CN106853324A - 一种烟气深度脱水处理与废热回收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟气深度脱水处理与废热回收系统，其包括多管水面自激波水床、除湿水换热器、排污泵、过滤装置、增压泵和热泵等，通过管道依次连接形成循环闭合回路。多管水面自激波水床包括进烟区、床体、多管、疏波器、脱水除湿区及出烟区，烟气通过进烟管道进入，从出烟管道排出。本发明通过少许高品位能源驱动热泵进行烟气深度脱水除湿与热回收，达到了消耗少量的高品位能量，减少烟气排放的水蒸汽并提取废弃的低品位热能，将其转化为可利用热能的目的，烟气中的热能被大量回收利用，有效的减少了一次能源的消耗及污染物的排放。
Description
技术领域
本发明属于工业与民用能源应用领域，具体涉及一种将锅炉及窑炉等领域排放的热烟气进行深度脱水除湿处理，同时将排放烟气中的废热能进行回收并提升为高品位热能，制取生活热水或生产工艺热水(或其他热流体)的环保与废热能再生利用系统。
背景技术
能源与环保成为当今社会的两个重大问题。目前使用的各类锅炉的排放烟气中含有大量的水蒸汽与大量的废热，水蒸汽在空气中将凝结为水，其混杂灰尘将形成霾，同时大量废热能的排放不但形成能源的浪费，也造成了热污染即加剧了大气的热岛效应；而且排放的烟气中还含有一定的污染物，其中部分污染物是随烟气中的水分携带而排出的；因此，如何更好地去除烟气中的水分并回收烟气中的低品位废热能，提高一次能源的利用效率并减少污染物的排放是我国目前的重要工作。
常规的烟气热能回收是采用冷却式换热系统，即主要是通过单一的烟气-水换热器，将烟气温度降温，回收部分烟气余热，但其由于很难寻找低温水源使得烟气温度无法降至足够低，另烟气体积流量非常大、热焓低、换热效率低，换热设备体积非常大，热能回收率很低，设备投资也非常巨大，热能的回收利用难度较大；另外，常规烟气脱水及换热设备的烟气侧清污都是一个大难题。
现有技术也有采用其他方式回收烟气热能的，例如公开号为CN102650431A公开了一种燃气烟气余热梯级回收利用方法，其采用气水间接换热和气水直接换热两种不同方式的串联，梯级回收烟气中的低品位热能用于被加热水温度连续提升，被加热水温度经过两次连续提升，温度升高到60-100℃作为锅炉补水、其他工艺用水或生活热水使用，但是该系统需消耗较多的高品位电能，且回收的主要是烟气的显热部分，并且不能深度脱水。
公开号为CN203848505U公开了一种以热泵方式回收燃气锅炉烟气冷凝热能的装置，其采用高效冷凝换热器将烟气的热量热交换到低温的一次循环水中，再通过热泵机组将低温的一次循环水中的热量热交换至二次循环水中，虽然相对于常规冷凝式换热系统，其可以使烟气降至露点以下进行充分冷却，提高了烟气热能回收率，其公开的热泵机组可根据实际条件不同选择电驱动热泵或吸收式热泵；但其存在如下技术缺陷：一是仅适用于干净能源排放的烟气冷凝热能回收，而不是适用于燃煤、火电厂、回转窑等场所的烟气热能回收；二是烟气与冷水的换能方式未明确，因烟气体积流量非常大，热焓低，换热难度大，故烟气与冷水的换能方式直接决定烟气热能回收率；三是由于与携带污染物的烟气接触的一次循环水是浊水并有腐蚀性，一次循环水与热泵的能源交换器件清污及耐腐蚀都较为困难，尤其是吸收式热泵低温侧低于露点以下温度时，能效比很低，同时自身经常会发生蒸发器污染需要进行清洗，效率较低且成本增高。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个问题，本发明提供了一种烟气深度脱水处理与废热回收系统，其技术思路是采用烟气深冷处理，烟气经过低于露点温度的水将烟气中的水蒸汽凝析脱水，使烟气中的水份大幅度脱除，同时水份中携带的污染物包括细小粉尘及液体污染物也同时被去除，实现对烟气的再一次深度处理；在脱水除湿的同时将烟气中的低品位热能回收转化为可利用热能，提高了能源利用率；且脱水除湿后的烟气体积减少很多，重量也减少很多，降低了引风机的负荷，节省了高品位能源，实现了节能和环保；还有脱水除湿后的烟气因携带的污染物被更多的去除，故有效降低了污染物的排放，且对后部烟道设施的损害将大大降低。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种烟气深度脱水处理与废热回收系统，包括多管水面自激波水床和除湿水换热器，多管水面自激波水床和除湿水换热器通过管路连接形成闭合回路；除湿水换热器通过管路与热泵连接获得低温冷源，热泵的高温侧用于加热需加热水体；
所述脱水除湿换热器包括板式换热器本体、高温流体通道和低温流体通道，高温流体通道的两端分别为高温除湿水进口和低温除湿水出口，低温流体通道的两端分别为热泵的低温水进口和高温水出口；
所述多管水面自激波水床包括床体，床体内的上方设有进烟区，进烟区与床体外的进烟管道连接，床体内的下方设有脱水除湿区，脱水除湿区的上方设有出烟区，出烟区与床体外的出烟管道连接，进烟区与脱水除湿区之间设有密封隔板，密封隔板上设有多个连通进烟区和脱水除湿区的烟管，烟管的下端口处设有疏波器，疏波器浸没脱水除湿区的液面下方55-300mm处；脱水除湿区的床体上设有溢出口、回送口，溢出口、回送口分别连接有管道，多管水面自激波水床通过管道、设在管道上的除湿水增压泵与脱水除湿换热器的高温除湿水进口连接，脱水除湿换热器的低温除湿水出口通过管道、回送口与脱水除湿区连接，水床的下方还设有通过管道依次连接的排污泵、过滤装置，过滤装置通过管道与所述除湿水增压泵连接。
优选地，所述疏波器由中空管、阻隔板和疏波齿组成，中空管外侧壁上等距设有三层以上的阻隔板，每层阻隔板与中空管的夹角为 30-90°，最外层阻隔板除外的每层阻隔板的下方设有一圈疏波齿，每层阻隔板下方的疏波齿的长度由里层至外层逐层递减，最外层阻隔板上可斜向布置疏波齿，最外层阻隔板上的疏波齿与中空管的夹角为 30-90°，同层疏波齿之间的气槽是等高、等宽设置，相邻的阻隔板的下方的疏波齿是错位设置的。
进一步地，所述脱水除湿换热器的低温流体通道的两端通过管道与热泵机组的蒸发器连接，热泵机组的冷凝器与需被加热水体连接。
优选地，所述热泵机组采用大功率热泵，热泵动力采用汽轮机驱动，汽轮机的余热用来加热需被加热水体。
进一步地，所述脱水除湿换热器为采用防腐材料的水水板式换热器，水水板式换热器内采用防污染设计。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明采用烟气深冷处理技术，烟气经过低于大气下的露点温度的水即低于12℃以下，烟气中的水分凝析脱水实现大幅除湿，同时烟气中的潜热被回收，一般烟气含水率在8%—12%之间，采用本发明装置脱水后，烟气中的含水率低于1%—2%以下，可脱除烟气中80%水分，水分中携带的污染物，包括细小粉尘及液体污染物都被去除，因此本发明对烟气是再一次深度处理；
（2）本发明采用烟气与低温除湿水直接交换热量的方法，烟气中的热能与水体的热能交换是分子间直接交换，烟气与水的换热效率大大提高，设备体积减小，同时，烟气中的颗粒物、腐蚀性物质等污染物直接进入水体，不会发生对换热设备表面的堵塞及腐蚀，将常规方法中难以处理的设备污染问题轻松解决；
（3）本发明在烟气脱水除湿的同时将烟气中的低品位热能回收转化为可利用热能，采用热泵将低品位热能回收用于加热供热循环水或加热锅炉进水等；烟气回收的热量相当于提高锅炉热效率8%—20%左右，从而大大提高了能源利用率；
（4）本发明使得脱水除湿后的烟气体积减少很多，重量也减少很多，降低了引风机的负荷，节省了高品位能源，实现了节能和环保；还有脱水除湿后的烟气因携带的污染物被去除，故有效降低了污染物的排放，且对后部烟道设施的损害将大大降低；
（5）本发明的多管水面自激波水床中的疏波器的多层阻隔板不断地将烟气流分割成均等的小气流，每个小气流形成各自的震荡波，小震荡波之间又有对撞冲击，加剧了气与液的碰撞与搅拌，最终在水面形成剧烈且稳定均等的自激波层，在自激波层的烟气由于经过多层疏波齿的不断疏波均流、气液接触非常充分且在不断阻隔的过程中气液反应时间延长，从而大大提升了净化效率，故环保效果好；且因自激波层在水面处，烟气阻力比较小，能量消耗少，故节能效果非常好；尤其是，本发明的疏波齿在液体的自激波区域中，因气流震荡作用气槽不容易发生板结、堵塞，故障率低，不仅延长了疏波器的使用寿命，而且还大大提升了净化率，另外，还节约了成本和资源消耗；
（6）本发明采用汽轮机做热泵动力，汽轮机乏汽再加热循环水，热泵实际耗能很小，能源利用率非常高，并且成本很低；
（7）本发明的装置结构简单，维护方便，仅消耗了少量的高品位能源（电能或热能）将烟气中水分脱出并提取了大量的低品位废热能，将其转化为可利用热能，使得烟气中的热能被大量回收利用，有效的减少了一次能源的消耗及污染物的排放提高了能源利用率，达到了节能与环保的双目的。
（8）本发明中水床的水体内若加入脱硫、脱硝等药剂，可同时实现脱硫脱硝的深度处理，因硫和硝的低温水处理效率比常温水处理效率高。
附图说明
图1为本发明一种实施例的结构示意图；
图2为本发明的疏波器的结构示意图；
图中：1-多管水面自激波水床，2-除湿水换热器，3-热泵，4-需被加热水体，101-床体，102-进烟区，103-脱水除湿区，104-出烟区，105-密封隔板，106-烟管，107-疏波器，108-溢出口，109-回送口，110-管道，111-除湿水增压泵，112-排污泵，113-过滤装置，114-中空管，115-阻隔板，116-疏波齿，117-气槽，118-中空管外侧壁，201-高温流体通道，202-低温流体通道，301-蒸发器，302-冷凝器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
一种烟气深度脱水处理与废热回收系统，包括多管水面自激波水床1和除湿水换热器2，多管水面自激波水床1和除湿水换热器2通过管路连接形成闭合回路，所述脱水除湿换热器2包括高温流体通道201和低温流体通道202，高温流体通道201的两端分别为高温除湿水进口和低温除湿水出口，低温流体通道202的两端分别为热泵的低温水进口和高温水出口；所述多管水面自激波水床1包括床体101，床体101内的上方设有进烟区102，进烟区102与床体1外的进烟管道连接，床体1内的下方设有脱水除湿区103，脱水除湿区103的上方设有出烟区104，出烟区104与床体1外的出烟管道连接，进烟区102与脱水除湿区103之间设有密封隔板105，密封隔板105上设有多个连通进烟区104和脱水除湿区103的烟管106，烟管106的下端口处设有疏波器107，疏波器107浸没脱水除湿区103的液面下方55-300mm处；所述疏波器107由中空管114、阻隔板115和疏波齿116组成，中空管外侧壁118上等距设有三层以上的阻隔板，每层阻隔板与中空管的夹角为 30°或45°或60°之一，最外层阻隔板除外的每层阻隔板的下方设有一圈疏波齿，每层阻隔板下方的疏波齿的长度由里层至外层逐层递减，最外层阻隔板上可斜向布置疏波齿，最外层阻隔板上的疏波齿与中空管的夹角为 30°或45°或60°之一，同层疏波齿之间的气槽117是等高、等宽设置，相邻的阻隔板的下方的疏波齿是错位设置的。脱水除湿区103的床体101上设有溢出口108、回送口109，溢出口108、回送口109分别连接有管道，脱水除湿区103通过管道110、设在管道110上的除湿水增压泵111与所述脱水除湿换热器2的高温除湿水进口连接，所述脱水除湿换热器2的低温除湿水出口通过管道110、回送口109与脱水除湿区103连接，水床的下方还设有通过管道110依次连接的排污泵112、过滤装置113，过滤装置113通过管道110与所述除湿水增压泵111连接；所述脱水除湿换热器2的低温流体通道的两端通过管道110与热泵3的低温侧即蒸发器301连接，热泵3的高温侧即冷凝器302与被加热水体4连接；所述热泵机组3采用大功率热泵，用汽轮机驱动（或电动、空气源动力等）。
所述脱水除湿换热器2为采用防腐材料的水水板式换热器，水水板式换热器内采用防污结构设计。
常规烟气脱水技术处理后的烟气水分在5%左右，采用本发明装置脱水后，烟气中的含水率低于1%—2%以下，可脱除烟气中80%水分，水分中携带的污染物，包括细小粉尘及液体污染物都被去除，因此本发明对烟气是再一次深度处理；本发明采用烟气与低温除湿水直接交换热量的方法，在脱水除湿的同时将烟气中的低品位热能回收转化为可利用热能用于加热供热循环水或加热锅炉进水等，烟气回收的热量相当于提高锅炉热效率8%—20%左右，从而提高了能源利用率；且，本发明由于采用了烟气与低温除湿水直接交换热量的方法，烟气中的热能与水体的热能交换是分子间直接交换，换热效率大大提高，设备体积减小，同时，烟气中的颗粒物、腐蚀性物质等污染物直接进入水体，不会发生对换热设备表面的堵塞及腐蚀，将常规方法中难以处理的设备污染问题轻松解决。
本发明通过疏波器将烟气流分割成均等的小气流，每个小气流形成各自的震荡波，小震荡波之间又有对撞冲击，加剧了气与液的碰撞与搅拌，最终在水面形成剧烈且稳定均等的自激波层，在自激波层的烟气由于经过多层疏波齿的不断疏波均流、气液接触非常充分且在不断阻隔的过程中气液反应时间延长，从而大大提升了净化效率，也提高了换热效率，脱水除湿后的烟气体积减少很多，重量也减少很多，降低了引风机的负荷，节省了高品位能源，实现了节能和环保；且还有脱水除湿后的烟气因携带的污染物被去除，故有效降低了污染物的排放，且对后部烟道设施的损害将大大降低；
烟气深度脱水处理与热能回收系统制取的高温热能可根据使用要求输出，热水温度可达50℃～90℃，装置可以根据使用要求增加或减少相应配置。
本发明的烟气深度脱水处理与热能回收系统可应用于燃煤、燃气与燃油锅炉、窑炉等所有含水热烟气场合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种烟气深度脱水处理与废热回收系统，其特征在于：包括多管水面自激波水床（1）和除湿水换热器（2），多管水面自激波水床（1）和除湿水换热器（2）通过管路连接形成闭合回路；除湿水换热器通过管路与热泵连接获得低温冷源，热泵的高温侧用于加热需加热水体；
所述脱水除湿换热器（2）包括高温流体通道（201）和低温流体通道（202），高温流体通道（201）的两端分别为高温除湿水进口和低温除湿水出口，低温流体通道（202）的两端分别为连接热泵的低温水进口和高温水出口；
所述多管水面自激波水床（1）包括床体（101），床体（101）内的上方设有进烟区（102），进烟区（102）与床体（1）外的进烟管道连接，床体（1）内的下方设有脱水除湿区（103），脱水除湿区（103）的上方设有出烟区（104），出烟区（104）与床体（1）外的出烟管道连接，进烟区（102）与脱水除湿区（103）之间设有密封隔板（105），密封隔板（105）上设有多个连通进烟区（104）和脱水除湿区（103）的烟管（106），烟管（106）的下端口处设有疏波器（107），疏波器（107）浸没脱水除湿区（103）的液面下方55-300mm处；脱水除湿区（103）的床体（101）上设有溢出口（108）、回送口（109），溢出口（108）、回送口（109）分别连接有管道，脱水除湿区（103）通过管道（110）、设在管道（110）上的除湿水增压泵（111）与所述脱水除湿换热器（2）的高温除湿水进口连接，所述脱水除湿换热器（2）的低温除湿水出口通过管道（110）、回送口（109）与脱水除湿区（103）连接，脱水除湿区（103）的下方还设有通过管道（110）依次连接的排污泵（112）、过滤装置（113），过滤装置（113）通过管道（110）与所述除湿水增压泵（111）连接；所述脱水除湿换热器（2）的低温流体通道（110）与热泵（3）的低温侧即蒸发器（301）连接，获得低温冷源，热泵（3）的高温侧即冷凝器（302）与需被加热水体连接。
2.按权利要求1所述的系统，其特征在于：所述疏波器（107）由中空管（114）、阻隔板（115）和疏波齿（116）组成，中空管外侧壁（118）上等距设有三层以上的阻隔板，每层阻隔板与中空管的夹角为30°-90°，最外层阻隔板除外的每层阻隔板的下方设有一圈疏波齿，每层阻隔板下方的疏波齿的长度由里层至外层逐层递减，最外层阻隔板上可斜向布置疏波齿，最外层阻隔板上的疏波齿与中空管的夹角为 30°-90°，同层疏波齿之间的气槽（117）是等高、等宽设置，相邻的阻隔板的下方的疏波齿是错位设置的。
3.按权利要求1所述的系统，其特征在于：所述热泵机组（3）采用大功率热泵，用汽轮机驱动。
4.按权利要求1任一所述的系统，其特征在于：所述脱水除湿换热器（2）为采用防腐材料的水水板式换热器，水水板式换热器内采用防污结构设计。
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