CN101955240A - 利用烟气废热产生的低温低压蒸汽进行海水淡化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用烟气废热产生的低温低压蒸汽进行海水淡化系统，包括LT-MED装置，其特征在于：所述的LT-MED装置的第一效蒸汽进口通过低温低压蒸汽管与低温低压蒸汽发生器的饱和蒸汽出口相通，在所述的低温低压蒸汽管上设置有真空泵；所述的LT-MED装置第一效凝结水出口通过凝结水管与一淡水箱的凝结水进口相通，在所述的凝结水管上设置有凝结水泵；所述的低温低压蒸汽发生器的高温淡水入口通过高温淡水管与烟气废热回收器的出水口相通，其出水口通过饱和水管与淡水箱的饱和水进口相通，在所述的饱和水管上设置有饱和水泵；淡水箱的出水口通过低温淡水管与烟气废热回收器的进水口相通，在所述的低温淡水管路上设置有淡水泵。系统可充分利用火电厂锅炉排烟废热和其它富余中压蒸汽进行海水淡化，提高脱硫效率、减少耗水量、降低烟气阻力。
Description
技术领域
本发明涉及利用电厂锅炉的排烟废热产生低温低压的蒸汽进行海水淡化系统，特别适用于沿海和海岛的大型火力发电厂、钢铁厂。
背景技术
低温多效蒸馏(简称LT-MED)海水淡化技术具有使用寿命长、操作简单、运行可靠、产品水纯度高等优点而发展很快。但是，火力发电厂一般无法提供足量可直接用于LT-MED装置的低温低压蒸汽，因此现有与火力发电厂配套建设的LT-MED装置多采用从汽轮机抽取压力不低于2.2atm的中压蒸汽，通过蒸汽压缩装置(简称TVC)进行减温减压(中压蒸汽和回流低压蒸汽混合)后作为LT-MED装置的热源驱动。由于抽取的中压蒸汽未在汽轮机中充分膨胀做功，导致机组发电效率降低和LT-MED装置运行成本较高，未能充分体现LT-MED装置可利用低品位蒸汽进行海水淡化的技术优势。
同时，随着脱硫技术的发展和对气-气换热器(简称GGH)认识的深入，人们发现GGH存在施工周期长、结构复杂、运行可靠性低、基建投资大、不能增加环保作用等缺点。因此，近年来在新建烟气脱硫系统中已基本取消GGH。在没有安装GGH的脱硫系统中，为使进入脱硫系统的烟气温度(125℃左右)降至吸收塔的工作温度(50℃左右)，需大量喷淋水和浆液，导致耗水量巨大(以1000MW机组为例，需增加耗水62t/h)。以此方式进行烟气减温，不仅增加水耗和烟气阻力，且浪费了巨大的锅炉排烟废热。
为降低进入脱硫系统的烟气温度，同时回收该烟气的废热，大型火力发电厂开始使用低温省煤器(也称低压省煤器)。低温省煤器利用温度较低的凝结水为吸热介质，与烟气进行气-水换热后(原烟气温度由125℃降至85℃左右)，将升温后的凝结水回补至低压加热器，以减少低压加热器的蒸汽用量。但从低温省煤器的实际使用效果看，主要存在系统管路长、管路材质要求高(不锈钢)、压头损失大、回水压力控制难等问题，而且这些存在的问题在短期内难以解决。
基于对上述问题的考虑，如何利用大型火电厂现有条件为LT-MED装置提供廉价优质、可直接使用的低温低压蒸汽，如何将烟气废热得到高效而经济地利用，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为充分利用大型火力发电机组的锅炉排烟废热，提高脱硫效率和减少脱硫耗水量，克服目前TVC-LT-MED系统存在需以中压蒸汽作为驱动热源而影响机组发电效率的问题，并降低LT-MED的运行能耗，本发明提供一种烟气废热回收器、低压低温蒸汽发生器和LT-MED的组合，回收火力发电厂的排烟废热以产生低温低压蒸汽用于海水淡化系统，同时该系统还可以利用其它压力较高的富余蒸汽进行海水淡化，实现系统的多工况运行。为此，本发明采用如下技术方案：
利用烟气废热产生的低温低压蒸汽进行海水淡化系统，包括LT-MED装置，其特征在于：所述的LT-MED装置的第一效通过低温低压蒸汽管与一低温低压蒸汽发生器的蒸汽出口相通，在所述的低温低压蒸汽管路上设置有真空泵；所述的LT-MED装置第一效凝结水出水口通过凝结水管与一淡水箱的凝结水入口相通，在所述的凝结水管路上设置有凝结水泵；所述的低温低压蒸汽发生器的进水口通过高温淡水管与一烟气废热回收器的出水口相通，其出水口通过饱和水管与淡水箱的饱和水进口相通，在所述的饱和水管路上设置有饱和水泵；淡水箱的出口通过低温淡水管与烟气废热回收器的进水口相通，在所述的低温淡水管路上设置有淡水泵。前述系统利用一定量的淡水通过换热、闪蒸、凝结、混合等过程实现烟气废热回收和进行海水淡化。
利用烟气废热产生的低温低压蒸汽进行海水淡化系统，其特征在于：在高温淡水管路上设置一汽-水混合加热器，其进水口和出水口分别与烟气废热回收器的出水口和低温低压蒸汽发生器的进水口相通，其进汽口与中压蒸汽或富余蒸汽管相通；位于所述淡水泵出水测的低温淡水管路分设总管路和旁路两支路，总管路上设有主管路隔离阀，并与烟气废热回收器进水口相通，旁路上设有旁路连通阀，并与汽-水混合加热器的入水口相通。前述设置能充分利用火力发电厂富余的压力较高的蒸汽，并解决在机组低负荷、机组停运工况下烟气废热不足的问题，实现本系统的多工况运行。
利用烟气废热产生的低温低压蒸汽进行海水淡化系统，其特征在于：所述烟气废热回收器上的烟气入口和出口分别与一引风机和一脱硫装置相通。其功能是完成水-气换热，即在利用水回收烟气废热的同时降低进入脱硫装置的烟气温度。
利用烟气废热产生的低温低压蒸汽进行海水淡化系统，其特征在于：淡水箱上设有淡水补水口和凝结水排放口，淡水补水口和凝结水排放口分别与淡水补水管和凝结水排放管相通。其功能是在系统启动时为系统进行补水，在系统需通入中压或富余蒸汽时排放凝结水。
利用烟气废热产生的低温低压蒸汽进行海水淡化系统，其特征在于：汽-水混合加热器选用喷射式。其功能是在系统出力不足或其它系统有富余蒸汽时，为系统提供额外的热源。
利用烟气废热产生的低温低压蒸汽进行海水淡化系统，其特征在于：LT-MED装置为双相不锈钢板或防腐碳钢板或钛合金管或铜合金管或铝合金管焊接而成。其功能是利用低温低压蒸汽作为热驱动进行海水淡化。
本利用烟气废热产生的低温低压蒸汽进行海水淡化系统，其优点表现在：该系统可充分利用火电厂锅炉排烟废热和其它富余中压蒸汽进行海水淡化，大幅度降低海水淡化制水成本，并可多工况运行，增加LT-MED装置的运行灵活性。此外，该系统将烟气废热回收器回收的热量以相对闭路循环的方式转化为低温低压蒸汽，避免了以往电厂使用低温省煤器加热凝结水时存在系统投资大、运行控制难等问题。再者，该系统使进入脱硫装置的烟温降低，有利于提高脱硫效率、减少耗水量、降低烟气阻力和脱硫系统运行成本。
附图说明
图1是本发明的设备系统原理图。
图中：1、LT-MED装置，2、低温低压蒸汽发生器，3、汽-水混合加热器，4、烟气废热回收器，5、淡水箱，6、引风机，7、脱硫装置，8、真空泵，9、凝结水泵，10、淡水泵，11、旁路连通阀(常闭)，12、主管路隔离阀(常开)，13、高温烟道，14、低温烟道，15、中压蒸汽或富余蒸汽管，16、高温淡水管，17、低温低压蒸汽管，18、凝结水管，19、淡水补水管，20、凝结水排放管，21、饱和水管，22、低温淡水管，23、饱和水泵，1-1、低压蒸汽进口，1-2、凝结水出口，2-1、低压蒸汽出口，2-2、高温淡水入口，2-3、饱和水出口，3-1、汽-水混合加热器出水口，3-2、中压蒸汽或富余蒸汽入口，3-3、汽-水混合加热器进水口，4-1、烟气废热回收器出水口，4-2、烟气废热回收器进水口，4-3、烟气废热回收器烟气进口，4-4、烟气废热回收器烟气出口，5-1、饱和水进口，5-2、凝结水入口，5-3、低温淡水出口，5-4、凝结水排放口，5-5、淡水补水入口。
具体实现方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明的实质性特点作进一步的说明。
该系统需在已配套建设脱硫系统、且脱硫系统未设置GGH的电厂使用。该系统实施前，需了解锅炉型号、常用煤种、烟道尺寸、脱硫吸收塔前烟道区的设备布置情况，锅炉在不同负荷下烟气的流量、排温、流速、风压，以及增压风机或引风机的富裕量和邻机可供的中压蒸汽的具体情况。根据电厂的总平布置和外围条件，确定烟气废热回收器、低温蒸汽发生器、淡水箱、LT-MED装置及其附属设备的布置方式，并根据具体的锅炉烟气废热量、产品水需求量，确定LT-MED装置的出力。
如图1所示，烟气废热回收器4设置于引风机6后，脱硫装置7前的烟道上，烟气废热回收器4出水口(4-1)通过高温淡水管16与汽-水混合加热器3进水口(3-3)相通，汽-水混合加热器3的进汽口(3-2)与中压蒸汽或富余蒸汽管15相通，汽-水混合加热器3出水口(3-1)通过高温淡水管16与低温低压蒸汽发生器2进水口(2-2)相通。低温低压蒸汽发生器2蒸汽出口(2-1)通过低温低压蒸汽管17与真空泵8的进口相通，真空泵8的出口通过低温低压蒸汽管17与LT-MED装置1第一效低压蒸汽进口(1-1)相通。LT-MED装置1第一效凝结水出口通过凝结水管18与淡水箱5的进水口(5-2)相通，在凝结水管18管路上设置有凝结水水泵9。低温低压蒸汽发生器2出水口(2-3)与淡水箱5的进水口(5-1)相通。淡水泵10的进水口与淡水箱5的出水口(5-3)相通，淡水泵10的出口与旁路连通阀11和主管路隔离阀12的进口(三通)相通，旁路连通阀11出口与汽-水混合加热器3进水口(3-3)相通，主管路隔离阀12出口与烟气废热回收器4进口(4-2)相通。淡水箱(5)设置有淡水补水口(5-5)和凝结水排放口(5-4)，淡水补水口(5-5)和凝结水排放口(5-4)分别与淡水补水管19和凝结水排放管20相通。
烟气废热回收器4可用ND钢制作，换热管选用鳍片管式较为合适。LT-MED装置1为双相不锈钢板或防腐碳钢板及钛合金管、铜合金或铝合金管焊接而成，根据产水量的要求可选用不同的出力。汽-水混合加热器3可选用喷射式，在机组负荷低或系统启动时提高高温淡水管16内的水温。淡水箱5可用不锈钢板、热涂锌钢板、防腐碳钢板等制作，其有效容积应大于烟气废热回收器水侧2小时的额定流量。低温低压蒸汽发生器2主要设备是闪蒸罐，闪蒸罐由外壳、进水调节阀、进水分配器、汽水分离装置、安全泄压装置、液位显示器和液位调节装置等组成。另外，该系统运行温度较高(相比环境温度)，为尽量减少系统的热损失，应做好相关设备及管道的保温。
以下结合实例对该系统在不同工况下的具体应用加以说明：
一、当机组高负荷运行，系统启动时
通过淡水补水管19对淡水箱5进行补水，开启淡水泵10，使淡水进入烟气废热回收器4对淡水进行加热和开始水循环。开启真空泵8对低温低压蒸汽发生器2进行抽真空，热水以闪蒸的方式产生70℃左右的饱和蒸汽，闪蒸后的饱和水进入淡水箱5。建立LT-MED装置1内的真空状态，海水进入LT-MED装置1，70℃左右的饱和蒸汽在LT-MED装置1的第一效与原料海水完成热交换后凝结为66℃左右的凝结水，同时原料海水在换热管外产生几乎等量的新生蒸汽并被引入到下一效的换热管中，重复蒸发-冷凝过程以产生产品水，66℃左右的凝结水进入淡水箱5被回收利用。高温淡水管16内的水温升至110℃左右后，淡水补水管19停止补水，系统进入正常运行。
二、当机组低负荷运行，系统出力不够时
当系统所需的热量完全由烟气废热回收器4提供时，系统的产水量与烟气废热回收器4回收的热量直接相关：机组负荷较低时，烟气量与烟温较低，因此可回收的热量较少，系统产水量也较少。当系统出力不够时，在汽-水混合加热器3进汽口(3-2)通入中压蒸汽或富余蒸汽，以增加低温低压蒸汽发生器2的蒸汽产量，从而提高LT-MED装置1的出力。此时由于进入淡水箱5的水量增加，需通过凝结水排放管20将多余的水输送至凝结水系统或其它系统，以达到系统水量平衡。
三、机组停运，系统仍需投运时
机组因调度或检修需停运，但系统仍需正常运行以生产产品水给用户时，开启旁路连通阀11，关闭主管路隔离阀12，使低温淡水管道22内的淡水不通过烟气废热回收器4而直接进入高温淡水管16，汽-水混合加热器3内通入中压蒸汽或富余蒸汽，中压蒸汽或富余蒸汽量根据LT-MED装置1产水量要求而定，同时通过凝结水排放管20将淡水箱5内多余的水量输送至机组凝结水系统或其它系统，以达到系统水量平衡，此时系统所需的热量完全由中压蒸汽或富余蒸汽提供，系统仍可制取用户所需的淡水。
通过上述实例的分析可知，该系统可实现多工况运行，且启停灵活、运行可靠、节能环保，有较大的推广价值。
Claims (7)
1.利用烟气废热产生的低温低压蒸汽进行海水淡化系统，包括LT-MED装置(1)，其特征在于：所述的LT-MED装置(1)的第一效蒸汽进口(1-1)通过低温低压蒸汽管(17)与低温低压蒸汽发生器(2)的饱和蒸汽出口(2-1)相通，在所述的低温低压蒸汽管(17)上设置有真空泵(8)；所述的LT-MED装置(1)第一效凝结水出口(1-2)通过凝结水管(18)与一淡水箱(5)的凝结水进口(5-2)相通，在所述的凝结水管(18)上设置有凝结水泵(9)；所述的低温低压蒸汽发生器(2)的高温淡水入口(2-2)通过高温淡水管(16)与烟气废热回收器(4)的出水口(4-1)相通，其出水口l(2-3)通过饱和水管(21)与淡水箱(5)的饱和水进口(5-1)相通，在所述的饱和水管(21)上设置有饱和水泵(23)；淡水箱(5)的出水口(5-3)通过低温淡水管(22)与烟气废热回收器(4)的进水口(4-4)相通，在所述的低温淡水管路上设置有淡水泵(10)。
2.根据权利要求1所述的利用烟气废热产生的低温低压蒸汽进行海水淡化系统，其特征在于：在高温淡水管路(16)上设置汽-水混合加热器(3)，其进水口(3-3)和出水口(3-1)分别与烟气废热回收器(4)的出水口(4-1)和低温低压蒸汽发生器(2)的进水口(2-2)相通，其进汽口(3-2)与中压蒸汽或富余蒸汽管(15)相通.
3.根据权利要求2所述的利用烟气废热产生的低温低压蒸汽进行海水淡化系统，其特征在于：在所述淡水泵(10)出水侧的低温淡水管路分设总管路和旁路两支路，总管路上设有主管路隔离阀(12)，并与烟气废热回收器(4)进水口(4-4)相通，旁路上设有旁路连通阀(11)，并与汽-水混合加热器(3)的入水口(3-3)相通。
4.根据权利要求1或2所述的利用烟气废热产生的低温低压蒸汽进行海水淡化系统，其特征在于：所述烟气废热回收器(4)上的烟气入口(4-3)和烟气出口(4-4)分别与一引风机(6)和一脱硫装置(7)相连。
5.根据权利要求4所述的利用烟气废热产生的低温低压蒸汽进行海水淡化系统，其特征在于：淡水箱(5)上设有淡水补水口(5-5)和凝结水排放口(5-4)，淡水补水口(5-5)和凝结水回水口(5-4)分别与淡水补水管(19)和凝结水排放管(20)相连。
6.根据权利要求5所述的利用烟气废热产生的低温低压蒸汽进行海水淡化系统，其特征在于：烟气废热回收器(4)采用ND钢制成，烟气废热回收器(4)上的换热管选用鳍片管式。
7.根据权利要求6所述的利用烟气废热产生的低温低压蒸汽进行海水淡化系统，其特征在于：汽-水混合加热器(3)选用喷射式。
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