CN109469521A - 梯级回收废烟气余热水电联产系统及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种梯级回收废烟气余热水电联产系统及工作方法，属能源与动力领域。该系统包括蒸发器（6），透平（7），电机（8），冷凝器（9），工质泵（10），盐水泵（11），加湿填料塔（12），浓盐水储罐（13），列管式换热器（14）,风机（15），淡水储罐（16），冷却器（17），水泵（18）、三向阀（19）和淡水储罐（20）。通过该系统梯级回收废烟气（1）余热，制冷剂（2）循环提供加热稀盐水（3）的热量，低温空气（4）提供冷却淡水（5）的冷量。该系统发明结构简单、易操作、耗能低，实现对废烟气余热梯级回收，提高能量利用效率，实现节能减排。
Description
技术领域
本发明涉及一种梯级回收废烟气余热水电联产系统及工作方法，属于能源与动力领域。
背景技术
废烟气余热回收是实现节能减排的重要途径，其不仅可以显著提升企业经济效益，还关系到每个人的切身利益。在国家能源结构调整和产业结构不断升级的大背景下，高效率回收废烟气余热水电联产技术受到各方面的重视。
传统废烟气余热回收常采用低温省煤器技术。低温省煤器方案是利用凝结水在低温省煤器内吸收排烟热量，降低排烟温度，自身被加热、升高温度后再返回汽轮机低压加热器系统，代替部分低压加热器的作用。但是此方法传热性差低，换热面积大，占地空间大，且利用能级较低。
传统的盐水淡化技术主要是利用电渗析法、反渗析法、多级闪蒸法和多效蒸发法。电渗析法需采用高压泵才能实现盐水淡化，设备要求高，可操作性差；反渗析法需消耗电能建立电解池，使离子向两侧运动实现盐水淡化，消耗高品位电能；多级闪蒸法需外界提供高温蒸汽，故热经济性受规模限制；多效蒸发法性能受系统效数影响，如若增加效数提升性能，则制作成本大幅度增加。
为了解决这些问题，本发明提出一种梯级回收废烟气余热水电联产系统。首先，通过该系统利用蒸发器内废烟气-制冷剂，高效回收废烟气余热，并通过系统内发电装置将原本来白白浪费掉的低品位能转化为高品质电能。同时，通过冷凝器内制冷剂-盐水进行传热，回收透平出口制冷剂乏汽的低等级余热，加热低温盐水，用于盐水淡化。本系统利用回收乏汽余热后的高温盐水及空气高温载湿能力强，低温载湿能力差的特点，通过填料塔内空气-盐水及列管式换热器内空气-淡水进行传热传质，进行盐水淡化。填料塔相比常规触式换热器，具有单位体积换热面积大，结构紧凑和成本低的优势。本设计的梯级回收废烟气余热水电联产系统，将低品位余热转换为输送方便的、使用灵活的高品位电能，并利用二次回收的低品位乏汽余热进行盐水淡化而不需要消耗化石燃料。因此，该系统既提高了能源利用效率也降低了环境污染，且具有结构简单、可靠性高、运行方便等优点。
发明内容
本发明的目的在于提出一种梯级回收废烟气余热水电联产系统及工作方法。
该系统包括蒸发器，透平，电机，冷凝器,工质泵，盐水泵，加湿填料塔，浓盐水储罐，列管式换热器,风机，淡水储罐，冷却器，水泵；
蒸发器包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；
冷凝器包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；
冷却器包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；
加湿填料塔包括盐水进口、盐水出口、空气进口和空气出口；
列管式换热器包括淡水进口、淡水出口、空气进口、空气出口及冷凝析水出口；
蒸发器热侧进口接入高温废烟气，热侧出口排出低温废烟气；
蒸发器冷侧入口与工质泵出口相连，冷侧出口与透平进口相连，透平出口与冷凝器热侧进口相连并与电机相连，冷凝器热侧出口与工质泵出口相连；
冷凝器冷侧进口与稀盐水相连，冷侧出口与加湿填料塔盐水进口相连，加湿填料塔盐水出口与浓盐水储罐相连，加湿填料塔气体出口与列管式换热器气体进口相连，列管式换热器气体出口经风机与加湿填料塔气体进口相连，列管式换热器冷凝析水出口与淡水储罐相连；
冷却器热侧进口与三向阀第一出口相连，热侧出口与水泵相连，水泵与列管式换热器淡水进口相连，列管式换热器淡水出口与三向阀进口相连，三向阀第二出口与淡水储罐相连；
冷却器冷侧进口与冷却空气相连，冷侧出口排出吸热后的空气。
本发明所述的结合盐水淡化废烟气余热回收系统及工作方法包括以下过程：
高温废烟气进入蒸发器热侧进口，加热经工质泵进入蒸发器冷侧的制冷剂并气化成过热蒸气；
制冷剂过热蒸气进入透平膨胀做功，并经电机输出高品位电能，膨胀做功后的制冷剂乏汽，进入冷凝器热侧，被其冷侧的低温稀盐水冷凝，经工质泵进入蒸发器冷侧开始下一轮循环；
低温稀盐水经盐水泵输送至冷凝器冷侧进口，被其热侧的制冷剂加热后，进入加湿填料塔，在加湿填料塔中与低温空气直接接触传热传质，利用高温空气载湿能力强的特点，低温空气吸热载湿带走水分，盐水被浓缩后进入浓盐水储罐；
低温空气经风机进入加湿填料塔，在加湿填料塔中被盐水加热加湿后进入列管式换热器，利用低温空气载湿能力弱的特点，高温空气在列管式换热器中被淡水冷却除湿后进入风机开始下一轮循环；
淡水进入冷却器热侧，被进入冷却器冷侧的空气冷却后经淡水泵进入列管式换热器，与高温空气间接换热，冷却高温空气，利用低温空气载湿能力弱的特点冷凝析水，冷凝析出的水储存于淡水储罐，循环水吸热后一部分储存于淡水储罐，另一部分重新进入冷凝器热侧开始下一轮循环。
该系统利用沸点较低的有机工质作为循环工质，实现高效回收废烟气低温余热，将低品位余热转化为输送方便、使用灵活的高品位电能，且其结构简单、运行可靠，具有提高能源利用效率和降低环境污染等独特优势。同时，该系统结合盐水淡化系统，利用回收乏汽余热后的高温盐水及空气高温载湿能力强，低温载湿能力差的特点，通过填料塔内空气-盐水及列管式换热器内空气-淡水进行传热传质，进行盐水淡化。梯级回收废烟气余热水电联产系统，相比常规的废烟气余热回收系统，上述系统的优势主要体现在以下四个方面：
第一，余热回收效率高。本系统以低沸点有机工质作为循环工质，充分、高效回收废烟气低温余热，并输出高品位电能。同时，结合盐水淡化系统，二次回收透平出口乏汽余热用于盐水淡化。因此，该系统可高效率梯级回收废烟气，降低环境污染，符合节能减排理念。
第二，设备结构简单、可操作性高。本系统不仅输出电能，且利用空气在高温载湿能力强，低温载湿能力差的特点，回收透平出口乏汽余热，用于盐水淡化，产出淡水。即系统设计结构简单，可在常压常温下操作，操作性高，运行方便。
第三，经济性好。本系统不仅可实现梯级回收废烟气余热，而且因结构简单制作成本低，且采用的填料塔相比常规触式换热器，也具有单位体积换热面积大，结构紧凑和成本低的优势，故本系统经济性好。
附图说明
图1是本发明提出的一种梯级回收废烟气余热水电联产系统示意图；
图中标号名称：1、废烟气，2、制冷剂，3、盐水，4、空气，5、淡水，6、蒸发器，7、透平，8、电机，9、冷凝器，10、工质泵，11、盐水泵，12、加湿填料塔，13、浓盐水储罐，14、列管式换热器，15、风机，16、淡水储罐，17、冷却器，18、淡水泵，19、三向阀，20、淡水储罐。
具体实施方式
下面参照附图1说明梯级回收废烟气余热水电联产系统的工作过程。
首先，依次启动透平7，工质泵10，盐水泵11，淡水泵18，风机15；
高温废烟气1进入蒸发器6热侧进口，加热经工质泵10进入蒸发器6冷侧的制冷剂2并气化成过热蒸气；
制冷剂2过热蒸气进入透平7膨胀做功，并经电机8输出高品位电能，膨胀做功后的制冷剂2乏汽，进入冷凝器9热侧，被其冷侧的低温稀盐水3冷凝，经工质泵10进入蒸发器6冷侧开始下一轮循环。
低温稀盐水3经盐水泵11输送至冷凝器9冷侧进口，被其热侧的制冷剂2加热后，进入加湿填料塔12，在加湿填料塔12中与低温空气4直接接触传热传质，利用高温空气4载湿能力强的特点，低温空气4吸热载湿带走水分，盐水3被浓缩后进入浓盐水储罐13；
低温空气4经风机15进入加湿填料塔12，在加湿填料塔12中被盐水3加热加湿后进入列管式换热器14，利用低温空气4载湿能力弱的特点，高温空气4在列管式换热器14中被淡水5冷却除湿后进入风机15开始下一轮循环；
淡水5进入冷却器17热侧，被进入冷却器17冷侧的空气4冷却后经淡水泵18进入列管式换热器14，与高温空气4间接换热，冷却高温空气4，利用低温空气4载湿能力弱的特点冷凝析水，冷凝析出的水储存于淡水储罐16，循环水吸热后一部分储存于淡水储罐20，另一部分重新进入冷凝器17热侧开始下一轮循环。
Claims (2)
1.一种梯级回收废烟气余热水电联产系统，其特征在于：
该系统包括蒸发器（6），透平（7），电机（8），冷凝器（9），工质泵（10），盐水泵（11），加湿填料塔（12），浓盐水储罐（13），列管式换热器（14）,风机（15），淡水储罐（16），冷却器（17），水泵（18）、三向阀（19）和淡水储罐（20）；
蒸发器（6）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；
冷凝器（9）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；
冷却器（17）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；
加湿填料塔（12）包括盐水进口、盐水出口、空气进口和空气出口；
列管式换热器（14）包括淡水进口、淡水出口、空气进口、空气出口及冷凝析水出口；
蒸发器（6）热侧进口接入高温废烟气（1），热侧出口排出低温废烟气（1）；
蒸发器（6）冷侧入口与工质泵（10）出口相连，冷侧出口与透平（7）进口相连并与电机（8）相连，透平（7）出口与冷凝器（9）热侧进口相连，冷凝器（9）热侧出口与工质泵（10）出口相连；
冷凝器（9）冷侧进口与稀盐水（3）相连，冷侧出口与加湿填料塔（12）盐水进口相连，加湿填料塔（12）盐水出口与浓盐水储罐（13）相连，加湿填料塔（12）气体出口与列管式换热器（14）气体进口相连，列管式换热器（14）气体出口经风机（15）与加湿填料塔（12）气体进口相连，列管式换热器（14）冷凝析水出口与淡水储罐（16）相连；
冷却器（17）热侧进口与三向阀（19）第一出口相连，热侧出口与水泵（18）相连，水泵（18）与列管式换热器（14）淡水进口相连，列管式换热器（14）淡水出口与三向阀（19）进口相连，三向阀（19）第二出口与淡水储罐（20）相连；
冷却器（17）冷侧进口与冷却空气（4）相连，冷侧出口排出吸热后的空气（4）。
2.根据权利要求1所述的梯级回收废烟气余热水电联产系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：
高温废烟气（1）进入蒸发器（6）热侧进口，加热经工质泵（10）进入蒸发器（6）冷侧的制冷剂（2）并气化成过热蒸气；
制冷剂（2）过热蒸气进入透平（7）膨胀做功，并经电机（8）输出高品位电能，膨胀做功后的制冷剂（2）乏汽，进入冷凝器（9）热侧，被其冷侧的低温稀盐水（3）冷凝，经工质泵（10）进入蒸发器（6）冷侧开始下一轮循环；
低温稀盐水（3）经盐水泵（11）输送至冷凝器（9）冷侧进口，被其热侧的制冷剂（2）加热后，进入加湿填料塔（12），在加湿填料塔（12）中与低温空气（4）直接接触传热传质，利用高温空气（4）载湿能力强的特点，低温空气（4）吸热载湿带走水分，盐水（3）被浓缩后进入浓盐水储罐（13）；
低温空气（4）经风机（15）进入加湿填料塔（12），在加湿填料塔（12）中被盐水（3）加热加湿后进入列管式换热器（14），利用低温空气（4）载湿能力弱的特点，高温空气（4）在列管式换热器（14）中被淡水（5）冷却除湿后进入风机（15）开始下一轮循环；
淡水（5）进入冷却器（17）热侧，被进入冷却器（17）冷侧的空气（4）冷却后经淡水泵（18）进入列管式换热器（14），与高温空气（4）间接换热，冷却高温空气（4），利用低温空气（4）载湿能力弱的特点冷凝析水，冷凝析出的水储存于淡水储罐（16），循环水吸热后一部分储存于淡水储罐（20），另一部分重新进入冷凝器（17）热侧开始下一轮循环。
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