具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种置换烟气余热的气体预热系统，包括用于连接烟气入口管路A1的第一塔1、第二塔2、气体介质输送管路B1以及气体介质出口管路B2，所述第一塔1底部通过第一输送管路与所述第二塔2内的第二喷淋装6置连接，所述第二塔2底部通过第二输送管路与所述第一塔1内的换热装置连接；所述第二塔2上连接有气体介质出口管路B2，所述气体介质输送管路B1分别连接第一支路B11和第二支路B12，所述第一支路B11与所述第二塔B12连接，所述第二支路B12与所述气体介质出口管路B2连接。

其中，本实施例的换热装置可以选择换热器的间接换热方式，也可以选择喷洒方式进行直接换热。优选的，所述换热装置包括第一喷淋装置5。

本实施例第二支路B12输送干燥的高温气体与气体介质出口管路B2输出的高温湿气体混合得到未饱和气体。第二支路B12输送干燥的高温气体可以直接来自上游的高温气体，也可以采用加热装置加热获得干燥的高温气体，具体参见实施例2。

本实施例的气体预热系统可以用来预热空气、氮气或其他需要被预热的气体。该系统包括3个以水(也可以采用其他液体介质)为液体介质的热量转移模块，分别为作为高温湿烟气放热模块的第一塔1、作为气体吸热模块的第二塔2以及作为气体旁路的第二支路B12。各个热量转移模块之间通过管路等实现介质的输送，气体介质输送管路B1的第一分支B11是作为直接换热空气管路使用，第二分支B12作为间接换热空气管路使用。具体热量转移过程为：脱硫后的高温湿烟气从第一塔1的中下部进入到第一塔1中，与第一喷淋装置5喷洒的喷洒液在第一塔1内直接接触完成换热过程，高温湿烟气的热量被喷洒液吸收，温度降低，高温湿烟气中的冷凝液汇同喷洒液，落入到第一塔1底部形成热交换液，降温后的净烟气从第一塔1内排出。其中，气体通过气体介质输送管路B1的第一分支从第二塔2的中下部进入到第二塔2内，与从第一塔1输送到第二塔2内经第二喷淋装置6喷淋的热交换液直接接触，热交换液的热量被气体吸收，气体温度升高，热交换液温度降低后落入到第二塔2底部形成喷洒液输送回第一塔1内的第一喷淋装置再次喷洒使用。气体在第二塔2内被加热湿化后，流出第二塔。另外，气体介质输送管路B1的第二分支B12输送来的气体，与第二塔2流出的热湿气体混合，形成未饱和热气体，输送到外部设备利用，例如可以输送到锅炉或其他需要使用热气体的设备等。

本实施例中，第一塔1是喷洒液和高温湿烟气形成的竖向或横向的换热装置，喷洒液与高温湿烟气在第一塔1内直接接触换热，第一塔1采用空段结构，或者也可以不采用空段结构而设置填料。第二塔是热交换液和气体形成的竖向或横向的换热装置，热交换液与气体直接接触换热，第二塔2采用空段结构，或者也可以不采用空段结构而设置填料。

如图1所示，本实施例的一个具体方案为，气体预热系统还包括烟气入口管路A1和烟气出口管路A2，所述烟气入口管路A1与所述第一塔1侧壁连接，所述烟气出口管路A2与所述第一塔1的顶部连接。可以通过烟气入口管路将经过脱硫的高温烟气通入到第一塔内，可以通过烟气出口管路将经过喷淋降温以及进一步脱硫的烟气输出第一塔。

如图1所示，本实施例的所述第一输送管路以及第二输送管路上分别连接有输送泵。如图1所示，所述第一输送管路上连接有第一输送泵3，利用第一输送泵3驱动的热交换液与气体接触，对气体进行热交换；所述第二输送管路上连接有第二输送泵4，第二输送泵4驱动喷洒液与高温净烟气接触，吸收原湿烟气中的热量，高温净烟气温度降低。可以通过输送泵对第一塔底部的热交换液以及第二塔底部的喷淋液进行输送，输送泵可以增加第一塔以及第二塔内的循环换热效果。喷洒液与高温净烟气冷凝换热过程中，高温净烟气被进一步洗涤，净烟气中的SO₂、尘、可凝结性颗粒物等污染物被进一步脱除。高温净烟气降低温度，饱和水蒸气分压被降低，回收大量冷凝水，补贴其他设备用水，降低用水量。高温净烟气水分含量减低，可以减少或消除净烟道的“白色烟羽”现象。第一输送泵3将含有热源的热交换液输送到第二塔，在第二塔内与气体接触，气体在第二塔内吸收热交换液带来的热量，完成升温。

本实施例的所述第一喷淋装置5的喷洒液是液体吸热介质，从高温湿烟气中吸收热量，自身温度升高，喷洒液可以采用清水或碱性溶液，碱性溶液可以为氢氧化钙溶液、碳酸钠溶液或其他碱性溶液。喷洒液吸热升温后作为热交换液输送到第二塔2内。热交换液作为第二塔2中的液体放热介质，将热量直接传递给气体，自身温度降低。喷洒液以及热交换液分别经过第一喷淋装置5和第二喷淋装置6施加一定压力喷洒，形成细小颗粒来完成热量置换过程，第一喷淋装置5和第二喷淋专职6可以采用喷嘴，也可以采用其他喷洒方式。

本实施例的所述第一喷淋装置5以及第二喷淋装置6喷射的水雾液滴粒径小于100μm。第一喷淋装置5以及第二喷淋装置6喷洒的水雾液滴粒径小于100μm，具有非常大的传热系数，从而能在极短的时间(烟气经由入口管道进入第一塔的时间)内吸收烟气中的热量，降低烟气的温度。同时，液滴接触烟气中残存的二氧化硫，会吸收烟气中的二氧化硫，进入喷淋液中，进一步降低烟气中的二氧化硫含量；同时，由于原湿烟气的温度降低，烟气中含有的水蒸汽部分被冷凝，形成冷凝液，混合在喷淋液中；喷淋液进一步接触烟气中含有的微尘，使微尘吸附在冷凝液的液滴上，降低了烟气中的微尘含量。

本实施例的气体预热系统，包括以液体为介质吸收、释放热量的两个模块(第一塔、第二塔以及相关部件)，通过第一个模块，液体介质吸收热高温湿烟气中的热量，液体介质温度升高，升高温度后的液体介质，进入到第二个模块，与进入第二模块的气体直接接触，将液体介质中的热量传递给气体，从而气体温度得到提升，达到置换烟气余热的目的。第一个热量置换过程中，高温湿烟气温度降低，由于冷凝原因，湿烟气中的水蒸气凝结成水，汇集到液体介质中，起到回收水的作用，并使烟气中水蒸气含量显著降低，起到减弱白色烟羽的目的，更有利于烟气的排放；第二个热量置换过程中，气体被直接换热升温，同时增设一路间接换热旁路，将热的干气体与直接换热的气体混合，防止饱和湿热气体有水滴凝结，升温后的气体，可以被其他系统利用；通过这两个模块的热量置换过程，完成烟气余热利用的功能。本实施例利用液体介质将净烟气侧低温低品质余热转移至气体侧，完成气体预热，实现热回收过程。本实施例以道尔顿水蒸气分压理论为基础，采用冷源吸收湿饱和烟气热量，然后再将热量专递给冷气体的技术措施，实现原饱和烟气降温、水蒸气析出、同时释放汽化潜热，吸收原烟气中剩余二氧化硫和灰尘颗粒，使脱硫、除尘效率大幅提升、并将热量传递给气体，输送到锅炉内，提高锅炉的送风温度，从而提高其效率的，从而大幅降低锅炉运行成本。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例的气体预热系统还包括加热装置7。在第二塔2内经过热交换的第二气体可以通过气体介质出口管路B2与外部设备连接，经过加热装置7加热的第二气体通过第二支路B12汇流到气体介质出口管路B2，两种不同状态的第二气体混合后得到未饱和高温气体进入外部设备利用。

所述加热装置7可以只采用加热器，也可以只采用换热器，也可以同时采用加热器和换热器。当采用加热器对第二支路B12进行加热时，加热器可以采用电加热、电磁加热、蒸汽加热等方式。当采用换热器对第二支路B12进行加热时，可以将换热器的管程与热交换管路进行连接，将换热器的壳程与第二支路连接。本实施例的气体介质输送管路B1的第二支路B12作为气体旁路加热的间接换热器，气体不与加热介质直接接触，加热后的气体，湿度不增加，换热器的热源可以是第一塔1输送来的热交换液，换热器的热源也可以采用其他热源。

本实施例的一个优选方案为，所述第一输送管路上连接有第一分支管路和第二分支管路，所述第一分支管路与所述第二塔2内的第二喷淋装置6连接，所述第二分支管路与所述第二塔2顶部连接，所述第二分支管路的中部作为热交换管路与所述换热器的管程连接。可以采用第二分支管路中部段作为热交换管路与换热器的管程连接来对第二支管进行加热，即采用第一塔底部经过热交换的高温热交换液来对第二支路的气体进行加热。气体介质出口管路B2内的气体是经过第二塔2流出热湿气体以及加热装置7加热后气体的混合物，是非饱和气体。所述换热器的管程与所述第二分支管路连接，换热器是利用第一塔1内经过热交换的热交换液来对气体进行加热，与气体经过热交换的热交换液回流到第二塔2内作为喷洒液输送到第一塔1内使用。

气体在第二塔内升温分为两部分，一部分在第二塔内直接与液体介质接触完成升温过程；另一部分通过加热装置加热，完成升温过程。在第二塔内，一部分气体升温过程中，热交换液介质挥发至空气中，使气体达到饱和状态；另一部分干燥加热气体同第二塔排出的饱和气体混合，组成非饱和气体，降低气体湿度，防止有液滴凝结出来，用以保证升温气体输送过程中设备、管道等防结露、运行过程的安全需要。

实施例3

本实施例的一种置换烟气余热的空气预热方法，包括以下步骤：

S1，脱硫后的烟气输送进入第一塔1内，与第一塔1内的换热装置直接接触，烟气的热量被换热装置内的换热介质吸收，烟气中的冷凝液落入到第一塔1底部，冷凝液以及换热装置内的换热介质分别作为热交换液通过第二输送管路输送到第二塔2内，得到热交换后的烟气从第一塔1排出；

S2，气体介质通过气体介质输送管路B1的第一支路B11进入到第二塔2内，与第二喷淋装置6的喷洒的热交换液直接接触进行热交换，得到加热湿化的第一气体以及液体介质，通过第二输送管路将液体介质输送到第一塔1内的换热装置中作为换热介质；

S3，通过气体介质输送管路B1的第二支路B12输送的第二气体与第二塔上的气体介质出口管路内的第一气体汇流混合后利用。

本实施例的换热装置可以选择换热器的间接换热方式，也可以选择喷洒方式进行直接换热。优选的，所述换热装置包括第一喷淋装置5；S1中，脱硫后的烟气输送进入第一塔1内，与第一喷淋装置5喷洒的液体介质直接接触，烟气的热量被液体介质吸收，烟气中的冷凝液汇同液体介质落入到第一塔1底部形成热交换液。第一喷淋装置5喷洒的液体介质即为实施例1、实施例2中表述的喷洒液。

本实施例第二支路B12可以直接输送干燥的高温气体与气体介质出口管路B2输出的高温湿气体混合得到未饱和气体。

本实施例的空气预热方法，包括以液体为介质吸收、释放热量的两个模块(第一塔、第二塔以及相关部件)，通过第一个模块，液体介质吸收热高温湿烟气中的热量，液体介质温度升高，升高温度后的液体介质，进入到第二个模块，与进入第二模块的气体直接接触，将液体介质中的热量传递给气体，从而气体温度得到提升，达到置换烟气余热的目的。第一个热量置换过程中，高温湿烟气温度降低，由于冷凝原因，湿烟气中的水蒸气凝结成水，汇集到液体介质中，起到回收水的作用，并使烟气中水蒸气含量显著降低，起到减弱白色烟羽的目的，更有利于烟气的排放；第二个热量置换过程中，气体被直接换热升温，同时增设一路间接换热旁路，将热的干气体与直接换热的气体混合，防止饱和湿热气体有水滴凝结，升温后的气体，可以被其他系统利用；通过这两个模块的热量置换过程，完成烟气余热利用的功能。本实施例以道尔顿水蒸气分压理论为基础，采用冷源吸收湿饱和烟气热量，然后再将热量专递给冷气体的技术措施，实现原饱和烟气降温、水蒸气析出、同时释放汽化潜热，吸收原烟气中剩余二氧化硫和灰尘颗粒，使脱硫、除尘效率大幅提升、并将热量传递给气体，输送到锅炉内，提高锅炉的送风温度，从而提高其效率的，从而大幅降低锅炉运行成本。

实施例4

在实施例3的基础上，S3中，可以采用加热装置7对第二支路B12进行加热，使第二支路B12的气体升温为干燥的高温气体。在第二塔2内经过热交换的第二气体可以通过气体介质出口管路B2与外部设备连接，经过加热装置7加热的第二气体通过第二支路B12汇流到气体介质出口管路B2，两种不同状态的第二气体混合后得到未饱和高温气体进入外部设备利用。

所述加热装置7可以只采用加热器，也可以只采用换热器，也可以同时采用加热器和换热器。当采用加热器对第二支路B12进行加热时，加热器可以采用电加热、电磁加热、蒸汽加热等方式。当采用换热器对第二支路B12进行加热时，可以将换热器的管程与热交换管路进行连接，将换热器的壳程与第二支路连接。本实施例的气体介质输送管路B1的第二支路B12作为气体旁路加热的间接换热器，气体不与加热介质直接接触，加热后的气体，湿度不增加，换热器的热源可以是第一塔1输送来的热交换液，换热器的热源也可以采用其他热源。

本实施例的一个优选方案为，所述第一输送管路上连接有第一分支管路和第二分支管路，所述第一分支管路与所述第二塔2内的第二喷淋装置6连接，所述第二分支管路与所述第二塔2顶部连接，所述第二分支管路的中部作为热交换管路与所述换热器的管程连接。可以采用第二分支管路中部段作为热交换管路与换热器的管程连接来对第二支管进行加热，即采用第一塔底部经过热交换的高温热交换液来对第二支路的气体进行加热。气体介质出口管路B2内的气体是经过第二塔2流出热湿气体以及加热装置7加热后气体的混合物，是非饱和气体。所述换热器的管程与所述第二分支管路连接，换热器是利用第一塔1内经过热交换的热交换液来对气体进行加热，与气体经过热交换的热交换液回流到第二塔2内作为喷洒液输送到第一塔1内使用。

采用本发明实施例的气体预热系统以及方法，可以吸收烟气中70％的余热再利用，最终烟气温度降低到30℃以下，烟气中水蒸气含量到5％以下，二氧化硫降低到10mg/m³以下，尘含量降低到3mg/m³以下。

以烟气流量100万Nm³/h的常规燃煤烟气为例，其中约7％为水蒸汽，其主要来源于燃煤中的附水、结晶水蒸发及燃煤中氢元素的燃烧产物，及助燃空气中的含有的水蒸汽。

冷空气经过第二塔预热，预热后的空气参与到锅炉燃烧后引起的变化，通过水蒸气含量和温度变化来体现热量的迁移过程。具体为，冷空气经过第二塔预热从0℃升至34.48℃，预热空气总流量为984554Nm³/h，空气中的水蒸气含量从0.6％增加3.05％，造成空气中的水蒸汽总量的增加2.44％，参与燃烧后造成燃煤烟气中含水率的上升，由7％升至9.71％；更进一步造成湿法脱硫系统的净烟气排放温度升高，从48.82℃升至52.63℃，对应的水蒸气含量由11.34％升至13.69％；

第二塔回收热用于预热空气，预热空气能耗为9.1MW，即节约对应暖风器能耗9.1MW；低湿空气条件下，不考虑暖风器能耗时，由于预热空气的温度上升，空预器烟气侧烟气排烟温度从120℃升至138.31℃；排烟温度上升造成6.7MW的热量排放；同时预热空气中的水蒸汽升温过程造成1.4MW热量排放；整个循环中补充热量9.1MW，造成后续排放热量8.1MW，其中有1.0MW被实际利用；

如考虑预热空气对锅炉燃烧效率提高的正面影响，其热利用与对单位煤耗的减少效果更佳。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。