CN106287770A - 一种回收脱硫烟气中水分和热量的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种回收脱硫烟气中水分和热量的系统，包括热泵装置，冷凝水回收装置和排烟装置；热泵装置包括用于析出脱硫后烟气中水分的蒸发器，蒸发器的烟气入口与脱硫塔的脱硫烟气出口相连，蒸发器的烟气出口与排烟装置相连，蒸发器的冷凝水出口与冷凝水回收装置相连；热泵装置还包括依次与蒸发器的制冷剂出口相连的压缩机、第一冷凝器和膨胀阀，膨胀阀反向连接至蒸发器的制冷剂入口；本发明的系统同时具备废热回收和除湿两大功能，且在不改变原有脱硫系统工作流程的前提下，通过热泵装置回收废气中的水分，循环利用，实现了节水目标；通过热泵装置回收废气中的热量，用于加热供热管网回水，实现了节能目标。

Description

一种回收脱硫烟气中水分和热量的系统和方法
技术领域
本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种回收脱硫烟气中水分和热量的系统和方法。
背景技术
我国是世界上最大的煤炭消费国，火电行业是SO2排放的主要来源，烟气脱硫技术能够有效对SO2的排放进行控制，有助于保护环境。其中石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺因其技术成熟、脱硫效率高、吸收剂来源丰富、价格低廉、副产品可利用等特点而被广泛采用，成为目前燃煤电厂脱硫应用最广泛的方法。
湿法脱硫技术是使烟气进入脱硫装置的湿式吸收塔，与自上而下喷淋的碱性石灰石浆液雾滴逆流接触，其中的酸性氧化物SO2以及其他污染物被吸收，烟气得以充分净化。常规的湿法脱硫工艺中，工艺水的使用量巨大，一般情况下经过一次脱硫就随烟气排入大气，而离开脱硫塔的废气基本接近饱和状态，造成了水的严重浪费；此外，经过脱硫后排出的烟气一般温度在50-60℃，温度较高，直接排放存在着热量损失的问题。
因此，提出一种方法以很好地回收脱硫烟气中的水分和热量，实现水和热量的再利用，对于降低热电厂的能耗和用水量，具有非常大的现实意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的脱硫烟气直接排放存在的能源浪费问题，提供一种回收脱硫烟气中水分和热量的系统和方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案之一是：
一种回收脱硫烟气中水分和热量的系统，包括热泵装置，冷凝水回收装置和排烟装置；
其中，所述热泵装置包括用于析出所述脱硫后烟气中水分的蒸发器，所述蒸发器的烟气入口与脱硫塔的脱硫烟气出口相连，所述蒸发器的烟气出口与所述排烟装置相连，所述蒸发器的冷凝水出口与所述冷凝水回收装置相连；
所述热泵装置还包括依次与所述蒸发器的制冷剂出口相连的压缩机、第一冷凝器和膨胀阀，所述膨胀阀反向连接至所述蒸发器的制冷剂入口。
本发明通过热泵装置回收烟气中的水分和热量，使系统同时具备废热回收和除湿两大功能，且回收的冷凝水可以再利用，回收的热量可用于第一冷凝器中介质(如水)的加热，从而有效降低了水分和热量的损失，具有节水和节能效果。
优选地，所述热泵装置包括一个或多个串联的蒸发器。
当包括多个串联的蒸发器时，所述脱硫塔的脱硫烟气出口与第一个蒸发器的烟气入口相连，所述排烟装置与最后一个蒸发器的烟气出口相连，各个蒸发器的冷凝水出口汇总后与所述冷凝器回收装置相连。
采用多个蒸发器串联的方式，能够最大程度地回收烟气中的水分和热量，达到最佳的节水和节能效果。蒸发器的数量可依据例如烟气的饱和程度，烟气的温度等进行确定，本发明不做进一步地限定，一般而言，蒸发器的数量为1-10个。
优选地，所述冷凝水回收装置包括将经所述蒸发器冷凝析出的冷凝水导入所述脱硫塔顶部的第一回路；和/或，将所述冷凝水导入所述第一冷凝器的冷凝水入口的第二回路。
进一步优选地，所述第二回路上设置有净水器。
本发明对净水器的类型和结构不做特殊限制，所述净水器的作用是脱除析出冷凝水中的剩余硫化物，软化冷凝水，理想地，使其能够达到供热管网用水要求，能够发挥上述作用的净水器均在本发明的保护范围之内。
优选地，所述排烟装置包括与所述蒸发器的烟气出口相连的第二冷凝器，以及与所述第二冷凝器的烟气出口相连的排烟塔。
进一步优选地，所述排烟装置还包括与所述第二冷凝器并联设置的烟气旁通管道。
经由蒸发器出来的烟气可以直接经由烟气旁通管道和排烟塔排放至大气中。或者，出来的烟气经由第二冷凝器加热后再经排烟塔排放至大气中，由于加热后的烟气温度高，排放高度高，对空气的污染程度更小，有利于环境保护。
本发明进一步优选地，加热烟气不需要额外消耗能量，直接采用热泵装置回收得到的热量作为热源。为实现上述目的，具体可采用如下方案：
所述压缩机和第一冷凝器之间的管道上设置有用于将制冷剂导入所述第二冷凝器的冷凝介质入口的管道；所述第二冷凝器的冷凝介质出口通过管道与制冷剂回路相连。
优选地，所述第二冷凝器的冷凝介质出口通过管道与第一冷凝器和膨胀阀之间的管道相连。
此种情况能够自由地切换经压缩机处理后的制冷剂的流向，例如，可以将其导入第一冷凝器中与冷凝水换热，也可以将其导入第二冷凝器中与待排放的烟气换热；或者可以同时实现对冷凝水和待排放烟气的换热，从而很好的实现对脱硫烟气中热量的回收利用，大大节约能源，减少空气污染。
优选地，所述第一冷凝器的冷凝水通路通过管道与供热水管网的回水管道并联。
此种情况下，通过第一冷凝器可以加热供热水管网的回水，提高回水温度，降低整个供热系统的能耗。
作为本发明最优选的方案，本发明所述的回收脱硫烟气中水分和热量的系统，包括：
用于冷凝析出所述脱硫烟气中水分的蒸发器，所述蒸发器上设有烟气入口、烟气出口、冷凝水出口、制冷剂入口和制冷剂出口；
所述烟气入口与脱硫塔的脱硫烟气出口相连；
所述烟气出口依次与第二冷凝器、排烟塔相连；
所述冷凝水出口通过管道与所述脱硫塔的顶部相连，和/或，通过管道与第一冷凝器的冷凝水入口相连；
所述制冷剂出口通过管道依次与压缩机、第一冷凝器和膨胀阀相连，所述膨胀阀反向连接至所述制冷剂入口；
所述第二冷凝器上并联设有烟气旁通管道；
所述压缩机和第一冷凝器之间的管道上设置有用于将制冷剂导入所述第二冷凝器的冷凝介质入口的管道；所述第二冷凝器的冷凝介质出口通过管道与所述第一冷凝器和膨胀阀之间的管道相连。
本发明的技术方案之二是，提供一种利用上述任意一种系统回收脱硫烟气中水分和热量的方法，所述方法具体为：
从脱硫塔排出的脱硫烟气经过蒸发器析出冷凝水，蒸发器中的制冷剂吸收热量后沸腾为气体，经压缩机压缩转变为高温高压气体，所述高温高压气体与第一冷凝器中的冷凝水换热后经膨胀阀降温降压进入蒸发器循环，和/或，将所述高温高压气体导入第二冷凝器中作为烟气的加热介质使用后再导入制冷剂回路；
将所述冷凝水导入脱硫塔顶部作为喷淋水使用，和/或，将其导入第一冷凝器作为冷却介质使用；
经过蒸发器后的烟气直接或经第二冷凝器加热后排入大气。
在优选的实施方式中，可以将第一冷凝器中经加热后的冷凝水接入供热管网，作为供热管网的回水使用。
所述蒸发器中的制冷剂为本领域技术人员所知晓，本发明优选氟利昂或二氧化碳。
本发明涉及到的设备、组件或装置均为已知产品，可市购获得。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，即得本发明各较佳实施例。
附图说明
图1是本发明所述系统的结构图。
图中：1、脱硫塔；2、蒸发器；3、压缩机；4、第一冷凝器；4’、第二冷凝器；5、膨胀阀；6、净水器；7、排烟塔；8、烟气旁通管道；9、第一回路；10、第二回路；11、第一截止阀；12、第二截止阀；13、第三截止阀；14、第四截止阀；15、第五截止阀；16、第六截止阀；17、第七截止阀；18、第八截止阀。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。以下实施例中涉及到的蒸发器为风冷型蒸发器，蒸发器中的制冷剂为氟利昂或二氧化碳。
实施例1
一种回收脱硫烟气中水分和热量的系统，所述系统请参考图1所示结构，从图中可以看出：
本发明的系统包括热泵装置、冷凝水回收装置和排烟装置；
所述热泵装置包括用于析出所述脱硫烟气中水分的蒸发器2，所述蒸发器2上设有烟气入口、烟气出口、冷凝水出口、制冷剂入口和制冷剂出口；
其中，所述烟气入口与脱硫塔1的脱硫烟气出口相连；所述烟气出口依次与第二冷凝器4’和排烟塔7相连，且第二冷凝器4’上并联设有烟气旁通管道8；
所述冷凝水出口分别设置有与所述脱硫塔1的顶部相连的第一回路9和与第一冷凝器4的冷凝水入口相连的第二回路10，两个回路上分别设置有第一截止阀11和第二截止阀12；
所述制冷剂出口通过管道依次与压缩机3、第一冷凝器4和膨胀阀5相连，所述膨胀阀5反向连接至所述制冷剂入口。
该实施例同时提供了采用上述系统对脱硫烟气中的水分和热量回收的原理，即，从脱硫塔1出来的烟气经过蒸发器2冷凝析出冷凝水，烟气经由烟气旁通管道8、排烟塔7排入大气；或者经由第二冷凝器4’加热后，通过排烟塔7排入大气(即图1中上部粗黑线所代表的部分)；通过控制第一截止阀11和第二截止阀12的启闭可以调控冷凝水的再利用流向(即图1中粗灰线所代表的部分)；蒸发器2中的制冷剂吸收烟气中的热量后相变为气体，压缩机3吸入这部分气体，通过输入少量的电能推动压缩机做功，将气体压缩为高温高压的气体，高温高压的气体进入第一冷凝器4，通过向其中的介质(如水)放热时介质温度升高，自身凝结为液体，经过膨胀阀降温加压后，重新回到蒸发器2重复上述循环(即制冷剂回路，图1中黑细线代表的部分)。
实施例2
一种回收脱硫烟气中水分和热量的系统，该实施例涉及到的系统是在实施例1的基础上做出的改进，所述改进为：
所述压缩机3和第一冷凝器4之间的管道上设置有用于将制冷剂导入所述第二冷凝器4’的冷凝介质入口的管道；所述第二冷凝器4’的冷凝介质出口通过管道与所述第一冷凝器4和膨胀阀5之间的管道相连。
在压缩机3和第一冷凝器4之间的管道上设置有第四截止阀14，第一冷凝器4和膨胀阀5之间的管路上设置有第五截止阀15，将制冷剂导入第二冷凝器4’的冷凝介质入口的管道上设置有第三截止阀13，将制冷剂从第二冷凝器4’导入制冷剂回路的管道上设置有第六截止阀16。
该实施例同时提供了该系统的工作原理除了包括实施例1记载的内容外，还包括：通过第三截止阀13、第四截止阀14、第五截止阀15、第六截止阀16的启闭可以控制制冷剂的流向，具体而言，打开第四截止阀14、第五截止阀15，第一冷凝器4工作；关闭第四截止阀14、第五截止阀15，打开第三截止阀13、第六截止阀16，第二冷凝器4’工作；同时打开四个截止阀，第一冷凝器4和第二冷凝器4’同时工作。
实施例3
一种回收脱硫烟气中水分和热量的系统，该实施例涉及到的系统是在实施例2的基础上做出的改进，所述改进为：所述第一冷凝器4的冷凝水通路通过管道与供热水管网的回水管道并联，且第二回路上设置有净水器6，冷凝水进入净水器6和流出净水器的管道上分别设置第二截止阀12和第七截止阀17，供热水管网的回水与第一冷凝器4相连的管道上设置有第八节水阀18。
该实施例的技术方案涵盖了实施例1和2的所有技术特征，还包含上述涉及的区别技术特征，为本发明最优选的实施方式。
该实施例涉及的系统的工作原理除了包括实施例1和2记载的内容外，还包括：通过调控第八截止阀18的启闭可以控制回水是否加热。
实施例4
一种回收脱硫烟气中水分和热量的系统，该实施例涉及到的系统是在实施例1或2或3的基础上进行的改进，所述改进在于：蒸发器2的数量为3个，三个蒸发器2串联，所述脱硫塔1的脱硫烟气出口与第一个蒸发器的烟气入口相连，所述排烟装置与最后一个蒸发器的烟气出口相连，各个蒸发器2的冷凝水出口汇总后与所述冷凝器回收装置相连。
该系统的工作原理为：烟气依次经过三个蒸发器冷凝析出冷凝水，能够更加充分的回收水分和热量。
实施例5
一种利用实施例1-4的装置回收脱硫烟气中水分和热量的方法，具体为：
从脱硫塔1排出的脱硫烟气经过蒸发器2析出冷凝水，蒸发器2中的制冷剂吸收热量后沸腾为气体，经压缩机3压缩转变为高温高压气体，所述高温高压气体与第一冷凝器4中的冷凝水换热后经膨胀阀5降温降压进入蒸发器2循环，和/或，将所述高温高压气体导入第二冷凝器4’中作为烟气的加热介质使用后再导入制冷剂回路；
将所述冷凝水导入脱硫塔顶部作为喷淋水使用，和/或，将经净水器6净化后导入第一冷凝器4作为冷却介质使用；
经过蒸发器2后的烟气直接经烟气旁通管道8通过排烟塔7排入大气，或经第二冷凝器4’加热后再经排烟塔7排入大气。
在优选的实施方式中，可以将第一冷凝器4中经加热后的冷凝水接入供热管网的回水管路(图1中最下部黑色粗线所示为供热管网，自左向右流动的为供热管路；自右向左流动的为回水管路)。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种回收脱硫烟气中水分和热量的系统，其特征在于：包括热泵装置，冷凝水回收装置和排烟装置；
所述热泵装置包括用于析出所述脱硫后烟气中水分的蒸发器，所述蒸发器的烟气入口与脱硫塔的脱硫烟气出口相连，所述蒸发器的烟气出口与所述排烟装置相连，所述蒸发器的冷凝水出口与所述冷凝水回收装置相连；
所述热泵装置还包括依次与所述蒸发器的制冷剂出口相连的压缩机、第一冷凝器和膨胀阀，所述膨胀阀反向连接至所述蒸发器的制冷剂入口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述热泵装置包括一个或多个串联的蒸发器；
当包括多个串联的蒸发器时，所述脱硫塔的脱硫烟气出口与第一个蒸发器的烟气入口相连，所述排烟装置与最后一个蒸发器的烟气出口相连，各个蒸发器的冷凝水出口汇总后与所述冷凝器回收装置相连。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述冷凝水回收装置包括将经所述蒸发器冷凝析出的冷凝水导入所述脱硫塔顶部的第一回路；和/或，将所述冷凝水导入所述第一冷凝器的冷凝水入口的第二回路；
优选地，所述第二回路上设置有净水器。
4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于：所述排烟装置包括与所述蒸发器的烟气出口相连的第二冷凝器，以及与所述第二冷凝器的烟气出口相连的排烟塔；
优选地，所述排烟装置还包括与所述第二冷凝器并联设置的烟气旁通管道。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述压缩机和第一冷凝器之间的管道上设置有用于将制冷剂导入所述第二冷凝器的冷凝介质入口的管道；所述第二冷凝器的冷凝介质出口通过管道与制冷剂回路相连。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述第二冷凝器的冷凝介质出口通过管道与第一冷凝器和膨胀阀之间的管道相连。
7.根据权利要求1-6任一项所述的系统，其特征在于：所述第一冷凝器的冷凝水通路通过管道与供热水管网的回水管道并联。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：包括用于冷凝析出所述脱硫烟气中水分的蒸发器，所述蒸发器上设有烟气入口、烟气出口、冷凝水出口、制冷剂入口和制冷剂出口；
所述烟气入口与脱硫塔的脱硫烟气出口相连；
所述烟气出口依次与第二冷凝器、排烟塔相连；所述第二冷凝器上并联设有烟气旁通管道；
所述冷凝水出口通过管道与所述脱硫塔的顶部相连，和/或，通过管道与第一冷凝器的冷凝水入口相连；
所述制冷剂出口通过管道依次与压缩机、第一冷凝器和膨胀阀相连，所述膨胀阀反向连接至所述制冷剂入口；
所述压缩机和第一冷凝器之间的管道上设置有用于将制冷剂导入所述第二冷凝器的冷凝介质入口的管道；所述第二冷凝器的冷凝介质出口通过管道与所述第一冷凝器和膨胀阀之间的管道相连。
9.一种利用权利要求1-8任一项所述系统回收脱硫烟气中水分和热量的方法，其特征在于，所述方法为：
从脱硫塔排出的脱硫烟气经过蒸发器析出冷凝水，蒸发器中的制冷剂吸收热量后相变为气体，经压缩机压缩转变为高温高压气体，所述高温高压气体与第一冷凝器中的冷凝水换热后经膨胀阀降温降压进入蒸发器循环，和/或，将所述高温高压气体导入第二冷凝器中作为烟气的加热介质使用后再导入制冷剂回路；
将所述冷凝水导入脱硫塔顶部作为喷淋水使用，和/或，将其导入第一冷凝器作为冷却介质使用；
经过蒸发器后的烟气直接或经第二冷凝器加热后排入大气。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述蒸发器中的制冷剂为氟利昂或二氧化碳。
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