CN109160563B - 基于电厂烟气中水蒸汽捕集与余热回收的海水淡化系统 - Google Patents

基于电厂烟气中水蒸汽捕集与余热回收的海水淡化系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电厂烟气中水蒸汽捕集与余热回收的海水淡化系统，锅炉通过管道与除尘器、第一蒸汽吸收器的壳程、烟气余热回收器的壳程、引风机、脱硫塔、第二蒸汽吸收器的壳程、增压风机和烟囱连接；低温淡水经第二蒸汽吸收器、第一蒸汽吸收器加热后进入闪蒸器，热水在闪蒸器内闪蒸产生蒸汽，作为海水淡化装置第一效蒸发器的加热蒸汽。冷凝器的冷却排水一部分经过浓水热回收器、淡水热回收器、烟气余热回收器，回收热量后作为进料进入各效蒸发器。本发明既能捕集烟气中的水蒸汽、降低烟气腐蚀、减少脱硫塔耗水量，又能利用余热实现海水淡化。

Description

基于电厂烟气中水蒸汽捕集与余热回收的海水淡化系统
技术领域
本发明属于海水淡化和烟气中水蒸汽捕集与余热利用技术领域，更具体的说，是涉及一种基于电厂烟气中水蒸汽捕集与余热回收的海水淡化系统。
背景技术
我国人口众多，人均水资源量严重不足，水资源短缺已成为制约我国经济社会可持续发展的重要因素。海水淡化是从源头增加水资源量，保障水安全的重要手段，正日益得到重视和发展。通过多年的研究，我国海水淡化发展比较成熟的技术有低温多效蒸馏和反渗透海水淡化。低温多效蒸馏需要大量的蒸汽热源，反渗透海水淡化需要消耗大量的电力，运行成本均较高。
火力发电在未来几十年内仍将是电力的主要来源，电厂锅炉在燃烧化石燃料发电的同时，会有大量的余热通过烟气散失。烟气中含有大约10％的水蒸汽(随燃料性质变化)，水蒸汽的露点在有酸性气体存在时会大大降低，为防止露点腐蚀，电厂锅炉排烟温度取在露点温度以上。目前电厂锅炉的排烟温度一般在120℃～150℃之间，占煤炭低位发热值8～12％的热量随排烟散失，排烟损失是锅炉热损失中最大的一项。同时，通过烟气散失的水量也很可观。
目前,通过膜技术分离烟气中水蒸汽方面已经积累了不少的经验，烟气中的水蒸汽分离不仅能回收烟气中的淡水，而且排烟温度可以进一步降低，从而减少排烟损失。锅炉的烟气余热回收一般用于锅炉回水的加热，将电厂锅炉烟气余热应用在海水淡化方面的研究很少。亟需开发一种利用电厂锅炉烟气余热进行海水淡化，并能够避免低温腐蚀的系统，从而大大降低海水淡化装置的运行成本。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于电厂烟气中水蒸汽捕集与余热回收的海水淡化系统，既能捕集烟气中的水蒸汽、降低烟气腐蚀、减少脱硫塔耗水量，又能利用余热实现海水淡化。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的基于电厂烟气中水蒸汽捕集与余热回收的海水淡化系统，包括锅炉，所述锅炉通过管道依次连接除尘器、第一蒸汽吸收器的壳程、烟气余热回收器的壳程、引风机、脱硫塔、第二蒸汽吸收器的壳程、增压风机和烟囱，所述第一蒸汽吸收器的管程出口通过管道连接闪蒸器，所述闪蒸器通过二次蒸汽管道和淡水管道分别连接蒸发器和淡水闪蒸罐，所述蒸发器和淡水闪蒸罐的数量相等、一一对应，均设置为N(N＝2-15)个，N个蒸发器彼此串联连接，N个淡水闪蒸罐彼此串联连接；其中，第N个蒸发器通过管道连接冷凝器的壳程进口，所述冷凝器的管程进口通过冷却水进料管连接有冷却水泵，管程出口连接有冷却水出料管；第N个淡水闪蒸罐通过管道依次连接淡水热回收器的壳程、淡水泵、第二蒸汽吸收器的管程、第一蒸汽吸收器的管程进口；
各个蒸发器分别通过管道与其对应的淡水闪蒸罐连接，各个淡水闪蒸罐分别通过管道与其对应的蒸发器相邻的下一个蒸发器连接，其中，第N个淡水闪蒸罐通过管道与冷凝器连接；各个蒸发器和冷凝器分别通过管道与真空泵连接，所述冷凝器的壳程出口通过管道连接淡水热回收器的壳程进口；
第一效蒸发器通过管道连接有浓盐水闪蒸罐，所述浓盐水闪蒸罐设置为N-1(N＝2-15)个，彼此串联连接，第N-1个浓盐水闪蒸罐通过管道依次连接浓水热回收器的壳程、浓水泵和浓水排放管；其中，第一个浓盐水闪蒸罐对应第二效蒸发器，第二个浓盐水闪蒸罐对应第三效蒸发器，依次类推，第N-1个浓盐水闪蒸罐对应第N效蒸发器；各个浓盐水闪蒸罐分别通过管道与其对应的蒸发器连接，各个浓盐水闪蒸罐分别通过管道与其对应的蒸发器相邻的下一个蒸发器连接，其中，第N-1个浓盐水闪蒸罐通过管道与冷凝器连接；
所述浓水热回收器的管程进口、出口分别通过管道连接冷却水出料管和淡水热回收器管程进口，所述淡水热回收器管程出口通过管道连接烟气余热回收器的管程进口，所述烟气余热回收器的管程出口通过管道分别连接各个蒸发器。
所述淡水泵的出口端连接有淡水管。
所述第一蒸汽吸收器和第二蒸汽吸收器均为亲水性多孔材料制成的管状膜结构，烟气横向略过管状膜外部(壳程)，淡水走管状膜内部(管程)。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明通过蒸汽吸收器回收了烟气中的蒸汽及蒸汽的热量。
(2)本发明由于进入脱硫塔的烟气温度较低，能减少湿法脱硫工艺的耗水量。
(3)本发明由于脱硫塔后烟气中水蒸汽含量减少，避免了石膏雨现象的产生。
(4)本发明在实现余热回收效果的同时，实现海水淡化和烟气中水蒸汽的捕集，获得额外淡水。同时，由于烟气温度的降低，脱硫塔的耗水量减小。
附图说明
图1是本发明的基于电厂烟气中水蒸汽捕集与余热回收的海水淡化系统示意图。
附图标记:1锅炉，2除尘器，3第一蒸汽吸收器，4烟气余热回收器，5引风机，6脱硫塔，7第二蒸汽吸收器，8增压风机，9烟囱，10闪蒸器，12冷凝器，15淡水泵，16冷却水泵，17浓水泵，18浓水热回收器，19淡水热回收器，20淡水管，21冷却水出料管，22真空泵，23冷却水进料管，24浓水排放管，11-1,11-2,...,11-N分别为第一效蒸发器,第二效蒸发器,...,第N效蒸发器，13-1,...,13-N-1分别为第一个浓盐水闪蒸罐,...,第N-1个浓盐水闪蒸罐，14-1,14-2,...,14-N分别为第一个淡水闪蒸罐,第二个淡水闪蒸罐,...,第N个淡水闪蒸罐。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明的基于电厂烟气中水蒸汽捕集与余热回收的海水淡化系统，包括锅炉1，所述锅炉1通过管道依次连接除尘器2、第一蒸汽吸收器3的壳程、烟气余热回收器4的壳程、引风机5、脱硫塔6、第二蒸汽吸收器7的壳程、增压风机8和烟囱9。所述第一蒸汽吸收器3的管程出口通过管道连接闪蒸器10，所述闪蒸器10通过二次蒸汽管道和淡水管道分别连接蒸发器和淡水闪蒸罐，所述蒸发器和淡水闪蒸罐的数量相等、一一对应，均设置为N(N＝2-15)个，N个蒸发器彼此串联连接，N个淡水闪蒸罐彼此串联连接。也就是说，所述闪蒸器10通过二次蒸汽管道依次与第一效蒸发器11-1、第二效蒸发器11-2、直到最后的第N效蒸发器连接11-N。所述闪蒸器10通过二次蒸汽管道依次与第一个淡水闪蒸罐14-1、第二个淡水闪蒸罐14-2、直到最后的第N个淡水闪蒸罐14-N连接。
其中，第N效蒸发器11-N通过管道连接冷凝器12的壳程进口，所述冷凝器12的管程进口通过冷却水进料管23连接有冷却水泵16，管程出口连接有冷却水出料管21。第N个淡水闪蒸罐14-N通过管道依次连接淡水热回收器19的壳程、淡水泵15、第二蒸汽吸收器7的管程、第一蒸汽吸收器3的管程进口；所述淡水泵15的出口端连接有淡水管20。
各个蒸发器分别通过管道与其对应的淡水闪蒸罐连接，各个淡水闪蒸罐分别通过管道与其对应的蒸发器相邻的下一个蒸发器连接，其中，第N个淡水闪蒸罐14-N通过管道与冷凝12连接。各个蒸发器和冷凝器12分别通过管道与真空泵22连接，所述冷凝器12的壳程出口通过管道连接淡水热回收器19的壳程进口。
第一效蒸发器11-1通过管道连接有浓盐水闪蒸罐，所述浓盐水闪蒸罐设置为N-1(N＝2-15)个，彼此串联连接，也就是说，所述第一效蒸发器11-1通过管道依次与第一个浓盐水闪蒸罐13-1、第二个浓盐水闪蒸罐13-2、直到最后的第N-1个浓盐水闪蒸罐13-N-1连接，第N-1个浓盐水闪蒸罐13-N-1通过管道依次连接浓水热回收器18的壳程、浓水泵17和浓水排放管24。其中，第一个浓盐水闪蒸罐13-1对应第二效蒸发器11-2，第二个浓盐水闪蒸罐13-2对应第三效蒸发器11-3，依次类推，第N-1个浓盐水闪蒸罐13-N-1对应第N效蒸发器11-N。各个浓盐水闪蒸罐分别通过管道与其对应的蒸发器连接，各个浓盐水闪蒸罐分别通过管道与其对应的蒸发器相邻的下一效蒸发器连接，其中，第N-1个浓盐水闪蒸罐13-N-1通过管道与冷凝器12连接。
所述浓水热回收器18的管程进口、出口分别通过管道连接冷却水出料管21和淡水热回收器19管程进口，所述淡水热回收器19管程出口通过管道连接烟气余热回收器4的管程进口，所述烟气余热回收器4的管程出口通过管道分别连接各个蒸发器。
优选地，所述第一蒸汽吸收器3和第二蒸汽吸收器7均为亲水性多孔材料制成的管状膜结构，烟气横向略过管状膜外部(壳程)，淡水走管状膜内部(管程)。
本发明的工作原理：通过在除尘器2后布置第一蒸汽吸收器3，将烟气中的水蒸汽捕集下来，同时，通过烟气余热回收器4使烟气温度得以进一步降低。由于进入脱硫塔6的烟气温度较低，能减少湿法脱硫工艺的耗水量。烟气经过脱硫塔6后，水蒸汽含量又有所上升，通过再脱硫塔6后再布置第二蒸汽吸收器7，捕集烟气中的水蒸汽，使最终排放的烟气含水量减少，避免了石膏雨现象的产生。低温淡水经过第一蒸汽吸收器3、第二蒸汽吸收器7后，由于吸收了烟气中的水蒸汽，温度有所上升。升温后的淡水在闪蒸罐10内闪蒸出蒸汽，作为海水淡化装置第一效蒸发器11-1的加热蒸汽。冷凝器12的冷却排水一部分经过浓水热回收器18、淡水热回收器19、烟气余热回收器4，回收热量后作为进料进入各个蒸发器。系统在实现余热回收效果的同时，实现海水淡化和烟气中水蒸汽的捕集，获得淡水。同时，由于烟气温度的降低，脱硫塔6的耗水量减小。
本发明的具体工作步骤为：在开启阶段外部的低温淡水从淡水管20进入系统，分别经过第二蒸汽吸收器7和第一蒸汽吸收器3，吸收烟气中的水蒸汽，同时温度有所上升。升温后的淡水在闪蒸器10内闪蒸出蒸汽，作为海水淡化装置第一个蒸发器11-1的加热蒸汽。冷凝器12的冷却排水一部分经过浓水热回收器18、淡水热回收器19、烟气余热回收器4，回收热量后作为进料进入各个蒸发器，进行喷淋降膜蒸发，产生二次蒸汽和浓水。蒸发后的浓水利用各效间的自然压差逐级自流，浓水由第一效蒸发器11-1逐级排放，最终至第N效蒸发器11-N。高温效向低温效自流时，压力逐渐降低，有部分蒸汽从浓水中闪蒸出来，进入相应蒸发器和冷凝器12换热后凝结成淡水。闪蒸器10闪蒸后的剩余淡水和各效蒸发器中二次蒸汽凝结的淡水，靠效间压力梯度逐级自流，由于压力逐渐降低，有部分蒸汽从淡水中闪蒸出来，进入相应蒸发器和冷凝器12换热后再凝结成淡水。闪蒸后的淡水、冷凝器冷凝后的淡水汇集后经淡水泵15输出。蒸发器和冷凝器12管内外均为负压，且保持一定的压力梯度，采用真空泵22抽出不凝气体，维持系统的真空。冷凝器12需要供应冷却水维持低温。启动完成后，系统开始产水，此时淡水管20作为产品淡水的输出管，将部分产品水排出系统。一部分产品淡水进入第二蒸汽吸收器7进行循环。锅炉1空气预热器后的烟气经过除尘器2除尘，进入第一蒸汽吸收器3，除去烟气中的水蒸汽，再进入烟气余热回收器4进一步降温，然后通过引风机5进入脱硫塔6进行脱硫，经过脱硫的烟气经过第二蒸汽吸收器7降低含水量后，通过增压风机8排入烟囱9。为保证系统的长期稳定运行，可选择设置阻垢剂、缓蚀剂加药系统和清洗系统。
尽管上面对本发明进行了描述，但本发明并不局限于上述，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种基于电厂烟气中水蒸汽捕集与余热回收的海水淡化系统，包括锅炉（1），其特征在于，所述锅炉（1）通过管道依次连接除尘器（2）、第一蒸汽吸收器（3）的壳程、烟气余热回收器（4）的壳程、引风机（5）、脱硫塔（6）、第二蒸汽吸收器（7）的壳程、增压风机（8）和烟囱（9），所述第一蒸汽吸收器（3）的管程出口通过管道连接闪蒸器（10），所述闪蒸器（10）通过二次蒸汽管道和淡水管道分别连接蒸发器和淡水闪蒸罐，所述蒸发器和淡水闪蒸罐的数量相等、一一对应，均设置为N个，N为2-15，N个蒸发器彼此串联连接，N个淡水闪蒸罐彼此串联连接；其中，第N个蒸发器通过管道连接冷凝器（12）的壳程进口，所述冷凝器（12）的管程进口通过冷却水进料管（23）连接有冷却水泵（16），管程出口连接有冷却水出料管（21）；第N个淡水闪蒸罐（14-N）通过管道依次连接淡水热回收器（19）的壳程、淡水泵（15）、第二蒸汽吸收器（7）的管程、第一蒸汽吸收器（3）的管程进口；
各个蒸发器分别通过管道与其对应的淡水闪蒸罐连接，各个淡水闪蒸罐分别通过管道与其对应的蒸发器相邻的下一个蒸发器连接，其中，第N个淡水闪蒸罐（14-N）通过管道与冷凝器（12）连接；各个蒸发器和冷凝器（12）分别通过管道与真空泵（22）连接，所述冷凝器（12）的壳程出口通过管道连接淡水热回收器（19）的壳程进口；
第一效蒸发器（11-1）通过管道连接有浓盐水闪蒸罐，所述浓盐水闪蒸罐设置为N-1个，N为2-15，彼此串联连接，第N-1个浓盐水闪蒸罐（13-N-1）通过管道依次连接浓水热回收器（18）的壳程、浓水泵（17）和浓水排放管（24）；其中，第一个浓盐水闪蒸罐（13-1）对应第二效蒸发器（11-2），第二个浓盐水闪蒸罐（13-2）对应第三效蒸发器（11-3），依次类推，第N-1个浓盐水闪蒸罐（13-N-1）对应第N效蒸发器（11-N）；各个浓盐水闪蒸罐分别通过管道与其对应的蒸发器连接，各个浓盐水闪蒸罐分别通过管道与其对应的蒸发器相邻的下一个蒸发器连接，其中，第N-1个浓盐水闪蒸罐（13-N-1）通过管道与冷凝器（12）连接；
所述浓水热回收器（18）的管程进口、出口分别通过管道连接冷却水出料管（21）和淡水热回收器（19）管程进口，所述淡水热回收器（19）管程出口通过管道连接烟气余热回收器（4）的管程进口，所述烟气余热回收器（4）的管程出口通过管道分别连接各个蒸发器。
2.根据权利要求1所述的基于电厂烟气中水蒸汽捕集与余热回收的海水淡化系统，其特征在于，所述淡水泵（15）的出口端连接有淡水管（20）。
3.根据权利要求1所述的基于电厂烟气中水蒸汽捕集与余热回收的海水淡化系统，其特征在于，所述第一蒸汽吸收器（3）和第二蒸汽吸收器（7）均为亲水性多孔材料制成的管状膜结构，烟气横向略过管状膜外部，即管状膜的壳程，淡水走管状膜内部，即管状膜的管程。
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