本发明涉及从湿法脱硫饱和净烟气中回收水分的技术领域，尤其涉及一种脱硫烟气冷凝提水设备。
背景技术：
湿法脱硫工艺以其脱硫效率高，运行成本低，技术成熟，运行操作简单等优势在烟气脱硫净化处理领域中占据绝对主导地位。在国内烟气脱硫净化领域中约占到95％以上，在烟气超低排放治理领域中占到99％以上。
湿法脱硫系统出口烟气为饱和或过饱和状态，烟气温度为50～55℃，其中水蒸气占12～18％。湿法脱硫系统是电厂中的用水大户，以百万机组为例，脱硫蒸发水量约为100t/h。
高温饱和净烟气携带大量的水蒸气以及液滴，消耗了大量的脱硫补水。湿法脱硫水耗过大和水资源匮乏的矛盾已日益显现，在贫水地区，尤其突出。在当前水资源日益宝贵的形势下，急需一种脱硫烟气冷凝提水设备，以降低发电水耗，满足工业生产用水的巨大需求。
随着环保意识的增强和节水、节能要求的升级，“分类分质用水、循环利用”成为燃煤电厂的必然选择。2015年印发的《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》中，要求火电厂在紧盯降低大气污染排放浓度的同时，也必须更加重视深度节水和废水零排放工作。2015年9月出台的“水十条”，对水资源利用更驱严格，要求火电行业促进再生水利用，控制用水总量，提高用水效益，因此，降低燃煤电厂的发电水耗，对脱硫烟气中的水分进行回收已是大势所趋。
为了从高温饱和净烟气中回收水分，必须对烟气进行降温冷凝，通常采用的方法为直接换热法和间接换热法。直接换热法在烟气冷凝塔中直接向烟气中喷水降温冷凝，回收烟气中水分。烟气冷凝水与循环冷却水经收集后一同进入干式空冷器，降温后再循环利用。该方法占地大，设备多，循环冷却水先与烟气换热，再在干式空冷器中与空气换热，历经二次气-水换热。间接换热法利用间壁换热器对烟气进行降温冷凝。某公司通过循环泵用江河水对烟气降温冷凝，收水效果明显，每小时可回收水分约50吨。但该项目不具有普适性，且换热后的江河水直排，热污染对河流的生态势必造成一定影响，还存在着一定的环境风险。
如何更加高效地与烟气进行换热，如何获得大量廉价的冷却介质，成为对烟气冷凝提水的关键。热管(heatpipe)是一种具有高导热性能的传热元件，1944年由美国人高格勒发现。六十年代初，首先成功应用于宇航技术，之后引起了各国学者的极大兴趣和重视。热管换热器由于其具有传热效率高、结构紧凑、压力损失小、有利于控制露点腐蚀等优点，目前广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械、电子等行业中；水作为传统的冷却介质现阶段已遭到严重的挑战，尤其在北方缺水地区，已逐渐被空气冷却所代替。目前空气冷却器的经济性已大大提高，与水冷却器相比，不仅维护费用低廉，且具有更长的使用寿命。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种脱硫烟气冷凝提水设备，包括设备壳体6和热管5；所述热管5包括置于所述壳体6外的冷侧部分和容纳在所述壳体6内的热侧部分，热管内的工作介质在热侧部分和冷侧部分之间循环传热；所述设备壳体6上游连接湿法脱硫系统1，下游连接烟囱3。
进一步地，所述热管5采用热虹吸管，管内工作介质的充液量65％。
进一步地，所述工作介质为水、氨、r22、r134a、酒精或丙酮。
进一步地，所述热管热侧部分的材质可选择镍基合金2205、2507或钛材，冷侧部分的材质可选择普通碳钢。
进一步地，所述壳体6与烟囱3之间设置烟气复热器4。
进一步地，所述热管形状可为管状、板状或采用分离式热管元件。
进一步地，所述热管5叉排排布，所述冷侧部分可采用翅片管或螺纹管结构。
进一步地，所述热管5与设备壳体6之间采用密封圈或锥面线密封。
本发明的目的还在于，提供一种采用前述脱硫烟气冷凝提水设备的提水工艺，依次包括以下步骤：步骤1，将湿法脱硫系统1的湿法脱硫饱和净烟气引入所述脱硫烟气冷凝提水设备的壳体6中；步骤2，所述饱和净烟气与所述热管5内循环在热侧部分和冷侧部分之间的工作介质间壁换热，使其降温冷凝形成低温饱和净烟气和烟气冷凝水；步骤3，所述低温饱和净烟气通过所述烟囱3排放，所述烟气冷凝水经收集后作为脱硫系统工艺水补水，回用于脱硫系统；步骤4，所述热管5将冷凝释放热量经冷侧部分传递至大气中。
所述提水工艺中，进一步地，所述冷侧部分选用空气作为冷却介质。
进一步地，在所述步骤3中，所述低温饱和净烟气通过所述烟囱3排放之前，还要经过烟气复热器4，与所述烟气复热器4中的蒸汽或热水f间壁换热，复热后形成高温不饱和净烟气e，通过烟道自烟囱3排放。
本发明的特点和优势在于：
a、采用热管作为换热元件，通过热管内工作介质的沸腾、蒸发、降温、冷凝来传递热量，传热效率高；
b、热管内工作介质通过位差和密度差运转，无需外加动力，无需经常更换元件，即使元件损坏，也能快速更换，不影响正常生产；
c、冷侧(大气侧)采用空气作为冷却介质，对于北方缺水地区具有重要意义；
d、冷侧(大气侧)采用翅片管、螺纹管等强化传热；
e、设备壳体采用变截面设计，通过控制烟气经过热管的流速，从而达到自清灰的目的；
f、可根据脱硫烟气冷凝提水要求，确定烟气最终的温度，从而调节热管数量和冷热侧传热面积比；
附图说明
图1是本发明的冷凝提水设备正面示意图，
图2是本发明的冷凝提水设备俯视示意图，
图3是本发明的脱硫烟气冷凝提水工艺的流程示意图，
图4是本发明的热管与设备壳体间密封结构示意图，
其中，
1-湿法脱硫系统、2-冷凝提水设备、3-烟囱、4-烟气复热器、5-热管、6-设备壳体、7-密封圈；
a-原烟气、b-高温饱和净烟气、c-低温饱和净烟气、d-烟气冷凝水、e-复热净烟气、f-蒸汽或热水、g-蒸汽冷凝水或热回水。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明利用热管作为传热元件，对湿法脱硫饱和净烟气进行降温冷凝，回收饱和净烟气中水分的同时，再将冷凝释放热量传递至大气中。冷凝提水设备以热管作为换热元件，管内工作介质在热侧(烟气侧)吸热后沸腾和蒸发，在冷侧(大气侧)降温和冷凝，如此周而复始，使脱硫烟气不断地降温冷凝，并将热量不断地从烟气转移至大气中。本发明从脱硫烟气中回收大量冷凝水，节约水资源的同时，促进烟尘、二氧化硫等多种污染物的二次脱除，是燃煤火电机组实现超低排放的有效保证。
为实现上述目的，本发明采用热管作为换热元件，利用其高效的导热性能，将脱硫烟气冷凝释放热量传递至大气中。如图1-3所示，本发明涉及一种脱硫烟气冷凝提水设备，其包括设备壳体6和热管5，可布置在湿法脱硫系统净烟气出口与烟气复热器(若有)或排放烟囱入口之间烟道内，也可将热管直接布置于烟道之中,即所述设备壳体6上游连接湿法脱硫系统1，下游连接非必要的烟气复热器4，所述非必要的烟气复热器4连接烟囱3；所述热管5由外露于所述壳体6之外的冷侧部分和容纳在所述壳体6内的热侧部分构成，热管内的工作介质在热侧部分和冷侧部分之间循环传热。
本发明的脱硫烟气冷凝提水设备中，所述热管5采用热虹吸管，管内工作介质为水，充液量65％。热管5内的工作介质可以是水、氨、r22、r134a、酒精或丙酮等。
本发明的脱硫烟气冷凝提水设备中，为了有效防止低温露点腐蚀，热管热侧部分的材质可选择镍基合金2205、2507或钛材，而冷侧部分的材质可仅为普通碳钢。优选，所述热管5热侧部分材质为2205，冷侧部分材质为20钢。热管形状可为管状、板状或采用分离式热管元件，可随烟气性质和现场条件而调整。热管5叉排排布，所述冷侧部分可采用翅片管、螺纹管等结构，例如为铝质开窗直翅片。
如图3所示，本发明还提供以下采用前述脱硫烟气冷凝提水设备的提水工艺，例如，在设备壳体6内，来自湿法脱硫系统1的湿法脱硫饱和净烟气与热管5内循环在热侧部分和冷侧部分之间的工作介质间壁换热，使其降温冷凝形成低温饱和净烟气和烟气冷凝水。析出的烟气冷凝水经收集后作为脱硫系统工艺水补水，回用于脱硫系统。所述热管5采用热虹吸管，管内工作介质为水，充液量65％。
本发明的提水工艺中，热管5内的工作介质包括水、氨、r22、r134a、酒精和丙酮等。所述冷侧部分选用空气作为冷却介质，热管5将冷凝释放热量经冷侧部分传递至大气中。
本发明的提水工艺中，上游湿法脱硫系统1的高温饱和净烟气b在冷凝提水设备2中与热管5热侧内的工作介质间壁换热，降温冷凝形成低温饱和净烟气c，低温饱和净烟气c在烟气复热器4中与蒸汽或热水f间壁换热，复热后形成高温不饱和净烟气e，通过烟道自烟囱3排放。
本发明的提水工艺中，热管数量和冷侧与热侧的传热面积比可以进行调节，使得：湿法脱硫系统1出口高温饱和净烟气b温度51.4℃，水蒸气含量14.3％，进入烟气提水设备2；经冷却降温后，低温饱和净烟气c温度为50.0℃，水蒸气含量为13.3％，离开烟气提水设备2进入烟气复热器4(若有)加热升温21.4℃，复热净烟气e温度达到71.4℃，烟气中水蒸气分压仅为12.3kpa，属于不饱和烟气；高温不饱和净烟气e通过烟囱3排放实现饱和净烟气中水蒸气冷凝回收的同时，还实现了“白色烟羽”治理。
51.4℃高温饱和净烟气流量1187507nm3/h，质量流量1523.1t/h；而50.0℃低温饱和净烟气流量1174481nm3/h，质量流量1512.6t/h；降温冷凝过程回收水量10.5t/h，ph值2～3，溶解有少量净烟气中残留的so2、hcl等污染物，满足脱硫工艺补水的水质要求；回收水量占湿法脱硫系统1总工艺水消耗量的16.9％，即可节约湿法脱硫系统1工艺水耗量16.9％。
如图4所示，本发明中热管5与设备壳体6之间采用密封圈7或锥面线密封对烟气加以密封。
本发明从脱硫烟气中回收大量冷凝水，低温饱和净烟气随后进入烟气复热器中(若有)，由于烟气量的减少和烟气定压比热的降低，将大幅降低烟气的复热温度，大大减少烟气复热所需的热量，对“白色烟羽”有效治理，改善烟气排放视觉污染，也具有重要意义。
技术特征：
技术总结
利用热管作为传热元件的一种降温冷凝水提取设备，从湿法脱硫饱和净烟气中回收水分。在回收脱硫饱和净烟气中水分的同时，将冷凝释放热量传递至大气中。热管内工作介质在热侧(烟气侧)和冷侧(大气侧)之间循环，使脱硫烟气不断地降温冷凝，并将热量不断地从烟气转移至大气中。本发明从脱硫烟气中回收大量冷凝水，节约水资源的同时，促进烟尘、二氧化硫等多种污染物的二次脱除。
技术研发人员：周印羲;周文祥;程俊峰;张开元
受保护的技术使用者：北京清新环境技术股份有限公司
技术研发日：2017.11.23
技术公布日：2018.05.04
声明：
“脱硫烟气冷凝提水设备及其提水工艺的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：北京清新环境技术股份有限公司
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2024年11月27日 ~ 29日 
