CN106268198A - 一种脱硫烟气除湿和水回收系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脱硫烟气除湿和水回收系统及方法，包括除湿器、换热器、闪蒸器和蒸汽压缩机，其中，除湿器内吸湿溶液与脱硫烟气接触，脱除脱硫烟气中的水分，得到稀溶液；自除湿器流出的稀溶液进入所述换热器进行加热，得到高温稀溶液；自换热器流出的高温稀溶液进入闪蒸器进行闪蒸，得到再生的吸湿溶液和低压水蒸汽，吸湿溶液进入除湿器，对脱硫烟气进行除湿，低压水蒸汽经蒸汽压缩机压缩后进入所述换热器，对所述稀溶液进行加热。通过压缩闪蒸过程产生的水蒸汽提高沸点后冷凝放热用作稀溶液的加热热源，从而使得稀溶液的再生所需热量不需要外界提供，最大程度降低脱硫烟气溶液除湿系统的能耗和运行成本。

Description

一种脱硫烟气除湿和水回收系统及方法

技术领域

本发明涉及锅炉烟气处理领域，具体的说，是涉及一种脱硫烟气除湿和水回收系统及方法。

背景技术

电力、冶金、钢铁和化工等工艺流程中通常会产生大量含湿气体，燃气锅炉排出的烟气中水蒸汽体积成分可达15％左右，而燃煤电厂烟气经湿法脱硫处理后，水蒸汽体积成分也可达烟气总量的10％以上，这些含湿气体基本处于饱和状态，直接排放在烟囱出口处水蒸汽会遇冷凝结成水滴，从而形成“烟囱雨”、“白烟”等环境问题，并在烟囱内部形成酸液造成腐蚀。此外，含湿气体的直接排放还造成了水资源的浪费。

目前，针对燃煤脱硫烟气“烟囱雨”和“白烟”问题的解决方案主要有直接加热烟气和溶液除湿两种。前者采用回转式烟气加热器(RGGH)、管式烟气加热器(TGGH)或混合式加热器直接加热脱硫后净烟气，通过提高烟气温度，使其偏离饱和状态成为过热烟气，从而杜绝烟气中水蒸汽的冷凝和白烟现象的发生。后者则利用吸湿溶液吸收脱硫烟气中的部分水蒸汽，同时利用吸收过程产生的吸收热加热烟气，达到提高烟气过热度的目的。

上述两个方案的工作原理都是提高脱硫烟气过热度，从能量平衡角度来看，两种方案都需要外界提供热量。采用直接加热脱硫净烟气时，外界提供的热量用作烟气的加热热源，加入的热量被烟气携带排入环境；采用溶液除湿时，外界提供的热量用作稀溶液的再生过程，使得吸湿溶液可以循环使用。常规的溶液再生通过消耗外界提供的热量将稀溶液中的水分蒸发排出，溶液浓度提高，外界提供的热量转变为水蒸汽潜热，受传热过程限制水蒸汽沸点低于再生所需热源温度，故水蒸汽潜热不能回收用于加热稀溶液，从而影响整个锅炉系统热效率，并使得运行成本提高。另一方面，溶液除湿虽然可从排烟中提取部分水分，但这部分水分的回收需要将除湿溶液再生过程产生的水蒸气冷凝来实现，因而还必须从外界向除湿系统提供冷源(如循环冷却水、供暖回水等)以带走水蒸气冷凝潜热，从而使得溶液除湿系统变得复杂，同时水回收效果也受到冷源的温度、流量等条件的限制。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的一个目的是提供一种脱硫烟气除湿和水回收系统。该系统中通过闪蒸器将除湿后的稀溶液进行闪蒸浓缩，浓缩溶液循环至对脱硫烟气进行除湿，闪蒸过程产生的水蒸汽经过压缩提高沸点(蒸汽回热加热溶液主要依靠潜热，压缩的目的是使得蒸汽在更高压力下冷凝，也就是沸点提高)，回用作除湿后的稀溶液的加热热源，从而使稀溶液再生热量不需要外界提供，降低了脱硫烟气除湿系统能耗，同时实现了脱硫烟气中水的凝结回收。

本发明的另一个目的是提供一种脱硫烟气除湿和水回收的方法，该方法利用上述系统进行，对稀溶液再生过程中产生的水蒸汽进行压缩，提高水蒸汽的温度，再对稀溶液进行加热，降低了脱硫烟气除湿系统的能耗。

为了解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种脱硫烟气除湿和水回收系统，包括除湿器、换热器、闪蒸器和蒸汽压缩机，其中，除湿器内吸湿溶液与脱硫烟气接触，脱除脱硫烟气中的水分，得到稀溶液；

自除湿器流出的稀溶液进入所述换热器进行加热(该处的加热介质即为下面的经过压缩后的高压蒸汽)，得到高温稀溶液；

自换热器流出的高温稀溶液进入闪蒸器进行闪蒸，得到再生的吸湿溶液和低压水蒸汽，吸湿溶液进入除湿器，对脱硫烟气进行除湿，低压水蒸汽经蒸汽压缩机压缩后进入所述换热器，对所述稀溶液进行加热。

稀溶液闪蒸过程中产生的蒸汽经过压缩后对稀溶液进行加热，一方面可以利用水蒸汽中的潜热，无需外界提供热量，另一方面，高压蒸汽对稀溶液进行加热后，蒸汽冷凝，实现对稀溶液中的水回收再生，即实现了对烟气中的水分回收再生的过程，而该过程的实现无需外界提供冷源。所以，本发明的系统简化了系统结构，提高了热效率。

优选的，所述除湿器与换热器之间连接有溶液-水换热器，自除湿器流出的稀溶液与水进行换热，利用水回收稀溶液中的热量。

由于吸湿溶液对脱硫烟气进行除湿过程中，会产生大量的热，所以吸湿溶液被稀释，且稀释后的吸湿溶液的温度较高，对其中的热量进行回收，可减少热量的浪费。根据能量平衡，闪蒸产生的蒸汽潜热如果全部回用，则此部分热量即可满足再生所需热量，因此除湿过程得到的稀溶液中的热量大于除湿溶液再生过程中所需要的热量，所以，将多余的热量对外输出利用，提高了能量的利用率。

进一步优选的，所述除湿器与溶液-水换热器之间的管路上安装有过滤装置。

过滤装置可以除去吸湿溶液从烟气捕集的颗粒物，防止颗粒物对后续设备的运行造成损害。

优选的，所述除湿器为喷淋式或填料式除湿器，喷淋装置位于除湿器脱硫烟气进口上方。

浓溶液用作烟气上喷淋的液体，溶液与烟气流动方式为逆流式或叉流式。

优选的，所述闪蒸器为喷雾式闪蒸器，闪蒸器的内部安装有溶液喷雾装置。

由于闪蒸器中的压力较小，溶液喷雾装置将溶液喷入闪蒸器中时，液体颗粒迅速降压至其饱和蒸汽压以下，进入了过热状态，液体颗粒中有大量的气泡生长、破碎，使液体颗粒很快破碎细化，改善了雾化效果，并提高了溶液中水的蒸发，溶液浓度提高，且温度降低，有助于稀溶液的浓缩再生。

进一步优选的，所述溶液喷雾装置的上方设置有除雾器。

除雾器的作用是去除水蒸汽中携带的液滴，由于除湿溶液具有较强腐蚀性，这一方面可以避免蒸汽压缩机叶片被腐蚀损坏，减少压缩机故障率；另一方面去除液滴可以保证回收水的水质，减少水处理成本。

优选的，上述系统还包括储液器，所述储液器分别与闪蒸罐和换热器连接，用于收集冷凝的液体。

进一步优选的，所述储液器为稳压储液器，稳压储液器与真空泵连接。

真空泵对稳压储液器抽真空，使稳压储液器内部的压力维持低于大气环境压力。

根据除湿溶液工作参数，闪蒸器和冷凝换热器内的压力都低于大气压力，设置稳压储液器的作用是在系统抽真空时稳定系统内压力并收集冷凝水，因而其压力要低于大气环境压力并与闪蒸器内压力相同。

进一步优选的，所述闪蒸器与储液器之间连接有第一电磁阀。

进一步优选的，所述换热器与储液器之间连接有第二电磁阀。

进一步优选的，所述储液器的冷凝水出口管路上依次安装有冷凝水增压泵和单向阀。

因稳压储液器内是负压，因而必须设置单向阀保证空气不进入稳压储液器。

优选的，所述换热器与真空泵连接，通过真空泵抽真空，维持换热器内部的压力低于大气压力。对蒸汽侧抽真空，因闪蒸器和换热器蒸汽侧都工作在低于环境大气压的压力下。

进一步优选的，所述换热器为固定管板式换热器、U型管式换热器或板式换热器。

优选的，所述蒸汽压缩机与换热器之间的管路上连接有外供蒸汽管道。

一种脱硫烟气除湿和水回收的方法，包括如下步骤：

1)吸湿溶液与脱硫烟气接触后，吸收脱硫烟气中的水分，得到稀溶液；

2)稀溶液经过加热后闪蒸浓缩，得到再生吸湿溶液和低压蒸汽，低压蒸汽经过压缩后得到的高压蒸汽对上述稀溶液进行加热。

优选的，上述方法还包括对步骤1)中得到的稀溶液中的热量进行回收的步骤。

优选的，上述方法还包括对闪蒸过程和稀溶液加热过程中产生的凝结水进行回收的步骤。

优选的，步骤2)中还包括对低压蒸汽中的水液滴进行除去的过程。

优选的，上述方法还包括对步骤2)中得到的高压蒸汽外供的步骤。

优选的，步骤1)中，所述吸湿溶液为氯化钙、氯化锂、溴化锂水溶液中的一种或多种的混合溶液。

优选的，步骤1)中，所述吸湿溶液的温度为35-40℃，得到的稀溶液的温度为55-60℃。

优选的，步骤2)中，稀溶液经过加热后的温度为68-72℃。

优选的，步骤2)中，低压蒸汽经过压缩后的压力为30-40kPa，温度为220-240℃。

本发明的有益效果是：

1)本发明中利用喷雾节流闪蒸去除稀溶液中部分水分，溶液浓度提高、温度降低，实现了吸湿溶液的再生和循环利用，同时通过压缩闪蒸过程产生的水蒸汽提高沸点后冷凝放热用作稀溶液的加热热源，从而使得稀溶液的再生所需热量不需要外界提供，最大程度降低脱硫烟气溶液除湿系统的能耗和运行成本，从而经济的解决燃煤火电厂“烟囱雨”和“白烟”等环境问题。

2)本发明中脱硫烟气与吸湿溶液在除湿器中接触，将脱硫烟气中的水分进行回收，一方面解决了燃煤火电厂“烟囱雨”和“白烟”等环境问题，另一方面对水进行回收利用，减少了水资源的浪费。

3)本发明中除湿溶液的再生过程以及烟气中的水分回收再生过程中不需要外界提供热源和冷源，使得系统流程简单、结构紧凑、设备集成度高，可节省占地面积，减少工艺管线。

4)本发明还可以增加溶液-水换热器或外供蒸汽管道对外界进行供热，实现了对脱硫烟气除湿过程中产热的合理回收利用。

附图说明

图1是本发明中实施例1的结构示意图；

图2是本发明中实施例2的结构示意图。

图中，1、除湿器，2、溶液喷淋装置，3、第一溶液泵，4、闪蒸器，5、除雾器，6、溶液喷雾装置，7、蒸汽压缩机，8、换热器，9、第一电磁阀，10、第二电磁阀，11、第二溶液泵，12、溶液过滤器，13a、溶液-水换热器，13b、流量调节阀，14、稳压储液器，15、真空泵，16、冷凝水增压泵，17、冷凝水止回阀，18、低温脱硫净烟气，19、除湿后脱硫净烟气，20、中温稀溶液，21、低温稀溶液，22、高温稀溶液，23、低温浓溶液，24、低压水蒸汽，25、高压水蒸汽，26、冷凝水，27a、供水管道，27b、外供蒸汽管道，28、回水管道。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1：参照图1所示，一种基于蒸汽压缩回热的低能耗脱硫烟气除湿和水回收装置，包括除湿器1、第一溶液泵3、闪蒸器4、蒸汽压缩机7、换热器8、第一电磁阀9、第二电磁阀10、第二溶液泵11、溶液过滤器12、溶液-水换热器13a、稳压储液器14、真空泵15、冷凝水增压泵16、冷凝水单向阀17以及连接管道。

除湿器1的溶液出口通过第二溶液泵11和溶液过滤器12与溶液-水换热器13a的溶液进口连通，溶液-水换热器13a的溶液出口与冷凝换热器8的溶液进口连通，冷凝换热器8的溶液出口与伸入闪蒸器4内腔下端的溶液喷雾装置6连通，闪蒸器4的溶液出口通过第一溶液泵3与位于除湿器1上端的溶液喷淋装置2连通，以形成溶液循环回路。

闪蒸器4的蒸汽出口通过蒸汽压缩机7与换热器8的蒸汽进口连通，换热器8的冷凝水出口与稳压储液器14的冷凝水进口连通。闪蒸器4上端经过第一电磁阀9与稳压储液器14连通，冷凝换热器8的蒸汽侧经过第二电磁阀10与稳压储液器14上部连通，稳压储液器14气体出口与真空泵15连通，稳压储液器14冷凝水出口依次与冷凝水增压泵16和冷凝水单向阀17连通。

经脱硫的低温饱和湿烟气18进入除湿器1下端，自下向上流动，与溶液喷淋机构喷入的低温浓溶液23逆流接触，部分水蒸汽被吸收进入溶液同时释放出潜热，经除湿、加热后的中温过热烟气19从除湿器1上端的烟气出口排出。

锅炉给水由供水管道27a进入溶液-水换热器13a，与吸收水蒸汽后的高温稀溶液20交换热量，被加热后的锅炉给水由回水管道送回锅炉系统，冷却后的低温稀溶液21通过冷凝换热器8回收水蒸汽潜热，被加热为高温稀溶液22。

高温稀溶液22通过溶液喷雾装置6的节流和雾化作用被分散为细小水滴，由闪蒸器4底部向上喷射进入闪蒸器内低压环境，稀溶液包含的部分水分蒸发，与剩余的稀溶液分离，稀溶液浓度提高、温度降低成为低温浓溶液23，蒸发出的低压水蒸汽24通过蒸汽压缩机7压缩成为高压水蒸汽25进入换热器8冷凝放热后成为冷凝水26。冷凝水26由稳压储液器14收集，并由冷凝水增压泵16排出。

所述闪蒸器4和冷凝换热器8的蒸汽一侧由真空泵15维持低压环境。

所述除湿器1中气液流动方式为逆流式，闪蒸器4中溶液由底部向上喷射。

所述溶液为氯化钙、氯化锂、溴化锂水溶液中的一种或按照一定配比形成的混合溶液。

实施例2：参照图2所示，一种基于蒸汽压缩回热的低能耗脱硫烟气除湿和水回收装置，包括除湿器1、第一溶液泵3、闪蒸器4、蒸汽压缩机7、换热器8、第一电磁阀9、第二电磁阀10、第二溶液泵11、溶液过滤器12、流量调节阀13b、稳压储液器14、真空泵15、冷凝水增压泵16、冷凝水单向阀17以及连接管道。

除湿器1的溶液出口通过第二溶液泵11和溶液过滤器12与冷凝换热器8的溶液进口连通，冷凝换热器8的溶液出口与伸入闪蒸器4内腔下端的溶液喷雾装置6连通，闪蒸器4的溶液出口通过第一溶液泵3与位于除湿器1上端的溶液喷淋装置2连通，以形成溶液循环回路。

闪蒸器4的蒸汽出口与蒸汽压缩机7的低压蒸汽进口连通，蒸汽压缩机7的高压蒸汽出口分为两路，一路通过换热器8与稳压储液器14的冷凝水进口连通，另一路依次通过流量调节阀13b和外供蒸汽管道27b接至锅炉给水系统。闪蒸器4上端经过第一电磁阀9与稳压储液器14连通，换热器8的蒸汽侧经过第二电磁阀10与稳压储液器14上部连通，稳压储液器14气体出口与真空泵15连通，稳压储液器14冷凝水出口依次与冷凝水增压泵16和冷凝水单向阀17连通。

本实施例与实施例1的区别是：

系统内不包含溶液-水换热器13a，而在蒸汽压缩机7后增加外供蒸汽管路。本实施例中，溶液除湿系统内去除稀溶液再生所需热量后多余的热量，通过外供部分高压蒸汽混合加热的方式被用于提高锅炉给水温度，而不是通过热量交换方式加热锅炉给水。

所述吸湿溶液为氯化钙、氯化锂、溴化锂水溶液中的一种或按照一定配比形成的混合溶液。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种脱硫烟气除湿和水回收系统，其特征在于：包括除湿器、换热器、闪蒸器和蒸汽压缩机，其中，除湿器内吸湿溶液与脱硫烟气接触，脱除脱硫烟气中的水分，得到稀溶液；

自除湿器流出的稀溶液进入所述换热器进行加热，得到高温稀溶液；

自换热器流出的高温稀溶液进入闪蒸器进行闪蒸，得到再生的吸湿溶液和低压水蒸汽，吸湿溶液进入除湿器，对脱硫烟气进行除湿，低压水蒸汽经蒸汽压缩机压缩后进入所述换热器，对所述稀溶液进行加热。

2.根据权利要求1所述的脱硫烟气除湿和水回收系统，其特征在于：所述除湿器与换热器之间连接有溶液-水换热器，自除湿器流出的稀溶液与水进行换热，利用水回收稀溶液中的热量；

优选的，所述除湿器与溶液-水换热器之间的管路上安装有过滤装置；

优选的，所述除湿器为喷淋式或填料式除湿器，喷淋装置位于除湿器脱硫烟气进口上方。

3.根据权利要求1所述的脱硫烟气除湿和水回收系统，其特征在于：所述闪蒸器为喷雾式闪蒸器，闪蒸器的内部安装有溶液喷雾装置；

优选的，所述溶液喷雾装置的上方设置有除雾器。

4.根据权利要求1所述的脱硫烟气除湿和水回收系统，其特征在于：还包括储液器，所述储液器分别与闪蒸罐和换热器连接，用于收集冷凝的液体；

优选的，所述储液器为稳压储液器，稳压储液器与真空泵连接；

优选的，所述储液器的冷凝水出口管路上依次安装有冷凝水增压泵和单向阀。

5.根据权利要求1所述的脱硫烟气除湿和水回收系统，其特征在于：所述换热器与真空泵连接，通过真空泵抽真空，维持换热器内部的压力低于大气压力；

优选的，所述换热器为固定管板式换热器、U型管式换热器或板式换热器。

6.根据权利要求1所述的脱硫烟气除湿和水回收系统，其特征在于：所述蒸汽压缩机与换热器之间的管路上连接有外供蒸汽管道。

7.一种脱硫烟气除湿和水回收的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)吸湿溶液与脱硫烟气接触后，吸收脱硫烟气中的水分，得到稀溶液；

2)稀溶液经过加热后闪蒸浓缩，得到再生吸湿溶液和低压蒸汽，低压蒸汽经过压缩后得到的高压蒸汽对上述稀溶液进行加热。

8.根据权利要求7所述的述方法，其特征在于：还包括对步骤1)中得到的稀溶液中的热量进行回收的步骤。

9.根据权利要求7所述的述方法，其特征在于：步骤2)中还包括对低压蒸汽中的水液滴进行除去的过程。

10.根据权利要求7所述的述方法，其特征在于：还包括对步骤2)中得到的高压蒸汽外供的步骤。