專(zhuān)利名稱(chēng)：一種增壓富氧燃煤鍋爐排煙冷凝除塵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍋爐煙氣冷凝除塵方法，特別是回收增壓富氧燃煤鍋爐低溫?zé)煔庵械娘@熱和水分凝結(jié)熱量、脫除水分與粉塵，避免積灰，并具有回收稀硫酸溶液及自給水吹灰功能的方法，屬鍋爐技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
以捕集(X)2為目的的增壓富氧燃燒整體化發(fā)電系統(tǒng)，使鍋爐燃燒與捕集(X)2的全過(guò)程在約6. 0-8. OMPa的壓力下完成。在此高壓下，鍋爐排煙中的水分凝結(jié)溫度提高到200°C 左右，因此可將原本無(wú)法利用的水分凝結(jié)熱量回收，加熱汽輪機(jī)凝結(jié)水，減少鍋爐排煙損失，也增加了汽輪機(jī)出力，降低了大型火電鍋爐機(jī)組捕集CO2的費(fèi)用。增壓富氧煤燃燒煙氣中的主要成分為(X)2和水蒸汽，還有少量的02、SO2, S03、NOx和粉塵等。在高壓及富氧條件下，SO2轉(zhuǎn)化為SO3的比例遠(yuǎn)高于常壓鍋爐，煙氣SO3的分壓力提高，并與煙氣中的水分結(jié)合生成硫酸蒸汽，其凝結(jié)溫度也遠(yuǎn)高于常壓，因此，在煙氣冷凝過(guò)程中產(chǎn)生的冷凝水中不僅存在粉塵、還存在硫酸溶液。傳統(tǒng)的列管式排煙冷凝器，在用于增壓富氧燃煤鍋爐回收煙氣水分的凝結(jié)熱量過(guò)程中，無(wú)法避免管間堵灰和腐蝕，從而給業(yè)界帶來(lái)極大的困惑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種增壓富氧燃煤鍋爐排煙冷凝除塵的方法， 它能在回收增壓富氧燃煤鍋爐排煙中的冷凝熱量同時(shí)，除去煙氣中的粉塵和硫酸溶液，并具有自給水吹灰功能。本發(fā)明所稱(chēng)問(wèn)題是由以下技術(shù)方案解決的
一種增壓富氧燃煤鍋爐排煙冷凝除塵的方法，它設(shè)有一個(gè)高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置，所述高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置的內(nèi)壁設(shè)有水冷壁，水冷壁中設(shè)置盤(pán)管，內(nèi)充流動(dòng)冷卻水，改進(jìn)后，它將增壓富氧燃煤鍋爐省煤器排出的煙氣引入高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置，煙氣經(jīng)進(jìn)氣管在高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置的上部筒形室內(nèi)與水冷壁換熱冷凝，煙氣中的粉塵、液滴、被甩向水冷壁的內(nèi)壁，冷凝形成的液膜在重力作用下向下流動(dòng)，并沖刷內(nèi)壁面上的粉塵；同時(shí)，煙氣中的硫酸蒸汽也被冷凝，流向高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置的下部錐形室底部，處理后的煙氣旋轉(zhuǎn)向上，由出氣管排出；聚集在錐形室底部排灰筒的酸性液體和粉塵混合物中的灰分經(jīng)排灰閥排出，酸液被排放至酸液處理回收裝置，分離其中的稀硫酸；用水泵將分離后的水抽回高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置內(nèi)，并用固定在高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置軸線的噴管通過(guò)噴嘴對(duì)高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置進(jìn)行噴水除塵； 經(jīng)換熱后的水冷壁冷卻水送回鍋爐給水加熱系統(tǒng)。上述增壓富氧燃煤鍋爐排煙冷凝除塵的方法，所述高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置工作壓力為6. 0-8. OMpa，所述高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置由外至內(nèi)分別設(shè)置壓力層、保溫層、水冷壁和防腐層。上述增壓富氧燃煤鍋爐排煙冷凝除塵的方法，所述水冷壁內(nèi)冷卻水經(jīng)冷卻水泵由高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置底部的入口聯(lián)箱泵入、由頂部的出口聯(lián)箱流出，與煙氣逆向換熱。上述增壓富氧燃煤鍋爐排煙冷凝除塵的方法，所述高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置為多級(jí)串聯(lián)布置。上述增壓富氧燃煤鍋爐排煙冷凝除塵的方法，所述排灰閥由多個(gè)高壓容器和高壓閥門(mén)串聯(lián)組成多級(jí)排灰機(jī)構(gòu)。上述增壓富氧燃煤鍋爐排煙冷凝除塵的方法，所述酸液處理回收裝置采用閃蒸分離、膜分離或離子交換分離方法將稀硫酸分離成水和硫酸。本發(fā)明方法在回收增壓富氧燃煤鍋爐排煙中的冷凝熱量同時(shí)，可有效除去煙氣中粉塵及硫酸，回收煙氣中硫酸溶液，并利用凝結(jié)下來(lái)的水進(jìn)行吹灰。該方法在承受高壓的水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置上實(shí)現(xiàn)，一體化解決高壓煙氣冷凝、凝結(jié)水收集、煙氣顯熱和水分凝結(jié)熱量回收、煙氣除塵、硫酸溶液回收及冷凝器堵灰問(wèn)題，具有設(shè)備簡(jiǎn)單可靠、能耗小、占地空間小、簡(jiǎn)化了捕集CO2流程中的煙氣脫水工藝等特點(diǎn)，有效提高了燃煤火力發(fā)電裝置整合 CO2捕集系統(tǒng)整體運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。


圖1是本發(fā)明示意圖2是逐級(jí)擴(kuò)容降壓排灰原理示意圖3是采用多級(jí)串聯(lián)布置的水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置的原理示意圖。附圖中標(biāo)號(hào)表示如下1.高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置，2.進(jìn)氣管，3.出氣管， 4.出口聯(lián)箱，5.壓力層，6.保溫層，7.水冷壁，8.防腐層，9.排灰閥，10.排灰筒，11.酸液處理回收裝置，12.冷卻水泵，13.入口聯(lián)箱，14.水泵，15.噴管。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種用于增壓富氧燃燒發(fā)電系統(tǒng)的增壓富氧燃煤鍋爐排煙冷凝除塵方法，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1所示，所述方法通過(guò)高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置1來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置的上部為筒形室、下部為錐形室，在錐形室底部設(shè)置排灰筒10，由排灰閥9控制排灰。所述裝置的上部設(shè)置水平進(jìn)氣管2和豎直出氣管3。該裝置工作壓力為 6. 0-8. OMpa，裝置由外至內(nèi)分別設(shè)置壓力層5、保溫層6、水冷壁7和防腐層8。裝置還包括自給水吹灰裝置，用水泵將除灰脫酸后的冷凝水抽回高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置內(nèi)，利用噴嘴對(duì)高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置進(jìn)行吹灰。本發(fā)明的工作原理為增壓富氧燃煤鍋爐省煤器出口的高壓煙氣溫度約200°C， 主要成分為(X)2和水蒸汽，高壓煙氣由進(jìn)氣管2切向流入高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置的筒形室，沿筒形室內(nèi)壁呈螺旋形向下流動(dòng)，在流動(dòng)的過(guò)程中與水冷壁7內(nèi)的冷卻水進(jìn)行對(duì)流換熱。煙氣的螺旋形流動(dòng)方式，相當(dāng)于在同樣的流速下增加了與水冷壁的接觸面積，提高了對(duì)流換熱量，節(jié)省換熱面面積。由于水冷壁溫度遠(yuǎn)低于煙氣中水蒸汽的飽和溫度，煙氣釋放出大量顯熱與汽化潛熱，煙氣中的水蒸汽被凝結(jié)為液態(tài)，同時(shí)煙氣中的粉塵通過(guò)離心力的原理被分離出來(lái)，附著在筒形室的內(nèi)壁面上，進(jìn)而被冷凝水沖刷下來(lái)，煙氣中的粉塵也能被液滴捕獲下來(lái)，而且在水的沖洗下，有效避免了二次揚(yáng)灰，相當(dāng)于同時(shí)采用旋風(fēng)式和濕法除灰，大大提高除塵效率。與此同時(shí)，煙氣中被冷凝的硫酸被分離出來(lái)，一起流到錐形室的底部。處理后的煙氣主要成分為CO2,在錐形室底部旋轉(zhuǎn)向上，由出氣管3排出。開(kāi)啟排灰閥9，可將聚集在錐形室底部排灰筒10的灰排出。隨后酸性液體被排放至酸液處理回收裝置11，經(jīng)過(guò)酸液處理回收裝置分離出其中的稀硫酸回收。剩余的水通過(guò)水泵14送至高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置軸線上的噴管15，再由噴管上的噴嘴噴向高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置內(nèi)壁進(jìn)行吹灰。水冷壁內(nèi)冷卻水來(lái)自汽輪機(jī)凝結(jié)水，冷卻水經(jīng)冷卻水泵12由裝置底部的入口聯(lián)箱13泵入，在水冷壁內(nèi)強(qiáng)制流動(dòng)，由頂部的出口聯(lián)箱4流出，換熱升溫后的出口水回送至鍋爐給水系統(tǒng)。所述酸液處理回收裝置可采用閃蒸分離、膜分離或離子交換分離方法。由于酸液處于高壓下，采用閃蒸的方法比較方便。閃蒸分離即當(dāng)高壓酸液壓力降低時(shí)，由于水和硫酸沸點(diǎn)不同，混合物中水先汽化，硫酸仍為液態(tài)，從而達(dá)到水和硫酸分離的目的。但是若采用閃蒸法，需要將汽化的水重新冷凝，然后通過(guò)高壓水泵將水送至冷凝器內(nèi)吹灰。采用酸回收裝置可將煙氣中的硫酸和水分分離，使水回收利用，減少了水的消耗； 同時(shí)還可以生產(chǎn)硫酸，降低了成本。所述高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置的水冷壁內(nèi)壁由耐腐蝕鋼或涂有有機(jī)涂層的普通鋼制成。本發(fā)明中的排灰閥9應(yīng)在保證裝置密封性的同時(shí)將形成的雜質(zhì)降壓排出，可采用逐級(jí)擴(kuò)容降壓的方式，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。圖2中的排灰閥9由多個(gè)高壓容器及高壓閥門(mén)串聯(lián)組成多級(jí)排灰機(jī)構(gòu)，這多級(jí)排灰機(jī)構(gòu)分別稱(chēng)之為第一級(jí)排灰機(jī)構(gòu)A、第二級(jí)排灰機(jī)構(gòu)B、第三級(jí)排灰機(jī)構(gòu)C、……，等等。 其工作原理如下關(guān)閉第一級(jí)排灰機(jī)構(gòu)A下方的出口閥門(mén)，打開(kāi)上方的進(jìn)口閥門(mén)，使得沉積在排灰筒10底部的灰和部分水的混合物流入第一級(jí)排灰機(jī)構(gòu)A內(nèi)，然后關(guān)閉第一級(jí)排灰機(jī)構(gòu)A的進(jìn)口閥門(mén)，打開(kāi)出口閥門(mén)，使高壓混合物流入第二級(jí)排灰機(jī)構(gòu)B內(nèi)，這樣混合物的容積增大了，從而壓力降低。繼續(xù)使混合物流入后一級(jí)排灰機(jī)構(gòu)C、D……，直到混合物壓力降到足夠低，最后將混合物低壓排出。采用多級(jí)排灰機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是在保證高壓裝置的密封性的同時(shí)采用逐級(jí)擴(kuò)容降壓的方法可順利將高壓灰水混合物排出，并避免了高壓混合物直接排至低壓環(huán)境時(shí)速度過(guò)大及密封困難的問(wèn)題。圖3中旋風(fēng)除塵冷凝裝置采用多級(jí)串聯(lián)布置，不但可以提高換熱量和除塵效率， 還可以減小單個(gè)冷凝裝置的尺寸，避免高壓容器尺寸過(guò)大導(dǎo)致的成本高及安全問(wèn)題。水冷式旋風(fēng)除塵冷凝中的防腐層可采用有機(jī)涂層，如特氟龍涂層等。
權(quán)利要求
1.一種增壓富氧燃煤鍋爐排煙冷凝除塵的方法，它設(shè)有一個(gè)高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置(1)，所述高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置的內(nèi)壁設(shè)有水冷壁(7)，水冷壁(7)中設(shè)置盤(pán)管，內(nèi)充流動(dòng)冷卻水，其特征在于它將增壓富氧燃煤鍋爐排出的煙氣引入高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置(1)，煙氣經(jīng)進(jìn)氣管(2)在高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置的上部筒形室內(nèi)與水冷壁換熱冷凝，煙氣中的粉塵、液滴、被甩向水冷壁的內(nèi)壁，冷凝形成的液膜在重力作用下向下流動(dòng)，并沖刷內(nèi)壁面上的粉塵；同時(shí)，煙氣中的硫酸蒸汽也被冷凝，流向高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置的下部錐形室底部，處理后的煙氣旋轉(zhuǎn)向上，由出氣管(3)排出；聚集在錐形室底部排灰筒(10)的酸性液體和粉塵混合物中的灰分經(jīng)排灰閥排出，酸液被排放至酸液處理回收裝置(11)，分離其中的稀硫酸；用水泵(14)將分離后的水抽回高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置內(nèi)，并用固定在高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置軸線的噴管(15)通過(guò)噴嘴對(duì)高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置進(jìn)行噴水除塵；經(jīng)換熱后的水冷壁冷卻水送回鍋爐給水加熱系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓富氧燃煤鍋爐排煙冷凝除塵的方法，其特征在于所述高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置工作壓力為6. 0-8. OMpa，所述高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置由外至內(nèi)分別設(shè)置壓力層(5)、保溫層(6)、水冷壁(7)和防腐層(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的增壓富氧燃煤鍋爐排煙冷凝除塵的方法，其特征在于 所述水冷壁內(nèi)冷卻水經(jīng)冷卻水泵(12)由高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置底部的入口聯(lián)箱 (13)泵入、由頂部的出口聯(lián)箱(4)流出，與煙氣逆向換熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的增壓富氧燃煤鍋爐排煙冷凝除塵的方法，其特征在于所述高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置(1)為多級(jí)串聯(lián)布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增壓富氧燃煤鍋爐排煙冷凝除塵的方法，其特征在于所述排灰閥(9 )由多個(gè)高壓容器和高壓閥門(mén)串聯(lián)組成多級(jí)排灰機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的增壓富氧燃煤鍋爐排煙冷凝除塵的方法，其特征在于所述酸液處理回收裝置采用閃蒸分離、膜分離或離子交換分離方法將稀硫酸分離成水和硫酸。
全文摘要
一種增壓富氧燃煤鍋爐排煙冷凝除塵的方法，它將煙氣引入高壓水冷式旋風(fēng)除塵冷凝裝置，煙氣在裝置內(nèi)與水冷壁換熱冷凝，煙氣中的粉塵、液滴、被甩向水冷壁的內(nèi)壁，冷凝形成的液膜在重力的作用向下流，并沖刷內(nèi)壁面上的粉塵，同時(shí)，煙氣中的硫酸蒸汽也被冷凝，一起流向裝置下部的錐形室底部，處理后的煙氣由出氣管排出，聚集在裝置底部的灰由排灰閥排出，酸性液體排放至酸液處理回收裝置，分離稀硫酸；分離后的水送至除塵冷凝裝置內(nèi)的噴管，對(duì)除塵冷凝裝置進(jìn)行吹灰，經(jīng)換熱后的冷卻水送回鍋爐給水加熱系統(tǒng)。本發(fā)明具有設(shè)備簡(jiǎn)單可靠、能耗小、簡(jiǎn)化捕集CO2流程、煙氣脫水除塵效果好等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F23J15/06GK102287841SQ201110173348
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月26日
發(fā)明者孫俊威, 董靜蘭, 閻維平, 馬凱, 高正陽(yáng), 魯曉宇 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)(保定)