CN108939889B - 一种溶液深度除湿烟气处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种溶液深度除湿烟气处理系统，在烟气的处理路径上依次设置有喷淋热回收器、喷淋塔、除湿器和烟气再热器，分别用于烟气的降温热回收、冷凝除湿、深度除湿和降低相对湿度。此外，系统中还设有冷却塔、溶液再生器、水‑溶液热交换器、以及各类循环泵；其中，冷却塔用于喷淋塔内冷却水的制取，溶液再生器用于除湿后稀溶液的再生，喷淋热回收器内产生的热水通过水‑溶液热交换器给再生溶液进行加热，同时热水还输送到烟气再热器内作为热源。本系统能够对高温高湿的烟气进行热回收和深度除湿处理，可以有效的避免排烟过程中产生污染环境的“白烟”或“烟囱雨”，在实现环保功能的同时兼顾了系统的节能效益。

Description

一种溶液深度除湿烟气处理系统

技术领域

本发明属于能源应用与环境治理技术领域，涉及一种高温高湿烟气排放前除湿和净化的技术，具体涉及一种实现烟气的热回收和降温除湿，进行烟气的深度除湿和净化的系统。

背景技术

大型的燃煤电厂或者供暖锅炉设备在生产工作时往往需要通过烟囱排放大量的烟气。未经处理的这类烟气基本处于高温饱和状态，在排往大气的过程中，由于烟气含湿量较大并且与空气存在着温差，在与空气的降温混合过程中有液态水析出，容易形成“白色烟羽”或“烟囱雨”。“白色烟羽”或“烟囱雨”严重影响了空气的能见度，且在下落过程中会不断吸收有害粉尘产生雾霾，对排烟地域周围的环境造成了极大的影响。针对这一情况，各地政府相继出台了各种法律法规和环境保护条例，以限制有害烟气的排放，并广泛开展了针对“烟气脱白”的排烟治理行动。

为了使排烟达到法律规定的排放标准，在烟气排放设备和烟囱之间需要增设额外的烟气净化及“消白”装置。现有的烟气“消白”技术分为升温消白和降温脱湿消白两类。其中，升温消白通常利用高温热源将饱和烟气的干球温度继续提高，以提高烟气的过热度从而降低其相对湿度，以避免排烟与空气接触时的结露现象，其主要使用的设备有回转式换热器(RGGH)和管式换热器(MGGH)等间壁式换热器。但是这类换热器易堵塞、阻力大、故障率高，且烟气升温需要消耗额外的热源，所以这类直接升温烟气消白的技术正在逐渐被淘汰。目前工程应用中使用降温脱湿消白技术是一种大的趋势，降温脱湿消白是利用外部冷源将烟气进行降温冷凝脱湿，然后再升温降低相对湿度的技术。该类技术可以通过循环水回收烟气中的热量，同时可有效降低烟气中二氧化硫、氮氧化物和有害粉尘的含量，具有明显的优点。但是，现存的降温消白设备及系统往往需要消耗过多的循环水以匹配烟气处理所需的冷凝负荷，并且单纯采用冷凝除湿的方法的除湿效果也非常有限，烟气排放时为了满足相对湿度的要求烟气温度往往过高，导致了热量的浪费。同时循环水使用量的加大还会导致设备腐蚀加速等其他问题。

溶液除湿技术之前被广泛的用于空气调节技术领域，其利用除湿溶液较低的水蒸气分压力实现对空气中水分的吸收，同时吸收了水分后的稀溶液可以利用低温热源进行再生，以恢复除湿能力。相对于冷凝除湿，溶液除湿的效率更高，且溶液的用量要明显小于冷却水，另外考虑到溶液循环可以实现低温热源有效利用的特点，可以考虑将溶液除湿技术应用到现有的烟气净化和消白系统中，以解决循环水使用量大、烟气除湿不彻底的问题。

发明内容

发明目的：本发明提供一种将溶液除湿技术与冷凝除湿及热回收技术相结合，整个系统形式简单、循环水无损失、能源利用率高，能够对烟气进行深度除湿和净化的溶液深度除湿烟气处理系统，实现系统环保节能的目的。

技术方案：本发明的溶液深度除湿烟气处理系统，包括喷淋热回收器、与所述喷淋热回收器的烟气出口连接的喷淋塔、与所述喷淋塔连接并向其提供冷却水的冷却塔、与喷淋塔的烟气出口连接的除湿器、与所述除湿器的烟气出口连接的烟气再热器、与除湿器的溶液循环进口和出口连接的溶液再生器、与所述溶液再生器连接的水-溶液换热器，所述水-溶液换热器同时还与喷淋热回收器和烟气再热器连接。

进一步的，本发明系统中，所述溶液再生器通过除湿循环泵与除湿器连接，除湿器的底部溶液出口连接至溶液再生器的顶部喷淋装置，溶液再生器底部的第一出口连接至除湿循环泵的进口，除湿循环泵的出口连接回除湿器的顶部喷淋装置，该部分管路为除湿溶液循环管路；所述水-溶液换热器通过再生循环泵与溶液再生器连接，溶液再生器底部的第二出口连接至再生循环泵的进口，再生循环泵的出口连接至水-溶液换热器的溶液端进口，水-溶液换热器的溶液端出口连接回溶液再生器的顶部溶液喷淋装置，该部分管路为再生溶液循环管路；在溶液再生器内使用外界新风带走高温溶液中的水分，从而使溶液达到再生效果。

进一步的，本发明系统中，所述冷却塔通过冷却循环水管及设置在所述冷却循环水管上的冷却水泵与喷淋塔连接。

进一步的，本发明系统中，所述除湿器对烟气进行深度除湿；所述烟气再热器对烟气进行再热，进一步降低其相对湿度。

进一步的，本发明系统中，所述溶液再生器进行溶液再生所需的热量由喷淋热回收器内产生的热水提供。

进一步的，本发明系统中，所述水-溶液换热器通过循环热水泵与喷淋热回收器连接，喷淋热回收器底部的热水出口管道连接至循环热水泵，随后循环热水泵连接到水-溶液换热器的热水端进口，水-溶液换热器的热水端出口则继续连接至烟气再热器的热水进口，烟气再热器的热水出口连接回喷淋热回收器的顶部喷淋装置。

进一步的，本发明系统中，所述喷淋塔内烟气与冷却水的接触方式为逆流，喷淋塔内部设置方形规整填料，填料材质采用耐高温和腐蚀的PVC材料，烟气由填料下方进入上方排出，喷淋冷却水则沿填料顶部向下流动。

进一步的，本发明系统中，所述除湿器和溶液再生器中使用的除湿溶液为氯化钙溶液或溴化锂溶液，除湿器内的循环溶液流量根据所处理的烟气量和烟气湿度大小进行调节。

本发明系统中具体的主要部件和功能为：用于烟气初步降温和热回收的喷淋热回收器；用于烟气冷却和冷凝除湿的喷淋塔、以及用于冷却水循环的冷却水泵和用于冷却水制取的冷却塔；用于烟气深度除湿的除湿器和用于溶液再生的溶液再生器，以及用于溶液循环的除湿循环泵和再生循环泵，同时还包括给再生溶液加热的水-溶液热交换器；用于烟气降低相对湿度的烟气再热器，以及循环热水泵。

本发明的溶液深度除湿烟气处理系统中，喷淋热回收器设置在高温高湿烟气的进口端，其顶部设有循环水喷淋装置，高温高湿烟气进入喷淋热水器后与循环水进行热质交换，循环水吸收了烟气热量后被加热，烟气得到初步降温；喷淋塔设置在喷淋热回收器烟气出口的正后方，喷淋塔的顶部有冷却水喷淋装置，喷淋装置下方设有方形规整填料，填料材质采用耐高温和腐蚀的PVC材料，烟气由填料下方进入上方排出，喷淋冷却水则沿填料顶部向下流动，烟气在喷淋塔内被冷却水降温和冷凝除湿；喷淋塔内使用的冷却水由冷却塔制取，冷却塔使用外部新风对循环冷却水进行降温，在喷淋塔和冷却塔之间设置有冷水泵用于冷却水的循环。

烟气经过初步降温和除湿后由除湿器进行深度除湿处理，除湿器设置在喷淋塔的烟气出口正后方，除湿器的顶部设有溶液喷淋装置，喷淋溶液与进入的烟气进行接触，由于溶液的水蒸气分压力远低于烟气的水蒸气分压力，在除湿器内除湿溶液能够吸收绝大部分烟气中的水分，系统中所使用的除湿溶液为氯化钙溶液，除湿器内的循环溶液流量根据所处理的烟气量和烟气湿度大小进行调节，当烟气量过大时应适当增加溶液流量；吸收了烟气水分后的除湿溶液会被稀释、除湿能力降低，因此系统中还设有溶液再生器，除湿后的稀溶液送入溶液再生器内进行再生，溶液再热器使用外界的新风作为再生空气，高温稀溶液的水蒸气分压力会高于新风，稀溶液中的水分会排出到新风中，溶液浓度得意恢复，再生后的溶液由除湿循环泵送回除湿器顶部的喷淋装置；由于除湿溶液具有较大的吸附能力，在对烟气进行除湿的同时能够净化烟气内的杂质。

为了确保烟气在排放的过程中不会出现“白色烟羽”或“烟囱雨”，本系统在除湿器的后方还增设有一个烟气再热器，深度除湿后的烟气进入烟气再热器内被继续加热，在含湿量不变的情况下烟气温度升高，因此烟气的相对湿度得到大幅的降低；最后相对湿度极低的烟气通过排烟烟囱排放到环境中。

本发明系统中溶液再生所需的热量以及烟气再热器内的热量都由喷淋热回收器内吸收了烟气热量的循环热水提供；具体的，喷淋热回收器制取的循环热水由循环热水泵驱动在系统内循环，循环热水首先在水-溶液换热器对循环溶液进行加热，被加热后的溶液则送至溶液再生器顶部的喷淋装置，用于向新风进行喷淋再生，再生溶液的循环由再生循环泵进行推动；加热了溶液后的循环热水随后送至烟气再热器，作为烟气再热的热源，与烟气换热后的循环热水最后送回至喷淋热回收器顶部的喷淋装置，完成循环。

为了实现烟气排放之前的净化和降低其相对湿度，以避免排放过程中造成的“白色烟羽”或“烟囱雨”等环境污染问题，同时为了克服现有烟气“消白”装置中存在的循环水使用量大、除湿不彻底等问题，本发明系统将溶液除湿技术与冷凝除湿及热回收技术相结合，整个系统形式简单、循环水无损失、能源利用率高，能够对烟气进行深度除湿和净化，实现系统环保节能的目的。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本系统集成了烟气热回收、烟气冷凝除湿、溶液除湿以及蒸发冷却等技术，并合理利用了个技术的优点，整个系统流程简单明确，无需外部的冷却和加热设备，占地面积小，投入成本低。

2、经系统处理后最终排放的烟气相对湿度极低，完全避免了常规烟气排放时所出现的“白色烟羽”或“烟囱雨”现象，同时烟气经过了冷却水的喷淋和除湿溶液的处理后，烟气中的二氧化硫、氮氧化物和粉尘等得到了有效的过滤，整个系统能够实现极高的环保效益。

3、与现有的降温脱湿排放技术相比，本系统的优势在于循环水的用量能够大大降低，因此烟气的除湿负荷大多由除湿溶液承担，并且除湿溶液对于烟气的净化功能要远强于单纯的清水喷淋。

4、本系统合理的利用了锅炉烟气中的余热资源，在实现烟气降温的同时制取循环热水，用于除湿溶液的再生和最后烟气的再热，整个系统的能源利用效率极高，大大降低了生产运行成本。

附图说明

图1是本发明的系统流程示意图；

图1中有：喷淋热回收器1，喷淋塔2，冷却水泵3，冷却塔4，除湿器5，烟气再热器6，循环热水泵7，水-溶液换热器8，溶液再生器9，除湿循环泵10，再生循环泵11。

具体实施方式

结合附图1进一步说明本发明的具体实施方式。

如图1所示的一种溶液深度除湿烟气处理系统，未经处理的高温高湿烟气首先由喷淋热回收器1进行降温和热回收。喷淋热回收器1顶部设有循环水喷淋装置，烟气与喷淋水在喷淋热回收器1内部进行接触后温度降低，喷淋水吸收热量后温度升高，喷淋热回收器1底部的出口通过热水管道连接至循环热水泵7，用于热水向系统内其他设备的输送和循环使用。

所述系统中，烟气经热回收温度初步降低后进入喷淋塔2进行冷凝除湿，喷淋塔2设置在喷淋热回收器1烟气出口的正后方。喷淋塔2顶部设有冷却水喷淋装置，冷却水在喷淋塔2内自上而下喷淋，冷却水喷淋装置下方设有方形规整填料，填料材质采用耐高温和腐蚀的PVC材料。进入喷淋塔2的烟气则由填料下方进入上方排出，烟气与喷淋冷却水在填料内逆流接触，此处冷却水温度低于烟气露点温度，烟气内的水分被冷凝析出。喷淋塔2的冷却水由冷却塔4制取，喷淋塔2底部冷水池出口连接至冷却水泵3的进口，冷却水泵3的出口连接至冷却塔4顶部的喷淋装置，冷却塔4顶部的出口则连接回喷淋塔2顶部的冷却水喷淋装置。

进一步的实施例中，烟气由喷淋塔2处理后进入除湿器5进行深度除湿处理，除湿器5设置在喷淋塔2烟气出口的后方。除湿器5的顶部设有除湿溶液喷淋装置，烟气进入除湿器5后与喷淋溶液进行热、质交换，烟气中的绝大部分水分进入除湿溶液，同时溶液中的热量传递给烟气，烟气被除湿的同时得到再热。在除湿器5内，除湿溶液吸收了烟气中的水分会浓度变低，除湿能力下降，因此在系统中设置溶液再生器9用于除湿后稀溶液的再生，而本系统中的溶液再生器9采用室外新风走出热溶液中的水分的方式进行再生。除湿器5的底部溶液出口连接至溶液再生器9顶部的溶液喷淋装置，用于稀溶液向溶液再生器9的输送；溶液再生器9底部的溶液第一出口连接至除湿循环泵10的进口，除湿溶液循环泵10的出口连接回除湿器5顶部的除湿溶液喷淋装置，这部分管理的装置用于再生后浓溶液向除湿器5的输送。溶液再生器9中的再生溶液利用喷淋热回收器1制取的热水进行加热，喷淋热回收器1的底部热水出口连接至循环热水泵7后继续连接至水-溶液换热器8的热水端进口，而溶液再生器9底部的溶液第二出口先连接至再生循环泵11的进口，再生循环泵11的出口连接至水-溶液换热器8的溶液端进口，在水-溶液换热器8内热水对溶液进行加热，水-溶液换热器8的溶液出口端连接回溶液再生器9顶部的溶液喷淋装置，热溶液在溶液再生器9内向室外新风进行喷淋将水分传递给新风，实现溶液的再生。

进一步的实施例中，烟气经除湿器5处理后绝对含湿量降低，本系统内在除湿器5之后增设一个烟气再热器6，用于烟气的再热，继续降低其相对湿度，经烟气再热器6处理后的烟气最终通过排烟烟囱排放，确保烟气排放时无“白色烟羽”或“烟囱雨”产生。烟气再热器6的热源同样由喷淋热回收器1制取的热水提供，热水在水-溶液换热器8内将热量首先传递给溶液后继续用作烟气再热器6的热源，水-溶液换热器8的热水出口端则连接至烟气再热器6的热水进口，烟气再热器6的热水出口则连接回喷淋热回收器1顶部的喷淋装置，再次用于烟气热量的回收，形成完整的热水循环。

进一步的实施例中，本发明溶液深度除湿烟气处理系统的除湿器5和溶液再生器9内使用的除湿溶液选择氯化钙溶液，当系统处理的烟气量较大时，提高除湿循环泵10的再生循环泵11的运转频率，增加除湿溶液循环和再生溶液循环的流量；当系统处理的烟气量较小时，降低除湿循环泵10的再生循环泵11的运转频率，减少除湿溶液循环和再生溶液循环的流量。

Claims (5)

1.一种溶液深度除湿烟气处理系统，其特征在于：该系统包括喷淋热回收器(1)、与所述喷淋热回收器(1)的烟气出口连接的喷淋塔(2)、与所述喷淋塔(2)连接并向其提供冷却水的冷却塔(4)、与喷淋塔(2)的烟气出口连接的除湿器(5)、与所述除湿器(5)的烟气出口连接的烟气再热器(6)、与除湿器(5)的溶液循环进口和出口连接的溶液再生器(9)、与所述溶液再生器(9)连接的水-溶液换热器(8)，所述水-溶液换热器(8)同时还与喷淋热回收器(1)和烟气再热器(6)连接，所述溶液再生器(9)通过除湿循环泵(10)与除湿器(5)连接，除湿器(5)的底部溶液出口连接至溶液再生器(9)的顶部喷淋装置，溶液再生器(9)底部的第一出口连接至除湿循环泵(10)的进口，除湿循环泵(10)的出口连接回除湿器(5)的顶部喷淋装置，该部分管路为除湿溶液循环管路；所述水-溶液换热器(8)通过再生循环泵(11)与溶液再生器(9)连接，溶液再生器(9)底部的第二出口连接至再生循环泵(11)的进口，再生循环泵(11)的出口连接至水-溶液换热器(8)的溶液端进口，水-溶液换热器(8)的溶液端出口连接回溶液再生器(9)的顶部溶液喷淋装置，该部分管路为再生溶液循环管路；在溶液再生器(9)内使用外界新风带走高温溶液中的水分，从而使溶液达到再生效果，所述冷却塔(4)通过冷却循环水管及设置在所述冷却循环水管上的冷却水泵(3)与喷淋塔(2)连接，所述水-溶液换热器(8)通过循环热水泵(7)与喷淋热回收器(1)连接，喷淋热回收器(1)底部的热水出口管道连接至循环热水泵(7)，随后循环热水泵(7)连接到水-溶液换热器(8)的热水端进口，水-溶液换热器(8)的热水端出口则继续连接至烟气再热器(6)的热水进口，烟气再热器(6)的热水出口连接回喷淋热回收器(1)的顶部喷淋装置，喷淋塔(2)底部冷水池出口连接至冷却水泵(3)的进口，冷却水泵(3)的出口连接至冷却塔(4)顶部的喷淋装置，冷却塔(4)顶部的出口则连接回喷淋塔(2)顶部的冷却水喷淋装置。

2.如权利要求1所述的一种溶液深度除湿烟气处理系统，其特征在于，所述除湿器(5)对烟气进行深度除湿；所述烟气再热器(6)对烟气进行再热，进一步降低其相对湿度。

3.如权利要求1或2所述的一种溶液深度除湿烟气处理系统，其特征在于，所述溶液再生器(9)进行溶液再生所需的热量由喷淋热回收器(1)内产生的热水提供。

4.如权利要求1或2所述的一种溶液深度除湿烟气处理系统，其特征在于，所述喷淋塔(2)内烟气与冷却水的接触方式为逆流，喷淋塔(2)内部设置方形规整填料，填料材质采用耐高温和腐蚀的PVC材料，烟气由填料下方进入上方排出，喷淋冷却水则沿填料顶部向下流动。

5.如权利要求1或2所述的一种溶液深度除湿烟气处理系统，其特征在于，所述除湿器(5)和溶液再生器(9)中使用的除湿溶液为氯化钙溶液或溴化锂溶液，除湿器(5)内的循环溶液流量根据所处理的烟气量和烟气湿度大小进行调节。

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