一种高温气体热量回收、洗涤除尘设备及方法
技术领域
本发明涉及化工设备技术领域，具体地说是一种高温气体热量回收、洗涤除尘设备及方法。
背景技术
在化工生产中，高温含尘气体在进入下一工序前需进行降温、除尘，回收热量的同时脱除大部分固体颗粒，如果热量没有有效的回收利用途径，会增加系统能耗；而含尘气体中微米和亚微米级固体，不能采取有效的方法实现气固分离，达到排放或使用标准，大部分超细灰将被气体带入后工序，造成触媒、塔盘、填料堵塞等，影响长周期稳定运行，或者造成环境污染。
现有的流程或方法，单纯采用干法或湿法除灰或组合式，虽然大部分细灰脱除了，但是热量却不能很好的回收利用，而现有废锅流程结构复杂，运行稳定性差。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种高温气体热量回收、洗涤除尘设备及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高温气体热量回收、洗涤除尘设备，包括气体发生器、一级混合器、气液分离器、二级混合器和两段洗气塔，所述气体发生器、一级混合器、气液分离器、二级混合器和两段洗气塔之间依次通过导气管法兰连接，其特征在于：
所述气体发生器包括反应段、废锅段和激冷段，所述废锅段通过去废锅管线和出废锅管线与汽包连接，锅炉水通过去废锅管线进入废锅段，废锅段副产水蒸汽通过出废锅管线进入汽包；所述激冷段用以对废锅段一次降温后的高温气体进行洗涤除尘和二次降温，所述激冷段上部与一级混合器通过导气管连接，所述激冷段和一级混合器连接的导气管上设有气体发生器压力调节阀；
所述一级混合器和二级混合器，用以对高温气体进行再降温，增湿、增重、凝聚高温气体中的固体颗粒；
所述气液分离器，用以将高温气体中所含液滴及增湿、增重、凝聚后的固体颗粒分离；
所述两段洗气塔，用以洗涤高温气体，对高温气体做最后除尘处理。
优选的，所述废锅段包括壳体和辐射废锅，所述辐射废锅位于壳体内，且与壳体之间设有夹层；所述辐射废锅包括水冷壁，所述水冷壁从上而下依次连通的上部锥段水冷壁、中部直筒段水冷壁和下部锥段水冷壁，所述上部锥段水冷壁的上端和下部锥段水冷壁的下端分别设有上部入口段和下部出口段，所述上部入口段和下部出口段外侧分别设有上盘管和下盘管；所述中部直筒段水冷壁内壁设有辐射屏；所述去废锅管线包括去水冷壁管线、去辐射屏管线、去上盘管管线和去下盘管管线，所述出废锅管线包括出水冷壁管线、出辐射屏管线、出上盘管管线和出下盘管管线，所述水冷壁和辐射屏的入口端分别与第一下部给水集水箱和第二下部给水集水箱连接，所述第一下部给水集水箱和第二下部给水集水箱分别通过去水冷壁管线和去辐射屏管线与汽包连接；所述上盘管和下盘管的入口端分别与来自锅炉水管网的去上盘管管线和去下盘管管线连接，所述水冷壁和辐射屏的出口端分别与第一上部回水集水箱和第二上部回水集水箱连接，所述第一上部回水集水箱和第二上部回水集水箱分别通过出水冷壁管线和出辐射屏管线与汽包连接，所述上盘管和下盘管的出口端分别通过出上盘管管线和出下盘管管线与汽包连接；所述第一上部回水集水箱和第二上部回水集水箱位于所述中部直筒段水冷壁的上端，所述第一下部给水集水箱和第二下部给水集水箱位于所述中部直筒段水冷壁的下端。
优选的，所述汽包与来自锅炉水管网的去汽包管线连接，所述去汽包管线上设有汽包液位调节阀和锅炉给水流量计，所述汽包设有至少3个汽包液位计；所述汽包通过连接管线与连通的汽包排放管线和蒸汽管线连接，所述汽包排放管线上设有汽包排放管线压力调节阀，所述蒸汽管线上设有蒸汽管线压力调节阀和蒸汽流量计，所述汽包液位计、蒸汽流量计、锅炉给水流量计分别与汽包液位调节阀电性连接，并形成控制回路，进行三冲量调节，控制汽包液位和蒸汽产量。
进一步的，所述连接管线上设有压力表，所述压力表分别与汽包排放管线压力调节阀和蒸汽管线压力调节阀电性连接。
优选的，所述气液分离器的气体进口位于中上部，所述气体进口为切向进入，所述气液分离器内部设有上升管，所述上升管与位于气液分离器顶端中间的气体出口连通，所述上升管长度为气液分离器高度的2/3-1/2；所述气液分离器底端设有液体排放口，所述液体排放口连接含固水处理管线。
优选的，所述两段洗气塔分为上下两段，中间由隔板分开，下段为储水槽，所述储水槽设有分泡器，以防止液位波动，所述储水槽上部设有升气管，储水槽底端设有含固水出口，所述含固水出口连接含固水处理管线；上段为塔盘段，设有4-8层塔盘，每层塔盘上分别设有2或3路喷淋结构，所述塔盘段的顶端连接气体排出管线。
进一步的，所述一级混合器和二级混合器分别连接第一工艺水管线和第二工艺水管线，所述第一工艺水管线和第二工艺水管线上分别设有流量调节阀；所述塔盘的上部连接第三工艺水管线，所述塔盘的下部连接第四工艺水管线，所述塔盘段下部通过回用水管线与激冷段连接，所述回用水管线上设有泵送机构；所述储水槽连接第五工艺水管线。
一种高温气体热量回收方法，包括以下流程：
a、将来自锅炉水管网的低于120℃锅炉水通过去汽包管线进入汽包，锅炉水从汽包流出并分别经过去水冷壁管线和去辐射屏管线进入第一下部给水集水箱和第二下部给水集水箱，然后进入水冷壁和辐射屏，待水冷壁和辐射屏内锅炉水充满后，保持汽包内锅炉水为30-60％的液位；
b、将来自锅炉水管网的低于120℃锅炉水通过去上盘管管线和去下盘管管线分别进入上盘管和下盘管；
c、去水冷壁管线和去辐射屏管线内通入中压蒸汽，加热给水回路，水冷壁和辐射屏内的锅炉水升温后分别进入第一上部回水集水箱和第二上部回水集水箱，再经过出水冷壁管线和出辐射屏管线进入汽包内，汽包和水冷壁、辐射屏之间形成锅炉水循环回路，利用汽包排放管线压力调节阀控制汽包压力在0.3MPa以下；
d、待汽包内锅炉水温度升至125-135℃时，气体发生器反应段开始预热，待反应段温度升至与锅炉水温度一致后，停止输入中压蒸汽，利用反应段预热热量给锅炉水继续升温；升温过程可以将汽包压力缓慢提升，当压力升至0.5MPa时，缓慢打开汽包去低压蒸汽管网阀门；
e、水冷壁与壳体的夹层输入高压的氮气、CO2或反应气体作为保护气；气体发生器反应段投料，反应段生成的高温气体经过辐射废锅进入激冷段，在辐射废锅通过水冷壁和辐射屏换热，高温气体温度降低，辐射废锅内锅炉水吸收高温气体热量后被加热，温度不断升高，锅炉水被加热后形成的汽水混合物通过出水冷壁管线、出辐射屏管线、出上盘管管线和出下盘管管线进入汽包；
f、通过气体发生器压力调节阀将气体发生器内压力调节至工作压力1.5-9.0MPa，同时通过汽包排放管线压力调节阀调节汽包压力，汽包产生的蒸汽经蒸汽管线压力调节阀送至不同等级蒸汽管网。
一种高温气体洗涤除尘方法，包括以下流程：
a、高温气体通过废锅段后进入激冷段，在激冷段通过喷淋洗涤水和水浴的双重作用，对高温气体进行洗涤除尘和二次降温，洗涤除尘和二次降温后的高温气体通过导气管上的气体发生器压力调节阀送入一级混合器；
b、与高温气体温差小于100℃的低温工艺水经泵加压通过流量调节阀进入内嵌于一级混合器内的布水器，与气体流向呈30-60°夹角，布水器喷出水雾与高温气体相遇，对高温气体进行降温，高温气体中所含固体颗粒被增湿增重，含液滴及固体颗粒的高温气体经导气管进入气液分离器上部的气体进口；
c、含湿润增重固体颗粒及液滴的高温气体在气液分离器中旋转下降，通过离心力作用，气体中大部分夹带的固体颗粒及液滴被甩向气液分离器筒壁并粘附在筒壁上随气体下旋流动，沿壁进入气液分离器下部储液罐，气体向下旋转流动一定距离后沿气液分离器内的上升管到气体出口经导气管进入二级混合器；
d、在二级混合器内，将与含尘气体温差小于80℃的低温工艺水经泵加压通过流量调节阀进入内嵌于二级混合器内的布水器，与气体流向呈30-60°夹角，布水器喷出水雾与含尘气体相遇，对高温气体进行再降温，高温气体中所含的在气液分离器中未被分离的固体颗粒再次被润湿增重，含固体颗粒及液滴的高温气体经导气管进入两段洗气塔下段的储水槽；
e、高温气体于储水槽的水浴中初步洗涤后经过升气管进入两段洗气塔的塔盘段，通过塔盘上的喷淋结构喷淋的洗涤水与气相逆流接触，捕集高温气体中的固体颗粒，最终通过两段洗气塔顶端的气体排出管线排出固体颗粒含量在5mg/Nm3以内的气体。
进一步的，所述一级混合器和二级混合器的布水器的进水速度均大于8m/s，进入一级混合器和二级混合器的气流速度均大于50m/s。
本发明通过辐射废锅利用水冷壁辐射换热方式回收高温气体的显热，副产蒸汽，以提高能源利用效率；通过一级混合器、气液分离器、二级混合器和两段洗气塔对高温气体进行逐级降温除尘处理，最终排放出含尘浓度在5mg/Nm3以内的气体。
附图说明
构成本发明的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解。在附图中：
图1是本发明一种高温气体热量回收、洗涤除尘设备的结构示意图。
图2是本发明废锅段的内部结构放大图。
图中：1、反应段；2、废锅段；201、上部锥段水冷壁；202、中部直筒段水冷壁；203、下部锥段水冷壁；204、辐射屏；205、上部入口段；206、下部出口段；207、上盘管；208、下盘管；209、第一下部给水集水箱；210、第二下部给水集水箱；211、第一上部回水集水箱；212、第二上部回水集水箱；3、激冷段；4、去水冷壁管线；5、去辐射屏管线；6、去上盘管管线；7、去下盘管管线；8、出水冷壁管线；9、出辐射屏管线；10、出上盘管管线；11、出下盘管管线；12、气体发生器压力调节阀；13、汽包；14、去汽包管线；15、锅炉给水流量计；16、汽包液位调节阀；17、汽包排放管线；18、汽包排放管线压力调节阀；19、蒸汽管线；20、蒸汽管线压力调节阀；21、汽包液位计；22、蒸汽流量计；23、一级混合器；24、气液分离器；25、上升管；26、二级混合器；27、储水槽；28、升气管；29、塔盘段；30、气体排出管线；31、第一工艺水管线；32、第二工艺水管线；33、含固水处理管线；34、第三工艺水管线；35、第四工艺水管线；36、回用水管线；37、第五工艺水管线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所指高温气体是指气体发生器反应段1燃烧反应后产生的反应气体。
如图1和2所示，一种高温气体热量回收、洗涤除尘设备，包括气体发生器、一级混合器23、气液分离器24、二级混合器26和两段洗气塔，所述气体发生器、一级混合器23、气液分离器24、二级混合器26和两段洗气塔之间依次通过导气管法兰连接，
所述气体发生器包括反应段1、废锅段2和激冷段3，所述废锅段2通过去废锅管线和出废锅管线与汽包13连接，锅炉水通过去废锅管线进入废锅段2，废锅段2副产水蒸汽通过出废锅管线进入汽包13；所述激冷段3用以对废锅段2降温后的高温气体进行洗涤除尘和再降温，可降温400℃以上，所述激冷段3上部与一级混合器23通过导气管连接，所述激冷段3和一级混合器23连接的导气管上设有气体发生器压力调节阀12；
所述一级混合器23和二级混合器26，用以对高温气体进行降温、增湿、增重、凝聚气体中固体颗粒；
所述气液分离器24，用以分离高温气体中增湿增重后的固体颗粒和液滴；
所述两段洗气塔，用以洗涤高温气体，对高温气体做最后除尘处理。
所述去废锅管线包括去水冷壁管线4、去辐射屏管线5、去上盘管管线6和去下盘管管线7，所述出废锅管线包括出水冷壁管线8、出辐射屏管线9、出上盘管管线10和出下盘管管线11；所述废锅段2包括壳体和辐射废锅，所述辐射废锅位于壳体内，且与壳体之间设有夹层；所述辐射废锅包括水冷壁，所述水冷壁从上而下依次连通的上部锥段水冷壁201、中部直筒段水冷壁202和下部锥段水冷壁203，所述上部锥段水冷壁201的上端和下部锥段水冷壁203的下端分别设有上部入口段205和下部出口段206，所述上部入口段205和下部出口段206外侧分别设有上盘管207和下盘管208；所述中部直筒段水冷壁202内壁设有辐射屏204，所述水冷壁和辐射屏204的入口端分别与第一下部给水集水箱209和第二下部给水集水箱210连接，所述第一下部给水集水箱209和第二下部给水集水箱210分别通过去水冷壁管线4和去辐射屏管线5与汽包13连接；所述上盘管207和下盘管208的入口端分别与来自锅炉水管网的去上盘管管线6和去下盘管管线7连接，所述水冷壁和辐射屏204的出口端分别与第一上部回水集水箱211和第二上部回水集水箱212连接，所述第一上部回水集水箱211和第二上部回水集水箱212分别通过出水冷壁管线8和出辐射屏管线9与汽包连接，所述上盘管207和下盘管208的出口端分别通过出上盘管管线10和出下盘管管线11与汽包13连接；所述第一上部回水集水箱211和第二上部回水集水箱212位于所述中部直筒段水冷壁202的上端，所述第一下部给水集水箱209和第二下部给水集水箱210位于所述中部直筒段水冷壁202的下端。
所述汽包13与来自锅炉水管网的去汽包管线14连接，所述去汽包管线14上设有汽包液位调节阀16和锅炉给水流量计15，所述汽包13设有至少3个汽包液位计21；所述汽包13通过连接管线与连通的汽包排放管线17和蒸汽管线19连接，所述汽包排放管线17上设有汽包排放管线压力调节阀18，所述蒸汽管线19上设有蒸汽管线压力调节阀20和蒸汽流量计22，所述汽包液位计21、蒸汽流量计22、锅炉给水流量计15分别与汽包液位调节阀16电性连接，并形成控制回路，进行三冲量调节，控制汽包13液位和蒸汽产量。所述连接管线上设有压力表，所述压力表分别与汽包排放管线压力调节阀18和蒸汽管线压力调节阀20电性连接。
所述气液分离器24的气体进口位于中上部，所述气体进口为切向进入或垂直进入后通过导向装置改为切向，所述气液分离器24内部设有上升管25，所述上升管25与位于气液分离器24顶端中间的气体出口连通，所述上升管25长度为气液分离器24高度的2/3-1/2；所述气液分离器24底端设有液体排放口，所述液体排放口连接含固水处理管线33。
所述两段洗气塔分为上下两段，中间由隔板分开，下段为储水槽27，所述储水槽27设有分泡器，以防止液位波动，所述储水槽27上部设有升气管28，储水槽27底端设有含固水出口，所述含固水出口连接含固水处理管线33；上段为塔盘段29，设有4-8层塔盘，每层塔盘上分别设有2或3路喷淋结构，所述塔盘段29的顶端连接气体排出管线30。
含固水处理管线33将气液分离器24和两段洗气塔洗涤过程因分离和铺集形成的含固水送入含固水处理工段进一步处理，从而浓缩含固水、回收热量，最终固液分离，低温澄清水可以进行循环利用。
所述一级混合器23和二级混合器26分别连接第一工艺水管线31和第二工艺水管线32，所述第一工艺水管线31和第二工艺水管线32上分别设有流量调节阀；所述塔盘的上部连接第三工艺水管线34，所述塔盘的下部连接第四工艺水管线35，所述塔盘段下部通过回用水管线36与激冷段3连接，所述回用水管线36上设有泵送机构；所述储水槽27连接第五工艺水管线37。
水冷壁与壳体间夹层通有保护气，开车前通入高压的氮气或CO2或其他气体，包括反应气体或其他非易燃易爆气体，反应气体指气体发生器反应段1燃烧反应生成的气体。控制方案是废锅段上部进行废锅段炉内与夹层压差测量，该测量与保护气压力调节阀形成控制回路，使夹层内压力始终微高于废锅内部压力，防止高温气体泄露进入夹层。
一种高温气体热量回收方法，包括以下流程：
a、将来自锅炉水管网的低于120℃锅炉水通过去汽包管线14进入汽包13，锅炉水从汽包13流出并分别经过去水冷壁管线4和去辐射屏管线5进入第一下部给水集水箱209和第二下部给水集水箱210，然后进入水冷壁和辐射屏204，待水冷壁和辐射屏204内锅炉水充满后，保持汽包13内锅炉水为30-60％的液位；
b、将来自锅炉水管网的低于120℃锅炉水通过去上盘管管线6和去下盘管管线7分别进入上盘管207和下盘管208；
c、去水冷壁管线4和去辐射屏管线5内通入中压蒸汽，加热给水回路，水冷壁和辐射屏204内的锅炉水升温后分别进入第一上部回水集水箱211和第二上部回水集水箱212，再经过出水冷壁管线8和出辐射屏管线9进入汽包13内，汽包13和水冷壁、辐射屏204之间形成锅炉水循环回路，利用汽包排放管线压力调节阀18控制汽包压力在0.3MPa以下；去水冷壁管线4和去辐射屏管线5通入中压蒸汽，为给水加温提供动能。
d、待汽包13内锅炉水温度升至125-135℃时，气体发生器反应段1开始预热，待反应段1温度升至与锅炉水温度一致后，停止输入中压蒸汽，利用反应段1预热热量给锅炉水继续升温；升温过程可以将汽包13压力缓慢提升，当压力升至0.5MPa时，缓慢打开汽包13去低压蒸汽管网阀门；
e、水冷壁与壳体的夹层输入高压的氮气、CO2或其他反应气体作为保护气；气体发生器反应段1投料，反应段1生成的高温气体经过辐射废锅进入激冷段3，在辐射废锅通过水冷壁和辐射屏204换热，高温气体温度降低(一次降温)，辐射废锅内锅炉水吸收高温气体热量后被加热，温度不断升高，锅炉水被加热后形成的汽水混合物通过出水冷壁管线8、出辐射屏管线9、出上盘管管线10和出下盘管管线11进入汽包13；
f、通过气体发生器压力调节阀12将气体发生器内压力调节至工作压力1.5-9.0MPa，同时通过汽包排放管线压力调节阀18调节汽包13压力，汽包13产生的蒸汽根据需要经蒸汽管线压力调节阀20送至不同等级蒸汽管网。
一种高温气体洗涤除尘方法，包括以下流程：
a、高温气体通过废锅段2后进入激冷段3，在激冷段3通过喷淋洗涤水和水浴的双重作用，对高温气体进行洗涤除尘和二次降温，洗涤除尘和二次降温后的高温气体通过导气管上的气体发生器压力调节阀12送入一级混合器23；
b、与高温气体温差小于100℃的低温工艺水经泵加压通过流量调节阀进入内嵌于一级混合器23内的布水器，与气体流向呈30-60°夹角，布水器喷出水雾与高温气体相遇，对高温气体进行降温，使部分水蒸汽包裹灰颗粒冷凝，同时雾化后的液滴与液滴之间、液滴与气体中夹带的灰粒之间剧烈碰撞，使灰粒增湿，并得以长大，加大与气体质量差距，生成含湿润增重后液滴混合物的高温气体经导气管进入气液分离器24上部的气体进口；布水器上开有一定数量的3～6mm直径的小孔，开孔方向与气体进口相对，与中心线成30°～60°夹角，一级混合器19内设锥形导流管及中心套管，作为气体通道。
c、气液分离器24的气体进口为切向进入或垂直进入后通过导向装置改为切向，使高温气体进入气液分离器24后，含湿润增重后液滴混合物的高温气体在气液分离器24中旋转下降，通过离心力作用，气体中大部分夹带细灰液滴被甩向气液分离器24筒壁并粘附在筒壁上随气体下旋流动，沿壁进入气液分离器24下部储液罐，气体向下旋转流动一定距离后沿气液分离器24内的上升管25到气体出口经导气管进入二级混合器26；
d、在二级混合器26与一级混合器23结构相同，在二级混合器26内，将与含尘气体温差小于80℃的低温工艺水经泵加压通过流量调节阀进入内嵌于二级混合器26内的布水器，水流速度可视情况适当增大，与气体流向呈30-60°夹角，布水器喷出水雾与含尘气体相遇，对高温气体进行再降温，并再次生成含湿润增重后液滴混合物的高温气体，高温气体经导气管进入两段洗气塔下段的储水槽27；
e、高温气体于储水槽27的水浴中初步洗涤，剩余部分微米级及部分亚微米级细灰被脱除，然后经过升气管28进入两段洗气塔的塔盘段29，通过塔盘上的喷淋结构喷出的洗涤水与气相逆流接触，进行进一步洗涤、除灰，除去气体中大部分亚微米级超细灰，最终通过两段洗气塔顶端的气体排出管线30排出细灰含量在5mg/Nm3以内的气体。
所述一级混合器23、二级混合器26的布水器的进水速度均大于8m/s，进入一级混合器23、二级混合器26的气流速度均大于50m/s。
上层塔盘喷淋水为较干净的工艺水，通过第三工艺水管线34进入，下部塔盘喷淋洗涤水为工艺回用水，通过第四工艺水管线35进入；储水槽27内用水为从第五工艺水管线37进入的工艺回用水。高温气体沿导气管进入下段洗气塔储水槽27的水浴液面以下洗涤，再经升气管28进入上段塔盘段29，与塔盘上的喷淋结构喷出的喷淋水直接接触，再由塔盘段29顶部气体排出管线30排出，此时高温气体达到了回收热量、除尘目的，细灰含量一般可控制在5mg/Nm3以内。两段洗气塔上段和下段分别设有液位计，用以检测液位，塔盘段29洗涤水较清洁，可直接用作系统高温回用水经泵送机构送至气体发生器的激冷段3循环使用。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
