CN105253939B - 高温含硫含氮烟气余热型多效蒸馏海水淡化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高温含硫含氮烟气余热型多效蒸馏海水淡化系统，包括省煤器，电除尘器，脱硫脱硝装置和低温多效蒸馏海水淡化装置，还包括耐腐蚀换热器、循环水闪蒸罐和气液分离器；本发明的系统可以充分回收含硫含氮高温烟气余热，将作为海水淡化装置的热源，实现烟气余热回收与多效蒸馏海水淡化的有机结合；耐腐蚀换热器可以有效解决高温含硫含氮烟气与海水换热过程中出现的低温酸露腐蚀和烟尘、垢物在换热面的沉积，不消耗商品蒸汽，降低了蒸馏海水淡化的运行成本，减少了余热排放，提升了能源利用率；可以将高温含硫含氮烟气温度降至80℃左右，与脱硫脱硝装置所要求的烟气温度基本一致，减少使烟气温度降至脱硫最佳工艺温度所需要的冷却水耗量。
Description
技术领域
本发明涉及烟气余热回收和海水淡化技术领域，特别是涉及一种高温含硫含氮烟气余热型多效蒸馏海水淡化系统。
背景技术
随着我国经济的持续稳定发展，社会各行业对水资源的需求越来越大。由于我国降雨量随季节和地区的变化比较明显，加之工业用水需求逐年上升，导致某些地区尤其是东部沿海地区的水资源严重短缺，每年因此造成的经济损失达数千亿元，水资源危机已经严重制约了我国的经济发展。为了应对水源危机，除了有计划的实施蓄水、调水工程和推广节水技术外，开发海水淡化技术，从海洋中提取淡水是解决我国尤其是沿海地区淡水需求的有效途径。
目前，国内外商业化的海水淡化方法主要有多级闪蒸、低温多效蒸馏、压汽蒸馏和反渗透技术。其中，低温多效蒸馏是指盐水最高蒸发温度约70℃的海水淡化技术，其特征是将一系列的蒸发器串联起来并被分成若干效组，前一效蒸发器内蒸发所产生的二次蒸汽用作后一效蒸发器的加热蒸汽，通过多次蒸发和冷凝得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水，具有预处理简单、造水比高、产水品质好等优点，近几年在我国发展较快。但是低温多效蒸馏淡化需要消耗大量的商品蒸汽，其推广应用在很大程度上受限于蒸汽价格。
为了降低多效蒸馏海水淡化商品蒸汽消耗成本，科研和工程人员一方面对传统蒸馏淡化装置的结构进行优化，从而强化传热提高能源利用效率；另一方面开发新型的节能蒸馏淡化工艺，尤其是将商品蒸汽替换为低品位余热热源的节能淡化工艺。如中国专利CN104402079 A所描述的一种工业余热型低温多效海水淡化系统及其海水淡化方法，由烟气余热回收段和低温多效蒸馏淡化装置构成，主要用于将煅烧炉煅烧石油焦之后产生的200℃左右的烟气余热充分回收利用，并用于制取海水淡化处理所需要的热源蒸汽，从而降低海水淡化的成本。中国专利CN 102774917 A所描述的一种石化余热利用低温多效蒸馏海水淡化系统，主要由闪蒸器，蒸发器组，冷凝器构成，工作原理是利用石油产品的余热进行低温多效蒸馏的海水淡化。中国专利CN 104276617 A所公布的一种利用烟气余热的海水淡化系统，由依序相连的海水过滤装置、增湿塔、减湿塔及淡水处理装置构成，该装置提供了一种烟气-海水直接接触的换热方式，同时可以洗涤烟气中的SOx、NOx和烟尘污染物，但是该装置结构复杂，推广应用相对困难。
除此之外，专利CN 103435212 A所公布的一种利用轧钢低温余热实现海水淡化的装置及其方法，由多级蒸发器、余热锅炉、空气换热器、加热炉等构成，主要用于利用轧钢低温余热实现海水淡化的方法。专利CN 103739030 A所公开的余热利用海水淡化系统，由控制器、柴油发电机、柴油机烟筒、烟气管、烟气换热器和海水淡化装置等构成，其原理是利用柴油发电机的余热作为小型海水淡化装置的热源来淡化海水。专利CN 104150671 A所公开的一种利用废气余热加热海水的海水淡化装置，是通过设置贯穿全部海水蒸发罐的废气加热通道和连通各个海水蒸发罐的空气循环通道及淡水流出通道，构成一种梯级利用方式。专利CN 104445480 A所公开的用低温废烟气余热进行污水处理同时实现海水淡化的工艺，是回收利用钢铁企业废弃的低温烟气余热，用以处理生产过程中所产生的污水，并将该过程所产蒸汽经负压饱和等工序处理后，送至低温多效海水淡化装置进行海水淡化。
尽管目前出现了多种类型的以低品位余热资源替代商品蒸汽的低温多效蒸馏淡化工艺，但多数发明利用的烟气中并不含有SOx、NOx和烟尘等污染物，所以未考虑烟气余热尤其是高温含硫、含氮烟气余热回收过程中产生的低温酸露对受热面的腐蚀问题，应用场合还受到一定的限制。另外目前常用的烟气余热回收装置长时间运行后污垢、烟尘等很容易附着在换热器的壁面，导致传热效率降低，缩短清洗周期，严重时还会导致换热设备的失效。
发明内容
本发明的目的是针对煤电、炼化、钢铁等行业产生的高温烟气尤其是高温含硫、含氮烟气余热回收过程中出现的低温酸露腐蚀以及垢物易附着等问题，提供一种高温含硫含氮烟气余热型多效蒸馏海水淡化系统
本发明的技术方案概述如下：
高温含硫含氮烟气余热型多效蒸馏海水淡化系统，包括省煤器2，电除尘器3，脱硫脱硝装置5和低温多效蒸馏海水淡化装置9，还包括耐腐蚀换热器4、循环水闪蒸罐6和气液分离器7；来自锅炉的烟气管道与省煤器2连接，省煤器2通过管道依次与电除尘器3、耐腐蚀换热器4和脱硫脱硝装置5连接；耐腐蚀换热器4的热水出口通过管道与循环水闪蒸罐6连接，循环水闪蒸罐6的蒸汽出口通过管道与气液分离器7连接，气液分离器7的蒸汽出口通过管道与低温多效蒸馏海水淡化装置9的蒸汽进口连接；循环水闪蒸罐6的闪蒸剩余水出口和气液分离器7的水出口通过管道与泵8连接后再通过管道与耐腐蚀换热器4的冷水进口连接；低温多效蒸馏海水淡化装置9的首效蒸发器的冷凝水出口通过管道与耐腐蚀换热器4的冷水进口连接；省煤器2上设置有空气进口和热空气出口，低温多效蒸馏海水淡化装置9上设置有海水进料口、冷却水排放口，浓盐水排放口、淡水排放口和不凝气排放口。
耐腐蚀换热器的材质选自聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛或聚丙烯。
本发明的优点：
(1)本发明的系统可以充分回收火电、炼化、钢铁等领域的高温烟气尤其是含硫含氮烟气的余热，并将其作为多效蒸馏海水淡化装置的热源，无需改变火电、炼化、钢铁等厂区的运行参数和效率，实现烟气余热回收与多效蒸馏海水淡化的有机结合；
(2)将塑料换热器用于回收高温含硫含氮烟气余热，利用塑料材质耐腐蚀能力强、表面自洁性好的优点，可以有效解决高温含硫含氮烟气与海水换热过程中出现的低温酸露腐蚀和烟尘、垢物在换热面的沉积等问题，大大提升了系统的安全性、可靠性和使用寿命；
(3)本发明的系统，用高温含硫含氮烟气余热作为淡化装置的热源，不消耗商品蒸汽，大大降低了蒸馏海水淡化的运行成本，而且减少了余热排放，提升了整个系统的能源利用率；
(4)本发明的系统，可以将高温含硫含氮烟气温度降至80℃左右，与脱硫脱硝装置所要求的烟气温度基本一致，这样将大大减少使烟气温度降至脱硫最佳工艺温度所需要的冷却水耗量，具有“节水”的功效。
(5)本发明的系统除维持物料流动的循环泵外无其他移动部件，工艺可靠、结构紧凑、清洁高效，非常适合低成本、规模化的海水淡化工程，如电水联产等。
附图说明
图1是本发明高温含硫含氮烟气余热型多效蒸馏海水淡化系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
高温含硫含氮烟气余热型多效蒸馏海水淡化系统，见图1，包括省煤器2，电除尘器3，脱硫脱硝装置5和低温多效蒸馏海水淡化装置9，还包括耐腐蚀换热器4、循环水闪蒸罐6和气液分离器7；来自锅炉的烟气管道与省煤器2连接，省煤器2通过管道依次与电除尘器3、耐腐蚀换热器4和脱硫脱硝装置5连接；耐腐蚀换热器4的热水出口通过管道与循环水闪蒸罐6连接，循环水闪蒸罐6的蒸汽出口通过管道与气液分离器7连接，气液分离器7的蒸汽出口通过管道与低温多效蒸馏海水淡化装置9的蒸汽进口连接；循环水闪蒸罐6的闪蒸剩余水出口和气液分离器7的水出口通过管道与泵8连接后再通过管道与耐腐蚀换热器4的冷水进口连接；低温多效蒸馏海水淡化装置9的首效蒸发器的冷凝水出口通过管道与耐腐蚀换热器4的冷水进口连接；省煤器2上设置有空气进口和热空气出口，低温多效蒸馏海水淡化装置9上设置有海水进料口、冷却水排放口，浓盐水排放口、淡水排放口和不凝气排放口。
耐腐蚀换热器材质为聚氯乙烯。
耐腐蚀换热器材质还可以选择聚四氟乙烯、聚甲醛或聚丙烯。
煤电、炼化、钢铁等行业锅炉产生的高温烟气，尤其是高温含硫含氮烟气通过管道进入省煤器2，在省煤器2中与空气进行换热，烟气温度降至130℃左右。热交换后高温烟气进入电除尘器3进行除尘，从电除尘器3出来的烟气在耐腐蚀换热器4内与来自低温多效蒸馏海水淡化装置9、循环水闪蒸罐6的闪蒸剩余水和气液分离器7分离得到的水(这三股水汇成工艺循环水)进行热交换之后，换热后烟气温度从130℃左右降到80-95℃，工艺循环水被加热到110℃左右。110℃左右的过热工艺循环水引入循环水闪蒸罐6进行闪蒸，部分工艺循环水蒸发生成70℃左右的饱和蒸汽，70℃左右的饱和蒸汽经过气液分离器7分离后被引至低温多效蒸馏海水淡化装置9作为海水淡化的热源。
耐腐蚀换热器4优选耐腐蚀能力强、表面光滑的塑料制成，塑料的材质可根据高温烟气的温度、所含腐蚀性气体的种类及其化学性质等设计采用聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛或聚丙烯等材质。这些塑料的表面具有疏水特性不易附着垢物，在有强腐蚀介质作用的换热场合具有其独特的性能优势，使用上述塑料制备的耐腐蚀换热器回收高温烟气尤其是高温含硫、含氮烟气余热并用于海水淡化，可以很好地解决低温酸露腐蚀、垢物沉积和造水成本高的问题，而且塑料在200℃左右的高温条件下仍然能够保持较好的耐腐蚀性和强度，满足持续稳定回收高温烟气尤其是含硫含氮烟气余热的要求，实现高温烟气余热利用与多效蒸馏海水淡化的有机结合。
耐腐蚀换热器4是高温烟气尤其是高温含硫含氮烟气与工艺循环水直接进行热交换的场所，热交换之后的烟气温度约80-95℃，正好符合脱硫脱硝装置5对烟气温度的要求，故换热后的烟气可以直接引入脱硫脱硝装置5进行脱除氮氧化物和硫氧化物，而省去使烟气温度降至脱硫脱硝最佳工艺温度所需要的冷却水消耗量。
尽管结合附图和实施例对本发明进行了上述描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的相关技术人员凡是在不脱离本发明所公开的设计精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (1)
1.高温含硫含氮烟气余热型多效蒸馏海水淡化系统，包括省煤器(2)，电除尘器(3)，脱硫脱硝装置(5)和低温多效蒸馏海水淡化装置(9)，其特征是还包括耐腐蚀换热器(4)、循环水闪蒸罐(6)和气液分离器(7)；来自锅炉的烟气管道与省煤器(2)连接，省煤器(2)通过管道依次与电除尘器(3)、耐腐蚀换热器(4)和脱硫脱硝装置(5)连接；耐腐蚀换热器(4)的热水出口通过管道与循环水闪蒸罐(6)连接，循环水闪蒸罐(6)的蒸汽出口通过管道与气液分离器(7)连接，气液分离器(7)的蒸汽出口通过管道与低温多效蒸馏海水淡化装置(9)的蒸汽进口连接；循环水闪蒸罐(6)的闪蒸剩余水出口和气液分离器(7)的水出口通过管道与泵(8)连接后再通过管道与耐腐蚀换热器(4)的冷水进口连接；低温多效蒸馏海水淡化装置(9)的首效蒸发器的冷凝水出口通过管道与耐腐蚀换热器(4)的冷水进口连接；省煤器(2)上设置有空气进口和热空气出口，低温多效蒸馏海水淡化装置(9)上设置有海水进料口、冷却水排放口，浓盐水排放口、淡水排放口和不凝气排放口；所述耐腐蚀换热器的材质选自聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛或聚丙烯。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Qi Chunhua Inventor after: Feng Houjun Inventor after: Lv Hongqing Inventor after: Xing Yulei Inventor after: Han Xu Inventor after: Sun Jing Inventor before: Feng Houjun Inventor before: Qi Chunhua Inventor before: Lv Hongqing Inventor before: Xing Yulei Inventor before: Han Xu Inventor before: Sun Jing |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170905 Termination date: 20211112 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |