CN109173668B - 一种冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统及其控制方法，系统包括冷却水低温热源、高温水源热泵、脱硫塔和出口烟道，冷却水低温热源通过管路送入高温水源热泵作为热泵热源，高温水源热泵的热水供水管路通过中温管道与储热器相连接后，再通过高温管道与设置在脱硫塔后端出口烟道内的烟气加热器循环式水入口连接；烟气加热器循环水出口通过低温管道与高温水源热泵的热水回水管相连；在烟气加热器的烟气进口方向设置有第一加热器温度传感器；储热器上设置有辅助热源控制器。本发明提供的技术方案，解决了工业生产冷却水向环境排放废热污染问题、大幅度减少冷却水的消耗，在消除脱硫烟羽的同时，解决现有脱硫烟气加热器发生的低温腐蚀问题。

Description

一种冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及能源环保技术领域，特别涉及一种冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统及其控制方法。
背景技术
随着我国的工业化快速发展，环境问题成为人们关注的焦点。脱硫塔出口烟道内的脱硫烟气是含有大量水蒸汽、SO3和SO2的酸性气体，并夹杂脱硫产物。酸性气体的酸露点温度较低，从烟囱排到大气的脱硫烟气容易形成含有脱硫产物的酸性液滴，沉降下来形成烟囱雨，污染环境。
工业生产过程大量冷却水通过冷却塔的水分蒸发实现降温,并向大气排放废热，不仅存在热污染，还存在水的蒸发损失、以及排污损失等问题。目前，冷却水的热污染问题和水的蒸发损失和排污损失问题还没有好的解决办法。
为了避免脱硫烟羽形成的烟囱雨污染，传统技术流程采用烟气加热器(GGH)，来加热脱硫塔出口的烟气，使烟气温度高于酸露点温度，不能形成液滴，消除脱硫烟羽造成的环境污染。但是，该技术存在一个问题，脱硫塔出口烟气没有被加热之前低于酸露点温度，烟气加热器的受热面表面发生结露，往往造成严重的酸腐蚀问题。为了避免受热面发生腐蚀，受热面管的材料普遍采用氟塑料或者耐腐蚀钢材ND钢，此时又带来新问题：(1)使用氟塑料和ND钢导作为受热面管材料致使工程造价大幅度提高；(2)氟塑料虽然耐腐蚀性能良好，但是导热性能和强度差，耐温耐压性能差，占地庞大；(3)ND钢虽然具有一定的耐腐蚀性能，但其使用在脱硫烟气的烟道中仍存在使用寿命短及腐蚀严重的问题。因此，如何采用一种新的方式在消除脱硫烟羽的同时避免烟气加热器的受热面表面发生酸腐蚀问题是本领域亟待解决的问题。
发明内容
为解决以上背景技术中提到的问题，本发明提供一种冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统，包括冷却水低温热源、高温水源热泵、脱硫塔和出口烟道；
所述冷却水低温热源通过管路送入所述高温水源热泵作为热泵热源，所述高温水源热泵的热水供水管路通过中温管道与储热器相连接后，再通过高温管道与设置在脱硫塔后端出口烟道内的烟气加热器循环式水入口连接；烟气加热器循环水出口通过低温管道与所述高温水源热泵的热水回水管相连；在所述烟气加热器的烟气进口方向设置有第一加热器温度传感器；所述储热器上设置有辅助热源控制器。
在上述结构的基础上，进一步地，所述烟气加热器的烟气出口方向设置有第二加热器温度传感器，所述高温管道上设置有加热水泵。
在上述结构的基础上，进一步地，所述出口烟道内设置有烟气分析仪。
在上述结构的基础上，进一步地；所述高温水源热泵与所述冷却水低温热源通过循环换热管道连接。
在上述结构的基础上，进一步地，所述高温水源热泵对所述储热器的供水温度为60℃至90℃；所述烟气加热器对所述高温水源热泵的回水温度为50℃至80℃；
所述冷却水低温热源对所述高温水源热泵的供水温度为40℃至60℃，所述高温水源热泵对所述冷却水低温热源的回水温度为20℃至45℃。
在上述结构的基础上，进一步地，所述出口烟道内分别设置有第一烟气温度传感器和第二烟气温度传感器；所述第一烟气温度传感器设置在所述脱硫塔与烟气加热器之间，所述第二烟气温度传感器设置在所述烟气加热器之后的出口烟道末端。
本发明还提供一种冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统的控制方法，包括以下步骤：
通过辅助热源控制器，控制烟气加热器的受热面温度和脱硫后的排烟温度，使第一加热器温度传感器实测温度T312大于第一目标温度MT310，第二烟气温度传感器实测温度T330大于第二目标温度MT330。
进一步地，还包括以下步骤：
通过控制加热水泵的流量，来提高烟气加热器的受热面温度，使第二加热器温度传感器实测温度T313大于第一目标温度T310。
进一步地，所述第一目标温度MT310＝TSL320+N310；
所述第二目标温度MT330＝TSL320+N330；
其中，所述TSL320为烟气的酸露点温度；所述N310和N330为设定常数，且N310和N330的取值范围为0～30K。
进一步地，烟气的酸露点温度TSL320＝NSL320+f1(T320)+f2(CSO3)；其中，
f1(T320)＝NT320+E×lg(C0+C1×T320+C2×T320×T320)；
f2(CSO3)＝NCSO3+F×lg(CSO3)+G×lg(CSO3+H)K；
所述NSL320的取值范围为5～15；C0取值范围为9430～9440；C1取值范围为-490～-470；C2取值范围为10～11；T320为第一烟气温度传感器(320)的实测温度；NT320的取值范围为250～260；
NCSO3取值范围-4.12～5.88；F取值范围10～12；G取值范围1～1.1；H取值范围2.9～3；K取值范围2.1～2.2；CSO3为烟气分析仪测定的SO3浓度。
本发明提供的冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统具有以下主要特点和有益效果：
利用工业生产过程中的大量冷却水作为低温热源，通过高温水源热泵实现该低温热源的余热回收利用，冷却水在没有损失的条件下实现降温；结合辅助热源控制等方式，还实现了烟气加热器的受热面温度和出口烟道的排烟温度的有效控制；此外，通过调节优选方案中加热水泵的流量可实现烟气出口侧的烟气加热器的受热面温度的控制。
本发明提供的技术方案，将工业生产冷却水的余热进行回收利用，不仅解决了工业生产冷却水向环境排放废热污染问题、大幅度减少冷却水的消耗，还能够确保烟气加热器在烟气进口侧和出口侧的受热面温度大于酸露点温度，从而避免烟气加热器的受热面发生结露腐蚀，确保出口烟道的排烟温度大于酸露点温度，在消除脱硫烟羽的同时，解决现有脱硫烟气加热器发生的低温腐蚀问题。
本发明提出通过温度控制的方式，解决本技术领域中一直难以解决的问题，即脱硫烟气加热器发生的低温腐蚀问题，通过本发明的技术方案提高了冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统的可靠性，降低了系统的初投资和运行维护成本，具有显著的进步和重要的工业应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统的工艺流程示意图；
图2为辅助热源控制器的逻辑控制框图；
图3为加热水泵的逻辑控制框图。
附图标记：
100冷却水低温热源 200脱硫塔 300出口烟道
110高温水源热泵 111中温管道 320第一烟气温度传感器
121高温管道 310烟气加热器 330第二烟气温度传感器
122辅助热源控制器 311低温管道 312第一加热器温度传感器
340烟气分析仪 120储热器 313第二加热器温度传感器
130加热水泵 140循环换热管道
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明提供一种冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统，如图1所示，包括冷却水低温热源100、高温水源热泵110、脱硫塔200和出口烟道300；
所述冷却水低温热源100通过管路送入所述高温水源热泵110作为热泵热源，所述高温水源热泵110的热水供水管路通过中温管道111与储热器120相连接后，再通过高温管道121与设置在脱硫塔200后端出口烟道300内的烟气加热器310循环式水入口连接；烟气加热器310循环水出口通过低温管道311与所述高温水源热泵110的热水回水管相连；在所述烟气加热器310的烟气进口方向设置有第一加热器温度传感器312；所述储热器120上设置有辅助热源控制器122。
具体地，可以采用工业生产冷却水作为冷却水低温热源100，如图1所示，工业生产冷却水进入高温水源热泵110后，高温水源热泵110将热量通过中温管道111传输至储热器120中，此外，储热器120上设置了辅助热源控制器122，辅助热源控制器122可以采用蒸汽或其他热源的形式为储热器120提供热源，热源经储热器120再通过高温管道121，提高烟气加热器310的水温，进而提高烟气加热器310表面温度，通过辅助热源控制器122可以更加精确地控制烟气加热器的温度和脱硫后的排烟温度；通过上述两种加热方式，使烟气加热器310在烟气进口方向的受热面温度高于酸露点温度，从而避免烟气加热器310在烟气进口方向的受热面发生低温腐蚀。其中，第一加热器温度传感器312可以检测烟气加热器受热面中的水温，也可以是受热面壁温。
更具体地，本发明提供的冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统，采用高温水源热泵，综合性能系数为4.0，以冷却水为低温热源，向脱硫烟气供热，将烟气温度从45℃加热到85℃，以消除脱硫烟羽，可以显著节省的冷却水蒸发损失，冷却水的损耗减少量见如下实施例：
实施例1
对于一台600MW的火电机组，每小时排放的烟气量为216万标准立方米，将烟气温度从45℃加热至85℃的吸热负荷为34MW。本发明提供的冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统，利用高温水源热泵将冷却水从40℃降低到31℃，从冷却水的吸热量为25.5MW，这些热量不再需要通过水蒸汽的蒸发来实现，每小时可以减少冷却水蒸发损失44吨，每年可以减少冷却水耗量38万吨。
实施例2
对于一条日产玻璃1200吨的平板玻璃生产线，每小时排放的烟气量为25万标准立方米，将烟气温度从45℃加热至85℃的吸热负荷为3.9MW。本发明提供的冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统，利用高温水源热泵将冷却水从50℃降低到44.4℃，从冷却水的吸热量为2.9MW，这些热量不再需要通过水蒸汽的蒸发来实现，每小时可以减少冷却水蒸发损失4.9吨，每年可以减少冷却水耗量4.2万吨。
上述技术方案和实施例可以看出，本发明提供的冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统，能够将工业生产冷却水的余热进行回收利用，不仅解决了工业生产冷却水向环境排放废热污染问题、大幅度减少冷却水的消耗，还能够确保烟气加热器在烟气进口侧和出口侧的受热面温度大于酸露点温度，从而避免烟气加热器的受热面发生结露腐蚀，确保出口烟道的排烟温度大于酸露点温度，在消除脱硫烟羽的同时，解决现有脱硫烟气加热器发生的低温腐蚀问题。
优选地，所述烟气加热器310的烟气出口方向设置有第二加热器温度传感器313，所述高温管道121上设置有加热水泵130。加热水泵130可以为烟气加热器310受热面内提供加热液体，通过调节加热水泵130的流量，可以快速调节烟气加热器310在烟气出口方向的受热面内的水温，进而控制受热面温度，避免烟气加热器310在烟气出口方向的受热面发生结露腐蚀。其中，第二加热器温度传感器313，可以检测烟气加热器受热面内的水温，也可以是受热面壁温。
优选地，所述出口烟道300内设置有烟气分析仪340。通过烟气分析仪340可以得知出口烟道300处的烟气成分，进而得知相应的酸露点温度。
较佳地，所述高温水源热泵110与所述冷却水低温热源100通过循环换热管道140连接；通过循环换热管道140在所述高温水源热泵110与所述冷却水低温热源100循环换热之间进行循环换热。
具体地，所述高温水源热泵110对所述储热器120的供水温度为60℃至90℃，所述烟气加热器310对所述高温水源热泵110的回水温度为50℃至80℃；
所述冷却水低温热源100对所述高温水源热泵110的供水温度为40℃至60℃，所述高温水源热泵110对所述冷却水低温热源100的回水温度为20℃至45℃。
在上述结构的基础上，进一步地，所述出口烟道300内分别设置有第一烟气温度传感器320和第二烟气温度传感器330；所述第一烟气温度传感器320设置在所述脱硫塔200与烟气加热器310之间，所述第二烟气温度传感器330设置在所述烟气加热器310之后的出口烟道300末端。通过在烟气加热器310前后设置不同的烟气温度传感器，能够得知烟气经过加热前后的温度情况。
本发明还提供一种采用上述冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统控制方法，包括以下步骤：
通过辅助热源控制器，控制烟气加热器的受热面温度，使第一加热器温度传感器的实测温度T312大于第一目标温度MT310，第二烟气温度传感器实测温度T330大于第二目标温度MT330。
其中，温度传感器和辅助热源控制器都与控制系统通讯连接；控制辅助热源控制器的控制方式可通过如图2所示的运算逻辑来实现，其中：
A＝T312-MT310；B＝T330-MT330；
第一目标温度MT310和第二目标温度MT330为根据露点温度设定的目标值，控制系统先判断第一加热器温度传感器的实测温度T312是否大于第一目标温度MT310，即A是否大于零；若否，则启动辅助热源控制器进行加热处理；
若A大于零，则判断第二烟气温度传感器实测温度T330是否大于第二目标温度MT330，即B是否大于零；若否，则启动辅助热源控制器进行加热处理；
若B大于零则停止辅助热源控制器的加热程序；
通过上述的控制，使烟气加热器在烟气进口方向的受热面温度和出口烟道内的烟气温度能够分别持续稳定高于相应的目标温度，从而在消除脱硫烟羽的同时，解决了烟气加热器在烟气进口方向的受热面低温腐蚀问题。
此外，还可通过控制加热水泵的流量来提高烟气加热器在烟气出口方向的受热面温度，使第二加热器温度传感器的实测温度T313大于目标温度MT310；其中，加热水泵和第二加热器温度传感器均与控制系统通讯连接；
所述加热水泵的逻辑控制方式如图3所示：
其中，C＝T313-MT310；T313为第二加热器温度传感器的实测温度，MT310为第一目标温度；
若C不大于零，则增加加热水泵的流量，从而提高烟气加热器的表面温度；
若C大于零，则降低加热水泵的流量；
通过上述控制能够进一步精确、稳定且快速对烟气加热器表面温度的控制，并使烟气加热器在烟气出口方向的受热面温度大于目标温度，解决了烟气加热器在烟气出口方向的低温腐蚀问题。
具体地，所述第一目标温度MT310＝TSL320+N310；所述第二目标温度MT330＝TSL320+N330；
其中，所述TSL320为烟气的酸露点温度；所述N310和N330为设定常数，且N310和N330的取值均为0～30K。
具体地，烟气的酸露点温度TSL320＝NSL320+f1(T320)+f2(CSO3)；其中，f1(T320)、f2(CSO3)可以根据不同的锅炉种类、燃煤种类、脱硫方式、脱硝方式、除尘方式进行确定；例如：
f1(T320)＝NT320+E×lg(C0+C1×T320+C2×T320×T320)；
f2(CSO3)＝NCSO3+F×lg(CSO3)+G×lg(CSO3+H)K；
N312、N313、N330、NSL320、NT320、NCSO3、E、F、C0、C1、C2、G、H、K分别为设定的常数，本领域技术人员可以根据不同的锅炉种类、燃煤种类、脱硫方式、脱硝方式、除尘方式进行确定，具体如下所示：
所述NSL320的取值范围为5～15；C0取值范围为9430～9440；C1取值范围-490～-470；C2取值范围10～11；T320为第一温度传感器温度；
NCSO3取值范围-4.12～5.88；F取值范围10～12；G取值范围1～1.1；H取值范围2.9～3；K取值范围2.1～2.2；CSO3为烟气分析仪340测定的SO3浓度；NT320的取值范围为250～260。此外，T312和T313可以是水温，也可以是受热面壁温。
此外，上述酸露点温度也可以采用现有技术中的其它方式进行计算，并不仅限于本发明提供的酸露点计算方法。
为了控制风险，在烟气温度较低的区域设置少量耐腐蚀受热面，在烟气温度较高的区域设置常规20G无缝钢管，能够大幅度降低工程造价和运行维护成本，降低了故障率、延长了使用寿命。
尽管本文中较多的使用了诸如进口烟道、脱硫塔、出口烟道、余热回收器、中温管道、储热器、高温管道、烟气加热器、温度传感器、辅助热源控制器、低温管道、加热水泵、烟气分析仪、烟气温度传感器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本发明首次提出通过控制温度的方式，来解决脱硫烟气加热器发生的低温腐蚀问题，提高了系统的可靠性，降低了系统的初投资和运行维护成本，具有显著的进步和重要的工业应用价值，因此，尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本发明提供的发明构思下，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统，其特征在于：包括冷却水低温热源（100）、高温水源热泵（110）、脱硫塔（200）和出口烟道（300）；
所述冷却水低温热源（100）通过管路送入所述高温水源热泵（110）作为热泵热源，所述高温水源热泵（110）的热水供水管路通过中温管道（111）与储热器（120）相连接后，再通过高温管道（121）与设置在脱硫塔（200）后端出口烟道（300）内的烟气加热器（310）循环式水入口连接；烟气加热器（310）循环水出口通过低温管道（311）与所述高温水源热泵（110）的热水回水管相连；在所述烟气加热器（310）的烟气进口方向设置有第一加热器温度传感器（312）；所述储热器（120）上设置有辅助热源控制器（122）；
所述烟气加热器（310）的烟气出口方向设置有第二加热器温度传感器（313），所述高温管道（121）上设置有加热水泵（130）；
所述出口烟道（300）内分别设置有第一烟气温度传感器（320）和第二烟气温度传感器（330）；所述第一烟气温度传感器（320）设置在所述脱硫塔（200）与烟气加热器（310）之间，所述第二烟气温度传感器（330）设置在所述烟气加热器（310）之后的出口烟道（300）末端；
所述辅助热源控制器的启停通过以下步骤控制：
先判断第一加热温度传感器的实测温度T312是否大于第一目标温度MT310，若否则启动所述辅助热源控制器进行加热处理；
若是，则判断第二烟气温度传感器实测温度T330是否大于第二目标温度MT330；
若否则启动所述辅助热源控制器进行加热处理；若是则停止所述辅助热源控制器的加热程序；
所述加热水泵的流量通过以下步骤控制：
判断第二加热器温度传感器的实测温度T313是否大于第一目标温度，若是则增加所述加热水泵的流量；若否则降低所述加热水泵的流量；
所述高温水源热泵（110）对所述储热器（120）的供水温度为60℃至90℃，所述烟气加热器（310）对所述高温水源热泵（110）的回水温度为50℃至80℃；
所述冷却水低温热源（100）对所述高温水源热泵（110）的供水温度为40℃至60℃，所述高温水源热泵（110）对所述冷却水低温热源（100）的回水温度为20℃至45℃。
2.根据权利要求1所述的冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统，其特征在于：所述出口烟道（300）内设置有烟气分析仪（340）。
3.根据权利要求1所述的冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统，其特征在于：所述高温水源热泵（110）与所述冷却水低温热源（100）通过循环换热管道（140）连接。
4.一种根据权利要求1所述冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过辅助热源控制器，控制烟气加热器的受热面温度和脱硫后的排烟温度，使第一加热器温度传感器实测温度T312大于第一目标温度MT310，第二烟气温度传感器实测温度T330大于第二目标温度MT330。
5.根据权利要求4冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
通过控制加热水泵的流量，来提高烟气加热器的受热面温度，使第二加热器温度传感器实测温度T313大于第一目标温度T310。
6.根据权利要求4或5所述的冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统的控制方法，其特征在于：
所述第一目标温度MT310=TSL320+N310；
所述第二目标温度MT330= TSL320+N330；
其中，所述TSL320为烟气的酸露点温度；所述N310和N330为设定常数，且N310和N330的取值范围为0～30K。
7.根据权利要求4或5所述的冷却水余热回收消除脱硫烟羽系统的控制方法，其特征在于：烟气的酸露点温度TSL320=NSL320+f1（T320）+f2（CSO3）；其中，
f1(T320)=NT320+E×lg(C0+C1×T320+C2×T320×T320)；
f2(CSO3)=NCSO3 +F×lg(CSO3) +G×lg(CSO3+H)K；
所述NSL320的取值范围为5～15；C0取值范围为9430～9440；C1取值范围为-490～-470；C2取值范围为10～11；T320为第一烟气温度传感器（320）的实测温度；NT320的取值范围为250～260；
NCSO3取值范围-4.12～5.88；F取值范围10～12；G取值范围1～1.1；H取值范围2.9～3；K取值范围2.1～2.2；CSO3为烟气分析仪测定的SO3浓度。
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