冷却水管束及自持式一步法净化设备的制作方法

1.本技术涉及环保设备技术领域，具体而言，涉及一种冷却水管束及自持式一步法净化设备。

背景技术：

2.目前，水泥窑尾气nox治理技术绝大多数仍是釆用氨源(氨水，尿素等)还原剂，由于脱硝率的限制，均或多或少存在还原剂超量使用而造成超过、甚至严重超过国家标准规定指标(小于8mg/m3)的氨逃逸现象而引发的大气二次污染。
3.针对氨逃逸问题，已知相关技术中公开一种水泥窑氨法脱硝尾气中逃逸氨的回收和循环系统，其通过喷淋塔、换热器、储存罐、接收罐、吸收剂等相结合的方式来降低尾气中逃逸氨的含量。但是该相关技术存在设备体积大、脱氨工艺复杂、成本高以及废水处理量大等缺点。
4.针对上述相关技术问题，本技术人提出一种自持式一步法脱氨设备，通过设置低温冷凝模块对进入的烟气进行低温冷凝产生冷凝水，逃逸氨和呈酸性污染物溶于冷凝水中并在冷凝水中发生酸碱中和反应生成易溶于冷凝水的非挥发性质的盐，从而实现一步法脱氨，且具有设备体积小、工艺简单、成本低，废水处理量小等优点。烟气进风具有一定的速度，烟风在低温冷凝模块中流通的速度、流通的路径对于上述脱氨效果的好坏至关重要。

技术实现要素：

5.本技术的主要目的在于第一方面提供一种冷却水管束，用于自持式一步法净化设备，所述自持式一步法净化设备包括箱体，所述箱体具有烟气进口、烟气出口及自所述烟气进风口至所述烟气出风口的烟气通道；
6.所述冷却水管束包括适于在所述烟气通道内竖向设置且呈叉排管束阵列布置的多排冷却水管，所述多排冷却水管中相邻两排冷却水管在所述烟气流通方向上的正投影面之间无空隙。
7.可选地，相邻两排所述冷却水管距离邻近的三根所述冷却水管构成一个三角排布的冷却水管单元，所述冷却水管单元的布置尺寸范围为：
8.c＝1.8a～2a；
9.d＝0.8b～1.5b；
10.其中，a为管截面的最大宽度尺寸；b为管截面的最大长度尺寸；c为同排相邻两根冷却水管的管截面的中心距尺寸；d为相邻排冷却水管的管截面的中心距尺寸。
11.可选地，所述冷却水管为圆弧菱形冷却水管，所述圆弧菱形冷却水管包括：冷却水管本体，所述冷却水管本体的横截面呈圆弧菱形形状，其短对角线两端分别为大圆弧端，长对角线的两端分别为小圆弧端；短对角线两端的所述大圆弧端与长对角线两端的所述小圆弧端分别通过直边相连，所述直边与所述大圆弧端、所述小圆弧端的圆弧线相切。
12.可选地，短对角线两端的所述大圆弧端同心设置。
13.可选地，短对角线两端的所述大圆弧端的中点连线垂直于长对角线两端的所述小圆弧端的连线。
14.可选地，所述大圆弧端和所述小圆弧端均包括内圆角和外圆角。
15.可选地，所述冷却水管本体的横截面的各尺寸适用范围如下：
16.a＝20～100mm；
17.b＝a～2a；
18.r1＝1/2
×
a；
19.r2＝r
1-t；
20.r1＝6～1/2
×
r1；
21.r2＝r
1-t；
22.其中，a为冷却水管本体1020的短对角线长度；b为冷却水管本体1020的长对角线长度；r1为大圆弧端的外径尺寸；r2为大圆弧端的内径尺寸；t为冷却水管本体1020的壁厚；r1为小圆弧端的外径尺寸；r2为小圆弧端的内径尺寸。
23.可选地，还包括分别设于所述冷却水管本体两端的上接头和下接头；其中，所述上接头和下接头结构相同，均包括堵头和接头，所述堵头密封固定在所述冷却水管本体的两端，所述接头的第一端密封固定在所述堵头上并与所述冷却水管本体的内部连通，第二端延伸出所述堵头；所述堵头的横截面设置为与所述冷却水管本体的横截面相同的圆弧菱形形状，所述堵头上沿其轴向开设有接头安装孔；所述接头的第一端密封固定在所述接头安装孔内。
24.本技术第二方面提供一种自持式一步法净化设备，用于对含水蒸气、氨气和呈酸性污染物的烟气进行脱氨处理，所述自持式一步法净化设备包括：
25.箱体，设有烟气进风口和烟气出风口以及自所述烟气进风口至所述烟气出风口的烟气净化通道；
26.低温冷凝模块，设置在所述烟气净化通道内，所述低温冷凝模块包括上述冷却水管束，所述低温冷凝模块对从所述烟气进风口进入到所述烟气净化通道内的所述烟气进行降温冷凝，将所述水蒸气冷凝为冷凝水，所述氨气和所述呈酸性污染物溶于所述冷凝水中且在所述冷凝水中发生酸碱中和反应生成易溶于所述冷凝水的非挥发性质的盐。
附图说明
27.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
28.图1a是本技术实施例的自持式一步法净化工艺流程示意图；
29.图1b是本技术实施例的自持式一步法净化设备的结构示意图(主视图)；
30.图1c是图1b的俯视图；
31.图1d是本技术实施例的自持式一步法净化设备的结构图(主视图)；
32.图1e是图1d的侧视图；
33.图2a是本技术实施例的自持式一步法净化设备(圆管)的结构示意图(主视图)；
34.图2b是图2a的俯视图；
35.图2c是本技术实施例的自持式一步法净化设备(圆管分组)的结构图(主视图)；
36.图2d是图2c的俯视图；
37.图2e是本技术实施例的自持式一步法净化设备(圆管分组)的立体图；
38.图3a是本技术实施例的低温冷凝模块(冷却水沿分组水管循环)主视图；
39.图3b是图3a的俯视图；
40.图3c是图3a的左视图；
41.图3d是本技术实施例的低温冷凝模块(冷却水沿分组水管循环)立体剖视图；
42.图4a是本技术实施例的低温冷凝模块(直通式各区冷却水沿分组水管循环且冷却水量可调)主视图；
43.图4b是图4a的俯视图；
44.图4c是本技术实施例的低温冷凝模块(直通式各区冷却水沿分组水管循环且冷却水量可调)左视图；
45.图5a是本技术实施例的低温冷凝模块(直通式各区冷却水可调)主视图；
46.图5b是图5a的俯视图；
47.图5c是图5a的左视图；
48.图6a是本技术实施例的低温冷凝模块(直通式各区冷却水沿分组水管循环且冷却水量可调)主视图；
49.图6b是图6a的俯视图；
50.图6c是图6a的左视图；
51.图6d是本技术实施例的低温冷凝模块(直通式各区冷却水沿分组水管循环且冷却水量可调)立体剖视图；
52.图7a是本技术实施例的圆弧菱形管俯视图；
53.图7b是本技术实施例的圆弧菱形管主视图；
54.图7c是本技术实施例的圆弧菱形管截面图；
55.图8是本技术实施例的圆弧菱形管排列方式图；
56.图9a是本技术实施例的圆弧菱形管胀管前主视图；
57.图9b是图9a的局部放大图；
58.图10a是本技术实施例的圆弧菱形管胀管后主视图；
59.图10b是图10a的局部放大图；
60.图10c是图10a的俯视图；
61.图11a是本技术实施例的模块化自持式一步法净化设备主视图；
62.图11b是本技术实施例的模块化自持式一步法净化设备俯视图；
63.图11c是本技术实施例的模块化自持式一步法净化设备左视图；
64.图12是本技术实施例的除雾集水挡水板结构示意图；
65.图13为本技术实施例的低温冷凝模块的对流换热简化示意图。
66.其中，1低温冷凝模块，101箱体，1011上箱板，1012下箱板，1013前箱板，1014后箱板，102冷却水管束，102a冷却水管，1020冷却水管本体，1020b大圆弧端，1020a小圆弧端，1020c直边，1022堵头，103冷却水进水管，1031流量调节阀，1032冷却水进水总管，1033分水管，104冷却水回水管，105圆管弯头，2喷淋装置，3雾化装置，4烟气进风口，5烟气出风口，9
水泵，10冷凝水排放口，11上水箱，111上水箱分部，12下水箱，121下水箱分部，13除雾集水挡水板，14钢丝网，15橡胶密封垫，16密封胶，17环形凹槽，18环形凸起，19环形卡接凸起，20安装基础，21下接头，211堵头，212密封圈，213接头，22上接头，23冷凝水收集装置，24冷却水管区，103a冷却水进水口，104a冷却水回水口，102b水管安装孔。
具体实施方式
67.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。
68.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。
69.在本技术中，术语“上”、“下”、“内”、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。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
70.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
71.此外，术语“设置”、“设有”、“连接”、“固定”等应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
72.另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
73.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
74.目前，高温烟气治理例如水泥窑烟气nox治理技术绝大多数仍是釆用氨源(氨水，尿素等)还原剂，由于脱硝率的限制，均或多或少存在还原剂超量使用而造成超过、甚至严重超过国家标准规定指标(小于8mg/m3)的氨逃逸现象而引发的大气二次污染。
75.已知现有技术公开一种水泥窑氨法脱硝烟气中逃逸氨的回收和循环系统及其控制方法，其回收和循环系统包括喷淋塔、换热器、储存罐、接收罐。脱硝烟气先由风机输送至换热器降温，再经喷淋塔底部进入塔内，然后将储存罐中吸收剂由泵抽至喷淋塔与自下而上的脱硝烟气接触反应，得含氨吸收剂和脱氨烟气，之后含氨吸收剂流入接收罐，经沉淀后上清液经泵再循环进入喷淋塔与脱硝烟气重复接触，直至形成饱和氨吸收剂，而接收罐罐底沉降的泥浆而定期通过泵送至水泥窑，所述饱和氨吸收剂经泵送至氨水储罐，与氨水混合用于脱硝反应，氨盐在sncr(选择性非催化还原)脱硝过程中分解出氨作为部分氨源与氮氧化物反应，从而实现逃逸氨的循环利用。
76.该现有技术虽然能够解决氨逃逸的问题，但是存在脱氨效率低、设备体积大、成本
高的缺陷，具体分析如下：
77.1、该现有技术对烟气处理需要先换热再喷淋后收集再循环利用，处理步骤多导致脱氨工艺复杂，脱氨效率低，且由于工艺复杂，需要用到换热器、喷淋塔、储存罐、接收罐等导致整体脱氨设备体积大，成本高。
78.2、该现有技术公开了烟气先输送至换热器降温，但是从该现有技术所公开的整个技术方案理解可以得出，该现有技术采用前置换热器对烟气进行降温的目的一方面是为了避免易挥发的高温氨不容易在后续的喷淋塔工艺中被吸收剂吸收，而通过前置换热器对高温烟气进行有限降温即可提高喷淋塔对氨的吸收效率，另一方面通过换热器对高温氨的前置降温可以减轻喷淋塔工作压力，但是该现有技术依然采用喷淋塔说明该现有技术解决氨逃逸问题的手段依然是传统的喷淋塔吸氨思路，而采用喷淋塔则存在喷淋水量大，后续污水净化处理量大的问题。
79.3、该现有技术含氨吸收剂流入接收罐需要长时间的沉淀，进一步导致了该现有技术的脱氨效率低下。
80.因此，综合来看，该现有技术的逃逸氨的回收和循环系统存在工艺复杂、脱氨效率低、设备体积大、成本高以及废水处理量大的问题。
81.为了解决氨逃逸以及上述已知现有技术中脱氨系统工艺复杂、脱氨效率低、设备体积大、成本高以及废水处理量大的问题，本技术提出一种待处理烟气中的成分可以自行完成物理及化学反应实现氨吸收(自持式)且设备体积小(紧凑式)、工艺简单(一步法)、成本低、废水处理量小的自持式一步法净化设备及净化方法。本技术提供的净化设备不仅可以应用在水泥窑烟气净化场景，还可以应用于例如电厂或煤场烟气净化等场景。但是需要说明的是，本技术提供的净化设备仅能适用于含水蒸气、氨气、和呈酸性污染物的烟气的净化处理。
82.作为本技术的优选实施例，净化设备应用于水泥窑氨法脱硝烟气的净化。目前水泥窑烟气普遍存在氨逃逸的情况，水泥窑所排放的烟气为高温的、含水蒸气、氨气和呈酸性污染物的烟气。
83.本实施例的净化设备具有烟气进风口4、烟气出风口5以及自所述烟气进风口4至所述烟气出风口5的烟气净化通道，净化设备还包括低温冷凝模块1，低温冷凝模块1设置在所述烟气净化通道内。
84.上述净化设备的主要结构即可实现对水泥窑烟气的净化处理，其净化原理为：
85.水泥窑烟气从净化设备的烟气进风口4进入到烟气净化通道内，烟气通道内的低温冷凝模块1对进入的所述烟气进行降温冷凝，将烟气中的水蒸气降温冷凝为冷凝水(理想状态是希望将全部水蒸气冷凝为冷凝水)，烟气中自含的氨气和呈酸性污染物(例如so2与co2)溶于所述冷凝水中(物理净化)，这是本技术净化设备实现的第一层净化，但是由于烟气温度较高，溶于冷凝水的氨气或呈酸性污染物容易从冷凝水中挥发出来，但是本技术净化设备创新之处是同时将氨气和呈酸性污染物溶于冷凝水中发生酸碱中和反应(化学净化)生成易溶于冷凝水的非挥发性质的盐。
86.本技术净化设备中低温冷凝模块1可以是多种，例如油浸自冷式低温冷凝、冷冻式低温冷凝等。作为本技术的优选实施例，低温冷凝模块1采用水冷式低温冷凝。净化设备设置冷却水进水口103a和冷却水回水口104a，所述低温冷凝模块1连通冷却水进水口103a和
冷却水回水口104a。所述低温冷凝模块1包括在所述烟气净化通道内竖直设置且呈阵列布置的冷却水管束102和连通在所述冷却水管束102上下端部的端部接头组件，所述端部接头组件同所述冷却水管束102一起构成供冷却水自所述冷却水进水口向所述冷却水回水口流动的冷却水流通管路。
87.烟气从所述烟气进风口4进入烟气净化通道后，与流着冷却水的冷却水管束102的表面充分接触，烟气中的水蒸气在冷却水管束102的水管表面冷凝为冷凝水，顺着冷却水管的表面流到净化设备的底部。由于本技术的冷却水并非与烟气直接接触，因此冷却水管束102内的冷却水没有受到污染，经降温后一直循环使用。而且经计算，冷却水管束102的冷却水用量及其消耗量要远远小于现有技术中喷淋塔内的用水量及其消耗量，且本净化设备的冷凝水净化回收后完全可以弥补冷却水降温过程的挥发水量。
88.图1b示出了本技术净化设备的工作原理。本技术净化设备可以配合水泵9、冷却水循环管路和冷却塔使用。水泵9通过冷却水循环管路的冷却水进水管路103给从冷却水进水口103a进入的冷却水提供驱动力，冷却水在冷却水流通管路中流动，之后从冷却水出水口104a流出进入到冷却塔中，冷却塔的水再流回到水泵9，实现冷却水循环。水泥窑烟气通过低温冷凝模块1的烟气进风口4进入低温冷凝模块1内部与冷却水管束102进行充分换热，冷却水管束102对烟气快速冷却，重要的是冷却水管束102将高温烟气的水蒸气在降温冷凝成冷凝水，冷凝水吸附烟气中的呈碱性的氨分子(氨气)、水泥生料灰尘(含钙)以及烟气中自含的呈酸性的so2与co2等气体。呈碱性的氨分子和水泥生料灰尘，与呈酸性的so2与co2在冷凝水中发生酸碱中和反应形成硫酸氢氨、碳酸氢氨、硫酸钙和碳酸钙等非挥发性质的盐。
89.本技术净化设备还包括冷凝水收集装置23，设置在低温冷凝模块1底部，冷凝水收集装置23连接冷凝水排放口10。冷却水管束102表面产生的冷凝水顺着水管表面流到净化设备的底部，然后通过冷凝水收集装置23进行收集，最后冷凝水排放口10将冷凝水外排。
90.进一步地，外排冷凝水可以通过膜分离法处理为可回用或外排的净化水(90％左右)和10％左右的含盐高浓度水(盐尘含量小于3％)，含盐高浓度水经泵送喷入水泥窑窑头熟料篦冷机上去，一方面可以快速冷却熟料，另一方面水中硫酸钙、碳酸钙类物质附着熟料表面带出成为水泥的组成部分，水中氨盐经熟料快速加热分解为氨和so2后随三次风又进入水泥窑的分解炉，其中氨分子在分解炉内发挥脱硝功能而利用，so2则与cao反应成硫酸钙进入熟料，全过程无二次污染，所有物质均回收利用。
91.在上文已知现有技术中，虽然其也公开了利用换热器对脱硝烟气进行降温，但是其换热器在上述现有技术中的作用与本技术中低温冷凝模块1在本技术中的作用完全不同。具体区别在于：
92.1、发明构思不同
93.上述现有技术主要通过喷淋塔喷淋吸收剂进行脱氨，而换热器的设置目的在于降低喷淋塔负荷；本技术创造性地利用了水泥窑烟气中含有水蒸气这一特点，通过低温冷凝模块1将高温烟气中的水蒸气降温冷凝为冷凝水，氨气和so2、co2等呈酸性气体在低温冷凝模块1的低温环境下易溶解于冷凝水中(物理过程)，同时呈碱性的氨分子与呈酸性的so2与co2中酸碱性物质发生中和反应形成硫酸氢氨、碳酸氢氨、硫酸钙和碳酸钙等非挥发性物质(化学过程)随冷凝水外排，使得水泥窑氨逃逸问题得到有效解决；本技术直接在换热器内发生脱氨反应，无需添加任何吸收剂。
94.2、上述现有技术的换热器所起的作用在客观上与本技术的低温冷凝模块1不同
95.1)、虽然现有技术记载其换热器可以将烟气降温至50度，但其并没有公开在换热器中进行了脱氨，从该现有技术全文来看，该换热器没有脱氨作用，这是因为，从其发明构思出发，经换热器降温后的脱硝烟气进入喷淋塔中，喷淋塔通过喷淋吸收剂来实现吸氨，对于设计人员来说，不会将吸氨故意分成两步，即在换热器部分进行吸氨，在后续的喷淋塔中也进行吸氨，这只会增加氨回收的难度；
96.2)、从现有技术的发明构思出发其换热器也不需要起脱氨作用，因为还需要通过喷淋吸收剂脱氨，如果换热器能够实现脱氨则无需再经喷淋塔处理。
97.3)、很重要的一点，对于传统的换热器来说，其普遍追求是在换热过程中尽量不产生冷凝水，因为冷凝水长时间会对换热器的管路产生腐蚀，导致换热器的使用寿命降低，因此可以得出该现有技术的换热器也不是以产生冷凝水为目的。
98.3、上述已知现有技术存在诸多缺陷
99.1)、存在吸收剂逃逸风险，其采用的氨吸收剂为甲酸，吸收剂的挥发和逃逸同样需要进一步处理，且甲酸还是一种易燃的物质；
100.2)、吸收剂吸收氨后的废水处理量大，处理成本高昂；
101.3)、由于喷淋吸收剂的方式无法充分利用吸收剂，为了提高吸收剂利用率不得不循环使用吸收剂，不仅需要经过漫长的沉淀期，期循环用的回流管路还会遭受严重腐蚀，方案难以落地实施；
102.4)、检测吸收剂是否饱和较为困难，容易发生无效吸收造成氨逃逸。
103.本技术的净化设备不同于现有技术的换热器，由于本技术净化设备的适用场景限定于对含有水蒸气、氨气和呈酸性污染物的烟气的净化，且追求在降温过程中产生更多的冷凝水来实现物理及化学过程的净化，这与现有的换热器的构思完全不同。此外，本技术净化设备实现了自持式、一步法脱氨，具有脱氨工艺简单、设备体积小、成本低的优点。
104.此外，本技术净化设备不仅适用于脱氨，由于在低温冷凝模块1产生的冷凝水中，呈碱性的氨气、水泥生料灰尘与烟气中呈酸性的so2、co2、nox等酸碱性物质发生中和反应，因此本技术净化设备也可以用于脱so2、脱co2和脱nox。
105.本技术低温冷凝模块1的冷却水管束102采用叉排管束阵列布置。具体为，如图2b所示，冷却水管束102包括沿烟气流通方向排列的多排冷却水管102a，相邻两排冷却水管102a在烟气流通方向上交错布置且在烟气流通方向上的正投影面之间无间隔。
106.作为本技术的优选实施例，多排冷却水管102a中相邻两排冷却水管102a在所述烟气流通方向上的正投影面有交集。该种设置方式使得进入烟气净化通道的烟气在冷却水管束102的间隙中曲折前进，尽可能地增大了烟气与冷却水管束102的换热接触面积，且能够保证烟气的正常流通不至于影响源源不断的新进入的烟气的净化处理。
107.作为冷却水管束102排列方式的一种变形，在其他实施例中，多排冷却水管102a中相邻两排冷却水管102a在烟气流通方向上的正投影面的边界重合。即，前一排的一根冷却水管102a的最大宽度尺寸恰好等于后一排相邻两根冷却水管102a之间的间隙宽度。这种设置方式也能够避免部分烟气直接从相邻两排冷却水管102a在前后方向上存在的缝隙中穿过而未与冷却水管102a表面接触换热的情况出现。
108.在本技术中，冷却水管102a可以为圆管、椭圆管、矩形管、菱形管等形状。但是考虑
到如何实现烟气在冷却水管束102中遇到的阻力尽可能小，烟气与冷却水管束102的换热接触面积尽可能大，冷却水管102与烟气的换热效率尽可能高，需要对冷却水管102的形状进行精细化设计。
109.为此，作为本技术优选实施例，提出一种圆弧菱形冷却水管，如图7a-7c所示，该圆弧菱形冷却水管包括：冷却水管本体1020，冷却水管本体1020的横截面呈圆弧菱形形状，冷却水管本体1020的横截面的短对角线两端分别为大圆弧端1020b，长对角线的两端分别为小圆弧端1020a；
110.短对角线两端的大圆弧端1020b与长对角线两端的小圆弧端1020a分别通过直边1020c相连，直边1020c与大圆弧端1020b的圆弧线相切。
111.如图7a-7c所示，大圆弧端1020b的曲率半径远大于小圆弧端1020a的曲率半径，即大圆弧端1020b的曲率远小于小圆弧端1020a的曲率，由于小圆弧端1020a的曲率大，与两个直边1020c一起形成锐角。
112.冷却水管本体1020呈长条形结构，其内部为中空结构，可用于冷却水流动。当该冷却水管102a应用于低温冷凝装置中时，冷却水管本体1020的小圆弧端1020a沿烟气进风口4至烟气出口5方向水平设置，即沿着低温冷凝装置的左右方向水平设置，两个大圆弧端1020b的中点连线垂直于两个小圆弧端1020a的连线，即两个大圆弧端1020b沿着低温冷凝装置的前后方向水平设置。
113.本技术实施例中将横截面为圆弧菱形形状的冷却水管本体1020定义为圆弧菱形管，相比冷却水管横截面为圆形、椭圆形、菱形等形状，能够实现烟气与冷却水管更大的换热接触面积、更小的烟气阻力。具体分析如下：
114.与圆管比较：
115.圆弧菱形管短对角线的长度与原本圆形冷却水管的直径相同，而长对角线的长度则大于原本圆形冷却水管的直径，使得改进后的圆弧菱形管在两端的表面积相对于原本的圆形冷却水管的表面积更大，从而增加了冷却水管与水泥窑烟气的接触面积，即增加了换热面积。
116.此外，由于该冷却水管本体1020的小圆弧端1020a的曲率半径远小于大圆弧端的曲率半径，即冷却水管本体1020两端为夹角较小的锐角，相对于圆形冷却水管两端的形状而言，圆弧菱形形状的冷却水管本体1020在两端的风阻会更小，因此圆弧菱形相比圆形实现了降阻。
117.与椭圆管比较：
118.圆弧菱形管相比椭圆管而言具有两个区别点，第一个区别在于本技术的冷却水管本体1020中大圆弧端1020b和小圆弧端1020a通过直边1020c连接，而椭圆管为通过弧边连接。当两个冷却水管102a错列布置时，两个椭圆形管之间形成的流动空间为两端大中间小的结构，而两个圆弧菱形管之间形成的流动空间则尺寸更为平整，因此更利于尾气的流动，可避免因流动空间尺寸变化而对尾气流动带来的影响。
119.第二个区别在于，本技术中为了形成圆弧菱形结构，在曲率半径大的大圆弧端1020b尺寸统一的情况下，另一个小圆弧端1020a的曲率半径必然是椭圆形管大于圆弧菱形管，因此使得圆弧菱形管相对于椭圆形管而言，在两端的风阻也会更小，同样可实现降阻的技术效果。
120.与常规菱形管比较：
121.圆弧菱形管相比菱形管，其横截面形状相当于在菱形管横截面基础上将菱形管横截面的上下两个尖角端替换为小曲率的大圆弧端1020b，左右两个尖角替换为大曲率的小圆弧端。圆弧菱形管的上下两端为大圆弧端1020b相对于菱形管上下两端为钝角端而言，采用圆弧过渡可使得烟气的流动更为稳定，此外将左右两个尖角替换为大曲率的小圆弧端可以避免在烟气在后端脱流。
122.此外，左右两端为尖角的菱形管会导致其左右两端形变过大，容易发生断裂，并且受到结构限制，在菱形管两端的厚度一般会大于其他部分厚度，导致在菱形管内的冷却水在两端的导热路径增加，会减小换热效率。而设置成小圆弧结构则可使得圆弧菱形管两端的厚度与其他部分的厚度接近，不会使得冷却水在两端的导热路径增加，进而不会影响换热效率。
123.本实施例达到了增加冷却水管本体1020两端的换热面积，并利用大圆弧端1020b和小圆弧端1020a降低水泥窑尾气流动时受到的阻力，使得水泥窑尾气平稳流动的目的，从而实现了提升水泥窑尾气与冷却水管本体1020的接触面积，并使得水泥窑尾气可平稳流动，提升水泥窑尾气的降温效率的技术效果，进而解决了相关技术中的冷却水管存在换热面积较小，且对水泥窑尾气流动的阻力较大，不能很好的提升水泥窑尾气的降温效率的问题。
124.短对角线两端的大圆弧端1020b的中点连线垂直于长对角线两端的小圆弧端1020a的连线。
125.大圆弧端1020b和小圆弧端1020a均包括内圆角和外圆角。为避免冷却水管本体1020在上下两端和左右两端因圆角的设置导致厚度变化的问题，本实施例中使大圆弧端1020b的内圆角和外圆角同心设置，小圆弧端1020a的内圆角和外圆角同心设置。
126.由于冷却水管本体1020的横截面的尺寸设计上对换热效率依然具有较大的影响，因此为合理利用空间以及提高换热效率，在本实施例中冷却水管本体1020的横截面的各尺寸适用范围如下：
127.a＝20～100mm；
128.b＝a～2a；
129.r1＝1/2
×
a；
130.r2＝r
1-t；
131.r1＝6～1/2
×
r1；
132.r2＝r
1-t；
133.其中，a为冷却水管本体1020的短对角线长度；b为冷却水管本体1020的长对角线长度；r1为大圆弧端1020b的外径尺寸；r2为小圆弧端1020a的内径尺寸；t为冷却水管本体1020的壁厚；r1为小圆弧端1020a的外径尺寸；r2为大圆弧端1020b的内径尺寸。
134.由于本技术中的冷却水管102a为圆弧菱形管，相对于圆形管而言，在安装上难度更高，难以保证其连接处的密封性，并且也不便于与进水和回水管路的连接。因此本实施例中提供的冷却水管102a还包括分别设于冷却水管本体1020两端的上接头22和下接头21；其中，上接头22和下接头21结构相同，均包括堵头211和接头213，堵头211密封固定在冷却水管本体1020的两端，接头213的第一端密封固定在堵头211上并与冷却水管本体1020的内部
连通，第二端延伸出堵头211。
135.具体的，需要说明的是，采用堵头211对冷却水管本体1020的两端进行封堵，堵头211的横截面可等于或大于冷却水管本体1020的横截面，通过堵头211实现对冷却水管本体1020两端的密封。通过堵头211可提供接头213的安装位置，从而可将接头213安装在堵头211上，再由接头213与进水和回水管路连接。接头213可设置为便于连接的结构，例如圆形。通过堵头211和接头213的设置，实现了提高冷却水管本体1020的密封性，同时也便于与进水和回水管路进行连接的技术效果，进而解决了相关技术中非圆形冷却水管安装时难以保证其连接处的密封性，并且也不便于与进水和回水管路的连接，导致安装较为麻烦的问题。
136.进一步的，堵头211的横截面设置位于冷却水管本体1020的横截面相同的圆弧菱形形状，堵头211上沿其轴向开设有接头安装孔，接头安装孔与冷却水管内部连通；接头213的第一端密封固定在接头安装孔内。
137.为提高接头213和接头安装孔的密封性，接头213的第一端于接头安装孔螺纹连接，并且可注入螺纹胶来提高密封性。为便于接头213和外部设备的连接，接头213远离堵头211的一端还设置有内螺纹或外螺纹。
138.接头安装孔内设置有环形槽，环形槽内嵌设有密封圈212，接头213与接头安装孔螺纹连接并将密封圈212抵紧在环形槽内，从而可提高接头213和接头安装孔的密封性。
139.本技术中，如图8所示，相邻两排所述冷却水管本体1020距离邻近的三根所述冷却水管本体1020构成一个三角排布的冷却水管单元，所述冷却水管单元的布置尺寸范围为：
140.c＝1.8a～2a；
141.d＝0.8b～1.5b；
142.其中，a为管截面的最大宽度尺寸；b为管截面的最大长度尺寸；c为同排相邻两根冷却水管本体1020的管截面的中心距尺寸；d为相邻排冷却水管本体1020的管截面的中心距尺寸。
143.当冷却水管102a为圆弧菱形管时，a为圆弧菱形管短对角线的最大宽度；b为圆弧菱形管长对角线的最大长度；c为同一排相邻两根圆弧菱形管的中心距；d为相邻排两根圆弧菱形管的水平中心距。
144.图13示出了本技术低温冷凝模块对流换热的简化图，图中s1为叉排管束行间距，s2为叉排管束列间距。
145.本技术低温冷凝模块烟气侧的换热为流体横掠叉排管束，其表面平均传热系数h与无量纲换热系数nu的关系式为：
[0146][0147]
其中l为特征长度，λ为流体的导热系数。
[0148]
对于所研究的烟气换热工况，其流动的雷诺数范围约为re＝103～2
×
105，nu的可表达为：
[0149][0150]
其中s1为叉排管束行间距，s2为叉排管束列间距。ref为烟气流动的雷诺数，prf为
烟气的普朗特数，prw为以壁温为特征温度的烟气普朗特数。
[0151]
在工程计算中，若设计给定了对流换热的对数平均温差为δtm，则依据传热方程，整体换热量φ有：
[0152]
φ＝kaδtm[0153]
其中，k为综合换热系数，a为换热面积。
[0154]
由上文分析可知，圆弧菱形管的换热面积大于圆管的换热面积，因此本技术采用圆弧菱形管作为冷却水管102a可以增加设备整体换热量。
[0155]
采用圆弧菱形管对烟气的流动阻力也会产生影响。下文将圆管和本技术优选的圆弧菱形管进行对比分析。
[0156]
圆管叉排的流动阻力关系式为：
[0157]
气体绕流管束时，流动阻力是流体速度，管束排布、流体物性和排数的函数，其关联式为
[0158][0159]
其中，χ为叉排管束的修正系数，为管路参数s1、s2的关系式，nl为管路排数，f为阻力系数，f为依赖于流动雷诺数re变化的数值。
[0160]
圆弧菱形管叉排的流阻阻力关系式为：
[0161]
圆弧菱形管的长边为l1，短边为l2，设计修正系数ε，则有圆弧菱形管叉排的流动阻力关系式为：
[0162][0163]
其中，ε(l1,l2)为相比于圆管叉排管束的、与圆弧菱形管边长有关的修正系数，ε(l1,l2)大于1。其余参数意义和上式相同。
[0164]
圆弧菱形的边类似于翼型的流线性质，相比于圆管，其尾部的流动边界层脱离区域减少，逆压梯度减小，故整体阻力会有下降。
[0165]
如图3a-3b所示，本技术净化设备的箱体结构优选地采用矩形箱体结构，具体为：箱体101包括上箱板1011、下箱板1012、前箱板1013和后箱板1014，所述上箱板1011、前箱板1013、下箱板1012和后箱板1014依次密封连接；所述箱体101的左右两侧开口形成用于烟气流通的烟气进风口4和烟气出风口5，以及自所述烟气进风口4至所述烟气出风口5的烟气通道；所述烟气通道用于容置竖直设置且呈阵列布置的冷却水管束102；所述上箱板1011和下箱板1012上开设有多个用于密封装配冷却水管102a的端部的水管安装孔102b；所述上箱板1011的上方和所述下箱板1012的下方留有用于装配连通所述冷却水管束102上下端部的端部接头组件的空间。但是并本技术并不限制箱体结构必须为矩形结构，本领域技术人员应当理解的是，在一些特殊的应用场景中，箱体结构可以进行适当变形，例如具有一定弧度的弧形箱体结构，例如烟气进风口和烟气出风口大小不同的梯形箱体结构等。
[0166]
本技术中，冷却水管束102的上下端部安装在上箱板1011和下箱板1012上。考虑到净化设备需要长期运转，低温冷凝模块1工作时受到烟气冲击冷却水管102a会产生频繁的震动从而容易导致冷却水管102a的上下端部与上下箱板连接处发生烟气泄漏的问题。为了
解决该问题，如图9a至10b所示，本技术提出一种冷却水管与箱板的密封安装结构，该密封安装结构包括安装基础20和冷却水管本体1020；其中，
[0167]
安装基础20上开设有水管安装孔102b，水管安装孔102b的孔壁沿其周向开设有环形凹槽17；在本实施例中，安装基础20为箱体101的上箱板1011和下箱板1012。
[0168]
冷却水管本体1020的端部设于水管安装孔102b内，冷却水管本体1020与环形凹槽17对应的部分设置有环形凸起18，环形凸起18密封嵌设在环形凹槽17内以使冷却水管本体1020的端部与水管安装孔102b形成曲面密封。
[0169]
本实施例中，冷却水管本体1020呈长条形结构，其内部呈中空，可用于冷却水流动。安装基础20为本技术的上箱板1011或下箱板1012。在现有技术中为提高冷却水管本体1020与安装基础20的密封性，一般情况下会在安装基础20上固定密封圈，冷却水管本体1020固定在密封圈内，通过密封圈来提高冷却水管本体1020和安装基础20连接处的密封性。
[0170]
但是，由于冷却水管本体1020的外侧依然为顺直的曲面结构，而密封圈和安装基础20对应的位置也为顺直的曲面结构，因此当冷却水管本体1020安装在密封圈和安装基础20上时，顺直的曲面结构依然难以长期的保持密封性，导致密封效果依然不够理想。
[0171]
因此，为解决该问题，如图9b和10b所示，本实施例通过在安装基础20上开设水管安装孔102b，并在水管安装孔102b内开设环形凹槽17。而冷却水管本体1020的端部则套装在该水管安装孔102b内，为使冷却水管本体1020和环形凹槽17适配，可在冷却水管本体1020的外侧设置环形凸起18，并使环形凸起18密封嵌设在环形凹槽17内，使得环形凸起18和环形凹槽17之间形成曲面密封。
[0172]
由于环形凹槽17的设置，使得安装基础20上的水管安装孔102b的内表面由顺直的曲面结构转变为曲折的曲面结构，而冷却水管本体1020的端部的外表面由顺直的曲面结构转变为曲折的曲面结构。可以理解的是，当冷却水管本体1020安装在水管安装孔102b内时，冷却水管本体1020与水管安装孔102b的连接处也由顺直的曲面结构转变为曲折的曲面结构，从而提高了冷却水管本体1020与水管安装孔102b的连接处的密封性。而环形凸起18和环形凹槽17之间可采用过盈配合的方式使得密封性得到进一步提高。
[0173]
本实施例实现了提高冷却水管本体1020与安装基础20之间的密封性，防止尾气从二者的连接处泄漏的技术效果，进而解决了相关技术中冷却水管与安装基础20之间一般仅采用密封胶16或密封圈进行密封，密封性依然难以满足使用要求的问题。
[0174]
如图9b和10b所示，水管安装孔102b内的环形凹槽17可通过专用工装进行开槽实现，环形凹槽17截面的宽度可从内至外逐渐减小，从而在其最外端形成一个直径较小的小圆弧端结构。该环形凹槽17的结构相对于矩形槽或其他形状的槽结构而言，当环形凸起18与其配合时，密封性会更好。而冷却水管本体1020上的环形凸起18可通过胀管的方式实现，具体的，可将冷却水管本体1020套装在已经开设有环形凹槽17的水管安装孔内，通过专用的胀管工装，向冷却水管本体1020与环形凹槽17对应的部分施加向外扩的压力，使得冷却水管本体1020在对应部分产生形变，形成第一环形凸起18并挤压固定在环形凹槽17内。
[0175]
为进一步提高冷却水管本体1020和安装基础20连接处的密封性，环形凹槽17内设置有密封胶16，密封胶16可在安装冷却水管本体1020之前涂设在环形凹槽17内，当冷却水管本体1020胀管形成环形凸起18嵌设在环形凹槽17内后，在密封胶16的作用下提高密封
性。
[0176]
为提高环形凹槽17开设深度的均匀性，环形凹槽17与水管安装孔同轴线设置。
[0177]
如图9b和10b所示，环形凹槽17内还设置有橡胶密封垫15，环形凸起18将橡胶密封垫15抵紧在环形凹槽17内。橡胶密封垫15的形成与环形凹槽17的形状匹配，可将橡胶密封垫15先嵌设在环形凹槽17内，然后将密封胶16注入环形凹槽17中，最后再将冷却水管本体1020套装在水管安装孔102b中。
[0178]
环形凹槽17包括多个沿水管安装孔102b的孔壁周向间隔布置的凹槽，多个凹槽在孔壁上的延伸深度一致或不同。通过多个凹槽可增加冷却水管本体1020和水管安装孔102b内壁的接触点。当多个凹槽的延伸深度不一致时，可使得不同接触点之间的密封性不同，可根据实际尾气流动情况进行凹槽深度的调整，以提高使用范围。
[0179]
为再进一步提高冷却水管本体1020和安装基础20连接处的密封性，环形凹槽17设置为多个并沿水管安装孔102b的轴向分布，从而形成多级密封，每一级的密封方式均相同。
[0180]
为进一步提高密封性，如图10b所示，本实施例中的环形凹槽17设置为两个，包括第一环形凹槽171和第二环形凹槽172，第一环形凹槽171的凹槽开口方向与第二环形凹槽172的凹槽开口方向在水管安装孔的轴线方向上朝相反方向倾斜；相应地，环形凸起18包括第一环形凸起18和第二环形凸起18，第一环形凸起18和第二环形凸起18的凸起指向在水管安装孔的轴线方向上朝相反方向倾斜。
[0181]
具体的，需要说明的是，第一环形凹槽171和第二环形凹槽172从内至外依次布置，第一环形凹槽171的凹槽开口方向可朝向安装基础20的内部倾斜，而第二环形凹槽172的凹槽开口方向则可朝向安装基础20的外部倾斜，使得冷却水管本体1020和水管安装孔102b的连接处在不同方向上均得到密封。
[0182]
并且，在本实施例中，第二环形凹槽172的深度大于第一环形凹槽171的深度。通过该设置方式，使得第二环形凹槽172形成密封性更好的二级密封，进一步提高整体连接处的密封性。
[0183]
通过环形凹槽17和位于水管安装孔102b内的环形凹槽17配合后，使得水管安装孔102b内的部分密封性得到有效提升，但是对于水管安装孔102b两端的部分依然还是顺直的曲面结构，其密封性依然有待提高。因此，如图10b所示，本实施例在冷却水管本体1020上还设置有两个环形卡接凸起19，两个环形卡接凸起19位于安装基础20的内侧和外侧，即位于水管安装孔102b的两端，两个环形卡接凸起19的相对面分别抵紧在安装基础20的内侧面和外侧面。利用两个环形卡接凸起19分别形成冷却水管本体1020和安装基础20连接处的第一道密封和最后一道密封，可进一步加强密封性，同时也可提高冷却水管本体1020和安装基础20的连接强度。
[0184]
作为本技术优选实施例，水管安装孔102b为与圆弧菱形管的端部横截面轮廓及尺寸一致的圆弧菱形孔，环形凹槽17包括多个凹槽，依次布置在圆弧菱形孔的四个直边1020c和两个大圆弧端1020b上，相应的，环形凸起18包括多个凸起，布置在圆弧菱形管端部的四个直边1020c和两个大圆弧端1020b上，多个凹槽与多个凸起的嵌合密封配合，并且结合不同的凹槽和凸起的嵌合深度，再配合上圆弧菱形这一异形形状，使得冷却水管102a与安装基础20(上箱板1011和下箱板1012)连接处的密封性能够满足净化设备长时间工作而不出现烟气泄漏的要求。
[0185]
在本技术中，端部接头组件的结构形式会影响冷却水自冷却水进水口103a向冷却水回水口104a的流动形式。本技术提出了五种具有不同端部接头组件的低温冷凝模块1的实施例。
[0186]
图2c-2e示出了圆管弯头作为端部接头的低温冷凝模块的实施例。从图上可以看出，所述端部接头组件为将相邻的两根所述冷却水管102a的端部依次连通的圆管弯头组件。沿烟气进风口4至烟气出风口5方向，相邻两排的冷却水管102的端部通过位于箱板外侧的圆管弯头105连接。
[0187]
在本实施例中，冷却水循环管路设置于低温冷凝模块1箱体101的上方，在其他实施例中还可以设置在下方，具体位置根据实际需要进行设置。冷却水循环管路设置为两组，冷却水管束102在箱体101内沿烟气进风口4至出口方向分为前后两个冷却水管区24，两组冷却水循环管路的冷却水进水管路103和冷却水回水管路104分别与前后两个冷却水管区24的进水冷却水管路和出水冷却水管路相连通。由于靠近烟气进风口4处的烟气温度高，需要靠近烟气进风口4处的冷却水管102a的冷却温度降幅大，而靠近烟气出风口5侧的烟气温度在前侧的冷却水管102a降温的基础上，对靠近烟气出风口5处的冷却水管102a的冷却温度降幅要求小，因此在本实施例中，可以减小靠近出口侧的冷却水管区24内的冷却水流量，这样可以节约冷却水用量。具体地，减小靠近出口侧冷却水管区24的冷却水流量的方式可以是减小冷却水管102a的管径(即横截面积尺寸)或者减小冷却水进水管路103的进水流量。在其他实施例中，也可以不减小出口侧冷却水管区24的冷却水流量，即进口侧冷却水管区24冷却水用量和出口侧冷却水管区24流量一致。此外，需要说明的是，本技术也不限制冷却水管区24的数量，在其他实施例中，根据实际需要还可以设置为三个、四个、五个等。
[0188]
在上述实施例中，由于冷却水管102的数量较多，需要采用相同数量的圆管弯头105，而数量较多的圆管弯头105会造成冷却水在转弯处的动能阻力损失，降低了低温冷凝模块1的换热效率。同时，为了缩小低温冷凝模块1的整体体积，冷却水管102的设置间距较小，圆管弯头105要实现两根冷却水管102的端部连接，其圆管弯头105的弧度较小，加工难度较大。
[0189]
为了解决圆管弯头105处冷却水动能阻力损失较大以及圆管弯头105加工难度大的问题，如图3a-6d示出了利用水箱替代圆管弯头105作为端部接头组件的实施例。
[0190]
具体地，所述端部接头组件包括上端部接头组件25和下端部接头组件26，所述上端部接头组件25和所述下端部接头组件25在所述冷却水管束102的上方和下方沿所述烟气流通方向依次交替设置且每一个端部接头贯通多排冷却水管102a的端部以在所述冷却水管束102内形成供至少两排并联水流同向流动的并联管路。具体地，所述上端部组件25为上水箱11，所述下端部组件26为下水箱12，所述上水箱11包括在所述冷却水管束102上方沿所述烟气流通方向排列布置的多个作为所述端部接头的上水箱分部111，所述下水箱12包括在所述冷却水管束102下方沿所述烟气流通方向排列布置的多个作为所述端部接头的下水箱分部121，每个水箱分部贯通的所述多排冷却水管102a包括沿所述烟气流通方向并排布置的入水管路和出水管路，所述入水管路和所述出水管路的排数相同。
[0191]
图3a-3d示出了冷却水沿分组水管循环的实施例。在本实施例中，在箱体101的上下箱板的外侧设置水箱来替代实施例1中的圆管弯头105来实现冷却水管102端部的连通。在上箱板1011的上方设置一上水箱11，在下箱板1012的下方设置一下水箱12，在上水箱11
中设置若干隔板将上水箱11分割为第1至第n个上水箱分部111，在下水箱12中设置若干隔板将下水箱12分割为第1至第n个下水箱分部121，每一个上水箱分部111或下水箱分部121对应连通至少两排冷却水管102的端部。冷却水进水管路103连通靠近烟气进风口4的第1个下水箱分部121，而冷却水回水管路104连通距离烟气进风口4最远的第n个上水箱分部111，下水箱121的第2至n个下水箱分部121分别与上水箱111的第1至n-1个上水箱分部111交错布置。具体地，如图3a所示，冷却水从冷却水进水口进入到下水箱的第1个下水箱分部121中，第1个下水箱分部121对应4排冷却水管102a，在水泵9的压力驱动下，冷却水沿着该4排冷却水管102a向上流动并从第1个上水箱分部111的前4排冷却水管102a中流出，从图上可以看到，第1个上水箱分部111对应连通8排冷却水管102a，从前4排流入的冷却水经过第1个上水箱分部111转向后向下流入到后4排的冷却水管102a，第2个下水箱分部121对应连通8排冷却水管102a，经第1个上水箱分部111流下的4排冷却水管102a的冷却水经第2个下水箱分部121转向后从后4排冷却水管102a向上流出，第2至n-1上水箱分部111和第3至n个下水箱分部121依次按照上述规律设置，冷却水在下水箱分部121、冷却水管102a以及上水箱分部111中依次循环流动，最后从设置在上水箱11的第n个上水箱分部11上的冷却水回水口流出。
[0192]
本实施例通过水箱分部替代了上述实施例中的圆管弯头，使得冷却水路由上述实施例中的1路转向变成了多路转向，减少了转向次数，也减小了冷却水转弯的阻力损失，提升了冷却水管束的换热效率；其次，水箱相比圆管弯头也降低了加工难度和加工成本。
[0193]
对于水流阻力，由于是在管内流动，其流动阻力由直管段的沿程阻力和流经弯头、接头及突变等局部阻力组成。
[0194]
沿程阻力表示为：
[0195]
其中λ为沿程阻力系数，l为管长，d为管内径，vi为管内流速，g为重力加速度；
[0196]
局部阻力表示为：
[0197]
其中ξ为局部阻力系数，n为局部阻力部件的数量。
[0198]
从上面两式来看，管长l越长，hf越大，n越大，h
ξ
越大。从弯头形式改变为整体水箱时，水流从一侧到另一侧的距离极大的缩小，流动阻力仅由一小段沿程阻力和2个局部阻力组成。因为管束阵列从串联布置变成了并联布置，此时，各个通道的流动阻力相同，且大大减小。
[0199]
需要说明的是，本技术中水箱分部也可以是独立设置的，即水箱分部是独立成型的，水箱分部与水箱分部之间通过固定结构进行固定即可。另外，水箱分部的形状也并不限于本技术实施例中的矩形形状，在其他实施例中，为了进一步降低冷却水转向的阻力损失，还可以将矩形水箱分部的外侧直角加工为圆角。
[0200]
考虑到靠近烟气进风口4处的烟气温度高，冷却水用量大，远离烟气进风口4处的烟气温度低，冷却水用量小，为了进一步降低冷却水用量，作为本技术低温冷凝模块1的最佳实施例，图4a-4c示出了直通式各区冷却水沿分组水管循环且冷却水量可调的实施例，在上述冷却水沿分组水管循环的实施例基础上，将冷却水管102分为第1至第n区，每一区的冷却水管102对应设置一组冷却水进水口103a和冷却水回水口104a，若干个冷却水管区之间
相互隔离，独立进行冷却水循环。本技术通过减小远离烟气进风口4侧的冷却水管区的进水量来达到节约低温冷凝模块1整体用水量的目的。具体地，在本实施例中，将冷却水管102分为三个区，设置为第1区至第3区的冷却水用量依次减小。本技术对于冷却水管102分区的数量不做限制，在其他实施例中，根据实际需要，可以将冷却水管102设置为两个区、四个区、五个区等，相应的，冷却水进水口103a和冷却水回水口104a也设置为两组、四组、五组等。
[0201]
进一步地，在本技术实施例中，依次减小远离烟气进风口4侧冷却水用量的方式为：通过在每一个冷却水管区的第1个下水箱分部121的冷却水进口103a处设置流量调节阀1031，通过调节流量阀1031的进口面积即可实现对每一个冷却水管区冷却水用量的调节。具体地，在每一个冷却水管区的第1个下水箱分部121上设置一个与该下水箱分部121连通的分水管1033，在分水管1033上设置流量调节阀1031。
[0202]
再进一步地，在各个冷却水管区的下水箱12的下方设置一个冷却水进水总管1032，分别与每一个分水管1033连通，冷却水从该冷却水进水总管1032进入，冷却水进水总管1032根据各流量调节阀1031的开口大小将冷却水分流到各分水管1033中，在本技术实施例中，为了节约冷却水整体用水量，将远离烟气进风口4处的流量调节阀1031的开口依次调小，这样冷却水进水总管分流到远离烟气进风口4处的分水管1033的冷却水量依次减少，在满足低温冷凝模块1冷凝效率的基础上减少了冷却水的整体用量。
[0203]
作为本技术低温冷凝模块1的可替换实施例，所述上端部组件为贯通全部冷却水管上端部的上水箱，所述下端部组件为下水箱，所述下水箱包括沿所述烟气流通方向排列布置的多个下水箱分部，每个所述下水箱分部贯通多排所述冷却水管；所述上水箱连通一冷却水回水口，每一个所述下水箱分部连通一个冷却水进水口。还包括一冷却水进水总管，所述冷却水进水总管通过流量调节阀与每个所述冷却水进水口连通。具体如图5a-5c示出的直通式各区冷却水可调实施例，下水箱12中设置若干隔板将下水箱12分隔为若干下水箱分部121，各组下水箱分部121所对应连通的冷却水管102a的数量可以相同，也可以不同，具体根据实际需要进行设置。上水箱11中无隔板设置，上水箱为一个覆盖连通第1至第n排冷却水管102的回水箱。
[0204]
冷却水自冷却水进水总管1032进入，通过各分水管1033的流量调节阀1031分流到对应的下水箱分部121，在本实施例中，各个下水箱分部121均为进水箱，冷却水从各分部自下而上沿着冷却水管102a流入到上水箱11中，最后从设置在第n排冷却水管102a处的冷却水回水口104a流出。
[0205]
进一步地，考虑到靠近烟气进风口4处的烟气温度高，冷却水用量大，远离烟气进风口4处的烟气温度低，冷却水用量小，为了进一步降低本技术实施例低温低温冷凝模块1的冷却水用量，将远离烟气进风口4侧的分部的冷却水量设置为小于靠近烟气进风口4侧的分部的冷却水量，具体地，沿着烟气进风口4至出口方向，各分部的分水管1033的流量调节阀1031的开口依次减小。
[0206]
作为本技术的低温冷凝模块1的可替换实施例，所述上端部组件25为贯通全部冷却水管102a上端部的上水箱11，所述下端部组件26为贯通全部冷却水管102a下端部的下水箱12，所述上水箱11和所述下水箱12之一连通所述冷却水进水口103a，另一连通所述冷却水回水口104a。具体如图6a-6d示出的直通式各区冷却水沿分组水管循环且冷却水量可调实施例，上水箱11内无隔板设置，上水箱11为连通冷却水回水口104a的回水箱；下水箱12内
无隔板设置，下水箱12为连通冷却水进水口103a的进水箱。上水箱11和下水箱12均覆盖连通第1至n排冷却水管102a。冷却水从冷却水进水口103a进入下水箱12，然后从各排冷却水自下而上流动至上水箱11，最后从设置在第n排冷却水管102a处的冷却水回水口104a流出。
[0207]
进一步地，考虑到靠近烟气进风口4处的烟气温度高，冷却水用量大，远离烟气进风口4处的烟气温度低，冷却水用量小，为了进一步降低低温低温冷凝模块1的冷却水用量，在本技术实施例中，沿着烟气进风口4至出口方向，将下水箱12与各排冷却水管102a连通的开口尺寸依次减小，以使得烟气进风口4至出口方向的各排冷却水管102a的冷却水量依次减小，从而实现低温低温冷凝模块1的整体用水量。
[0208]
此外，如图3c、4c、5c、6c所示，冷却水进水口103a和冷却水回水口104a均采用对边设置，使各并联流动的分水管1033道内冷却水的走行路程与阻力相同，以保证各并联分水管1033内水的流量相同及其对相应烟气的冷却效率相同。
[0209]
另外，本技术为了保证净化设备的整体外观美观度，在下箱板1012的外侧加装了封闭格栅罩，用于遮蔽箱体101底部裸露的水箱或弯头105。
[0210]
本技术实施例还提供一种具有除雾集水挡水板结构的低温冷凝模块1。
[0211]
水泥窑烟气排放的烟气风速高，通过低温冷凝模块1进行换热冷凝的时间较短，若烟气中含氨的冷凝水没有完全沿着冷却水管102a流动至装置底部进行外排，则含氨的冷凝水会从烟气出风口5排放外界造成污染。因此，本实施例通过在烟气出风口处设置除雾集水挡水板13，以进一步收集经冷却到露点的烟气中的水分。
[0212]
为了进一步保证含氨冷凝水不会从烟气出风口5排放外界，在本技术实施例中，如图3a所示，在烟气出风口5处设置若干竖向设置的除雾集水挡水板13，除雾集水挡水板13的板面为具有多个折角的折面板，烟气从最后一排冷却水管102a排出后会经过除雾集水挡水板13，在折面板的曲折面的作用下，烟气的速度会下降，烟气中的冷凝水会粘结到除雾集水挡水板13的表面并顺着除雾集水挡水板13表面留到装置的底部。通过除雾集水挡水板13的设置可以阻挡烟气中冷凝水从烟气口排放至外界。
[0213]
进一步地，所述折面板至少包括一对向相反方向折弯的折角。通过这种方式，可以增大烟气在折面板上行走的行程，利于烟气中夹杂的水分的收集。
[0214]
作为优选实施例，折面板靠近烟气出风口一段为直板段，作用是引导烟气沿着除雾集水挡水板13流动。进一步地，至少部分除雾集水挡水板13沿着除雾集水挡水板13表面成型有沿竖向延伸的作为引流孔的长圆孔，粘结到除雾集水挡水板13表面的冷凝水会顺着长圆孔流至装置底部进行外排。优选地，长圆孔从折面板的上端延伸至底端。
[0215]
为了进一步提升烟气排放安全性，在除雾集水挡水板13的外侧设置一钢丝网14，对烟气中冷凝水做最后一道阻拦。
[0216]
综上，本技术提供的自持式一步法净化设备应用于水泥窑、电厂或煤场等烟气净化处理场景，可以有效降低排放烟气中逃逸氨、so2、nox、co2的含量以及含尘量。
[0217]
在本技术净化设备的一个实施例中，当烟气进风口的烟气风温105℃、烟气含水率9.5％、逃逸氨20mg/m3、so2含量15mg/m3、nox含量38mg/m3、co2浓度20.5％、含尘量6mg/m3，冷却水进口水温28℃时，
[0218]
(1)烟气出风口的风温为60摄氏度，烟气含水率6.5％、逃逸氨6mg/m3、so2含量5mg/m3、nox含量34mg/m3、co2浓度18.5％、含尘量3mg/m3，冷却水出口水温46℃。
[0219]
(2)当增大低温冷凝模块中冷却水量使净化设备的烟气出风口风温为50摄氏度时，烟气含水率5.0％、逃逸氨3mg/m3、so2含量2mg/m3、nox含量32mg/m3、co2浓度含量17.5％、含尘量2mg/m3，冷却水出口水温41℃。
[0220]
在本技术净化设备的另一个实施例中，当烟气进风口的烟气风温150℃、烟气含水率7.5％、逃逸氨80mg/m3、so2含量150mg/m3、nox含量40mg/m3、co2浓度21.0％、含尘量5mg/m3，冷却水进口水温28℃时，
[0221]
烟气出风口风温为65摄氏度，烟气含水率6.0％、逃逸氨15mg/m3、so2含量42mg/m3、nox含量36mg/m3、co2浓度19.0％、含尘量3mg/m3，此时冷却水出口水温65℃。
[0222]
对于烟气进风口风温较高或者烟气含水率较低或者烟气进风口逃逸氨含量较高的情况，为了进一步提高逃逸氨净化效率，如图1b和图2a所示，本技术实施例提供一种具有雾化装置的自持式一步法净化设备，雾化装置3用于朝向烟气进风口4处喷雾化水，雾化装置3的设置位置为烟气进风口4处，更具体地，雾化装置4设置在水泥窑的烟气排放口与净化设备的烟气进风口4连接位置的梯形接头处，但是需要说明的是，雾化装置3的设置位置并不限于烟气进风口4处，例如在一些其他实施例中，雾化装置3还可以设置在水泥窑烟气排放口处或者更靠前的位置。通过向烟气进风口处喷雾化水可以增加烟气中水含量。具体原理为：由于烟气温度高，雾化水进入烟气后会被烟气的高温蒸发为水蒸气，从而增加了烟气中水蒸气含量，当烟气中水蒸气含量较低时，通过雾化装置3喷雾化水可以提高烟气中水蒸气的含量，从而提高脱氨效率。此外，还可以在喷雾化水中添加药剂(对脱氨、脱硝、脱硫有帮助的药剂)，通过雾化水的方式添加药剂，可以让药剂与烟气充分接触，进一步提高排出烟气的洁净度。最后，雾化水还可以给烟气降温，减轻后续低温冷凝模块1的工作压力。
[0223]
对于烟气进风口烟气风温大于120℃或者所述烟气进风口处的烟气含水率小于8％或者所述烟气进风口处逃逸氨100mg/m3时，启动所述雾化装置。
[0224]
当所述烟气进风口处so2含量大于100mg/m3，启动所述雾化装置，并在所述雾化水中加入脱硫药剂；和/或，当所述烟气进风口处nox含量大于50mg/m3时，启动所述雾化装置，并在所述雾化水中加入脱硝药剂。
[0225]
在本技术净化设备的一个实施例中，当烟气进风口的烟气风温150℃、烟气含水率7.5％、逃逸氨80mg/m3、so2含量150mg/m3、nox含量40mg/m3、co2浓度21.0％、含尘量5mg/m3，冷却水进口水温28℃时，
[0226]
启用雾化装置3，调整进口烟气含水率9.0％，使进口风温降至128℃，并增大冷却水量使净化设备烟气出风口风温为55摄氏度时，烟气含水率5.0％、逃逸氨4mg/m3、so
2 18mg/m3、nox含量34mg/m3、co2浓度17.8％、含尘量1.5mg/m3，此时冷却水出口水温48℃。
[0227]
作为本技术的优选实施例，净化设备还包括喷淋清洗装置2。由于烟气中含有颗粒物，低温冷凝模块1的冷却水管102与烟气长时间接触导致颗粒物会粘结在冷却水管件的表面难以去除，降低了低温冷凝模块1的换热效率(即对烟气的冷却效率)，为此，如图1b所示，通过喷淋装置2向水泥窑烟气出风口5与脱氨装置的连接处喷淋水，喷淋水呈柱状喷到烟气口处，随水泥窑烟气出风口5吹出的快速流通的烟气冲到冷却水管件表面上，将管件表面粘结的颗粒物冲刷掉。
[0228]
本技术实施例还提供一种模块化净化设备，将上述实施例中的净化设备模块化，模块化净化设备包括若干个净化设备子模块，若干个净化设备子模块沿着可以并联和/或
串联设置。将子模块标准化，根据需求和现场布置来定子模块数量和子模块之间的连接方式。
[0229]
具体地，在本技术一个实施例中，可以将一台净化设备制成两个净化设备子模块，在现场安装时，将两个净化设备子模块并排放置在一起。进一步地，为了保证两个子模块之间的连接可靠性，可以将两个净化设备子模块通过螺栓连接、焊接进行连接。
[0230]
此外，子模块之间也可以间隔放置，水泥窑烟气出风口5分流到各分管道分别进入各个子模块，最后对所有子模块的烟气烟气进行集合排放。
[0231]
由于子模块为标准化设计，当实际应用场景超出了子模块的净化能力，可以将若干个子模块沿着烟气流动方向串联在一起使用。
[0232]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种冷却水管束，其特征在于，用于自持式一步法净化设备，所述自持式一步法净化设备包括箱体，所述箱体具有烟气进口、烟气出口及自所述烟气进风口至所述烟气出风口的烟气通道；所述冷却水管束包括适于在所述烟气通道内竖向设置且呈叉排管束阵列布置的多排冷却水管，所述多排冷却水管中相邻两排冷却水管在所述烟气流通方向上的正投影面之间无空隙。2.根据权利要求1所述的冷却水管束，其特征在于，相邻两排所述冷却水管距离邻近的三根所述冷却水管构成一个三角排布的冷却水管单元，所述冷却水管单元的布置尺寸范围为：c＝1.8a～2a；d＝0.8b～1.5b；其中，a为管截面的最大宽度尺寸；b为管截面的最大长度尺寸；c为同排相邻两根冷却水管的管截面的中心距尺寸；d为相邻排冷却水管的管截面的中心距尺寸。3.根据权利要求1-2任一项所述的冷却水管束，其特征在于，所述冷却水管为圆弧菱形冷却水管，所述圆弧菱形冷却水管包括：冷却水管本体，所述冷却水管本体的横截面呈圆弧菱形形状，其短对角线两端分别为大圆弧端，长对角线的两端分别为小圆弧端；短对角线两端的所述大圆弧端与长对角线两端的所述小圆弧端分别通过直边相连，所述直边与所述大圆弧端、所述小圆弧端的圆弧线相切。4.根据权利要求3所述的冷却水管束，其特征在于，短对角线两端的所述大圆弧端同心设置。5.根据权利要求3所述的冷却水管束，其特征在于，短对角线两端的所述大圆弧端的中点连线垂直于长对角线两端的所述小圆弧端的连线。6.根据权利要求3所述的冷却水管束，其特征在于，所述大圆弧端和所述小圆弧端均包括内圆角和外圆角。7.根据权利要求6所述的冷却水管束，其特征在于，所述冷却水管本体的横截面的各尺寸适用范围如下：a＝20～100mm；b＝a～2a；r1＝1/2
×
a；r2＝r
1-t；r1＝6～1/2
×
r1；r2＝r
1-t；其中，a为冷却水管本体1020的短对角线长度；b为冷却水管本体1020的长对角线长度；r1为大圆弧端的外径尺寸；r2为大圆弧端的内径尺寸；t为冷却水管本体1020的壁厚；r1为小圆弧端的外径尺寸；r2为小圆弧端的内径尺寸。8.根据权利要求3所述的冷却水管束，其特征在于，还包括分别设于所述冷却水管本体两端的上接头和下接头；其中，所述上接头和下接头结构相同，均包括堵头和接头，所述堵头密封固定在所述冷却水管本体的两端，所述接头的第一端密封固定在所述堵头上并与所述冷却水管本体的内部连通，第二端延伸出所述堵头；所述堵头的横截面设置为与所述冷
却水管本体的横截面相同的圆弧菱形形状，所述堵头上沿其轴向开设有接头安装孔；所述接头的第一端密封固定在所述接头安装孔内。9.一种自持式一步法净化设备，其特征在于，用于对含水蒸气、氨气和呈酸性污染物的烟气进行脱氨处理，所述自持式一步法净化设备包括：箱体，设有烟气进风口和烟气出风口以及自所述烟气进风口至所述烟气出风口的烟气净化通道；低温冷凝模块，设置在所述烟气净化通道内，所述低温冷凝模块包括权利要求1-8中任一项所述的冷却水管束，所述低温冷凝模块对从所述烟气进风口进入到所述烟气净化通道内的所述烟气进行降温冷凝，将所述水蒸气冷凝为冷凝水，所述氨气和所述呈酸性污染物溶于所述冷凝水中且在所述冷凝水中发生酸碱中和反应生成易溶于所述冷凝水的非挥发性质的盐。

技术总结

本申请公开了一种冷却水管组件及自持式一步法净化设备，所述自持式一步法净化设备包括箱体，所述箱体具有烟气进口、烟气出口及自所述烟气进风口至所述烟气出风口的烟气通道；所述冷却水管束包括适于在所述烟气通道内竖向设置且呈叉排管束阵列布置的多排冷却水管，所述多排冷却水管中相邻两排冷却水管在所述烟气流通方向上的正投影面之间无空隙。本申请通过对冷却水管束的特殊设计，使得进入烟气净化通道的烟气在冷却水管束的间隙中曲折前进，尽可能地增大了烟气与冷却水管束的换热接触面积，且能够保证烟气的正常流通不至于影响源源不断的新进入的烟气的净化处理。源不断的新进入的烟气的净化处理。源不断的新进入的烟气的净化处理。