CN106563337A - 具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置及方法，包括吸收塔本体，净化回路系统、内循环系统和溶液提浓系统；吸收塔本体内设多层喷淋段；净化回路系统包括溶液净化调质装置，溶液净化调质装置与吸收塔本体连接；内循环系统包括自循环换热器，自循环换热器与吸收塔本体连接；溶液提浓系统包括依次连通的回热器和外循环换热器、以及通过管路与回热器连接的蒸发器；回热器和外循环换热器连接于与吸收塔本体连接的管路上；换热器上均连接有冷源进口和出口管道；吸收塔本体上设有烟气进气管和出气烟囱。具有烟气净化、除湿完全；烟风阻力小、不易造成堵塞，溶液污染小，换热设备成本低且运行可靠性高、运行能耗低和溶液损失小的优点。

Description

具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置及方法

技术领域

本发明属于烟气净化、处理和热能利用技术领域，具体涉及一种具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置及方法。

现有技术

传统的烟气净化装置，如湿法脱硫、水膜除尘等，多采用水、石灰浆等作为净化介质。当高温烟气与液体介质直接接触时，由于传热作用，使得液相温度显著提升，从而造成液相中的水分不断向气相蒸发，其结果为，烟气温度大幅度下降而含湿量急剧上升。由此，造成了烟气余热利用价值的大幅降低并增加了后续烟道中烟气结露的风险从而造成严重腐蚀。

近几年提出了若干采用“除湿溶液”实现烟气除湿、净化及余热利用的技术方案，如：一种吸收式脱硫烟气除湿系统、方法及燃煤企业-CN201610473308.7，锅炉烟气的处理装置及处理方法-CN201410422287.7，其基本原理为：采用诸如氯化钙、溴化锂等除湿溶液作为净化介质，通过喷淋脱除烟气中的二氧化硫、氮氧化物等酸性气体，并带走一部分烟尘实现烟气净化；同时，由于溶液低水蒸气分压的特性，在与高温烟气接触时不但水分不会蒸发，而且会吸收一部分水蒸气，实现烟气除湿的目的；此外，由于烟气向溶液侧的传热及溶液吸收水蒸气的释放潜热，使得其所含热量上升，温度提高，通过换热，可以实现烟气余热的高效、高值利用。

但是上述现有的烟气除湿、净化一体化技术尚不成熟，多将烟气净化、除湿、换热等诸多环节集成于单一设备或单一流程中，造成了烟气净化、除湿不完全；烟风阻力过大甚至堵塞，溶液污染严重，换热设备成本过高且运行可靠性差，运行能耗高和溶液损失大等问题，严重阻碍了该技术方案的大范围推广应用，有必要改进。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种烟气净化、除湿完全；烟风阻力小、不易造成堵塞，溶液污染小，换热设备成本低且运行可靠性高、运行能耗低和溶液损失小的具有多路循环的烟气净化、除湿装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置，该装置包括吸收塔本体，所述的吸收塔本体上并联设置有净化回路系统、内循环系统和溶液提浓系统；

所述的吸收塔本体内设置有多层喷淋段；

所述的净化回路系统包括溶液净化调质装置，溶液净化调质装置的两端分别通过管路与吸收塔本体连接；

所述的内循环系统包括自循环换热器，自循环换热器的两端分别通过管路与吸收塔本体连接；

所述的溶液提浓系统包括依次连通的回热器和外循环换热器、以及通过管路与回热器连接的蒸发器；所述的回热器和外循环换热器连接于与吸收塔本体连接的管路上；

所述的换热器上均连接有冷源进口和出口管道；所述的吸收塔本体上设置有烟气进气管和出气管道。

本发明上述的溶液净化调质装置通过管道与吸收塔本体内的多层喷淋段连接；此部分与换热系统独立出来，形成一个闭合回路，不影响换热除湿；此部分溶液作为喷淋液，与烟气接触，强化吸收效果。

本发明上述的自循环换热器通过管道与吸收塔本体内的多层喷淋段连接；此部分溶液作为喷淋液，与烟气接触，强化吸收效果。

本发明上述的溶液净化调质装置包括溶液pH调节、沉淀、过滤、加药装置；这些装置的设置，主要作用在于：沉淀过滤：溶液在与烟气接触过程中会吸收烟气中硫份、烟尘等杂质，增加沉淀过滤装置，保持溶液的洁净，保证了净化效果；pH调节装置：调节溶液的pH，使之在合适范围内，保证系统脱硫得效果；加药装置：用于添加pH调节剂和溶质(由于沉淀处理过程中会损失溶质，所以要及时添加)；整套系统：减轻设备结垢，强化吸收。

本发明上述的回热器和蒸发器将提浓后的溶液经过外循环换热器与吸收塔本体的多层喷淋段相连接；此部分从净化回路系统，内循环系统中独立出来，形成一个闭合回路，不影响净化回路系统及内循环系统；在喷淋过程中溶液吸收烟气中的水蒸气，浓度变低，经提浓后重新喷淋，维持整个系统动态平衡；回热器回收提浓后溶液的热量用于预热提浓溶液，减少驱动热量消耗。

本发明上述内循环系统中内循环回路的溶液流量占总流量的30～90％。这样设置是为了减少泵功、减少换热损失、减少蒸汽消耗。

本发明的溶液，如溴化锂、氯化锂、氯化钙以及三甘醇、离子液体等。

本发明所述的吸收塔本体内，为了防止溶有硫酸、硫酸盐、二氧化硫等的“雾”从吸收塔内直接逸出；在位于多层喷淋段的上部还设置有除雾器(除雾器主要是由波形叶片、板片、卡条等固定装置组成，在湿法脱硫，吸收塔在运行过程中，易产生粒径为10--60微米的“雾”，“雾”不仅含有水分，它还溶有硫酸、硫酸盐、二氧化硫等，同时也造成风机、热交换器及烟道的玷污和严重腐蚀，因此，湿法脱硫工艺上对吸收设备提出除雾的要求，被净化的气体在离开吸收塔之前要除雾；本发明的吸收塔实现了脱硫和除雾的双重效果)；在多层喷淋段的下方设置烟气导流段，该段的设置可以使得烟气充分的混合，实现与溶液的充分接触。

本发明上述的喷淋段下方可根据所处理烟气的洁净度及烟风阻力要求，选择性设置填料段或安装内置换热器；此处的填料段或内置换热器位于喷淋段下方和烟气导流段上方；填料段是为了增加传热传质面积，烟气整流；而内置换热器可以减小运行需要的液气比(即喷淋溶液量)，减小喷淋阻力(喷淋量减小，喷淋密度减小)，代替部分填料，减小阻力。

本发明上述利用上述具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置的方法，步骤包括：

(1)烟气自吸收塔下部侧壁进入到吸收塔中并向上部运行；

(2)净化回路系统、内循环系统和溶液提浓系统与吸收塔本体连接的管路内流通有溶液；向上运行的烟气与来自净化回路系统、内循环系统和溶液提浓系统连接的多层喷淋段下来的溶液充分接触，实现除湿和净化，处理后的烟气自吸收塔本体上部的出气管道排出，向下流动的液体分别分流到净化回路系统、内循环系统和溶液提浓系统的管路中；

(3)与内循环系统连通的管路将部分吸附杂质和水分的溶液泵入到自循环换热器中，自循环换热器上连接有冷源进口、冷源经过换热器后获得热量自冷源出口排出、实现热量利用；换热后的溶液再次进入到吸收塔本体多层喷淋段对烟气进行喷淋，实现循环利用；

(4)与净化回路系统连通的管路将部分吸附杂质和水分的溶液泵入到净化调质装置中，经过处理后的溶液得到净化，然后再次进入到吸收塔本体多层喷淋段对烟气进行喷淋，实现循环利用；

(5)与溶液提浓系统连通的管路将部分吸附杂质和水分的溶液泵入到回热器中，然后进入到蒸发器中浓缩，浓缩后的溶液进入到外循环换热器中、其中溶液的热量被外循环换热器利用将冷源进行加热利用；冷却后的溶液重新进入到吸收塔本体多层喷淋段对烟气进行喷淋，实现循环利用。

本发明的优点和有益效果：

1、本发明的装置强化净化、除湿与换热效果，由于采用大量溶液内循环的方法，使得吸收塔本体内的溶液流量密度大幅增加，从而使气液接触更加充分，增强除湿与净化效果；同样，对于外置换热器而言，其中的溶液流量及雷诺数大幅提高，换热效果被加强。

2、本发明的吸收塔本体内结构可繁可简，在烟气污染物含量多，烟风阻力要求高的场合可采用“空塔”设计；在烟气洁净度好，烟风阻力余量大的场合可增设填料层及内置换热器，以节约设备占地面积降低初始投资；因此提高了设计灵活性，减少了吸收塔本体的维护工作量，提高了可靠性。

3、本发明净化系统中的净化回路采用单独接口，净化回路溶液流量、停留时间等关键参数可完全根据烟气污染物含量及特性进行优化设计，在提高净化效果的同时减少了因溶液净化引起的热量耗散。

4、本发明溶液提浓(发生)幅度及流量可根据提浓(发生)条件优化设计。

附图说明

附图1本发明具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置的结构示意图。

附图2本发明吸收塔结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施例进一步详细本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

如附图1所示，本发明的一种具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置，该装置包括吸收塔本体1，所述的吸收塔本体上并联设置有净化回路系统2、内循环系统3和溶液提浓系统4；

如附图2所示：所述的吸收塔本体内设置有多层喷淋段1.2；为了防止溶有硫酸、硫酸盐、二氧化硫等的“雾”从吸收塔内直接逸出，在位于多层喷淋段的上部还设置有除雾器1.1(除雾器主要是由波形叶片、板片、卡条等固定装置组成，在湿法脱硫，吸收塔在运行过程中，易产生粒径为10--60微米的“雾”，“雾”不仅含有水分，它还溶有硫酸、硫酸盐、二氧化硫等，同时也造成风机、热交换器及烟道的玷污和严重腐蚀，因此，湿法脱硫工艺上对吸收设备提出除雾的要求，被净化的气体在离开吸收塔之前要除雾；本发明的吸收塔实现了脱硫和除雾的双重效果)；在多层喷淋段的下方设置烟气导流段1.3，该段的设置可以使得烟气充分的混合，实现与溶液的充分接触；

所述的净化回路系统包括溶液净化调质装置2.1，溶液净化调质装置的两端分别通过管路与吸收塔本体连接；

所述的内循环系统包括自循环换热器3.1，自循环换热器的两端分别通过管路与吸收塔本体连接；

所述的溶液提浓系统包括依次连通的回热器4.1和外循环换热器4.2、以及通过管路与回热器连接的蒸发器4.3；所述的回热器和外循环换热器连接于与吸收塔本体连接的管路上；

所述的换热器上均连接有冷源进口管道5和冷源出口管道6；所述的吸收塔本体上设置有烟气进气管1.4和出气管道1.5。

如附图1所示：本发明的内循环系统3与吸收塔本体连接的管路上设置了自循环溶液泵P1，为实现管路内部溶液流动提供动力；净化回路系统2位于净化调质装置的两侧各设置一个泵，即净化处理泵P1和净化回流泵P5，实现净化回路系统2与吸收塔本体连接的管路内溶液流动的动力；溶液提浓系统4位于吸收塔本体和回热器之间的管路上设置了外循环处理泵P2，位于回热器和蒸发器连接的管路上设置了外循环喷淋泵P3，实现管路内溶液循环的动力。

本发明上述的溶液净化调质装置通过管道与吸收塔本体内的多层喷淋段连接；此部分与换热系统独立出来，形成一个闭合回路，不影响换热除湿；此部分溶液作为喷淋液，与烟气接触，强化吸收效果。

本发明上述的溶液净化调质装置包括溶液pH调节，沉淀、过滤和加药装置；这些装置的设置，主要作用在于：沉淀过滤：溶液在与烟气接触过程中会吸收烟气中硫份、烟尘等杂质，增加沉淀过滤装置，保持溶液的洁净，保证了净化效果；pH调节装置：调节溶液的pH，使之在合适范围内，保证系统脱硫得效果；加药装置：用于添加pH调节剂和溶质(由于沉淀处理过程中会损失溶质，所以要及时添加)；整套系统：减轻设备结垢，强化吸收；上述的pH调节，沉淀、过滤和加药装置均融合于溶液净化调质装置内，为行业常规的装置，依次通过管路连通。

本发明上述的回热器和蒸发器将提浓后的溶液经过外循环换热器与吸收塔本体的多层喷淋段相连接；此部分从净化回路系统，内循环系统中独立出来，形成一个闭合回路，不影响净化回路系统及内循环系统；在喷淋过程中溶液吸收烟气中的水蒸气，浓度变低，经提浓后重新喷淋，维持整个系统动态平衡；回热器回收提浓后溶液的热量用于预热提浓溶液，减少驱动热量消耗。

本发明上述内循环系统中内循环回路的溶液流量占三路溶液总流量的30～90％。这样设置是为了减少泵功、减少换热损失、减少蒸汽消耗。

本发明的溶液，如溴化锂、氯化锂、氯化钙以及三甘醇、离子液体等。

本发明上述的喷淋段下方可根据所处理烟气的洁净度及烟风阻力要求，选择性设置填料段或安装内置换热器；此处的填料段或内置换热器位于喷淋段下方和烟气导流段上方；填料段是为了增加传热传质面积，烟气整流；而内置换热器可以减小运行需要的液气比(即喷淋溶液量)，减小喷淋阻力(喷淋量减小，喷淋密度减小)，代替部分填料，减小阻力。

本发明上述利用上述具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置的方法，步骤包括：

(1)高温的烟气自吸收塔下部侧壁通过进气管进入到吸收塔中并向上部运行；

(2)净化回路系统、内循环系统和溶液提浓系统与吸收塔本体连接的管路内流通有溶液(溴化锂、氯化锂、氯化钙以及三甘醇、离子液体等中的一种；这些溶液的特点为：由于溶液低水蒸气分压的特性，在与高温烟气接触时不但水分不会蒸发，而且会吸收一部分水蒸气，实现烟气除湿的目的；此外，由于烟气向溶液侧的传热及溶液吸收水蒸气的释放潜热，使得其所含热量上升，温度提高，通过换热，可以实现烟气余热的高效、高值利用)；向上运行的烟气与来自净化回路系统、内循环系统和溶液提浓系统连接的多层喷淋段下来的溶液充分接触，实现除湿和净化，处理后的烟气自吸收塔本体上部的出气管道排出(具体如出气烟囱)，向下流动的液体分别分流到净化回路系统、内循环系统和溶液提浓系统的管路中；

(3)与内循环系统连通的管路将部分吸附杂质和水分的溶液泵入到自循环换热器中，自循环换热器上连接有冷源进口、冷源经过换热器后获得热量自冷源出口排出、冷源将溶液带有的热量进行交换、将热量带走冷源得到加热、实现热量利用；换热后的溶液再次进入到吸收塔本体多层喷淋段对烟气进行喷淋，实现循环利用；

(4)与净化回路系统连通的管路将部分吸附杂质和水分的溶液泵入到净化调质装置中，经过处理后的溶液得到净化，然后再次进入到吸收塔本体多层喷淋段对烟气进行喷淋，实现循环利用；

(5)与溶液提浓系统连通的管路将部分吸附杂质和水分的溶液泵入到回热器中，然后进入到蒸发器中浓缩，浓缩后的溶液进入到外循环换热器中、其中溶液的热量被外循环换热器利用将冷源进行加热利用；冷却后的溶液重新进入到吸收塔本体多层喷淋段对烟气进行喷淋，实现循环利用。

实施例：

以天津某项目为例，1×35t/h垃圾焚烧炉，按照原方案系统溶液全部进沉淀处理后进发生提浓系统：采用本发明上述实施例的具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置之后，其能耗与现有的装置相比较，实验结果如下：

1.原功耗330KW，更改多路系统后功耗270kw，减少功耗22.22％。

2.原系统蒸汽消耗量13.5t/h，在保证换热效果情况下，采用多路循环系统蒸汽消耗量为12t/h，蒸汽消耗量减少11％。

3.在吸收效果不变的情况下，蒸汽消耗量减少，系统能效比由原来的1.6提高到1.7。

4.更改后的系统将沉淀处理系统单独形成一路：

a在换热系统故障时，沉淀处理系统运行，不影响系统环保能力。

b进入沉淀处理系统的溶液回吸收器时也参与到喷淋中，进一步减少系统泵功，增加喷淋液气比，提高吸收效率。

4.更改后将溶液循环分成自循环及外循环：

a在相同喷淋量(液气比)的情况下减少发生提浓阶段的循环量，减少系统泵功。

b在保证吸收效果不变的情况下，减少蒸汽消耗量，提高系统能效比。

c自循环与发生提浓两套系统互为备用，保证必要的喷淋液气比，保证系统最低环保要求及节能要求。

d在外界热量需求低的情况下(如非供暖季)，仅开启自循环或外循环，优化系统运行。

Claims (9)

1.一种具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置，该装置包括吸收塔本体，所述的吸收塔本体上并联设置有净化回路系统、内循环系统和溶液提浓系统；

所述的吸收塔本体内设置有多层喷淋段；

所述的净化回路系统包括溶液净化调质装置，溶液净化调质装置的两端分别通过管路与吸收塔本体连接；

所述的内循环系统包括自循环换热器，自循环换热器的两端分别通过管路与吸收塔本体连接；

所述的溶液提浓系统包括依次连通的回热器和外循环换热器、以及通过管路与回热器连接的蒸发器；所述的回热器和外循环换热器连接于与吸收塔本体连接的管路上；

所述的换热器上均连接有冷源进口和出口管道；所述的吸收塔本体上设置有烟气进气管和出气管道。

2.根据权利要求1所述的具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置，其特征在于：所述的溶液净化调质装置通过管道与吸收塔本体内的多层喷淋段连接。

3.根据权利要求1所述的具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置，其特征在于：所述的溶液净化调质装置包括溶液pH调节、沉淀、过滤、加药装置。

4.根据权利要求1所述的具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置，其特征在于：所述的回热器和蒸发器将提浓后的溶液经过外循环换热器与吸收塔本体的多层喷淋段相连接。

5.根据权利要求1所述的具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置，其特征在于：所述的自循环换热器通过管道与吸收塔本体内的多层喷淋段连接。

6.根据权利要求1所述的具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置，其特征在于：所述的内循环系统中内循环回路的溶液流量占总流量的30～90％。

7.根据权利要求1所述的具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置，其特征在于：所述的溶液为溴化锂、氯化锂、氯化钙以及三甘醇、离子液体中的一种。

8.根据权利要求1所述的具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置，其特征在于：所述的喷淋段的上方设置有除雾器、下方设置有烟气导流段；位于喷淋段下方和烟气导流段上方设置有填料段或安装内置换热器。

9.一种利用权利要求1所述的具有多路循环的吸收式烟气余热利用、净化、除湿装置的方法，其特征在于：步骤包括：

(1)烟气自吸收塔下部侧壁进入到吸收塔中并向上部运行；

(2)净化回路系统、内循环系统和溶液提浓系统与吸收塔本体连接的管路内流通有溶液；向上运行的烟气与来自净化回路系统、内循环系统和溶液提浓系统连接的多层喷淋段下来的溶液充分接触，实现除湿和净化，处理后的烟气自吸收塔本体上部的烟囱排出，向下流动的液体分别分流到净化回路系统、内循环系统和溶液提浓系统的管路中；

(3)与内循环系统连通的管路将部分吸附杂质和水分的溶液泵入到自循环换热器中，自循环换热器上连接有冷源进口、冷源经过换热器后获得热量自冷源出口排出、实现热量利用；换热后的溶液再次进入到吸收塔本体多层喷淋段对烟气进行喷淋，实现循环利用；

(4)与净化回路系统连通的管路将部分吸附杂质和水分的溶液泵入到净化调质装置中，经过处理后的溶液得到净化，然后再次进入到吸收塔本体多层喷淋段对烟气进行喷淋，实现循环利用；

(5)与溶液提浓系统连通的管路将部分吸附杂质和水分的溶液泵入到回热器中，然后进入到蒸发器中浓缩，浓缩后的溶液进入到外循环换热器中、其中溶液的热量被外循环换热器利用将冷源进行加热利用；冷却后的溶液重新进入到吸收塔本体多层喷淋段对烟气进行喷淋，实现循环利用。