用于煙氣余熱回收的填料塔的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種用于煙氣余熱回收的填料塔，所述用于煙氣余熱回收的填料塔包括：填料塔主體；煙氣入口，設置在所述填料塔主體的底部；噴淋循環(huán)水入口，設置在所述填料塔主體的頂部；噴淋循環(huán)水出口，設置在所述填料塔主體的底部；煙氣出口，設置在所述填料塔主體的頂部；填料層，設置在所述煙氣入口與所述噴淋循環(huán)水入口之間，以及設置在所述煙氣入口與所述煙氣出口之間；所述填料層由S型波紋填料板或雙斜波填料板水平平鋪形成，所述填料層從上至下連通所述煙氣入口與所述噴淋循環(huán)水入口、以及所述煙氣出口，煙氣和噴淋循環(huán)水在所述填料層中進行直接換熱。本實用新型解決了空塔直接接觸換熱影響換熱效率和整個系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性的問題。
【專利說明】用于煙氣余熱回收的填料塔

【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于煙氣余熱回收的填料塔，尤其是一種用于天然氣鍋爐的煙氣余熱回收的填料塔。

【背景技術(shù)】
[0002]目前廣泛用于煙氣回收的裝置的換熱設備主要分為空塔直接接觸換熱，和煙氣——水間接換熱兩種方式。對于空塔直接接觸換熱采用在塔內(nèi)氣液直接接觸噴淋換熱方式，容易引起爐室形成渦流，紊流，影響換熱效率和整個系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性；而對于煙氣——水間接換熱需要布置大量的鋼管以保證受熱面積，對煙氣造成很高的流動阻力，此外間接換熱的傳熱面(鋼管的外表面)容易結(jié)水垢，需要定期維護換熱器存在長期運行后換熱效果惡化。
[0003]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下問題:空塔直接接觸換熱，容易引起爐室形成渦流，紊流，影響換熱效率和整個系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型提供一種用于煙氣余熱回收的填料塔，以解決空塔直接接觸換熱影響換熱效率和整個系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性的問題。
[0005]為此，本實用新型提出一種用于煙氣余熱回收的填料塔，所述用于煙氣余熱回收的填料塔包括:
[0006]填料塔主體；
[0007]煙氣入口，設置在所述填料塔主體的底部；
[0008]噴淋循環(huán)水入口，設置在所述填料塔主體的頂部；
[0009]噴淋循環(huán)水出口，設置在所述填料塔主體的底部；
[0010]煙氣出口，設置在所述填料塔主體的頂部；
[0011]填料層，設置在所述煙氣入口與所述噴淋循環(huán)水入口之間，以及設置在所述煙氣入口與所述煙氣出口之間；所述填料層由S型波紋填料板或雙斜波填料板水平平鋪形成，所述填料層從上至下連通所述煙氣入口與所述噴淋循環(huán)水入口、以及所述煙氣出口。
[0012]進一步地，所述用于煙氣余熱回收的填料塔還包括:與所述噴淋循環(huán)水入口連接的儲水箱，設置在所述填料塔主體的底部。
[0013]進一步地，所述用于煙氣余熱回收的填料塔還包括:堿液進口，設置在所述儲水箱上。
[0014]進一步地，溢流口，設置在所述儲水箱上。
[0015]進一步地，氧化劑入口，設置在所述填料塔主體的底部。
[0016]進一步地，所述S型波紋填料板的比表面積為100至200m2/m3，厚度為
0.5mm-1.5mm,網(wǎng)孔形狀為正方形,孔的邊長為5mm ;或網(wǎng)孔形狀為圓形,孔直徑為4mm。
[0017]進一步地，所述雙斜波填料板的比表面積為120至300m2/m3，厚度為0.5mm-2mm,網(wǎng)孔形狀為正方形，孔的邊長為5mm ;或網(wǎng)孔形狀為圓形，孔直徑為4mm。
[0018]進一步地，所述填料層的高度為2m。
[0019]進一步地，所述氧化劑入口通過連接至所述煙氣入口設置在所述填料塔主體的底部。
[0020]本實用新型在用于煙氣回收的空塔中加入了填料層，煙氣和噴淋循環(huán)水在所述填料層中進行直接換熱，增加了氣液兩相的接觸時間，提升了直接接觸換熱的效率，既避免了空塔氣液兩相在塔內(nèi)接觸換熱時形成的渦流、紊流對操作穩(wěn)定性的影響，又避免了由此引起的塔體振動，從而增加塔的使用壽命，增強塔的安全性，與空塔氣液體直接換熱相比較可提升換熱效率30%左右。
[0021]另外，由于增加了氣液兩相的接觸時間，提升了直接接觸換熱的效率，因而能夠減少水泵功率30%左右，可提高換熱冷凝水的溫度10-20°C，可提高提取熱設備熱泵的工作性能和工作范圍，節(jié)約了大量的能源，減少了熱排放。
[0022]進而，由于水泵功率能夠減少30%左右，以3MW余熱回收裝置為例，其水泵功率從空塔直接換熱的90KW減少到60KW，，降低了固定投資，運營能耗大大減少，同時對安裝場地要求更加寬泛，制作安裝周期縮短，維修更加方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型的用于煙氣余熱回收的填料塔的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為圖1的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]附圖標號說明:
[0026]I填料塔主體2煙氣入口 21氧化劑入口 3噴淋循環(huán)水入口 4噴淋循環(huán)水出口 5煙氣出口 6填料層7儲水箱71堿液進口 8人孔

【具體實施方式】
[0027]為了對本實用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照【專利附圖】

【附圖說明】本實用新型。
[0028]如圖1和圖2所示，本實用新型提出一種用于煙氣余熱回收的填料塔，所述用于煙氣余熱回收的填料塔包括:
[0029]填料塔主體I ;
[0030]煙氣入口 2，設置在所述填料塔主體的底部，煙氣進入填料塔主體I的溫度為90度或90度左右；
[0031]噴淋循環(huán)水入口 3，設置在所述填料塔主體I的頂部；
[0032]噴淋循環(huán)水出口 4，設置在所述填料塔主體I的底部；噴淋循環(huán)水在填料塔主體I內(nèi)從上至下噴淋，然后經(jīng)噴淋循環(huán)水連接管從填料塔主體I外自下至上循環(huán)；
[0033]煙氣出口 5，設置在所述填料塔主體I的頂部；
[0034]填料層6，設置在所述述填料塔主體中，并設置在所述煙氣入口 2與所述噴淋循環(huán)水入口 4之間，以及設置在所述煙氣入口 2與所述煙氣出口 5之間；所述填料層由S型波紋填料板或雙斜波填料板水平平鋪形成，所述填料層6從上至下連通所述煙氣入口與所述噴淋循環(huán)水入口、以及所述煙氣出口，煙氣和噴淋循環(huán)水在所述填料層中進行直接換熱。例如為2米，煙氣自下而上流動，噴淋水自上而下流動，填料層為煙氣與水的熱質(zhì)交換界面，煙氣中的水蒸氣將熱量傳遞給噴淋水，煙氣溫度降至露點以下，冷凝放出大量的潛熱，噴淋水獲得煙氣熱量，溫度升高。
[0035]以填料塔主體的內(nèi)部腔體的高度8米為例，該填料塔的余熱回收為3MW，填料層6的厚度計算如下:
[0036]以S波紋填料板為例，本申請選用比表面積為118m2/m3的S波紋填料板。主要考慮到與本申請的額定工況(進出口水溫和空氣溫度變化)匹配。
[0037]在填料層6的厚度的計算上，本實用新型采用將換熱過程分為兩塊模型化的方式，即填料在塔中發(fā)生顯熱和潛熱的換熱過程，在主要為顯然換熱過程中，90°C的煙氣和循環(huán)水換熱后溫度下降到55°C左右；在為顯然加潛熱的過程中，煙氣溫度再由55°C下降到30°C左右，此過程包括煙氣的顯熱換熱，而且還包括在顯然加潛熱的過程中，因煙氣中的水蒸氣發(fā)生相變冷凝成水而產(chǎn)生的潛熱。
[0038]據(jù)此，本實用新型中，將填料層6的厚度也分為:用于顯熱和顯然加潛熱的換熱厚度，即一部分填料層6的厚度用于滿足顯熱換熱，另一部分填料層6的厚度用于滿足顯熱換熱加潛熱換熱。這兩部分的填料層的厚度計算原理和過程是不同的，主要體現(xiàn)在換熱系數(shù)的差異，或者再加上溫度差，相變因素等的。單純的顯熱換熱過程中，換熱系數(shù)較小，考慮到等效綜合換熱系數(shù)與單相對流換熱系數(shù)對比，以及換熱公式計算，顯熱過程需要的填料高度為:0.36米，顯然加潛熱過程參照上述冷卻塔中的測試結(jié)果，需要的填料高度為:1.56米。疊加后，填料層6的總厚度為1.92米。
[0039]經(jīng)過這樣的模型化處理，本實用新型采用填料層可以簡明的一分為二，因而，可以將復雜的換熱過程轉(zhuǎn)換為簡單的分步處理，根據(jù)不同換熱過程，得到不同的換熱高度，最后將兩部分填料層6的厚度進行疊加，即得到總的填料層6的厚度。
[0040]因此，要滿足換熱3MW的設計，需要s型波紋填料板的總厚度為1.92m。根據(jù)上述計算結(jié)果，實際選用H = 2m的s型波紋填料即可滿足設計要求；
[0041]同理可以推導出滿足換熱3麗的設計，雙斜波填料H=L 52m,實際選用H = 2m。
[0042]填料層從下到上設置四層，每層支撐在支撐架上，每層高度0.5m，其中上兩層主要吸收降溫之后的顯熱，下兩層主要吸收相變之后的潛熱，在填料塔中入口煙氣水蒸汽含量約20-25%，因此，選用低比表面積的塑料板或不銹鋼波紋填料(S波紋填料或雙斜波填料)。
[0043]與空塔氣液兩相在塔內(nèi)接觸換熱進行對比，其不僅在換熱效果上增強30%以上，同時避免了空塔氣液兩相在塔內(nèi)接觸換熱時形成的渦流、紊流對操作穩(wěn)定性的影響，可減少噴淋循環(huán)水泵和煙氣風機功率30%左右，提高換熱冷凝水的溫度10-20°C，可提高提取熱設備熱泵的工作性能和工作范圍。
[0044]進一步地，如圖1所示，所述用于煙氣余熱回收的填料塔還包括:與所述噴淋循環(huán)水入口連接的儲水箱7，設置在所述填料塔主體I的底部，以儲水。填料塔主體I上還設有人孔8,用于檢修。
[0045]進一步地,如圖1所示,所述用于煙氣余熱回收的填料塔還包括:堿液進口 71,設置在所述儲水箱7上，以調(diào)節(jié)儲水箱內(nèi)PH值。當探測到PH值小于7時，可以通過堿液進口71向儲水箱內(nèi)投放堿液或堿面來調(diào)節(jié)水箱內(nèi)水的PH值，當探測到PH值不小于9時，停止投放堿液或堿面。
[0046]進一步地，溢流口，設置在所述儲水箱7上。隨著冷凝水不斷進入儲水箱，當水量達到最高水位后，多余的水就從溢流口排出。
[0047]進一步地，如圖1所示，氧化劑入口 21，設置在所述填料塔主體I的底部。氧化劑與煙氣混合，將煙氣中的低價氮氧化物和低價氧化硫氧化成高價氧化物。
[0048]進一步地，以吸收煙氣余熱3麗的填料塔為例，采用S型波紋填料板:比表面積為100至200m2/m3,優(yōu)選為118m2/m3,厚度為0.5mm_l.5mm,網(wǎng)孔形狀為正方形,孔的邊長為5mm ;或網(wǎng)孔形狀圓形,孔直徑為4mm,填料層6的總厚度為2m,總壓降為300Pa,或者,采用雙斜波填料板:比表面積為120至300m2/m3,厚度為0.5mm-2mm,網(wǎng)孔形狀為正方形,孔的邊長為5mm ;或網(wǎng)孔形狀圓形,孔直徑為4mm,填料層6的總厚度為2m,總壓降為300Pa,換熱效果上增強30%，提高換熱冷凝水的溫度10-20°C。
[0049]本實用新型的填料(層)是作為煙氣的換熱表面，噴淋水只要均勻噴灑在填料中以維持填料表面的溫度即可獲得優(yōu)良的穩(wěn)定的換熱效果，煙氣與填料表面的接觸面積比較大，在獲得優(yōu)良的換熱效果的同時，煙氣在填料中的流動阻力較小，煙氣中的酸性物質(zhì)也比較容易被填料表面的噴淋水膜所吸收。而對于空塔噴霧與煙氣直接接觸式換熱，煙氣是與漂浮在煙氣中微小霧珠的表面進行接觸換熱，要達到相同的接觸換熱面積和換熱效果，噴霧直徑大約在50微米，噴霧的微小霧珠在空塔中還至少停留5秒鐘，則此情況的煙氣壓差在400-600Pa，而將水噴成大約50微米的霧珠至少需要消耗0.2MPa的噴霧水泵壓頭，而且噴霧空塔需要的水泵的流量相對與噴淋填料塔的要增加30-50%。一方面，由于本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔達到同樣的換熱效果可以采用更小的噴淋流量，則與煙氣換熱后的噴淋水的溫升可以提高5-20度，從而可以明顯提高余熱利用設備如熱泵的工作性能和工作范圍；另一方面，由于本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔的輸送噴淋水的水泵的流量和壓頭都明顯減少，風機的壓頭也降低顯著，因而本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔的輸送風機和水泵的電功率，與空塔噴霧與煙氣直接接觸式換熱方式相比較，可節(jié)省風機和水泵的電功率30-50 %甚至等多，節(jié)能效果明顯。
[0050]進一步地，本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔選用波紋填料，無論余熱回收熱負荷如何變化煙氣在波紋填料中的流動阻力都比較均衡，不會出現(xiàn)空塔噴霧直接接觸式換熱技術(shù)的煙氣在塔中的偏流和回流的問題，而且填料表面積穩(wěn)定可靠也就是換熱性能穩(wěn)定可靠，因而余熱利用的穩(wěn)定性和余熱利用的效率都相對明顯提高。而空塔噴霧直接接觸式換熱技術(shù)不僅在塔中可能存在偏流和回流，特別是熱回收負荷偏離設計較大時尤其突出，而且其噴霧效果顯著影響換熱效果和熱回收效率，因為空塔噴霧直接接觸式換熱是噴霧的微小霧珠的表面積提供了接觸換熱的換熱表面積，而噴霧效果在長期運行過程中不可避免會出現(xiàn)波動，或者部分噴霧設備在長期運行過程很有可能堵塞甚至損壞等而使得噴霧效果變差，因而空塔噴霧直接接觸式換熱技術(shù)就相對本實施例的一種用于煙氣余熱回收的噴淋填料塔的余熱回收性能不夠穩(wěn)定和熱效率波動等問題。本實施例基本消除了空塔的煙氣流動的偏流和渦流的影響，避免了由此引起的塔體振動，從而增加塔的使用壽命，增強塔的安全可靠性。
[0051]進一步地，所述氧化劑入口 21通過連接至所述煙氣入口 2設置在所述填料塔主體的底部。氧化劑例如采用臭氧，或者雙氧水，通過氧化劑入口進入填料塔，與煙氣混合，將煙氣中的低價氮氧化物和低價氧化硫氧化成高價氧化物。采用臭氧時，同時在填料塔底部設置臭氧發(fā)生器，將臭氧與煙氣混合，可兼顧脫硝和自動加堿工藝，具有更優(yōu)良的節(jié)能環(huán)保效.、/■
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[0052]本實用新型中，煙氣在中間填料層與頂部噴淋下來的循環(huán)噴淋水逆流直接接觸，煙氣與循環(huán)噴淋水在填料中進行熱質(zhì)交換降低煙氣溫度和含濕量而獲得余熱(顯熱和潛熱)同時回收冷凝水，大大增加了氣液兩相的接觸時間，提升了直接接觸換熱的效率，避免了空塔氣液兩相在塔內(nèi)接觸換熱時形成的渦流、紊流對操作穩(wěn)定性的影響。進而，采用氧化劑后，煙氣中的低價氮氧化物在填料塔底部被臭氧氧化后，也進行了有效處理和換熱，具有更優(yōu)良的節(jié)能環(huán)保效益。
[0053]以上所述僅為本實用新型示意性的【具體實施方式】，并非用以限定本實用新型的范圍。為本實用新型的各組成部分在不沖突的條件下可以相互組合，任何本領域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬于本實用新型保護的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于煙氣余熱回收的填料塔，其特征在于，所述用于煙氣余熱回收的填料塔包括: 填料塔主體； 煙氣入口，設置在所述填料塔主體的底部； 噴淋循環(huán)水入口，設置在所述填料塔主體的頂部； 噴淋循環(huán)水出口，設置在所述填料塔主體的底部； 煙氣出口，設置在所述填料塔主體的頂部； 填料層，設置在所述煙氣入口與所述噴淋循環(huán)水入口之間，以及設置在所述煙氣入口與所述煙氣出口之間；所述填料層由S型波紋填料板或雙斜波填料板水平平鋪形成，所述填料層從上至下連通所述煙氣入口與所述噴淋循環(huán)水入口、以及所述煙氣出口。
2.如權(quán)利要求1所述的用于煙氣余熱回收的填料塔，其特征在于，所述用于煙氣余熱回收的填料塔還包括:與所述噴淋循環(huán)水入口連接的儲水箱，設置在所述填料塔主體的底部。
3.如權(quán)利要求2所述的用于煙氣余熱回收的填料塔，其特征在于，所述用于煙氣余熱回收的填料塔還包括:堿液進口，設置在所述儲水箱上。
4.如權(quán)利要求2所述的用于煙氣余熱回收的填料塔，其特征在于，溢流口，設置在所述儲水箱上。
5.如權(quán)利要求2所述的用于煙氣余熱回收的填料塔，其特征在于，氧化劑入口，設置在所述填料塔主體的底部。
6.如權(quán)利要求2所述的用于煙氣余熱回收的填料塔，其特征在于，所述S型波紋填料板厚度為0.5mm-1.5mm,網(wǎng)孔形狀為正方形,孔的邊長為5_ ;或網(wǎng)孔形狀為圓形,孔直徑為4mm ο
7.如權(quán)利要求2所述的用于煙氣余熱回收的填料塔，其特征在于，所述雙斜波填料板厚度為0.5mm-2mm,網(wǎng)孔形狀為正方形,孔的邊長為5mm ;或網(wǎng)孔形狀為圓形,孔直徑為4mm。
8.如權(quán)利要求6或7所述的用于煙氣余熱回收的填料塔，其特征在于，所述填料層的高度為2m。
9.如權(quán)利要求5所述的用于煙氣余熱回收的填料塔，其特征在于，所述氧化劑入口通過連接至所述煙氣入口設置在所述填料塔主體的底部。
【文檔編號】F28F25/00GK204007205SQ201420456128
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】謝正和, 孟繼安, 朱迎春, 王正興, 賈向東, 隋曉峰, 趙巖 申請人:北京源深節(jié)能技術(shù)有限責任公司