一种带前置加热装置硫磺回收烟气换热系统的制作方法

[0001]
本实用新型属于尾部排放烟气处理系统技术领域，更具体地说，涉及一种硫磺回收装置烟气换热系统。


背景技术：

[0002]
硫磺回收装置被广泛应用到炼油化工、天然气、煤炭化工等几个领域。随着近年来环境形势的日益严峻以及人们环保意识的增强，国家颁布了更加严格的污染物排放标准，对硫磺回收装置尾部烟气so2的排放控制要求也相应提高。
[0003]
石化行业硫磺回收装置尾气焚烧后烟气中so2的质量浓度实际运行值一般为200～500mg/m3，不能满足gb31570—2015中大气污染物排放限值400mg/nm3(特别地区100mg/nm3，折合氧气体积分数3％)的排放指标。为此，需对排放烟气进行净化处理改造，改造后排放烟气中so2的质量浓度，满足新环保政策和法规要求后，方可排放。
[0004]
硫磺回收装置尾部烟气的特点是：流量波动大、组成简单、颗粒物含量少、烟气压力低。目前，作为主流技术，硫磺回收装置排放烟气湿法脱硫技术(如钠碱法等)得到了广泛地应用，但该工艺在运行过程中存在相关问题，如下：
[0005]
(1)未净化烟气(以下称“原烟气”)入口温度过高，汽液接触过程需要大量水分，新鲜水补给量需求较大；
[0006]
(2)脱硫塔出口净化烟气(以下称“净烟气”)温度较低(～60℃)，后续管道、阀门及原系统现有钢筋混凝土烟囱在尾气排放过程中面临硫酸低温露点腐蚀风险；
[0007]
(3)脱硫塔出口净烟气侧温度低，后续设备易发生结盐堵塞现象；
[0008]
(4)不利于烟气扩散的气象条件下，烟囱周围会有小液滴产生(烟囱雨)，烟囱顶部有大白烟现象；
[0009]
(5)脱硫塔出口管道、烟囱的腐蚀对装置的长周期运行造成不稳定因素。
[0010]
为解决上述问题，目前硫磺回收工艺多采用单一的ggh烟气换热器，用原烟气加热净烟气，以降低原烟气温度，提升净烟气排放温度。针对硫磺烟气的特性，为降低烟气换热器受低温露点腐蚀的影响，采取的措施有：
[0011]
(1)旁通部分冷源，降低净烟气流量，以提高烟气换热器原烟气及净烟气低温侧的温度；
[0012]
(2)从工艺系统着手，提高尾气焚烧炉后烟气的温度，以提高烟气换热器原烟气进口温度；
[0013]
(3)采用2205双相不锈钢以上耐腐蚀贵重金属材料作为换热部件材料。
[0014]
但是，对于第(1)种方案，仍然没能彻底解决净烟气排放温度偏低的问题，后续烟道(烟囱)及设备受到低温酸露点腐蚀的风险；对于第(2)种方案，会增加装置的能耗及脱硫塔的水耗；对于第(3)种方案，则换热器的材料及制作成本会大幅度上升，而且设备也存在一定寿命年限的限制，综合经济性能不很理想。
[0015]
针对这一情况，需要在充分考虑各种经济合理性的同时，采取有效措施避免烟气
换热器的低温部件以及后续烟道(烟囱)及设备受到低温酸露点腐蚀，确保其长寿命安全使用，使硫磺回收装置烟气长期满足达标排放要求。
[0016]
比如中国发明专利用于烟气换热器的防露点腐蚀方法(申请号：cn201110295321.5，申请日：2011年9月29日)，公开了如下步骤：1)在蒸汽管道上设置有可接受控制信号的流量调节阀以及温度测控装置；2)该流量调节阀接收所述温度测控装置的控制信号，自动调节开度，使得所述蒸汽温度保持在烟气的露点温度上，该专利所涉及烟气换热器的设备型式为分体式相变换热器，通过调节蒸汽上升管的蒸汽流量控制换热管束的热负荷，使得换热管壁面温度在烟气露点以上。控制系统复杂，并且通过电子控制调节阀，可靠性较低。


技术实现要素：

[0017]
1.实用新型要解决的技术问题
[0018]
本实用新型的目的在于克服现有技术中不足，提供了一种带前置加热装置硫磺回收烟气换热系统，包括包括烟气—烟气换热器和前置加热装置，本实用新型在不影响硫磺回收及烟气脱硫主工艺流程、主工艺操作参数不变的情况下，通过前置加热装置，有效地调节了烟气—烟气换热器冷侧温度，进而使烟气—烟气换热器壁温快速升至烟气硫酸低温露点以上，避免露点腐蚀。
[0019]
2.技术方案
[0020]
为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：
[0021]
本实用新型的一种带前置加热装置硫磺回收烟气换热系统，包括烟气—烟气换热器，烟气—烟气换热器包括壳体，壳体被分隔为原烟气流动腔室、净烟气流动腔室，壳体内设置有换热元件，换热元件的两端分别位于原烟气流动腔室、净烟气流动腔室；原烟气流动腔室包括原烟气进口接口、原烟气出口接口；净烟气流动腔室包括净烟气进口接口、净烟气出口接口；净烟气进口接口侧还设置有用于为净烟气预加热的前置加热装置，有效地调节了烟气—烟气换热器冷侧温度，进而使烟气—烟气换热器管壁温度快速升至烟气硫酸低温露点以上。
[0022]
作为本实用新型更进一步的改进，烟气—烟气换热器为烟气—烟气热管换热器，即，换热元件为热管元件，通过热管元件形成高效换热效果。
[0023]
作为本实用新型更进一步的改进，热管元件为单根热管，若干根热管形成换热管束结构，少量热管破损或失效不影响设备正常使用。
[0024]
作为本实用新型更进一步的改进，原烟气流动腔室和净烟气流动腔室并列分布，热管元件为倾斜布置，其在原烟气流动腔室的高度低于其在净烟气流动腔室的高度；或，原烟气流动腔室和净烟气流动腔室上下分布，净烟气流动腔室位于原烟气流动腔室的上侧，热管元件竖直布置。将热管热端(吸热)置于低于冷端(放热)下方，有利于热管换热。
[0025]
作为本实用新型更进一步的改进，热管元件的换热管基管外设置有翅片，在原烟气流动腔室一侧设置有原烟气侧翅片，在净烟气流动腔室一侧设置有净烟气侧翅片，调整热管根数及翅片(原烟气侧翅片和净烟气侧翅片)的传热面积比，有效地调节热管换热的热流密度，并与前置加热装置的配合，使热管的壁温提高到露点温度以上。
[0026]
作为本实用新型更进一步的改进，在原烟气流动腔室与净烟气流动腔室之间设置
双孔板密封结构，双孔板密封结构用于隔绝两侧的气体，增加了密封的可靠性，完全避免了原烟气与净烟气的直接接触，进一步提升隔离效果。
[0027]
作为本实用新型更进一步的改进，双孔板密封结构包括双孔板，换热元件贯穿双孔板，在双孔板与换热元件之间设置有密封块。
[0028]
作为本实用新型更进一步的改进，双孔板密封结构内填充有氮气；和/或，双孔板密封结构设置有腔室，并在腔室上设置压力监测装置。
[0029]
作为本实用新型更进一步的改进，前置加热装置为蒸汽—烟气加热器；该蒸汽—烟气加热器设置在净烟气流动腔室内，位于净烟气进口接口的后方，或者，该蒸汽—烟气加热器设置在净烟气进口接口的前方。
[0030]
作为本实用新型更进一步的改进，在蒸汽加热管的加热管基管外设置有加热管翅片；和/或，在原烟气侧设置声波吹灰器，在净烟气侧设置蒸汽吹灰器，有效解决了设备积灰的问题，确保烟气换热器稳定运行。
[0031]
3.有益效果
[0032]
采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0033]
(1)本实用新型在不影响硫磺回收及烟气脱硫主工艺流程，在主工艺操作参数不变的情况下，提供了一种带前置加热装置硫磺回收烟气换热系统，有效地调节了烟气—烟气换热器冷侧温度，进而使烟气—烟气换热器热管壁温快速升至烟气硫酸低温露点以上，尤其在硫磺回收装置生产工况调整，烟气流量及温度波动时，烟气温度得到灵活调节的效果更加明显。
[0034]
(2)本实用新型的烟气—烟气换热器采用管束式热管换热元件，既实现了原烟气—净烟气的高效换热，又确保了原烟气、净烟气流动腔室的密封效果，少量热管破损或失效不影响设备正常使用，进一步在换热基管基管外设置翅片，调整热管根数及翅片(原烟气侧翅片和净烟气侧翅片)的传热面积比，有效地调节热管换热的热流密度，并与前置加热装置的配合，使热管的壁温提高到露点温度以上，有效地防止热管的管壁发生露点腐蚀。
[0035]
(3)本实用新型的前置加热装置采用蒸汽—烟气加热器，蒸汽—烟气加热器由蒸汽加热管与壳体组成，壳体与烟气-烟气换热器公用，因此整个装置紧凑、可靠，通过过热蒸汽流量的控制，有效的调节了烟气—烟气换热器换热管壁温，提高了装置的能效与运行周期，降低了脱硫塔的水耗，当硫磺回收装置生产工况调整，烟气流量及温度波动时，也可以通过过热蒸汽流量调节，调整热管烟气换热器净烟气侧入口侧温度，确保低温侧热管的壁温高于烟气酸露点温度。
[0036]
(4)本实用新型设置吹灰器，结合原烟气侧温度高、含灰少，净烟气温度低，易结盐堵塞的特点，分别在原烟气侧设置声波吹灰器，净化烟气侧设置蒸汽吹灰器，有效解决了设备积灰的问题，确保烟气换热器稳定运行。
[0037]
(5)本实用新型在设备壳体的原烟气侧与净烟气侧之间设有双孔板密封结构，防止原烟气窜入净烟气，影响装置烟气环保达标排放，同时在双孔板密封结构的腔室内充入氮气，通过上述措施，更有力地保证了原烟气与净烟气之间的密封效果。
[0038]
(6)本实用新型将硫磺回收尾部净烟气加热至硫酸低温露点以上，既实现了原系统烟道、烟囱及相关设备的利用，又有效减少了烟囱顶部白烟现象，同时降低进入脱硫塔的原烟气温度，节约了新鲜水的补给，也减少了烟气量。
[0039]
(7)在当前严苛的环保形势下，本实用新型对于提高设备使用寿命和运行效果，提高硫磺回收装置持续高效运转，保证尾气脱硫效果，确保烟气满足环保要求达标排放，降低装置建设投资，具有积极的意义。
[0040]
(8)本实用新型的净烟气升温效果较好，原烟气及净烟气侧均有效的防止了硫酸低温露点腐蚀，热管表面无腐蚀迹象，烟囱的白色烟羽现象改善明显，湿法脱硫工段节水效果明显，硫磺回收装置环保升级改造保留了原烟道、相关设备及钢筋混凝土烟囱，节约了大量的建设投资。
附图说明
[0041]
图1为本实用新型的外部结构示意图；
[0042]
图2为本实用新型的内部结构示意图；
[0043]
图3为本实用新型的双孔板密封结构示意图。
[0044]
附图中的标号说明：
[0045]
a：原烟气；b：净烟气
[0046]
1、原烟气出口接口；2、壳体；3、热管元件；3-1、换热管基管；3-2、原烟气侧翅片；3-3、净烟气侧翅片；4、声波吹灰器；5、原烟气进口接口；6、氮气排放口；7、氮气安全阀口；8、净烟气出口接口；9、氮气压力监测口；10、蒸汽吹灰器；11、充氮口；12、双孔板密封结构；12-1、双孔板；13、蒸汽加热管；13-1、加热管基管；13-2、加热管翅片；14、净烟气进口接口；15、密封块；15-1、密封焊。
具体实施方式
[0047]
为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。
[0048]
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0049]
下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述。
[0050]
实施例1
[0051]
结合结合图1、图2，本实施例的一种带前置加热装置硫磺回收烟气换热系统，主要包括烟气—烟气换热器和前置加热装置，应用于硫磺回收烟气脱硫流程，烟气换热系统壳体内设置分隔开的原烟气流动腔室和净烟气流动腔室，原烟气流动腔室供原烟气a流动，净烟气流动腔室供净烟气b流动，原烟气和净烟气的流动方向相反，原烟气流动腔室和净烟气流动腔室之间密封连接。前置加热装置设置在净烟气流动腔室内，位于净烟气进口接口14的后方，作用为使烟气—烟气换热器低温烟气侧换热管壁温快速越过低温烟气露点温度，避免了换热管腐蚀，确保了设备的安全长周期地运行。烟气—烟气换热器采用烟气—烟气热管换热器或者其他的现有换热器，本实施例采用烟气—烟气热管换热器，壳体2与热管元
件3组成了烟气—烟气热管换热器，还包括原烟气进口接口5、原烟气出口接口1、净烟气进口接口14、净烟气出口接口8。前置加热装置为蒸汽—烟气加热器，壳体2与蒸汽加热管13组成了蒸汽—烟气加热器，蒸汽加热管13布置在净烟气进口接口14侧。值得说明的是，烟气—烟气热管换热器与蒸汽—烟气加热器共用壳体2，形成了组合式烟气换热器，使得整个设备紧凑、可靠。另外需要说明的是，蒸汽—烟气加热器也可以设置在净烟气流动腔室外，位于净烟气进口接口14的前方，该蒸汽—烟气加热器具有单独的壳体，可根据需要选择适合工况的蒸汽—烟气加热器，以及及时进行维护。
[0052]
为了强化蒸汽—烟气换热效果，在蒸汽加热管13的加热管基管13-1外侧设有加热管翅片13-2，以达到快速加热净烟气温度的目的。换热管一端部分与孔板焊接，另一端与孔板不焊接，伸出弯头箱的换热管与弯头箱密封焊接，这样既满足了设备的密封要求，又不限制换热管的热膨胀。
[0053]
结合图2，烟气换热系统热管元件3为倾斜布置，其在原烟气流动腔室的高度低于其在净烟气流动腔室的高度，其目的是将热管元件3热端(吸热)置于低于冷端(放热)下方，有利于热管元件3内的相变换热。值得说明的是，也可以采用热管元件3与水平呈90度的布置方式，即烟气流动方向为水平方向，此时，净烟气流动腔室位于原烟气流动腔室的上侧。
[0054]
为强化传热，换热管基管3-1外表面设有翅片，在原烟气侧设置原烟气侧翅片3-2，在净烟气侧设置净烟气侧翅片3-3，翅片与换热管基管3-1采用高频焊焊接，焊接紧密牢固，热阻小。对于烟气—烟气热管换热器，由于换热管束由热管元件3组成，每根热管均为独立的换热元件，少数热管失效或破损不会影响设备的运行。对于烟气—烟气热管换热器，为了强化热管气体—气体换热效果，可以在原烟气侧及净烟气侧各自通道内的换热管基管3-1外设置原烟气侧翅片3-2、净烟气侧翅片3-3，并通过调整两侧翅片的结构尺寸及间距来调整热管的热流密度，达到控制热管壁温，进一步达到避免酸露点腐蚀的目的。为了防止原烟气窜入净烟气，影响装置烟气环保达标排放。结合图3，在设备壳体的原烟气侧与净烟气侧之间设有双孔板密封结构12，热管元件3穿过双孔板12-1，上设密封块15，密封块15与双孔板12-1间采用密封焊15-1连接。双孔板密封结构12的密封腔体内，可从充氮口11充入氮气，比如20kpa的氮气，以进一步防止原烟气、净烟气互串，腔室设置氮气压力监测口9，监测信息送至dcs(分布式控制系统)，并设氮气安全阀口7，设置整定压力，比如氮气安全阀口7整定压力为35kpa，当腔室内氮气压力超过整定压力时，氮气安全阀口7打开进行泄压，防止腔内超压损坏热管元件3；又为避免中间腔室因温度的变化引起腔室压力变化，故中间腔室设置了一与外界连通的氮气排放口6，设备启停车过程中，中间腔室连通口截止阀开启后与大气相通，通过上述措施，更有力地保证了原烟气与净烟气之间的密封效果。
[0055]
值得说明的是，根据烟气成分的不同特性，有针对性的采用了不同型式的吹灰装置：结合原烟气侧温度高、含灰少，脱硫塔(如碱洗塔)出来净烟气温度低，易结盐堵塞的特点，分别在原烟气侧设置声波吹灰器4，净化烟气侧设置蒸汽吹灰器10，有效解决了设备积灰的问题。
[0056]
通过蒸汽—烟气加热器与烟气—烟气热管换热器的配合，使得换热管基管3-1的壁面温度均在低温露点以上，故换热管基管3-1材料可采用普通碳钢材料，进一步的，为增加设备寿命安全裕度，可采用nd钢换热管材料，设备成本得到了有效控制。
[0057]
实施例2
[0058]
结合图1，本实施例的一种带前置加热装置硫磺回收烟气换热系统，布置在硫磺回收装置尾部烟气处理单元，烟气经过脱硫(如钠碱法脱硫)后so2浓度达标排放，由于烟气脱硫后净烟气排放温度较低，后续烟道、烟囱及相关设备腐蚀风险很大。以下为具体的实施方式，以某炼厂硫磺回收装置尾气处理工艺为例，烟气的工艺路线图及各处温度(低负荷工况)如下：
[0059]
原烟气a(260℃)
→
烟气—烟气热管换热器(原烟气侧)
→
原烟气(160℃)
→
脱硫塔
→
净烟气(61℃)
→
蒸汽—烟气加热器
→
净烟气(89℃)
→
烟气—烟气热管换热器(净烟气侧)
→
净烟气b(185℃)。
[0060]
此工况下，蒸汽—烟气加热器内通过的过热蒸汽参数选择为：1.0mpa，250～280℃。
[0061]
从上述硫磺回收尾气处理的工艺路线及温度参数可以看出，增设蒸汽—烟气加热器后，脱硫烟气(净烟气)的温度从61℃被过热蒸汽加热到89℃后才进入烟气—烟气热管换热器，结合调整两侧翅片的传热面积比，灵活调节热管换热的热流密度，使净烟气侧、原烟气低温区域热管的壁温上升至烟气酸露点以上(净烟气露点温度：110℃，原烟气露点温度：125℃)，有效地防止热管的管壁发生露点腐蚀，提高了设备的使用寿命。净烟气被加热到185℃后排放，烟道、烟囱以及引风机等设备均不受到烟气酸露点的腐蚀影响。
[0062]
以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

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