CN108194939B - 一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置，包括与烟气入口连接的低温省煤器、与所述低温省煤器连接的电除尘器、与所述电除尘器连接的深度余热换热器、与所述深度余热换热器连接的脱硫塔、与所述脱硫塔连接的冷凝换热器、与所述冷凝换热器连接的烟囱；还提供了对应的方法。能够梯级回收烟气中的热量，节约水，并能消除白烟。

Description

一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置及方法,属于燃煤电站锅炉、工业锅炉等工业烟气净化、消白烟及余热回收领域。

背景技术

燃煤电厂锅炉在运行中排烟热损失所占比重较大，占锅炉总的热损失50％以上，一些火力发电厂运行排烟温度常常高于设计值。因此，降低电站锅炉的排烟温度对于节能减排具有重要的实际意义。同时，燃煤电厂锅炉运行过程中产生的烟气中除了含有大量的二氧化硫外，还含有大量的细颗粒物，后者会在烟囱排烟口形成气溶胶污染，是灰霆等恶劣天气形成的重要元凶之一，实现烟气净化已成为当今大气污染治理行业的当务之急。另外，由于脱硫出口排放的烟气为饱和湿烟气，排出烟囱后与冷空气混合，导致烟气中的水汽骤然凝结形成白烟，尤其在冬天，容易造成视觉上的污染，影响环境美观。

针对上述问题，以往的做法主要是：

对于处理电厂脱硫烟气的白烟问题，以往都采用烟气再热的方法，早期使用GGH的电厂较多，即利用脱硫前高温烟气的热量来加热脱硫后烟气，加热后的烟气温度在75℃以上，该方案起到了消白烟的作用，并没有对能量充分利用，同时该方法会遇到设备的酸露点腐蚀以及设备堵塞泄漏的问题，早期使用较多，目前大多数电厂已将GGH拆除。近几年消白烟的方法有MGGH，MGGH是一种水媒是换热器，该方案一般是在电除尘器入口安装降温段换热器，在脱硫出口安装升温段换热器，利用电除尘器前烟气的热量后加热脱硫后的烟气，该方案起到了在一定程度上起到了消白烟作用，并没有对能量充分利用。

发明内容

本发明目的是为解决现有技术不足而提出的具有提高电除尘器效率、设备集成度高、操作简单和运行可靠的烟气净化、消白烟及余热回收的装置和方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

提供了一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置，包括与烟气入口连接的低温省煤器、与所述低温省煤器连接的电除尘器、与所述电除尘器连接的深度余热换热器、与所述深度余热换热器连接的脱硫塔、与所述脱硫塔连接的冷凝换热器、与所述冷凝换热器连接的烟囱。

进一步地，还包括与所述低温省煤器的进水口连接的热媒水换热器，所述热媒水换热器还与所述冷凝换热器的出水口连接，使得所述冷凝换热器的出水口流出的水流向所述低温省煤器的进水口；所述深度余热换热器的出水口与所述热媒水换热器连接，所述深度余热换热器的进水口与所述热媒水换热器连接，使得从所述深度余热换热器的出水口出来的水经过所述热媒水换热器换热之后重新回流到所述深度余热换热器的进水口。

进一步地，还包括与所述低温省煤器的出水口连接的低压加热器。

进一步地，还包括与所述冷凝换热器连接的轴封加热器。

进一步地，所述低温省煤器布置在空气预热器后和所述电除尘器前的水平或竖直烟道中，由多个换热模块组成，所述换热模块布置方式为烟道纵向截面方向m个、横向n个，在烟道中成积木型布置，换热管采用翅片管形式，材质为金属材质，所述横向为烟气流通方向。

进一步地，所述深度余热换热器中的换热管采用氟塑料或不锈钢材质。

进一步地，所述冷凝换热器安装在脱硫和烟囱之间烟道，由多个换热模块组成，所述换热模块布置方式为烟道纵向截面方向m个、横向n个，在烟道中成积木型布置，换热管采用不锈钢材质，所述横向为烟气流通方向。

进一步地，还包括位于所述热媒水换热器与所述深度余热换热器的进水口之间的热媒水循环泵、位于所述轴封加热器与所述冷凝换热器进水口之间的凝结水泵。

进一步地，还包括与所述热媒水换热器和所述热媒水循环泵连接的稳压水箱。

另一方面，还提供了一种利用上述的装置进行火电厂余热梯级利用和消白烟的方法，包括如下步骤：

从轴封加热器取凝结水输入到所述冷凝换热器，收集烟气中的水分为8～12t/h；

将所述冷凝换热器输出的水输入到热媒水换热器与所述深度余热换热器输出的水进行换热；

将换热后的水从所述热媒水换热器输出到所述低温省煤器，再次进行加热；

将所述低温省煤器的水返回到低压加热器。

通过本发明装置使锅炉排烟热损失大大降低；同时通过冷凝换热器后脱硫出口烟气温度下降1-5℃左右，饱和湿烟气中的水分从而提取出来，进而起到消除白烟作用。与现有技术相比，本发明具有以下优点：1.通过采用本发明余热梯级利用和消白烟的装置，凝结水首先通过冷凝换热器，使脱硫出口烟气温度下降1-5℃，降低脱硫出口的饱和湿烟气的含湿量，回收一定的热量，同时降低脱硫出口烟气的含湿量，减少烟气中的水分，进而起到消白烟的作用；2.脱硫烟气通过冷凝换热器后，烟气中的气态水凝结为液态水，烟气中的一部分粉尘、细颗粒物也会被收集下来，起到一定的除尘作用；3.凝结水通过冷凝换热器后再进入热媒水换热器进行换热回收一定的能量，使能量实现梯级利用，同时烟气温度降到80℃左右使脱硫水蒸发量减小，减少水分的散失，降低脱硫补水，节约了一定的水量；4.凝结水进入到低温省煤器后，温度从70℃升高到100℃左右，回收了大部分的能量，同时将烟气温度降低到120℃左右，降低粉尘比电阻和实际烟气量，提高了除尘效率。通过采用本发明余热梯级利用和消白烟的装置，降低了锅炉排烟温度，回收烟气热量，消除了白烟，提高了锅炉效率，降低了脱硫吸收塔出口粉尘浓度，实现电厂超低排放，提高了锅炉运行的经济性。该余热梯级利用和消白烟的装置适用但不局限于燃煤电站锅炉、工业锅炉等领域。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明工艺流程简图；

图2为本发明的湿空气饱和曲线图。

附图标记：

1-轴封加热器，2-#8低压加热器，3-#7低压加热器，4-#6低压加热器，5-#5低压加热器，6-低温省煤器，7-电除尘器，8-深度余热换热器，9-冷凝换热器，10-烟囱，11-冷凝回流管，12-脱硫塔，13-凝结水管道，14-凝结水泵，15-热媒水循环泵，16-热媒水管道，17-稳压水箱，18-热媒水换热器，19-旁路回水管，20-回水管道，21-回水管道。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明的实施例：如图1所示，一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置和方法。低温省煤器6布置在空气预热器后和电除尘器7前的水平或竖直烟道中，由若干个小的换热器模块组成，布置方式为烟道纵向截面方向m个、横向(烟气流通方向)n个在烟道中成积木型布置，换热管采用翅片管形式，材质为金属材质。深度余热换热器8安装在电除尘器7和脱硫塔12之间的烟道，换热管采用氟塑料或不锈钢材质。冷凝换热器9安装在脱硫塔12和烟囱10之间烟道，布置方式为烟道纵向截面方向m个、横向(烟气流通方向)n个在烟道中成积木型布置，换热管采用不锈钢材质。冷凝换热器底部安装有冷凝回流管11，用来收集由冷凝换热器9凝结下来的水，通过冷凝回流管11返回到脱硫塔12。热媒水管道16上安装有稳压水箱17、热媒水循环泵15和热媒水换热器18。凝结水从轴封加热器1入口或出口取水，通过凝结水泵14首先通过凝结水管道13进入冷凝换热器9，凝结水温度从35℃左右升高到45℃左右，收集烟气中的水分约8-12t/h，从而起到消白烟的效果，然后进入热媒水换热器18，凝结水从温度从45℃左右升高到70℃左右，再进入到低温省煤器6，凝结水从温度从70℃左右升高到100℃左右，最后返回到#6低压加热器4入口或#5低压加热器5入口，实现热量的回收。

热媒水换热器18上还连接有旁路回水管19，所述旁路回水管19与#8低压加热器2出口连接。

本发明的一种实施例的工作原理：图1表示本发明余热梯级利用和消白烟的装置用于现有火电厂时的工艺流程示意图；图2表示脱硫出口烟气含湿量随温度的变化曲线图。如图1所示高温烟气离开空气预热器后，经过烟道进入到电除尘器前的低温省煤器，经过低温省煤器换热后烟气温度由160℃左右降低到120℃左右，由于烟气温度的降低，使烟气中的飞灰比电阻和烟气量降低，提高了电除尘器的除尘效率；烟气通过电除尘器后进入到深度余热换热器，烟气温度由120℃左右降低到80℃左右，通过换热器的作用，使进入到脱硫塔的烟气温度降低，回收了一定的热量，并减少了脱硫塔水分的损失；烟气通过脱硫塔后进入到冷凝换热器，通过冷凝换热器的换热使烟气温度进一步降低到45℃左右，使烟气的含湿量大大的降低，进而起到消除白烟的效果，从图2中可以看到，未安装冷凝换热器时，烟气的含湿量在A点位置，通过降温后烟气温度到达B点，当烟气从B点排出烟囱进入大气后到达C点，从图2中可以看出，当烟气从A到C时与湿饱和蒸汽线相交，如果相交，说明产生白烟，烟气当从B到C时没有与湿饱和蒸汽线相交，说明不产生白烟，因此通过本装置可以起到消除白烟的效果。

同时，本发明还可以起到热量梯级利用的作用。从轴封加热器入口或出口取水经凝结水泵升压后首先进入冷凝换热器，凝结水温度从35℃左右升高到45℃左右，收集烟气中的水分约8-12t/h，从而起到消白烟的效果，然后进入热媒水换热器，凝结水从温度从45℃左右升高到70℃左右，再进入到低温省煤器，凝结水从温度从70℃左右升高到100℃左右，最后返回到#6低压加热器4入口或#5低压加热器5入口，实现热量的回收。

根据锅炉负荷的变化，凝结水回水的位置由三种情况，分别是凝结水回水至#8低压加热器2出口或#7低压加热器3出口或#6低压加热器4出口。当锅炉负荷低于40％的时候，锅炉排烟温度较低，凝结水通过热媒水换热器后温度可能达不到70℃，为了防止低温省煤器的腐蚀，此时凝结水不进入到低温省煤器而直接经过旁路回水管19返回到#8低压加热器2的出口。当锅炉负荷为40％-75％时，凝结水分别经过冷凝换热器、热媒水换热器和低温省煤器换热后凝结水温度仍低于90℃时，此时凝结水经回水管道20返回到#7低压加热器3出口。当锅炉负荷高于75％时，经过换热后的凝结水经回水管道21直接返回#6低压加热器4出口。

本发明的实施例提供了一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置，包括低温省煤器、深度余热换热器、冷凝换热器、热媒水换热器、热媒水泵、稳压水箱、凝结水泵、吸收塔、排水管道、低压加热器、轴封加热器。低温省煤器安装在空气预热器后和电除尘器前的水平或竖直烟道、深度余热换热器安装在电除尘器和脱硫之间的烟道、冷凝换热器安装在脱硫和烟囱之间烟道。

前述的一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置中，低温省煤器布置在空气预热器后和电除尘器前的水平或竖直烟道中，由若干个小的换热模块组成，布置方式为烟道纵向截面方向m个、横向(烟气流通方向)n个在烟道中成积木型布置，换热管采用翅片管形式，材质为金属材质。例如，m为3，n为2。

前述的一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置中，深度余热换热器安装在电除尘器和脱硫之间的烟道，换热管采用氟塑料或不锈钢材质。

前述的一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置中，冷凝换热器安装在脱硫和烟囱之间烟道，布置方式为烟道纵向截面方向m个、横向(烟气流通方向)n个在烟道中成积木型布置，换热管采用不锈钢材质。

前述的一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置中，凝结水从汽机侧轴封加热器入口或出口取水，根据锅炉负荷的变化，凝结水回水至#8低压加热器出口或#7低压加热器3出口或#6低压加热器4出口。

前述的一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置中，凝结水从汽机侧轴封加热器入口或出口取水，取水后通过凝结水泵首先进入冷凝换热器，通过换热器换热后凝结水温度从35℃左右升高到45℃左右，凝结水升温约10℃，同时脱硫出口烟气温度下降1-5℃左右，从而提取烟气中的水分，进而起到消除白烟作用，同时回收了一定的气化潜热。

前述的一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置中，深度余热换热器换热管中的水称为热媒水，通过热媒水循环泵提供动力在换热管中进行循环换热，通过稳压水箱的作用使热媒水循环管路的压力(约0.4MPa)保持稳定，换热管采用氟塑料材质，通过深度余热换热器的换热作用，使除尘器出口的烟气温度从120℃左右降低到80℃左右，同时使热媒水的温度从70℃左右升高到100℃左右，回收一定的热量。

前述的一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置中，深度余热换热器回收的热量通过热媒水换热器将热量传递给凝结水，从而使热媒水的温度从100℃左右降低到70℃左右继续循环换热，而从冷凝换热器来的凝结水通过热媒水换热器后温度从45℃左右升高到70℃左右；通过热媒水换热器使能量从热媒水传递到凝结水，实现能量的回收。

前述的一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置中，通过热媒水换热器换热后凝结水水温从45℃左右升高至70℃左右，然后进入电除尘器前的低温省煤器，通过低温省煤器换热，烟气温度从160℃左右降低到120℃左右，同时凝结水的温度从70℃左右升高到100℃左右，回收一定的热量。

前述的一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置中，通过冷凝换热器、热媒水换热器以及低温省煤器的换热，使凝结水从35℃升高至100℃左右，最终凝结水返回至低压加热器侧。

前述的一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置中，锅炉负荷不同时，凝结水返回至低压加热器的位置不同，返回低加位置有三种情况，分别为凝结水回水至#8低压加热器出口或#7低压加热器3出口或#6低压加热器4出口。

通过本发明装置使锅炉排烟热损失大大降低；同时通过冷凝换热器后脱硫出口烟气温度下降1-5℃左右，饱和湿烟气中的水分从而提取出来，进而起到消除白烟作用。与现有技术相比，本发明具有以下优点：1.通过采用本发明余热梯级利用和消白烟的装置，凝结水首先通过冷凝换热器，使脱硫出口烟气温度下降1-5℃，降低脱硫出口的饱和湿烟气的含湿量，回收一定的热量，同时降低脱硫出口烟气的含湿量，减少烟气中的水分，进而起到消白烟的作用；2.脱硫烟气通过冷凝换热器后，烟气中的气态水凝结为液态水，烟气中的一部分粉尘、细颗粒物也会被收集下来，起到一定的除尘作用；3.凝结水通过冷凝换热器后在进入热媒水换热器进行换热回收一定的能量，使能量实现梯级利用，同时烟气温度降到80℃左右使脱硫水蒸发量减小，减少水分的散失，降低脱硫补水，节约了一定的水量；4.凝结水进入到低温省煤器后，温度从70℃升高到100℃左右，回收了大部分的能量，同时将烟气温度降低到120℃左右，降低粉尘比电阻和实际烟气量，提高了除尘效率。通过采用本发明余热梯级利用和消白烟的装置，降低了锅炉排烟温度，回收烟气热量，消除了白烟，提高了锅炉效率，降低了脱硫吸收塔出口粉尘浓度，实现电厂超低排放，提高了锅炉运行的经济性。该余热梯级利用和消白烟的装置适用但不局限于燃煤电站锅炉、工业锅炉等领域。

本发明提供了一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置，包括与烟气入口连接的低温省煤器、与所述低温省煤器连接的电除尘器、与所述电除尘器连接的深度余热换热器、与所述深度余热换热器连接的脱硫塔、与所述脱硫塔连接的冷凝换热器、与所述冷凝换热器连接的烟囱。

进一步地，还包括与所述低温省煤器的进水口连接的热媒水换热器，所述热媒水换热器还与所述冷凝换热器的出水口连接，使得所述冷凝换热器的出水口流出的水流向所述低温省煤器的进水口；所述深度余热换热器的出水口与所述热媒水换热器连接，所述深度余热换热器的进水口与所述热媒水换热器连接，使得从所述深度余热换热器的出水口出来的水经过述热媒水换热器之后回流到所述深度余热换热器的进水口。

进一步地，还包括与所述低温省煤器的出水口连接的低压加热器。

进一步地，还包括与所述冷凝换热器连接的轴封加热器。

进一步地，所述低温省煤器布置在空气预热器后和所述电除尘器前的水平或竖直烟道中，由多个换热模块组成，所述换热模块布置方式为烟道纵向截面方向m个、横向n个，在烟道中成积木型布置，换热管采用翅片管形式，材质为金属材质，所述横向为烟气流通方向。

进一步地，所述深度余热换热器中的换热管采用氟塑料或不锈钢材质。

进一步地，所述冷凝换热器安装在脱硫和烟囱之间烟道，由多个换热模块组成，所述换热模块布置方式为烟道纵向截面方向m个、横向n个，在烟道中成积木型布置，换热管采用不锈钢材质，所述横向为烟气流通方向。

进一步地，还包括位于所述热媒水换热器与所述深度余热换热器的进水口之间的热媒水循环泵、位于所述轴封加热器与所述冷凝换热器进水口之间的凝结水泵。

进一步地，还包括与所述热媒水换热器和所述热媒水循环泵连接的稳压水箱。

另一方面，还提供了一种利用上述的装置进行火电厂余热梯级利用和消白烟的方法，包括如下步骤：

从轴封加热器取凝结水输入到所述冷凝换热器，收集烟气中的水分为8～12t/h；

将所述冷凝换热器输出的水输入到热媒水换热器与所述深度余热换热器输出的水进行换能；

将换热后的水从所述热媒水换热器输出到所述低温省煤器，进行加热；

将所述低温省煤器的水输出到低温加热器。

具体地所述方法包括以下步骤：1.从汽机轴封加热器取水与脱硫塔出口烟气换热降低脱硫塔出口烟气温度，从而降低脱硫出口烟气含湿量，起到消除白烟的作用，并回收一定的热量；2.经换热后的凝结水进入到脱硫前的热媒水系统并与热媒水换热器进行换热，通过降低脱硫塔入口烟气温度，使凝结水温度进一步升高，回收烟气中的热量，降低锅炉排烟热损失，同时可以减少脱硫塔补水量；3.经换热后的凝结水再次进入到电除尘器前低温省煤器进行换热，降低电除尘器入口烟气温度，同时降低粉尘比电阻，提高了电除尘效率，并将热量进一步回收。通过本发明余热梯级利用和消白烟的装置和方法，可以使锅炉的排烟热损失降低到最小；同时可提高电除尘器的除尘效率，减少脱硫塔的补水量；经冷凝换热器使排烟温度进一步降低，降低烟气含湿量，进而消除白烟；可有效消除烟气中的二氧化硫、细颗粒物和气溶胶等污染物。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置，其特征在于，包括与烟气入口连接的低温省煤器、与所述低温省煤器连接的电除尘器、与所述电除尘器连接的深度余热换热器、与所述深度余热换热器连接的脱硫塔、与所述脱硫塔连接的冷凝换热器、与所述冷凝换热器连接的烟囱，

还包括与所述低温省煤器的进水口连接的热媒水换热器，所述热媒水换热器还与所述冷凝换热器的出水口连接，使得所述冷凝换热器的出水口流出的水流向所述低温省煤器的进水口；所述深度余热换热器的出水口与所述热媒水换热器连接，所述深度余热换热器的进水口与所述热媒水换热器连接，使得从所述深度余热换热器的出水口出来的水经过所述热媒水换热器之后回流到所述深度余热换热器的进水口；

还包括与所述低温省煤器的出水口连接的低压加热器组，所述低压加热器组还包括#8低压加热器，所述#8低压加热器的出水口连接有旁路回水管的出水口，所述旁路回水管的进水口与热媒水换热器的凝结水出水口连接，使热媒水换热器换热后的凝结水可直接经旁路回水管返回到#8低压加热器的出水口；

还包括与所述冷凝换热器连接的轴封加热器，所述冷凝换热器从轴封加热器的入口或出口取水，所述#8低压加热器的进水口与所述轴封加热器的出水口连接。

2.根据权利要求1所述的用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置，其特征在于，所述低温省煤器布置在空气预热器后和所述电除尘器前的水平或竖直烟道中，由多个换热模块组成，所述换热模块布置方式为烟道纵向截面方向m个、横向n个，在烟道中成积木型布置，换热管采用翅片管形式，材质为金属材质，所述横向为烟气流通方向。

3.根据权利要求1所述的用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置，其特征在于，所述深度余热换热器中的换热管采用氟塑料或不锈钢材质。

4.根据权利要求1所述的用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置，其特征在于，所述冷凝换热器安装在脱硫和烟囱之间烟道，由多个换热模块组成，所述换热模块布置方式为烟道纵向截面方向m个、横向n个，在烟道中成积木型布置，换热管采用不锈钢材质，所述横向为烟气流通方向。

5.根据权利要求1所述的用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置，其特征在于，还包括位于所述热媒水换热器与所述深度余热换热器的进水口之间的热媒水循环泵、位于所述轴封加热器与所述冷凝换热器进水口之间的凝结水泵，轴封加热器的入口或出口的水通过凝结水泵进入冷凝换热器。

6.根据权利要求5所述的用于火电厂余热梯级利用和消白烟的装置，其特征在于，还包括与所述热媒水换热器和所述热媒水循环泵连接的稳压水箱。

7.一种利用权利要求1~6任一所述的装置进行火电厂余热梯级利用和消白烟的方法，其特征在于，包括如下步骤：

从轴封加热器取凝结水输入到所述冷凝换热器，收集烟气中的水分为8~12t/h；

将所述冷凝换热器输出的水输入到热媒水换热器与所述深度余热换热器输出的水进行换能；

将换能后的水从所述热媒水换热器输出到所述低温省煤器，进行加热；

将所述低温省煤器的水输出到低压加热器。