專利名稱：淋水式塑料薄膜煙氣余熱回收及脫硫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于脫硫及能量回收利用的節(jié)能環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及燃煤鍋爐煙氣余熱回收利用及脫硫技術(shù)，具體說是應(yīng)用了淋水式換熱器的工作原理，使煙氣側(cè)與淋水側(cè)壓力大致相等，采用塑料薄膜替代傳統(tǒng)的金屬換熱材料，設(shè)計(jì)成膜束結(jié)構(gòu)的換熱組件，薄膜采用點(diǎn)焊、等距絲帶張拉或龍骨支撐，制造成一種淋水式塑料薄膜煙氣余熱回收及脫硫裝置。
背景技術(shù)：
煙氣余熱的回收利用，是提高能量利用率的途徑之一，排煙溫度越低，能量利用率就越高。目前，排煙溫度一般在100℃以上，有的甚至高達(dá)180℃，煙氣中仍還有相當(dāng)可觀的一部分能量未被利用，而直接排放到了大氣環(huán)境中。之所以如此，是因?yàn)閲鴥?nèi)外煙氣余熱回收裝置主要是采用金屬換熱材料，主要結(jié)構(gòu)形式有回轉(zhuǎn)式換熱器、焊接板(管)式換熱器、熱管換熱器、熱媒式換熱器等。由于煙氣中含硫、氮、碳等元素，以及所攜帶的固體顆粒物較多。而酸性氣體的露點(diǎn)溫度較高(高于100℃，取決于含硫量)，如果排煙溫度低于其露點(diǎn)，則酸性氣體結(jié)露會(huì)造成嚴(yán)重的受熱面腐蝕以及集灰堵塞。對于不含硫的煙氣，也很難將其溫度降低至環(huán)境溫度的水平，一方面是煙氣中水蒸汽的露點(diǎn)控制，另一方面是設(shè)備投資費(fèi)用的制約。因此石化燃料的利用只以低位熱值為基礎(chǔ)，其蒸汽具有的潛熱基本沒有得到利用。盡管目前已有冷凝式余熱鍋爐出現(xiàn)，但也是基于金屬換熱材料的，而且多采用不銹鋼等優(yōu)質(zhì)材料，因此造價(jià)不菲。
本發(fā)明提出用塑料薄膜替代傳統(tǒng)的金屬換熱材料，從而可以克服上述金屬材料存在的缺點(diǎn)。而采用淋水式換熱方式，可以使薄膜兩側(cè)壓差最大限度地減小，易于滿足塑料薄膜的強(qiáng)度要求，從而為塑料薄膜應(yīng)用于煙氣余熱回收及脫硫提供了可能。
塑料薄膜具有良好的抗腐蝕性能，不但不懼酸的腐蝕，而且還可以利用塑料薄膜的這一特性進(jìn)行煙氣脫硫，從而起到節(jié)能與脫硫的雙重效果，后者對于燃煤電廠十分有利。在火電廠，利用本發(fā)明回收鍋爐煙氣余熱將凝結(jié)水加熱到98℃的水平，可以取消低壓端兩級回?zé)岢槠?，使機(jī)組發(fā)電量增加1.2-2％，發(fā)電煤耗率降低4-7g/kWh，節(jié)能效果明顯；同時(shí)，在煙氣冷卻過程中，其中的酸性氣體會(huì)凝結(jié)離析出來，即可以實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫，這種脫硫技術(shù)是一種物理方法，無需像目前廣泛采用的濕法脫硫技術(shù)那樣大量使用CaO，因此運(yùn)行成本極低。
燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組一般設(shè)置在城市附近，可以利用本發(fā)明進(jìn)行煙氣余熱及凝汽器余熱回收利用，在冬季實(shí)現(xiàn)低品位化供熱，對外供應(yīng)35-55℃熱水，可以提高系統(tǒng)熱效率35-55％。節(jié)能效果非常顯著。
由于使用薄膜厚度多不超過250μm，塑料密度遠(yuǎn)小于銅、鋼等合金材料，因此材料使用量和設(shè)備造價(jià)將明顯低于金屬換熱材料的換熱設(shè)備；另外塑料薄膜軟而薄，也不宜積灰；利用本發(fā)明可以進(jìn)一步降低煙氣的排放溫度至接近大氣環(huán)境溫度的水平，極大地利用了煙氣的潛熱，從而可以大大提高能量的利用率。
雖然塑料薄膜導(dǎo)熱系數(shù)大大低于金屬材料，但煙氣余熱回收的主要熱阻是煙氣與換熱表面的對流換熱熱阻，由于所使用的塑料薄膜一般不超過250μm，其導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)小于煙氣側(cè)對流換熱熱阻，因此塑料薄膜應(yīng)用于煙氣余熱回收在傳熱上不是障礙。更由于采用淋水式換熱技術(shù)，薄膜兩側(cè)壓差很小，易于保證薄膜強(qiáng)度。
本發(fā)明適用于有煙氣排放的民用、工業(yè)熱量回收系統(tǒng)以及煙氣脫硫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成本低廉、安全可靠、市場急需的淋水式塑料薄膜煙氣余熱回收及脫硫裝置。其特征是所述淋水式塑料薄膜煙氣余熱回收及脫硫裝置利用塑料薄膜作為換熱材料，替代傳統(tǒng)的金屬換熱材料，制作成膜束式結(jié)構(gòu)的換熱組件；膜束換熱組件由薄膜采用點(diǎn)焊、等距絲帶張拉或龍骨支撐制成，端部薄膜對接采用焊接或粘接工藝連接；膜束換熱組件采用豎直方式放置，可使淋水在重力作用下在膜束換熱組件表面降膜流動(dòng)，吸收膜束換熱組件內(nèi)煙氣的熱量而升溫；為使淋水均勻分布在膜束換熱組件表面，上端部用支撐圓管支撐，支撐圓管兩端用圓管支撐架固定在殼體上；根據(jù)強(qiáng)度要求，可在支撐圓管中間，間隔設(shè)置絲帶張拉，固定在殼體上；而膜束換熱組件的各個(gè)端面采用絲帶張拉與殼體連接，以確保膜束換熱組件布置結(jié)構(gòu)滿足要求；膜束換熱組件的上部布置淋水盤，其作用是將水均勻分配在膜束換熱組件上；膜束換熱組件的各個(gè)邊角采用薄膜與殼體連接，連接方式可以是焊接、粘接、卡接或螺栓連接，以隔絕煙氣側(cè)與水側(cè)，為增加強(qiáng)度特性，可選擇厚一些的塑料薄膜。由于塑料薄膜兩側(cè)不宜承受太大的壓差，因此本發(fā)明采用淋水式換熱方式。根據(jù)煙氣余熱溫度范圍和壓力，使淋水降膜側(cè)與大氣相通，即維持一個(gè)大氣壓的水平，這樣薄膜兩側(cè)壓力基本相等，易于薄膜強(qiáng)度滿足要求，這一設(shè)計(jì)要求可使淋水被加熱到接近100℃的水平，這在余熱回收利用中是非常理想的溫度。
為使煙氣與淋水換熱更充分，可根據(jù)需要使煙氣往返折流，實(shí)現(xiàn)多流程流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)近似逆流換熱，這是換熱器設(shè)計(jì)與制造的常用方法。淋水從裝置頂部進(jìn)入淋水盤，均勻地分布在膜束換熱組件表面，靠重力自上而下形成液膜，降膜吸熱，淋水從底部排出系統(tǒng)。煙氣從底部側(cè)面進(jìn)入，經(jīng)折流實(shí)現(xiàn)多程換熱，從頂部側(cè)面排出。
隨著煙氣溫度的降低，余熱得到利用，煙氣中的SO2等酸性氣體和水蒸汽會(huì)逐步凝結(jié)出來，從而實(shí)現(xiàn)脫硫和利用煙氣中水蒸汽的潛熱。可根據(jù)需要設(shè)置凝結(jié)酸和凝結(jié)水的收集熱阱，凝結(jié)酸溫度較高，凝結(jié)酸收集熱阱設(shè)置在靠近裝置底部的地方，凝結(jié)水溫度較低，凝結(jié)水收集熱阱設(shè)置在靠近裝置頂部的地方，應(yīng)根據(jù)煙氣的性質(zhì)確定。
所述薄膜厚度為50-250μm或厚度小于0.5mm的薄板均可用來制作換熱元件。
本發(fā)明的有益效果是所采用的是塑料薄膜，其表面積與體積比很大，具有很好的強(qiáng)度特性，耐溫、耐蝕、耐濕及氣密特性。其材料價(jià)格及使用量都明顯低于金屬材料，因此裝置造價(jià)可以大幅度降低，將極大提升產(chǎn)品的市場競爭力。另外，以塑料薄膜作為換熱材料，使熱交換器的制造工藝要比用金屬換熱材料的換氣熱交換器簡單得多，這也有利于降低設(shè)備造價(jià)。而使用本發(fā)明產(chǎn)品可進(jìn)一步降低煙氣的排煙溫度，回收更多的余熱，提高能源的利用率。


圖1是淋水式塑料薄膜煙氣余熱回收及脫硫裝置示意圖。
圖2是采用點(diǎn)焊的膜束結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是采用薄膜絲帶張拉和龍骨支撐膜束結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖3的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種市場迫切需要的節(jié)能環(huán)保、成本低廉、安全可靠的一種淋水式塑料薄膜煙氣余熱回收及脫硫裝置。下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明。
利用塑料薄膜(0.5mm及以下厚度)作為換熱材料，替代傳統(tǒng)的金屬換熱材料，可以生產(chǎn)各種容量等級的煙氣余熱回收及脫硫裝置，在圖1所示的淋水式塑料薄膜煙氣余熱回收及脫硫裝置示意圖中，3個(gè)膜束換熱組件1上下對應(yīng)放置在殼體2內(nèi)；膜束換熱組件1上部用支撐圓管4支撐，周圍用絲帶張拉，以保證膜束換熱組件的結(jié)構(gòu)；支撐圓管4固定在殼體管板5上，膜束換熱組件的端部薄膜20與殼體板17采用焊接、粘接或螺栓連接，以隔絕煙氣側(cè)與淋水側(cè)；兩件以上的膜束換熱組件1在殼體2內(nèi)上下布置，淋水自上而下單流程降膜流動(dòng)，而煙氣則在多流程煙道11流動(dòng)，使煙氣與淋水降膜之間實(shí)現(xiàn)近似逆流換熱；淋水盤3放置在每個(gè)膜束換熱組件1上方，入水口8設(shè)置在淋水盤3上方，以使淋水16均勻分配在膜束組件1表面上，淋水16自上而下形成液膜15，出水口14在殼體2底部，在殼體2內(nèi)壁和膜束換熱組件1之間，殼體2中上部，兩個(gè)膜束換熱組件1連接處設(shè)置凝結(jié)水熱阱7，凝結(jié)水從該熱阱底部出水口10排出；殼體2最下部設(shè)置凝結(jié)酸熱阱6，凝結(jié)酸從該熱阱底部出口12被排出。
膜束換熱組件1由薄膜19采用點(diǎn)焊、等距絲帶張拉或龍骨18支撐制成，使薄膜19等間距放置或等間距點(diǎn)焊而形成薄膜通道(如圖2、圖3所示)，端部薄膜20采用焊接或粘接工藝與薄膜19連接；膜束換熱組件1采用豎直方式放置，可使淋水16在重力作用下，在膜束換熱組件1的薄膜表面形成液膜15降膜流動(dòng)，吸收薄膜19另一側(cè)煙氣的熱量而升溫；為使淋水16均勻分布在膜束換熱組件1表面，上端部用支撐圓管4支撐，支撐圓管4兩端固定殼體管板5上；根據(jù)強(qiáng)度條件，可在支撐圓管4中間適當(dāng)間距位置設(shè)置絲帶張拉18，固定在殼體2上；而膜束換熱組件1其它各個(gè)端面采用絲帶張拉18與殼體2連接，以確保膜束換熱組件布置結(jié)構(gòu)滿足要求(如圖3、圖4所示)；膜束組件的12個(gè)邊角采用薄膜與殼體連接，連接方式可以是焊接、粘接、卡接或螺栓連接，以隔絕煙氣側(cè)與水側(cè)，為增加強(qiáng)度特性，可選擇厚一些的塑料薄膜。圖3所示的結(jié)構(gòu)，薄膜19之間采用絲帶張拉或龍骨18支撐，膜束換熱組件1端部設(shè)置連接薄膜20，它類似于列管式換熱器的管板，作用是將點(diǎn)焊、絲帶張拉或龍骨支撐的薄膜連接成膜束換熱組件1，并與殼體板17采用焊接、粘接或卡接工藝連接，以隔絕煙氣側(cè)與淋水側(cè)。
為使煙氣與淋水換熱更充分，可根據(jù)需要使煙氣往返折流，實(shí)現(xiàn)多流程流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)近似逆流換熱，這是換熱器設(shè)計(jì)與制造的常用方法。對于本發(fā)明所述的淋水式塑料薄膜煙氣余熱回收裝置，見圖1a、b所示，水流從殼體2上端入水口8進(jìn)入，從下端出水口14排出；煙氣進(jìn)口13設(shè)置在殼體2的一側(cè)下部，煙氣出口9在殼體2的另一側(cè)上方；為使煙氣與淋水換熱更充分，煙氣往返折流可通過在配水箱處開設(shè)通道來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)多流程流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)近似逆流換熱。
本發(fā)明采用淋水降膜流動(dòng)方式與煙氣進(jìn)行熱交換，淋水側(cè)壓力為大氣壓，煙氣側(cè)壓力略高于大氣壓，這樣薄膜兩側(cè)壓力基本相等，易于薄膜強(qiáng)度滿足要求。如果煙氣溫度合適，這一技術(shù)方案可以使淋水加熱到約100℃的水平，這是煙氣余熱回收利用中是非常理想的溫度。對于煙氣溫度比較低的場合，則可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)余熱回收方案。
隨著煙氣溫度的降低，余熱得到利用，煙氣中的SO2等酸性氣體和水蒸汽會(huì)逐步凝結(jié)出來，從而實(shí)現(xiàn)脫硫和利用煙氣中水蒸汽的潛熱?？筛鶕?jù)需要設(shè)置凝結(jié)酸和凝結(jié)水的收集熱阱，凝結(jié)酸溫度較高，在設(shè)備靠近底部的地方，凝結(jié)水溫度較低，在設(shè)備靠近頂部的地方，應(yīng)根據(jù)煙氣的性質(zhì)確定。
所述薄膜厚度為50-250μm或厚度小于0.5mm的薄板均可用來制作換熱元件。不同塑料薄膜耐溫特性不同，如果煙氣溫度高于薄膜耐溫要求，則設(shè)置噴水減溫裝置，使進(jìn)入裝置的煙氣溫度達(dá)到所允許的溫度。
隨著煙氣溫度的降低，酸性氣體會(huì)逐步凝結(jié)出來，因此應(yīng)根據(jù)具體溫度分布規(guī)律和酸性氣體的露點(diǎn)溫度，設(shè)置凝結(jié)酸熱阱6，聚集凝結(jié)酸以便排出系統(tǒng)；氣候水蒸汽也會(huì)逐步凝結(jié)出來，因此需設(shè)置凝結(jié)水熱阱7，聚集凝結(jié)水以便排出系統(tǒng)；需要說明的是，隨著凝結(jié)水的析出，會(huì)促進(jìn)酸性氣體的進(jìn)一步凝結(jié)，因此本發(fā)明的脫硫效果將十分理想。
對于因氣體輸送距離等原因使換熱兩側(cè)壓差增大的情況，應(yīng)選擇厚一些的絲帶及強(qiáng)度高一些的龍骨，需進(jìn)行強(qiáng)度校核。
塑料具有良好的焊接和粘接特性，膜束組件的外層薄膜采用絲帶張拉固定在殼體2上。
本裝置適合于民用、工業(yè)有煙氣余熱回收的系統(tǒng)中。所述塑料薄膜比表面積很大，具有很好的抗拉強(qiáng)度特性，耐溫、耐蝕、耐濕及氣密特性。根據(jù)傳熱學(xué)，空氣和煙氣的對流傳熱熱阻是其利用過程的主要熱阻，塑料薄膜雖屬于熱的不良導(dǎo)體，但由于材料很薄，其導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于煙氣對換熱薄膜的對流換熱熱阻，因此塑料薄膜用于煙氣余熱回收在傳熱特性上沒有障礙。
權(quán)利要求
1.一種淋水式塑料薄膜煙氣余熱回收及脫硫裝置，其特征在于，利用淋水式換熱器的形式，采用塑料薄膜作為換熱材料，替代傳統(tǒng)的金屬換熱材料，制成膜束換熱組件；膜束換熱組件豎直方式放置在殼體內(nèi)；淋水在重力作用下在膜束換熱組件表面降膜流動(dòng)，吸收膜束換熱組件內(nèi)煙氣的熱量，膜束換熱組件與殼體之間用端部薄膜連接，兩相鄰薄膜之間采用點(diǎn)焊、等距絲帶張拉、龍骨支撐；薄膜端部對接采用焊接或粘接工藝，以隔絕煙氣與凝結(jié)水；根據(jù)換熱需要，多個(gè)膜束換熱組件上下對應(yīng)放置，使煙氣多流程流動(dòng)，淋水自上而下采用單一流程，使傳熱近似逆流傳熱，從而使煙氣中的SO2酸性氣體和水蒸汽逐步凝結(jié)出來，實(shí)現(xiàn)脫硫和利用煙氣中水蒸汽的潛熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述淋水式塑料薄膜煙氣余熱回收及脫硫裝置，其特征在于，所述薄膜厚度為50-250μm或厚度小于0.5mm的薄板均可用來制作換熱元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述淋水式塑料薄膜煙氣余熱回收及脫硫裝置，其特征在于，膜束換熱組件(1)放置在殼體(2)內(nèi)；膜束換熱組件(1)上部用支撐圓管(4)支撐，周圍用絲帶張拉，以保證膜束換熱組件的結(jié)構(gòu)，支撐圓管4固定在殼體管板5之上；兩件以上的膜束換熱組件(1)由殼體板(17)固定在殼體(2)內(nèi)壁上，膜束換熱組件(1)與殼體(2)之間用端部薄膜(20)連接，使在殼體(2)和膜束換熱組件(1)之間形成多流程煙道(11)，煙氣進(jìn)口(13)設(shè)置在殼體(2)的一側(cè)下部，煙氣出口(9)在殼體(2)的另一側(cè)上方；淋水盤(3)放置在膜束換熱組件(1)上方，入水口(8)設(shè)置在淋水盤(3)上方，以使淋水均勻分配在膜束組件(1)表面上，使淋水(16)自上而下形成液膜(15)，出水口(14)在殼體(2)底部，在殼體(2)內(nèi)壁和膜束換熱組件(1)之間，殼體(2)中上部，兩個(gè)膜束換熱組件(1)連接處設(shè)置凝結(jié)水熱阱(7)，凝結(jié)水從該熱阱底部出水口(10)排出；殼體(2)最下部設(shè)置凝結(jié)酸熱阱(6)，凝結(jié)酸從該熱阱底部出口(12)被排出。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于余熱回收利用及脫硫領(lǐng)域的一種淋水式塑料薄膜煙氣余熱回收及脫硫裝置。利用塑料薄膜作為換熱材料，替代傳統(tǒng)的金屬換熱材料，制成膜束換熱組件。膜束換熱組件由相鄰塑料薄膜采用點(diǎn)焊、等距絲帶張拉或龍骨支撐制成；膜束換熱組件端部焊接的薄膜或板與殼體連接，以隔開煙氣流與水流。為增強(qiáng)煙氣流和水流的換熱效率，煙氣側(cè)設(shè)置成多流程方式，使煙氣與淋水呈近似逆流換熱。本發(fā)明裝置具有板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效率高、整體重量輕的特點(diǎn)，可有效提高能量利用率；同時(shí)還具有造價(jià)低廉，并實(shí)現(xiàn)物理方式的煙氣脫硫，環(huán)境效益十分顯著。因此可廣泛用于有余熱排放的民用、工業(yè)的熱量回收系統(tǒng)中，市場潛力大。
文檔編號F28D5/02GK101081353SQ200710100388
公開日2007年12月5日 申請日期2007年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月11日
發(fā)明者周少祥, 王錫 申請人:華北電力大學(xué)