CN107238227A - 一种基于吸收式循环的烟气余热深度回收系统 - Google Patents

一种基于吸收式循环的烟气余热深度回收系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于吸收式循环的烟气余热深度回收系统，包括燃煤烟气系统、热泵系统和热网水系统，其中：燃煤烟气系统包括锅炉、除尘器、脱硫塔、吸收塔、烟囱；热泵系统包括吸收式热泵和开式吸收式热泵，本发明烟气通过脱硫塔、吸收塔实现两次换热降温，采用两级热泵逐级回收烟气余热，实现了烟气余热的梯级利用。同时实现了热网水的梯级升温，使系统整体能效得到大幅提升。本发明的吸收式热泵与脱硫塔通过吸收液循环管道连接，开式吸收式热泵与吸收塔之间通过浓溶液再生循环管路连接，设备接口简单，不用对现有设备进行改造，利于设备的维护更换。

Description

一种基于吸收式循环的烟气余热深度回收系统
技术领域
本发明属于烟气余热回收领域，具体涉及一种基于吸收式循环的烟气余热深度回收系统。
背景技术
燃煤锅炉系统中，排烟热损失占锅炉总热损失的一半以上，造成巨大的能源浪费。深度回收烟气中蕴含的巨大潜能，提高锅炉的能源利用效率，成为我国节能减排的重要措施。
烟气中包含大量的CO2、SO2和NOX等气体燃烧产物，其酸性和露点腐蚀性等对余热回收设备产生较大影响，使得烟气余热回收难度增大，成本提高。再者，烟囱排烟温度较高，使烟气中蕴含的低品位余热被释放到空气中，进一步造成能源浪费。
为了对烟气余热进行回收再利用，普遍采用热泵对烟气余热进行回收，比如：专利201620046010.3利用吸收式热泵以驱动蒸汽回收烟气余热的供热系统的中国专利，利用电厂循环冷却水进入直接换热器里面跟烟气换热，然后再通过吸收式热泵的蒸发器提取烟气余热，其中烟气与低温冷却水直接换热，换热温差大，造成换热的不可逆损失大，降温后的低温烟气还具有显热和潜热，没有被回收利用，烟气余热回收率低。专利201520893728.1一种火电厂脱硫塔余热综合利用系统，利用脱硫塔循环液吸收烟气余热，然后采用电动压缩式热泵对脱硫塔循环液中的热量进行回收，烟气余热与循环液换热后还存在潜热不能被吸收，烟气余热回收率低，烟气直接引入脱硫塔循环液中换热，容易对管路造成腐蚀。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种将锅炉排烟温度降至更低，深度提取烟气中的余热，用于加热热网回水，显著提高锅炉能源利用效率的基于吸收式循环的烟气余热深度回收系统。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种基于吸收式循环的烟气余热深度回收系统，包括燃煤烟气系统、热网水系统以及热泵系统，所述燃煤烟气系统包括脱硫塔、吸收塔及烟气管道；其中烟气经烟气管道进入脱硫塔与循环吸收液换热后再经烟气管道进入吸收塔，与浓溶液进行换热后排放；所述热泵系统包括吸收式热泵系统以及开式吸收式热泵系统，吸收式热泵系统包括吸收器、发生器、蒸发器、溶液换热器和冷凝器，吸收式热泵的蒸发器串入脱硫塔的循环吸收液循环管路中回收烟气余热，吸收式热泵的吸收器和冷凝器依次串入热网水管道中对热网水升温，吸收式热泵的发生器进口端连接供热蒸汽，供热蒸汽经换热后由发生器出口端排出；开式吸收式热泵系统包括吸收塔、溶液-水换热器、溶液换热器、再生器和蒸汽-水换热器；吸收塔的浓溶液与烟气换热后生成稀溶液，稀溶液依次经溶液换热器、再生器后生成浓溶液，生成的浓溶液依次经溶液换热器、溶液-水换热器再次进入吸收塔与烟气进行换热；开式吸收式热泵的再生器蒸汽进口端连接供热蒸汽，供热蒸汽经换热后由再生器凝水出口端排出，同时产生的水蒸汽经再生器蒸汽出口端进入蒸汽-水换热器换热后排出；所述热网水系统的热网水依次经过溶液-水换热器、吸收器，冷凝器、蒸汽-水换热器升温后经由热网水管道进行供水。
进一步的，在燃煤烟气系统的脱硫塔烟气进口端连接烟气管道，在烟气管道上设置阀门,脱硫塔烟气出口端与吸收塔烟气进口端之间连接烟气管道，在烟气管道上设置阀门，在烟气管道上阀门前设置烟气旁通管道，在烟气旁通管道设置阀门，在烟气管道上阀门前和脱硫塔烟气出口端之间设置烟气旁通管道，在烟气旁通管道设置阀门。
进一步的，在开式吸收式热泵的溶液-水换热器热网水进口端连接热网水管道，在热网水管道上设置阀门，在溶液-水换热器热网水出口端以及热网水管道上阀门前的热网水进口端之间连接有热网水旁通管道，热网水旁通管道上设有阀门；在溶液-水换热器热网水出口端与吸收式热泵的吸收器热网水进口端之间连接热网水管道，热网水管道上设置阀门，吸收式热泵的冷凝器热网水出口端与蒸汽-水换热器热网水进口端之间连接热网水管道，热网水管道上设置有阀门，在溶液-水换热器热网水出口端和热网水管道上的阀门之间连接有热网水旁通管道，在热网水旁通管道上设有阀门；在开式吸收式热泵的蒸汽-水换热器热网水出口端连接热网水管道，在蒸汽-水换热器热网水出口端和热网水管道上的阀门之间连接有热网水旁通管道，热网水旁通管道上设有阀门。
进一步的，在开式吸收式热泵的溶液换热器浓溶液进口端和再生器溶液出口端之间设置浓溶液管道，浓溶液管道上设置有浓溶液循环泵。
进一步的，在脱硫塔循环吸收液出口端和脱硫塔循环吸收液进口端之间设置吸收液循环管道，在吸收液循环管道上设置有阀门，在阀门和脱硫塔循环吸收液出口端之间设置有吸收液循环泵，阀门前的吸收液循环管道经吸收液循环管道连接吸收式热泵的蒸发器吸收液进口端，阀门后的吸收液循环管道经吸收液循环管道连接吸收式热泵的蒸发器吸收液出口端，在吸收液循环管道上设有阀门，在吸收液循环管道上设有阀门。
优选的，所述燃煤烟气系统还包括锅炉、除尘器和烟囱所述锅炉烟气出口端通过烟气管道与除尘器烟气进口端相连，所述除尘器烟气出口端通过烟气管道与脱硫塔烟气进口端相连，所述供热蒸汽由锅炉提供。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明采用吸收式热泵回收脱硫塔中循环吸收液余热，既能适当降低与烟气直接接触的循环吸收液温度，又能回收吸收液余热，用于加热热网水；在烟气管道上设置了吸收塔，并利用开式吸收式热泵回收吸收塔交换的烟气余热，既能提高烟气的脱硫效果，又能降低烟气的温度，回收烟气中的潜热和显热，达到深度回收烟气余热的目的；由于吸收塔出口烟气的含硫化物和氮氧化物低，可直接将烟气排放至空气中，省去烟气换热器，节省投资。本发明烟气通过脱硫塔、吸收塔实现两次换热降温，采用两级热泵逐级回收烟气余热，实现了烟气余热的梯级利用。同时实现了热网水的梯级升温，使系统整体能效得到大幅提升。本发明的吸收式热泵与脱硫塔通过吸收液循环管道连接，开式吸收式热泵与吸收塔之间通过浓溶液再生循环管路连接，设备接口简单，不用对现有设备进行改造，利于设备的维护更换。
附图说明
图1为本发明一种基于吸收式循环的烟气余热深度回收系统示意图；
其中：1-锅炉；11-锅炉烟气出口端；2-除尘器；21-除尘器烟气进口端；22-除尘器烟气出口端；3-脱硫塔；31-脱硫塔烟气进口端；32-脱硫塔循环吸收液出口端；33-脱硫塔循环吸收液进口端；34-脱硫塔烟气出口端；4-烟囱；41-烟囱烟气进口端；5-吸收塔；51-吸收塔烟气进口端；52-吸收塔溶液出口端；53-吸收塔溶液进口端；54-吸收塔烟气出口端；6-溶液-水换热器；61-溶液-水换热器热网水出口端；62-溶液-水换热器溶液进口端；63-溶液-水换热器热网水进口端；64-溶液-水换热器溶液出口端；7-再生器；71-再生器蒸汽出口端；72-再生器蒸汽进口端；73-再生器凝水出口端；74-再生器溶液出口端；75-再生器溶液进口端；8-蒸汽-水换热器；81-蒸汽-水换热器热网水进口端；82-蒸汽-水换热器凝水出口端；83-蒸汽-水换热器热网水出口端；84-蒸汽-水换热器蒸汽进口端；9、溶液换热器；EX-溶液换热器；EX1-溶液换热器稀溶液进口端，EX2-溶液换热器稀溶液出口端；EX3-溶液换热器浓溶液进口端；EX4-溶液换热器浓溶液出口端；A-吸收器；A1-吸收器热网水出口端；A2-吸收器热网水进口端；G-发生器；G1-发生器蒸汽进口端；G2-发生器凝水出口端；E-蒸发器；E1-蒸发器吸收液进口端；E2-蒸发器吸收液出口端；C-冷凝器；C1-冷凝器热网水出口端；C2-冷凝器热网水进口端；K1、K2、K3、K4-烟气管道阀门；K5、K6、K7-吸收液循环管道阀门；K8、K9、K10、K11、K12、K13、K14-热网水管道阀门；P1、P2、P4、P6-烟气管道；P3、P5-烟气旁通管道；P7、P8-蒸发器吸收液循环管道；P9-脱硫塔吸收液循环管道；P10、P11-稀溶液管道；P12、P13、P14-浓溶液管道；P15、P17、P18、P19、P24-热网水管道；P16、P20、P21-热网水旁通管道；P22-再生器蒸汽管道；P23-蒸汽-水换热器凝水管道；P25-发生器蒸汽管道；P26-发生器凝水管道；P27-再生器蒸汽管道；P28-再生器凝水管道。
具体实施方式
下面结合附图对发明做进一步详细描述：
如图1所示，本发明包括燃煤烟气系统、热泵系统和热网水系统，热泵系统包括吸收式热泵系统和开式吸收式热泵系统。其中燃煤烟气系统包括锅炉1、除尘器2、脱硫塔3、烟囱4和吸收塔5，还包括烟气管道P1、P2、P4、P6和烟气旁通管道P3、P5。锅炉烟气出口端11通过烟气管道P1与除尘器烟气进口端21相连，所述除尘器烟气出口端22通过烟气管道P2经阀门K2与脱硫塔烟气进口端31相连，所述脱硫塔烟气出口端34通过烟气管道P4经阀门K4与吸收塔烟气进口端51相连，所述吸收塔烟气出口端54通过烟气管道P6与烟囱烟气进口端41相连，所述烟气管道P2通过烟气旁通管道P3经阀门K1与烟气管道P6相连，所述烟气管道P4通过烟气旁通管道P5经阀门K3与烟气管道P6相连。其中烟气旁通管道P3用于脱硫塔故障或者维修时开启，将烟气直接送入烟囱外排；烟气旁通管道P5用于吸收塔5出现故障或者维修时开启，将烟气由脱硫塔直接送入烟囱外排。
吸收式热泵系统包括吸收器A、发生器G、蒸发器E、溶液换热器9和冷凝器C。所述热网水管道P17通过阀门K8与吸收器热网水进口端A2相连，所述吸收器热网水出口端A1通过热网水管道P18与冷凝器热网水进口端C2相连，所述热网水管道P19与冷凝器热网水出口端C1相连，所述脱硫塔3吸收液循环管道P9通过脱硫塔吸收液出口端32经阀门K5与脱硫塔吸收液进口端33相连，所述蒸发器吸收液进口端E1通过蒸发器E吸收液循环管道P7经阀门K6与脱硫塔3吸收液循环管道P9相连，连接点位于阀门K5之前，所述蒸发器吸收液出口端E2通过蒸发器E吸收液循环管道P8经阀门K7与脱硫塔3吸收液循环管道P9相连，连接点位于阀门K5之后，为了保证循环吸收液的顺利循环，在阀门K5前还设有吸收液循环泵；所述发生器蒸汽管道P25与发生器蒸汽进口端G1相连，所述发生器凝水管道P26与发生器凝水出口端G2相连。
开式吸收式热泵系统包括吸收塔5、溶液-水换热器6、溶液换热器EX、再生器7和蒸汽-水换热器8。所述烟气管道P4与吸收塔烟气进口端51相连，所述烟气管道P6与吸收塔烟气出口端54相连，所述吸收塔溶液出口端52通过稀溶液管道P10与溶液换热器稀溶液进口端EX1相连，所述溶液换热器稀溶液出口端EX2通过稀溶液管道P11与再生器溶液进口端75相连，所述再生器溶液出口端74通过浓溶液管道P12与溶液换热器浓溶液进口端EX3相连，为了保证浓溶液的顺利循环，在浓溶液管道P12还设有浓溶液循环泵；所述溶液换热器浓溶液出口端EX4通过浓溶液管道P13与溶液-水换热器溶液进口端62相连，所述溶液-水换热器溶液出口端64通过浓溶液管道P14与吸收塔溶液进口端53相连，所述再生器蒸汽出口端71通过蒸汽管道P22与蒸汽-水换热器蒸汽进口端84相连，所述蒸汽-水换热器凝水管道P23与蒸汽-水换热器凝水出口端82相连，所述再生器蒸汽管道P27与再生器蒸汽进口端72相连，所述再生器凝水管道P28与再生器凝水出口端73相连。
热网水系统包括溶液-水换热器6、吸收器A、冷凝器C和蒸汽-水换热器8。所述热网水管道P15通过阀门K9与溶液-水换热器热网水进口端63相连，所述溶液-水换热器热网水出口端61通过热网水管道P17经阀门K8与吸收器热网水进口端A2相连，为了防止溶液-水换热器故障导致热网水系统不能使用，在溶液-水换热器热网水出口端61以及热网水管道P15上阀门K9前的热网水进口端之间连接有热网水旁通管道P16，热网水旁通管道P16上设有阀门K10；开启旁通管道时，关闭阀门K9，开启阀门K10。所述吸收器热网水出口端A1通过热网水管道P18与冷凝器热网水进口端C2相连，所述冷凝器热网水出口端C1通过热网水管道P19经阀门K12、K14与蒸汽-水换热器热网水进口端81相连，为了防止蒸汽-水换热器故障导致热网水系统不能使用，在蒸汽-水换热器热网水出口端83和热网水管道P19上的阀门K12、K14之间连接有热网水旁通管道P20，热网水旁通管道P20上设有阀门K13，蒸汽-水换热器热网水出口端83连接热网水管道P24。为了保证在吸收式热泵故障或者维修时，系统正常运行，在溶液-水换热器热网水出口端61和热网水管道P19上的阀门K12、K14之间连接有热网水旁通管道P21，在热网水旁通管道P21上设有阀门K11，吸收式热泵故障时，关闭阀门K12、K8，开启阀门K11,同时关闭阀门K6、K7，打开阀门K5，即可将吸收式热泵切除而不影响系统运行。
本发明专利的工作过程如下：
(1)烟气余热回收工况
烟气系统中，关闭烟气管道阀门K1、K3,开启烟气管道阀门K2、K4。锅炉1的烟气通过锅炉烟气出口端11经烟气管道P1进入除尘器2，除尘后经烟气管道P2进入脱硫塔3，烟气在脱硫塔3内与循环吸收液换热后，通过脱硫塔烟气出口端34经烟气管道P4进入吸收塔5，在吸收塔5内与来自浓溶液管道P14的浓溶液换热后，烟气经吸收塔5的吸收塔烟气出口端54通过烟气管道P6进入烟囱4排放至空气中。
热泵系统中，关闭阀门K5，开启阀门K6、K7、K8、K12。吸收液经蒸发器吸收液循环管道P7进入蒸发器E，降温后通过蒸发器吸收液循环管道P8进入脱硫塔吸收液循环管道P9，来自溶液-水换热器6的热网水经热网水管道阀门K8进入热泵吸收器A内，加热升温后通过热网水管道P18进入热泵冷凝器C，原供热蒸汽经发生器蒸汽进口端G1进入发生器G，换热后通过发生器凝水管道P26流出。
开式吸收式热泵系统中，来自浓溶液管道P14的浓溶液在吸收塔5内与烟气换热后生成稀溶液，经稀溶液管道P10、溶液换热器EX、稀溶液管道P11后，进入再生器7，原供热蒸汽经再生器蒸汽进口端72进入再生器7，使稀溶液再生成浓溶液，同时产生的水蒸汽经再生器蒸汽管道P22进入蒸汽-水换热器8，再生器7内生成的浓溶液经浓溶液管道P12、通过溶液换热器EX、浓溶液管道P13、溶液-水换热器6、浓溶液管道P14后进入吸收塔5。
热网水系统中，关闭阀门K10、K11、K13，开启阀门K9、K14。热网水在溶液-水换热器6内与来自浓溶液管道P13的浓溶液换热后，通过热网水管道P17进入热泵吸收器A，在吸收器A内被加热后通过热网水管道P18进入冷凝器C，在冷凝器C中与来自发生器G的高温蒸汽换热后，通过热网水管道P19进入蒸汽-水换热器8，在蒸汽-水换热器8内与来自再生器7的高温蒸汽换热后，经由热网水管道P24流出。
(2)事故工况
若开式吸收式热泵系统发生故障，则关闭烟气管道阀门K4，关闭热网水管道阀门K9、K14，开启烟气管道阀门K3，开启热网水管道阀门K10、K13，使热网水直接进入吸收式热泵系统，其他系统工况同烟气余热工况。
若吸收式热泵系统发生故障，则关闭蒸发器吸收液循环管道阀门K6、K7，关闭热网水管道阀门K8、K12，开启脱硫塔吸收液循环管道阀门K5，开启热网水管道阀门K11，使热网水流经开式吸收式热泵系统后，经热网水管道P24流出，其他系统工况同烟气余热工况。
若开式吸收式热泵系统和吸收式热泵系统同时出现故障，则关闭蒸发器吸收液循环管道阀门K6、K7，关闭热网水管道阀门K8、K9、K12、K14，关闭烟气管道阀门K4，开启烟气管道阀门K3，开启脱硫塔吸收液循环管道阀门K5，开启热网水管道阀门K10、K11、K13，使热网水经由热网水旁通管道P16、P21、P13流出，排烟经烟气旁通管道P5进入烟囱4排放至空气中。

Claims (6)

1.一种基于吸收式循环的烟气余热深度回收系统，包括燃煤烟气系统、热网水系统以及热泵系统，其特征在于：所述燃煤烟气系统包括脱硫塔(3)、吸收塔(5)及烟气管道；其中烟气经烟气管道进入脱硫塔(3)与循环吸收液换热后再经烟气管道进入吸收塔(5)，与浓溶液进行换热后排放；所述热泵系统包括吸收式热泵系统以及开式吸收式热泵系统，吸收式热泵系统包括吸收器(A)、发生器(G)、蒸发器(E)、溶液换热器(9)和冷凝器(C)，吸收式热泵的蒸发器(E)串入脱硫塔(3)的循环吸收液循环管路中回收烟气余热，吸收式热泵的吸收器(A)和冷凝器(C)依次串入热网水管道中对热网水升温，吸收式热泵的发生器进口端(G1)连接供热蒸汽，供热蒸汽经换热后由发生器出口端(G2)排出；开式吸收式热泵系统包括吸收塔(5)、溶液-水换热器(6)、溶液换热器(EX)、再生器(7)和蒸汽-水换热器(8)；吸收塔(5)的浓溶液与烟气换热后生成稀溶液，稀溶液依次经溶液换热器(EX)、再生器(7)后生成浓溶液，生成的浓溶液依次经溶液换热器(EX)、溶液-水换热器(6)再次进入吸收塔(5)与烟气进行换热；开式吸收式热泵的再生器蒸汽进口端(72)连接供热蒸汽，供热蒸汽经换热后由再生器凝水出口端(73)排出，同时产生的水蒸汽经再生器蒸汽出口端(71)进入蒸汽-水换热器(8)换热后排出；所述热网水系统的热网水依次经过溶液-水换热器(6)、吸收器(A)，冷凝器(C)、蒸汽-水换热器(8)升温后经由热网水管道(P24)进行供水。
2.根据权利要求1所述的一种基于吸收式循环的烟气余热深度回收系统，其特征在于：在燃煤烟气系统的脱硫塔烟气进口端(31)连接烟气管道(P2)，在烟气管道(P2)上设置阀门(K2),脱硫塔烟气出口端(34)与吸收塔烟气进口端(51)之间连接烟气管道(P4)，在烟气管道(P4)上设置阀门(K4)，在烟气管道(P2)上阀门(K2)前设置烟气旁通管道(P3)，在烟气旁通管道(P3)设置阀门(K1)，在烟气管道(P4)上阀门(K4)前和脱硫塔烟气出口端(34)之间设置烟气旁通管道(P5)，在烟气旁通管道(P5)设置阀门(K3)。
3.根据权利要求1所述的一种基于吸收式循环的烟气余热深度回收系统，其特征在于：在开式吸收式热泵的溶液-水换热器热网水进口端(63)连接热网水管道(P15)，在热网水管道(P15)上设置阀门(K9)，在溶液-水换热器热网水出口端(61)以及热网水管道(P15)上阀门(K9)前的热网水进口端之间连接有热网水旁通管道(P16)，热网水旁通管道(P16)上设有阀门(K10)；在溶液-水换热器热网水出口端(61)与吸收式热泵的吸收器热网水进口端(A2)之间连接热网水管道(P17)，热网水管道(P17)上设置阀门(K8)，吸收式热泵的冷凝器热网水出口端(C1)与蒸汽-水换热器热网水进口端(81)之间连接热网水管道(P19)，热网水管道(P19)上设置有阀门(K12、K14)，在溶液-水换热器热网水出口端(61)和热网水管道(P19)上的阀门(K12、K14)之间连接有热网水旁通管道(P21)，在热网水旁通管道(P21)上设有阀门(K11)；在开式吸收式热泵的蒸汽-水换热器热网水出口端(83)连接热网水管道(P24)，在蒸汽-水换热器热网水出口端(83)和热网水管道(P19)上的阀门(K12、K14)之间连接有热网水旁通管道(P20)，热网水旁通管道(P20)上设有阀门(K13)。
4.根据权利要求1所述的一种基于吸收式循环的烟气余热深度回收系统，其特征在于：在开式吸收式热泵的溶液换热器浓溶液进口端(EX3)和再生器溶液出口端(74)之间设置浓溶液管道(P12)，浓溶液管道(P12)上设置有浓溶液循环泵。
5.根据权利要求1所述的一种基于吸收式循环的烟气余热深度回收系统，其特征在于：在脱硫塔循环吸收液出口端(32)和脱硫塔循环吸收液进口端(33)之间设置吸收液循环管道(P9)，在吸收液循环管道(P9)上设置有阀门(K5)，在阀门(K5)和脱硫塔循环吸收液出口端(32)之间设置有吸收液循环泵，阀门(K5)前的吸收液循环管道(P9)经吸收液循环管道(P7)连接吸收式热泵蒸发器吸收液进口端(E1)，阀门(K5)后的吸收液循环管道(P9)经吸收液循环管道(P8)连接吸收式热泵蒸发器吸收液出口端(E2)，在吸收液循环管道(P7)上设有阀门(K6)，在吸收液循环管道(P8)上设有阀门(K7)。
6.根据权利要求1—5任一项所述的一种基于吸收式循环的烟气余热深度回收系统，其特征在于：所述燃煤烟气系统还包括锅炉(1)、除尘器(2)和烟囱(4)，锅炉烟气出口端(11)通过烟气管道(P1)与除尘器烟气进口端(21)相连，所述除尘器烟气出口端(22)通过烟气管道(P2)与脱硫塔烟气进口端(31)相连，所述供热蒸汽由锅炉提供。
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