入口切向接入所述旋流圆筒体顶部;所述旋流圆筒体内部沿着中心轴线设有排气套管,所述排气套管顶端作为所述含液烟气出口伸出所述旋流喷射吸附器;所述旋流圆筒体侧壁外设有圆柱形外夹套,所述圆柱形外夹套与所述旋流筒体外壁连接构成水喷射雾化室,所述旋流圆筒体侧壁上均匀开有小孔,所述碱液入口切向接入所述圆柱形外夹套上端;所述碱液出口设于所述旋流喷射吸附器底部。
6.如权利要求5所述的焚烧尾气余热利用除尘脱硫系统,其特征在于,所述排气套管侧壁外设有圆柱形内夹套,所述圆柱形内夹套与所述排气套管侧壁连接也构成水力喷射雾化室,所述圆柱形内夹套外层均匀开有小孔;所述圆柱形内夹套上端也设有一个碱液入口。
7.如权利要求5所述的焚烧尾气余热利用除尘脱硫系统,其特征在于,所述的换热除尘装置为单级,或者为多级串连和/或并联;所述的旋流喷射吸附器为单级,或者为多级串连和/或并联。
8.一种焚烧尾气余热利用与离心除尘耦合的方法,其特征在于,包括步骤:
(a)将焚烧后的高温烟气送入如权利要求1所述的换热除尘装置中进行换热和离心除尘,高温烟气经所述高温烟气入口进入所述中间层换热筒和所述内层出气管之间后盘旋下降;
(b)将冷却液自所述冷却液入口送入所述除尘换热装置中,冷却液经所述冷却液入口进入所述冷却腔后沿着所述冷却腔盘旋上升;
步骤(a)和(b)同时进行,所述冷却液盘旋方向和所述高温烟气盘旋方向相反,高温烟气中的粉尘受旋转离心力而从高温烟气中分离出来,同时高温烟气与冷却腔中的冷却液换热,进行一次分离和一次换热,高温烟气温度下降后进入所述内层出气管再上升排出,冷却热温度升高后自所述冷却液出口排出;高温烟气经除尘降温后,烟气中的水蒸气凝析变为液相水滴,进一步吸附聚并烟气中的细微粒径灰尘,含尘冷凝水被分离后流出所述中间层换热筒底端并经所述含尘冷凝水出口排出,同时回收水蒸气冷凝释放的汽化潜热,实现二次吸附分离和二次相变换热功能。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述冷却液为工艺水或预热油。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于,高温烟气流动动力由烟囱抽提或外加风机提供,高温烟气初始温度由150~300℃,水蒸气含量由6~15%,粉尘含量由100~400mg/Nm3。

说明书全文

一种换热除尘装置、包含其的余热利用除尘脱硫系统和余热

利用与除尘耦合的方法

[0001] 本发明申请要求名称为“一种高效硫化氢气体吸收装置”,申请日是2016年9月21日,申请号是201610494578.6的发明,作为本发明中旋流喷射吸附器结构的优先权。

技术领域

[0002] 本发明属于石油化工与环保领域,涉及一种换热除尘装置及包含其的焚烧尾气余热利用除尘脱硫系统和一种焚烧尾气余热利用与除尘耦合的方法。

背景技术

[0003] 焚烧是我国炼油化工等行业中重要的工艺,而在焚烧过程中存在能耗高、污染高等问题,一方面在于排烟温度过高,造成严重的能量浪费,另一方面就是烟气污染物的直接排空,其中含有大量的硫化物和粉尘等污染物。
[0004] 随着人们环保意识日益增强,国家环保标准的日益严格,需要大量的能量回收、气体净化及防治大气污染等工程,在这些工程中,用于分离硫化物和粉尘的分离器,以及余热利用的换热装置均为关键的设备。在大多数工程中,分离器和换热装置为分开设置,占地面积较大,设备和管线的安装较为复杂且成本较高。目前也有换热除尘一体化设备,比如热管和旋分离器组合、热管和电除装置组合,但是这些设备仍然存在结构复杂、占地面积大等缺点。

发明内容

[0005] 因此,针对现有技术中的换热除尘一体化设备结构复杂、占地面积大的技术问题本发明的目的在于提供一种结构简单,占地面积小的换热、除尘除同步进行的换热除尘装置。
[0006] 本发明的换热除尘装置包括共中心轴线的外层冷却罐、中间层换热筒和内层出气管,
[0007] 所述外层冷却罐内设有上隔板和下隔板,所述上隔板和所述下隔板之间形成冷却腔,所述冷却腔底部侧壁设有一个切向接入的冷却液入口,所述冷却腔顶部侧壁设有一个切向接入的冷却液出口,所述外层冷却罐底部设有一个含尘冷凝水出口,所述外层冷却罐顶部设有一个低温烟气出口;
[0008] 所述中间层换热筒设于所述冷却腔中,所述中间层换热筒顶部密封,所述中间层换热筒顶部侧壁设有一个切向接入的高温烟气入口,所述中间层换热筒下部为锥形,所述中间层换热筒底端开口并穿过所述下隔板;
[0009] 所述内层出气管设在所述中间层换热筒中且上端穿过所述中间层换热筒顶部和所述上隔板。
[0010] 本发明的另一目的在于提供一种焚烧尾气余热利用除尘脱硫系统,其包括:
[0011] 换热除尘单元,所述换热除尘单元包括冷却液缓冲罐、冷却液以及所述的换热除尘装置,所述冷却液缓冲罐与所述冷却液入口接通,所述冷却液泵设于所述冷却液缓冲罐和所述冷却液入口之间的管道上;
[0012] 脱硫除尘单元,所述脱硫除尘单元包括脱硫装置、气液分离器、液缓冲罐和脱硫液泵,所述脱硫装置上设有低温烟气入口、含液烟气出口、碱液入口和碱液出口,所述低温烟气入口与所述低温烟气出口接通,所述碱液入口与所述碱液缓冲罐接通,所述脱硫液泵安装在所述碱液入口和所述碱液缓冲罐出口之间的管道上,所述含液烟气出口与所述气液分离器入口接通,所述气液分离器的气体出口排空,所述气液分离器的液体出口与所述碱液缓冲罐入口接通。
[0013] 较佳的,所述换热除尘装置和所述脱硫装置之间设有风机,所述风机上游、所述冷却液泵下游以及所述脱硫液泵下游分别设有调节,分别用于调节烟气、冷却液和脱硫液的流量,保证冷却液和脱硫液的流量适中能够对烟气进行充分的换热、除尘和脱硫,同时避免冷却液和脱硫液流量过大而浪费。
[0014] 较佳的,所述脱硫装置可选用传统的顶部喷淋式脱硫塔。
[0015] 较佳的,所述脱硫装置还可选用旋流喷射吸附器,所述旋流喷射吸附器上部为旋流圆筒体,所述低温烟气入口切向接入所述旋流圆筒体顶部;所述旋流圆筒体内部沿着中心轴线设有排气套管,所述排气套管顶端作为所述含液烟气出口伸出所述旋流喷射吸附器;所述旋流圆筒体侧壁外设有圆柱形外夹套,所述圆柱形外夹套与所述旋流筒体外壁连接构成水喷射雾化室,所述旋流圆筒体侧壁上均匀开有小孔,所述碱液入口切向接入所述圆柱形外夹套上端;所述碱液出口设于所述旋流喷射吸附器底部。
[0016] 进一步优化的,所述排气套管侧壁外设有圆柱形内夹套,所述圆柱形内夹套与所述排气套管侧壁连接也构成水力喷射雾化室,所述圆柱形内夹套外层均匀开有小孔;所述圆柱形内夹套上端也设有一个碱液入口。
[0017] 较佳的,所述小孔孔径为0.5~5mm。
[0018] 所述的换热除尘装置为单级,或者为多级串连和/或并联;所述的旋流喷射吸附器也可为单级,或者为多级串连和/或并联。
[0019] 所述换热除尘装置可为立式也可为卧式。如有必要,所述换热除尘装置和所述风机均可采用耐高温、耐腐蚀材料。
[0020] 本发明的再一目的在于提供一种焚烧尾气余热利用与离心除尘耦合的方法,包括步骤:
[0021] (a)将焚烧后的高温烟气送入如权利要求1所述的换热除尘装置中进行换热和离心除尘,高温烟气经所述高温烟气入口进入所述中间层换热筒和所述内层出气管之间后盘旋下降;
[0022] (b)将冷却液自所述冷却液入口送入所述除尘换热装置中,冷却液经所述冷却液入口进入所述冷却腔后沿着所述冷却腔盘旋上升;
[0023] 步骤(a)和(b)同时进行,所述冷却液盘旋方向和所述高温烟气盘旋方向相反,高温烟气中的粉尘受旋转离心力而从高温烟气中分离出来,同时高温烟气与冷却腔中的冷却液换热,进行一次分离和一次换热,高温烟气温度下降后进入所述内层出气管再上升排出,冷却热温度升高后自所述冷却液出口排出;高温烟气经除尘降温后,烟气中的水蒸气凝析变为液相水滴,进一步吸附聚并烟气中的细微粒径灰尘,含尘冷凝水被分离后流出所述中间层换热筒底端并经所述含尘冷凝水出口排出,同时回收水蒸气冷凝释放的汽化潜热,实现二次吸附分离和二次相变换热功能。
[0024] 较佳的,所述冷却液为工艺水或预热油,还可以是常温空气。
[0025] 较佳的高温烟气流动动力由烟囱抽提或外加风机提供,高温烟气初始温度由150~300℃,水蒸气含量由6~15%,粉尘含量由100~400mg/Nm3。
[0026] 较佳的,所述换热除尘装置的压降为0~1500Pa。
[0027] 本发明的一较佳实施例中,所述方法处理含有N2、CO2、水气、灰尘、NOx、SO2等多种组分的高温烟气,高温烟气由300℃以上降至100℃以下,水蒸气含量可由10%以上降至6%以下,粉尘含量由400mg/Nm3以上降至50mg/Nm3以下。
[0028] 本发明的有益效果在于:
[0029] 1、所述换热除尘装置中的冷却腔,以及所述中间层换热筒和所述内层排气管中间的空间均为环形柱状空间,高温烟气和冷却液可在环形柱状空间逆向盘旋流通进行热交换,这种热交换方式具有较高的换热效率,高温烟气温度得以降低,而冷却液温度升高可用于下游设备的热能利用;与此同时,高温烟气中的粉尘因旋转时在离心力的作用下可从烟气中分离下落。另外,高温烟气经除尘降温后,烟气中的水蒸气凝析变为液相水滴,进一步吸附聚并烟气中的细微粒径灰尘,含尘冷凝水被分离后流出所述中间层换热筒底端并经所述含尘冷凝水出口排出,同时回收水蒸气冷凝释放的汽化潜热。所述换热除尘装置中可实现两次吸附分离和两次相变换热功能,换热、除尘除水同步进行,换热分离效率高,而且结构简单,占地面积小。
[0030] 2、经所述换热除尘装置降温和除尘后的低温烟气再进入所述脱硫除尘单元进行脱硫除尘处理,所述脱硫除尘单元使用旋流喷射吸附器进行脱硫除尘处理效果尤佳。所述旋流喷射吸附器中利用了超重力场强化传质的原理,即含尘含硫的低温烟气进入所述旋流喷射吸附器后切向高速旋转形成超重力场,可持续切割径向喷入的流线型吸附液,烟气和吸附液之间的传质得到强化,吸附液对粉尘和二化硫的吸附和反应效率大大提高。而且所述旋流喷射吸附器同时进行除尘和脱硫,相比于传统的除尘和脱硫分开的组合设备,结构更加简单、占地面积大大减小小、成本低且易于装配维修。附图说明
[0031] 图1为本发明的焚烧尾气余热利用除尘脱硫系统的示意图;
[0032] 图2为本发明的换热除尘装置的俯视示意图;
[0033] 图3为本发明的旋流喷射吸附器的示意图。
[0034] 附图标记
[0035] 焚烧炉1,冷却液缓冲罐2,冷却液泵3,调节阀4,换热除尘装置5,风机6脱硫装置7,碱液缓冲罐8,气液分离器9,脱硫液泵10,旋流喷射吸附器11。

具体实施方式

[0036] 以下结合具体实施例,对本发明作进一步说明。应理解,以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
[0037] 实施例1
[0038] 图1所示为本发明一较佳实施例的焚烧尾气余热利用除尘脱硫系统,其包括连接在焚烧炉1下游的换热除尘单元和脱硫除尘单元。
[0039] 换热除尘单元包括冷却液缓冲罐2、冷却液泵3以及的换热除尘装置5,如图1和2所示,换热除尘装置5包括共中心轴线的外层冷却罐、中间层换热筒和内层出气管,外层冷却罐内设有上隔板和下隔板,上隔板和下隔板之间形成冷却腔,冷却腔底部侧壁设有一个切向接入的冷却液入口,冷却腔顶部侧壁设有一个切向接入的冷却液出口,外层冷却罐底部设有一个含尘冷凝水出口,外层冷却罐顶部设有一个低温烟气出口;中间层换热筒设于冷却腔中,中间层换热筒顶部密封,中间层换热筒顶部侧壁设有一个切向接入的高温烟气入口,中间层换热筒下部为锥形,中间层换热筒底端开口并穿过下隔板;内层出气管设在中间层换热筒中且上端穿过中间层换热筒顶部和上隔板。冷却液缓冲罐2与冷却液入口接通,冷却液泵3设于冷却液缓冲罐2和冷却液入口之间的管道上。
[0040] 脱硫除尘单元包括脱硫装置7(图中显示为传统顶部喷淋式脱硫塔)、碱液缓冲罐8、气液分离器9和脱硫液泵10,脱硫装置7上设有低温烟气入口、含液烟气出口、碱液入口和碱液出口,低温烟气入口与低温烟气出口接通,碱液入口与碱液缓冲罐8接通,脱硫液泵10安装在碱液入口和碱液缓冲罐8出口之间的管道上,含液烟气出口与气液分离器9入口接通,气液分离器9的气体出口排空,气液分离器9的液体出口与碱液缓冲罐8入口接通。
[0041] 换热除尘装置5和脱硫装置7之间设有风机6,风机6上游、冷却液泵3下游以及脱硫液泵10下游分别设有调节阀4。
[0042] 较佳的,脱硫装置还可选用如图3所示的旋流喷射吸附器11,本发明中旋流喷射吸附器结构,可参见名称为“一种高效硫化氢气体吸收装置”,申请日是2016年9月21日,申请号是201610494578.6的发明。旋流喷射吸附器11上部为旋流圆筒体,低温烟气入口切向接入旋流圆筒体顶部;旋流圆筒体内部沿着中心轴线设有排气套管,排气套管顶端作为含液烟气出口伸出旋流喷射吸附器;旋流圆筒体侧壁外设有圆柱形外夹套,圆柱形外夹套与旋流筒体外壁连接构成水力喷射雾化室,旋流圆筒体侧壁上均匀开有小孔,碱液入口切向接入圆柱形外夹套上端;碱液出口设于旋流喷射吸附器底部。进一步优化的,排气套管侧壁外还可增设圆柱形内夹套,圆柱形内夹套与排气套管侧壁连接也构成水力喷射雾化室,圆柱形内夹套外层均匀开有小孔;圆柱形内夹套上端也设有一个碱液入口。
[0043] 较佳的,该系统中还可增设多个换热除尘装置,可以是串联、并联,还可以是串联和并联相结合,可根据高温烟气中温度选择。
[0044] 较佳的,该系统中还可增设多个旋流喷射吸附器,可以是串联、并联,还可以是串联和并联相结合,可根据烟气中含硫气体的含量选择。
[0045] 实施例1技术效果
[0046] 在某石化公司的催化装置焚烧CO焚烧锅炉烟气的处理中,通过本发明的焚烧尾气余热利用除尘脱硫系统,对烟气进行中的进行余热利用和除尘脱硫处理。
[0047] 1、物料性质及相关参数:
[0048] 换热除尘装置采用立式的单级装置,材质为不锈,管壁厚2mm。脱硫装置采用单级旋流喷射吸附器。
[0049] 催化裂化CO焚烧锅炉烟气的流量为128761Nm3/h,初始温度为160℃,压力为5000Pa,NOX为350mg/Nm3,SO2为1500mg/Nm3,粉尘颗粒物的浓度为200mg/Nm3,H2O为10.1%。
[0050] 2、处理过程
[0051] 高温烟气自换热除尘装置一侧上方的高温烟气入口切向流入,进入中间层换热筒和内层出气管之间后盘旋下降,换热后从顶部的低温烟气出口进入下游设备。同时,工艺水从换热除尘装置一侧下方的冷却液入口流入,进入冷却腔后沿着冷却腔盘旋上升,换热后从另一侧上方的冷却液出口进入下游设备。
[0052] 换热过程中,工艺水盘旋方向和高温烟气盘旋方向相反,进行高效率的换热,同时,高温烟气中的粉尘受旋转离心力而从高温烟气中分离出来,进行一次分离和一次换热,高温烟气温度下降后进入内层出气管再上升排出,冷却热温度升高后自冷却液出口排出。高温烟气经除尘降温后,烟气中的水蒸气凝析变为液相水滴,进一步吸附聚并烟气中的细微粒径灰尘,含尘冷凝水被分离后流出中间层换热筒底端并经含尘冷凝水出口排出,同时回收水蒸气冷凝释放的汽化潜热,实现二次吸附分离和二次相变换热功能。
[0053] 由换热除尘装置低温烟气出口排除的烟气在风机的作用下,从烟气入口高速切向进入旋流喷射吸附器中并切向高速旋转,同时碱液作为吸附液经脱硫液泵送入旋流喷射吸附器。吸附液从旋流圆筒体侧壁的小孔喷入,径向喷入的流线型吸附液被切向高速旋转的烟气持续切割,形成无数吸附液雾滴。一方面,雾滴吸附聚并烟气中的粉尘颗粒,在离心力的作用下,含尘液滴沿旋流喷射吸附器的边壁流至底流口。另一方面,雾滴与烟气中的二氧化硫快速反应,经吸收后含尘含硫的吸附液从旋流喷射吸附器的底部的含硫含尘液出口流出,含少量吸附液的气体从旋流喷射吸附器顶部的含液烟气出口流出,然后进入气液分离器进行聚结分离,聚结回收的碱液流入碱液贮存罐,气体自排空管道排出。
[0054] 3、处理结果分析
[0055] 高温烟气经过换热除尘装置后余热得以回收,粉尘颗粒得以去除,换热后的烟气由初始的160℃降至70℃,固体颗粒物浓度从100mg/Nm3及以上降低至50mg/Nm3以下,水蒸气含量从10.1%降至6%,压降为1500Pa,可见换热除尘装置具有较佳的余热回收、除尘除水效果。
[0056] 经脱硫除尘单元处理后,烟气中的SO2浓度由1500mg/Nm3及以上降低至40mg/Nm3以下,脱硫总体效率在97%以上,粉尘浓度降至20mg/Nm3以下,粉尘的去除效率在90%以上。
[0057] 可见本发明的焚烧尾气余热利用除尘脱硫系统大大提高了余热利用、除尘和脱硫的效果与焚烧烟气的处理量。
[0058] 以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明,但本发明创造并不限于实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创新的前提下还可作出种种的等同的变型或替换,这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
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