CN108195216A - 烟气中水汽和余热利用装置及其工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种烟气中水汽和余热利用装置及其工艺。烟气中水汽和余热利用装置包括制冷系统、冷凝水收集系统、化水处理系统、烟气发生装置及余热回收系统。制冷系统包括蒸发器，冷凝器，压缩机，膨胀节及冷媒；冷凝器包括出口端和入口端；蒸发器包括出口端和入口端；膨胀节的两端分别和蒸发器入口端和冷凝器出口端相连，压缩机的两端分别和蒸发器出口端和冷凝器入口端相连；冷媒在制冷系统中。冷凝水收集系统和蒸发器相连；化水处理系统和冷凝水收集系统相连；余热回收系统和化水处理系统相连。
Description
技术领域
本发明涉及大气污染控制技术领域，特别涉及烟气中水汽和余热利用装置及其工艺。
背景技术
随着国家环保政策的日益严格，各种清洁、环保的发电技术应用越来越广泛。燃气发电机组作为清洁发电技术受到广泛重视，以天然气为原料，大大减少对环境的污染，如采用“燃气—蒸汽联合循环”技术发电，发电效率高达50％以上，达到同样发电量CO2排放量仅为燃煤电厂的40％左右，NOX通常在20～30mg/m3，悬浮颗粒物甚微，SO2几乎为0，排烟温度在100℃左右，能满足环保超低排放要求。
用于冷却系统的冷却液通常使用清洁的淡水；燃气发电机组采用天然气(作燃料，燃烧过程产生大量的水蒸气却直接排出造成水资源的浪费。同时燃气发电机组外排烟气的热能，如能善加利用，可以起到节能减排的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种有效利用燃气发电机组排出的高温烟气水汽和余热的装置及其工艺。
为了解决上述技术问题，按照本发明的一个方面，本发明提供的烟气中水汽和余热利用装置包括制冷系统、冷凝水收集系统、化水处理系统、烟气发生装置及余热回收系统。制冷系统包括蒸发器，冷凝器，压缩机，膨胀节及冷媒。冷凝器具有冷凝器出口端和冷凝器入口端；蒸发器具有蒸发器出口端和蒸发器入口端；膨胀节的两端分别和蒸发器入口端和冷凝器出口端相连，压缩机的两端分别和蒸发器出口端和冷凝器入口端相连；冷媒在制冷系统中。冷凝水收集系统和蒸发器相连，冷凝水收集系统用于回收利用烟气中水汽。化水处理系统和冷凝水收集系统相连。余热回收系统包括换热系统和给水处理系统，余热回收系统和化水处理系统相连，余热回收系统用于回收烟气中的余热。烟气发生装置和余热回收系统连接。
按照本发明的这个方面，蒸发器包括一级蒸发器和二级蒸发器，一级蒸发器和二级蒸发器相连。
按照本发明的这个方面，余热回收系统为余热锅炉，余热回收系统和蒸发器相连。
按照本发明的这个方面，烟气发生装置为燃气发电机组、石油发电机组及煤炭发电机组中的一种。
按照本发明的这个方面，烟气中水汽和余热利用装置还包括烟囱，和冷凝器相连。
按照本发明的这个方面，烟气中水汽和余热利用装置还包括和余热回收系统相连的烟气通道，烟气通道通过蒸发器和冷凝器。
按照本发明的另一个方面，本发明提供一种使用烟气中水汽和余热利用装置的烟气中水汽和余热利用工艺，包括如下步骤：高温烟气首先进入余热回收系统，高温烟气温度在100℃以上，经过余热回收系统的换热系统后，高温烟气大量热量被回收利用，温度降低至100℃以下形成较高温烟气。较高温烟气进入制冷系统，经过蒸发器后，温度低至30℃以下形成干烟气，较高温烟气里大量水蒸气降温凝结成冷凝水，冷凝水经过冷凝水收集系统后进入化水处理系统，进行净化处理后进入给水处理系统，为余热回收系统补给水。干烟气经过冷凝器吸收冷凝器冷媒释放的热量升温至比外界环境的温度更高后形成尾气；冷媒放热后经膨胀节降压降温进入蒸发器入口再次吸收较高温烟气热量，吸热后的冷媒通过压缩机做功后变成高温高压冷媒，进入冷凝器入口端，形成循环。
按照本发明的另一个方面，尾气经烟囱外排。
按照本发明的另一个方面，蒸发器包括第一蒸发器和第二蒸发器。
按照本发明的另一个方面，热回收系统为余热锅炉。
综上，本发明能深度回收烟气余热，降低系统能耗。其次，制冷技术充分冷凝烟气中的水蒸气，使烟气中的水蒸气被大量冷凝回收，实现外排烟气资源化。再者，冷凝回收的洁净水水质好、水量足，用以替代其他途径的余热锅炉补水，实现燃气发电机组产水——余热锅炉用冷凝水自循环，余热锅炉零补水，大大节约水资源。最后，制冷系统能量实现自循环，无需外加电源，节省能源。
附图说明
图1是本发明的实施例中烟气中水汽和余热利用装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示的实施例中烟气中水汽和余热利用装置示意图，烟气中水汽和余热利用装置包括制冷系统5、冷凝水收集系统7、化水处理系统4及余热回收系统2。
制冷系统5包括蒸发器，冷凝器5-4，压缩机5-3，膨胀节5-5及冷媒。冷媒在整个制冷系统中。冷媒的可以“搬运”烟气中的热量，可以通过控制冷媒量和压缩机5-3做功来调节降温幅度和干烟气外排温度。于本实施例中，蒸发器包括一级蒸发器5-1和二级蒸发器5-2，一级蒸发器5-1和二级蒸发器5-2首尾相连，然而本发明对蒸发器的个数不做任何限定，于其他实施例中，蒸发器可以是一个或多个。在蒸发器中，烟气和冷媒发生热交换，烟气释放热量，冷媒吸收热量，烟气中水汽凝结，深度回收烟气余热，降低系统能耗。
余热回收系统2和蒸发器相连，余热回收系统2包括换热系统和给水处理系统。
冷凝水收集系统7和一级蒸发器5-1、二级蒸发器5-2相连，用于收集蒸发器中烟气中凝结的水蒸气。化水处理系统4和冷凝水收集系统7相连，可以冷凝水收集系统7中收集的冷凝水净化。余热回收系统2和化水处理系统4相连，能将净化后的冷凝水作为补给水补充给余热回收系统2的给水补给系统。使烟气中的水蒸气被大量冷凝回收，实现外排烟气资源化。同时，冷凝水质量好，对装置污染小。
冷凝器5-4具有冷凝器出口端10和冷凝器入口端9，冷凝器5-4可以使高温、高压的冷媒与低温干烟气接触，释放热量用于加热干烟气，冷媒降温冷凝。蒸发器具有蒸发器出口端8和蒸发器入口端11。膨胀节5-5的两端分别和蒸发器入口端11和冷凝器出口端10相连，膨胀节5-5可以把通过的冷媒进一步降温、降压。压缩机5-3的两端分别和蒸发器出口端8和冷凝器入口端9相连，压缩机5-3对冷媒做功，形成高温高压的冷媒。在制冷系统中实现能量自循环，无需外加电源，节省能源。
于本实施例中，余热回收系统2为余热锅炉，然而本发明对余热回收系统的类型不做任何限定，于其他实施例中，余热回收系统还可以是冷却塔、气体洗涤塔、喷射式热交换器及混合式冷凝器中的一种。
于本实施例中，烟气中水汽和余热利用装置还包括和余热回收系统2相连的燃气发电机组1，然而本发明对燃气发电机组不做任何限定，于其他实施例中，和余热回收系统2相连的还可以是石油发电机组或煤炭发电机组。
于本实施例中，烟气中水汽和余热利用装置还包括烟囱6，和冷凝器5-4相连。
于本实施例中，烟气中水汽和余热利用装置还包括和余热回收系统2相连的烟气通道3，烟气通道3通过一级蒸发器5-1、二级蒸发器5-2及冷凝器5-4。
于本实施例中，燃气发电机组1为300MW机组(G级)，排出的高温烟气21首先进入余热回收系统2，高温烟气21温度在100℃以上，经过余热回收系统2换热系统后，高温烟气21大量热量被回收利用，温度降低至100℃以下形成较高温烟气22。较高温烟气22进入制冷系统5，经过一级蒸发器5-1、二级蒸发器5-2后，温度低至30℃以下形成干烟气23，较高温烟气里22大量水蒸气降温凝结成冷凝水，冷凝水经过冷凝水收集系统7后进入化水处理系统4，进行净化处理后进入余热回收系统2给水处理系统，为余热回收系统2补给水。干烟气23经过冷凝器5-4吸收冷凝器5-4中冷媒释放的热量升温至比外界环境更高后形成尾气24，经烟囱6外排，外排时不会结露产生“白烟”；冷媒放热后经膨胀节5-5降压降温进入蒸发器入口端11再次吸收较高温烟气热量，吸热后的冷媒通过压缩机5-3做功后变成高温高压冷媒，进入冷凝器入口端9，形成循环。
于本实施例中，燃气发电机组1为300MW机组(G级)，其烟气量约150万Nm3/h(烟气含湿量按12％的体积分数计算)，按烟气降温至30℃(30℃时饱和水蒸气含量约4.2％的体积分数)考虑，则回收冷凝水量约100t/h，考虑到燃气发电机组余热回收装置给水补水量占余热回收装置蒸发量的约1％～5％，冷凝水作为余热锅炉的补给水水量充足，完全满足余热锅炉补给水量要求，不需外接补给水源，实现真正意义上的零补水。本发明经济、环保、社会效益相当可观。
综上，本发明能深度回收烟气余热，降低系统能耗。其次，制冷技术充分冷凝烟气中的水蒸气，使烟气中的水蒸气被大量冷凝回收，实现外排烟气资源化。再者，冷凝回收的洁净水水质好、水量足，用以替代其他途径的余热锅炉补水，实现燃气发电机组产水——余热锅炉用冷凝水自循环，余热锅炉零补水，大大节约水资源。最后，制冷系统能量实现自循环，无需外加电源，节省能源。
虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。
Claims (10)
1.一种烟气中水汽和余热利用装置，其特征在于，包括：
制冷系统，所述制冷系统包括蒸发器，冷凝器，压缩机，膨胀节及冷媒；所述冷凝器具有冷凝器出口端和冷凝器入口端；所述蒸发器具有蒸发器出口端和蒸发器入口端；所述膨胀节的两端分别和所述蒸发器入口端和所述冷凝器出口端相连，所述压缩机的两端分别和所述蒸发器出口端和所述冷凝器入口端相连；所述冷媒在所述制冷系统中；
冷凝水收集系统，所述冷凝水收集系统和所述蒸发器相连，所述冷凝水收集系统用于回收利用烟气中水汽；
化水处理系统，和所述冷凝水收集系统相连；
余热回收系统，包括换热系统和给水处理系统，所述余热回收系统和所述化水处理系统相连，所述余热回收系统用于回收烟气中的余热；
烟气发生装置，和所述余热回收系统连接。
2.如权利要求1所述的烟气中水汽和余热利用装置，其特征在于，所述蒸发器包括一级蒸发器和二级蒸发器，所述一级蒸发器和所述二级蒸发器相连。
3.如权利要求1所述的烟气中水汽和余热利用装置，其特征在于，所述余热回收系统为余热锅炉，所述余热回收系统和所述蒸发器相连。
4.如权利要求1所述的烟气中水汽和余热利用装置，其特征在于，所述烟气发生装置为燃气发电机组、石油发电机组及煤炭发电机组中的一种。
5.如权利要求1所述的烟气中水汽和余热利用装置，其特征在于，还包括烟囱，和所述冷凝器相连。
6.如权利要求1所述的烟气中水汽和余热利用装置，其特征在于，还包括烟气通道，和所述余热回收系统相连；所述烟气通道通过所述蒸发器和所述冷凝器。
7.一种烟气中水汽和余热利用工艺，其特征在于，所述烟气中水汽和余热利用工艺使用如权利要求1至6中任一权利要求所述的烟气中水汽和余热利用装置，包括如下步骤：高温烟气首先进入所述余热回收系统，所述高温烟气温度在100℃以上，经过所述余热回收系统的换热系统后，所述高温烟气大量热量被回收利用，温度降低至100℃以下形成较高温烟气；
所述较高温烟气进入所述制冷系统，经过所述蒸发器后，温度低至30℃以下形成干烟气，所述较高温烟气里大量水蒸气降温凝结成冷凝水，所述冷凝水经过冷凝水收集系统后进入化水处理系统，进行净化处理后进入所述给水处理系统，为所述余热回收系统补给水；
所述干烟气经过所述冷凝器吸收所述冷凝器冷媒释放的热量升温至比外界环境的温度更高后形成尾气；所述冷媒放热后经所述膨胀节降压降温进入所述蒸发器入口再次吸收较高温烟气热量，吸热后的冷媒通过所述压缩机做功后变成高温高压冷媒，进入所述冷凝器入口端，形成循环。
8.如权利要求7所述的烟气中水汽和余热利用工艺，其特征在于，所述尾气经烟囱外排。
9.如权利要求7所述的烟气中水汽和余热利用工艺，其特征在于，所述蒸发器包括第一蒸发器和第二蒸发器。
10.如权利要求7所述的烟气中水汽和余热利用工艺，所述余热回收系统为余热锅炉。
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