一种烟气脱硫塔与余热回收耦合的换热装置的制作方法

本发明涉及烟气余热回收及环保设备，具体为一种烟气脱硫塔与余热回收耦合的换热装置。

背景技术：

1、在石灰石-石膏湿法脱硫工艺中，经喷淋洗涤后的净饱和湿烟气温度通常为45~55℃，其中含有大量水蒸气潜热。直接排入大气不仅造成巨大的能量浪费，且因湿烟气与冷空气混合后形成“白色烟羽”，造成严重的视觉污染和局部污染加重问题。

2、当前，针对脱硫烟气余热回收的主流技术路线分为两类：

3、其一，塔外布置式换热器。该类设备置于脱硫塔出口烟道中，虽便于检修，但存在显著弊端：（1）低温烟气对金属换热管造成严重露点腐蚀，使用寿命普遍不足3年；（2）烟气中残余的浆液液滴及粉尘在换热管表面沉积结垢，导致传热热阻急剧增大，换热性能衰减率高达40%~60%；（3）设备占地大、烟道改造成本高、系统阻力增加800~1500pa，严重影响引风机出力。

4、其二，塔内直接布置式换热器。该方案在实际运行中出现严重问题：（1）金属管材无法耐受脱硫后烟气中残留的酸性冷凝液，管壁迅速腐蚀穿孔；（2）上升烟气携带的石膏浆液细微颗粒在管壁碰撞沉积，形成致密垢层，导致传热系数在运行1~2个月内下降70%以上；（3）管束为常规圆管顺排布置，壳程烟气横掠管束时流动分离严重、压降大，且管束间流速分布不均，边缘区域换热效果极差。

5、近年来，部分研究开始关注氟塑料作为换热基材的耐腐蚀优势。然而，氟塑料导热系数仅为金属的1/300，直接照搬金属换热器的管型及排布方式，其换热效率远无法满足工业要求。此外，现有脱硫塔内换热装置缺乏有效的在线除垢手段，一旦结垢，必须停塔人工高压水清洗，造成巨大的生产损失。

6、针对上述技术瓶颈，如何设计一种既能充分利用氟塑料耐腐蚀特性、又能通过结构创新弥补其导热不足、同时兼具自清洁功能的塔内换热装置，是本领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种烟气脱硫塔与余热回收耦合的换热装置。

2、第一方面，本技术提供的一种烟气脱硫塔与余热回收耦合的换热装置采用如下的技术方案：包括脱硫塔本体，所述脱硫塔本体内由下至上依次设有浆液池、烟气进口、喷淋层和除雾器，还包括设置于所述除雾器上方的余热回收换热段；

3、所述余热回收换热段包括固接于脱硫塔本体内壁的环形承重支架、固定于环形承重支架上的下管板、平行设置于下管板上方的上管板，以及竖直连接于上管板和下管板之间的换热管束，上管板和下管板之间通过多根竖直设置的拉杆螺栓固定连接并保持预定间距；

4、所述下管板下方密封连接有下联箱，所述上管板上方密封连接有上联箱；所述下联箱设有冷介质进口，所述上联箱设有热介质出口；

5、所述余热回收换热段还包括套装于所述换热管束外围的折返式导流筒，所述换热管内腔设有静态混合内插件；

6、所述余热回收换热段还包括设置于换热管束侧方及相邻管排间隙中的多个脉冲冲洗喷头；

7、所述环形承重支架内侧边缘设有环形容纳槽，环形容纳槽连接有排液管。

8、通过采用上述技术方案，环形承重支架、上下管板、联箱及换热管束构成稳定的管壳式换热结构，冷却水经下联箱分配至各换热管、吸收热量后汇集至上联箱送出，形成竖直流向的逆流换热布局；折返式导流筒使烟气多次横掠管束延长换热路径，静态混合插件破坏管内层流底层强化管内换热，脉冲冲洗喷头实现管壁在线清洁，环形容纳槽收集冷凝液及冲洗水并集中排出，各部件协同构成完整的防腐防堵余热回收系统。

9、优选的，所述换热管束由多根横截面为椭圆形的氟塑料管构成，椭圆长轴与短轴长度之比为1.5~2.5:1；多根所述换热管在管板平面上按正三角形错列布置，相邻管排的椭圆长轴方向相互垂直交替排列，所述椭圆氟塑料管的外壁面设有沿管长方向延伸的微肋结构641，微肋高度为0.2~0.5mm、肋间距为0.5~1.5mm，所述折返式导流筒由多层同轴套设的环形折流板构成，各层环形折流板671呈上、下交错布置，形成“s”型折返气流通道，所述脉冲冲洗喷头连接至外部高压水源，其喷射方向斜向下对准换热管外壁，所述环形折流板的径向宽度自下而上逐级递增，递增幅度为每级3%~8%。

10、通过采用上述技术方案，椭圆管截面使烟气绕流时边界层减薄、流动分离抑制，配合微肋结构增加换热面积并提供凝结核心，强化了烟气侧凝结换热；氟塑料材质从根本上耐受酸性冷凝液腐蚀；交叉错列排布使相邻管排长短轴交替迎风产生逐级强化效果；折返流道延长换热路径；脉冲冲洗喷头在线剥离石膏垢层；环形折流板宽度逐级递增匹配烟气体积收缩、维持流速均匀。

11、优选的，所述余热回收换热段还包括压差反馈冲洗控制装置，当检测到换热管束烟气侧进出口压差超过设定阈值时，所述压差反馈冲洗控制装置自动触发脉冲冲洗喷头按顺序进行脉冲冲洗。

12、通过采用上述技术方案，压差反馈冲洗控制装置通过实时监测换热管束烟气侧进出口压差，在压差超过设定阈值时自动触发顺序脉冲冲洗，实现按需自清洁，避免定时冲洗在水耗和运行干扰上的浪费，确保换热装置始终在低垢阻状态下运行，延长连续运行周期。

13、优选的，所述静态混合内插件为左旋与右旋交替排列的螺旋扭曲片组，每组包含2~4个扭曲片，且相邻两片之间设有间隔段。

14、通过采用上述技术方案，左旋与右旋交替排列的螺旋扭曲片组使管内冷却水产生交替反向旋转，形成“分割、转向、汇合、再分割”的循环混合过程，持续破坏管内壁层流底层，显著增强径向混合和对流传热系数，消除氟塑料管因导热系数低而产生的管内热阻瓶颈。

15、优选的，所述脉冲冲洗喷头的喷射压力为1.0~2.5mpa，脉冲频率为0.5~2.0hz，喷头出口为扇形喷嘴，喷射方向与水平面呈30°~45°夹角向下。

16、通过采用上述技术方案，脉冲冲洗喷头以高压水和脉冲频率冲击管壁，利用水锤效应和振荡波剥离石膏垢层；扇形喷嘴确保覆盖范围宽泛，脉冲喷射的间歇性特征使冲洗后残留水膜在热烟气吹拂下迅速蒸发，不影响持续换热。

17、优选的，所述换热管的壁厚为0.8~1.5mm，椭圆长轴长度为25~40mm、短轴长度为10~20mm，横向管间距与椭圆长轴长度之比为1.3~1.8、纵向管间距与椭圆短轴长度之比为1.5~2.2。

18、通过采用上述技术方案，换热管壁厚0.8~1.5mm在保证耐压强度前提下尽量减薄以降低导热热阻；椭圆长轴25~40mm、短轴10~20mm及1.5~2.5:1的椭圆度范围，兼顾管材成型工艺可行性、烟气流动分离抑制效果和单位体积换热面积的最优匹配；管间距比的限定保证烟气冲刷扰动强度和壳程压降之间的平衡。

19、优选的，所述上管板和下管板与换热管的连接处采用胀接加氟橡胶o型圈双重密封结构。

20、通过采用上述技术方案，胀接加氟橡胶o型圈双重密封结构中，机械胀接提供第一道密封屏障，氟橡胶o型圈被压缩后形成第二道弹性密封屏障，同时补偿氟塑料换热管与金属管板之间因温度变化产生的热膨胀差，确保管程冷却水与壳程烟气完全隔离。

21、优选的，所述脉冲冲洗喷头布置于每一管排间隙的中间高度位置，相邻喷头的喷射覆盖区域在管束外壁面存在10%~20%的重叠。

22、通过采用上述技术方案，脉冲冲洗喷头布置于每一管排间隙的中间高度位置，同时覆盖上下相邻两排管束外壁面；相邻喷头10%~20%的重叠覆盖区域确保扇形喷射面无缝衔接、不留清洁死角，保证全部换热管外壁面均能受到有效冲刷。

23、优选的，所述压差反馈冲洗控制装置包括dcs控制单元及压差变送器，所述压差变送器的设定阈值为初始压差的1.3倍，单次冲洗周期为5~15分钟，每个喷头的单次脉冲持续10~30秒，脉冲冲洗的触发顺序为从外层管排间隙向内层管排间隙逐层推进；dcs控制单元还连接有温度传感器，根据进出水温差及压差信号综合判断结垢程度，动态调整冲洗频率和持续时间。

24、通过采用上述技术方案，压差反馈冲洗控制装置以初始压差1.3倍为触发阈值，结合进出水温差综合判断结垢程度，确保在换热效率前提下最大限度减少冲洗频次和水耗；冲洗周期5~15分钟、脉冲10~30秒及从外层向内层逐层推进的触发顺序，避免了全部喷头同时开启导致的瞬时水压不足和烟气流动干扰，实现有序、稳定、节水的在线自清洁。

25、优选的，所述温度传感器设置有多个，分别设置于冷介质进口处和热介质出口处，各温度传感器通过信号电缆与dcs控制单元电性连接，用于检测冷却水的进水和出水温度，所述压差变送器的高压侧取压口设置于折返式导流筒的烟气入口侧、低压侧取压口设置于折返式导流筒的烟气出口侧，压差变送器通过信号电缆与dcs控制单元电性连接，用于检测换热管束烟气侧的进出口压差。

26、通过采用上述技术方案，冷介质进口和热介质出口处的温度传感器实时检测进出水温度，压差变送器的高压侧和低压侧取压口分别设置于导流筒烟气入口侧和出口侧，各传感器通过信号电缆与dcs控制单元电性连接，构建完整的温度、压差双参数监测网络，为结垢程度和换热效率衰减状态的综合判断提供精确数据基础，实现智能化的冲洗策略动态调整。

27、综上所述，本技术包括以下有益技术效果：

28、1.通过采用椭圆截面氟塑料管替代金属圆管，从根本上耐受脱硫后酸性冷凝液的腐蚀；同时通过椭圆管短轴迎风减薄边界层、微肋结构增加换热面积并提供凝结核心、交叉错列排布强化流动扰动的三重协同机制，弥补了氟塑料导热系数低的材料缺陷；

29、2.通过多层环形折流板构成“s”型折返气流通道，使烟气在仅1.5~3.0m的塔体高度内多次横掠换热管束，有效换热路径延长2~3倍；环形折流板径向宽度自下而上逐级递增3%~8%，匹配烟气降温导致的体积收缩，确保各通道流速均匀；

30、3.采用压差反馈式顺序脉冲冲洗策略；当压差超过初始值1.3倍时，dcs控制单元自动触发脉冲冲洗，利用水锤效应和振荡波剥离石膏垢层；间歇性脉冲喷射使冲洗后管壁水膜迅速蒸发，不影响持续换热。