CN109579036A - 一种除雾消白及预热原煤的热泵一体化加热系统 - Google Patents
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Abstract
一种除雾消白及预热原煤的热泵一体化加热系统，它包括CO2热泵系统和烟气冷凝水回收系统；来自脱硫塔的饱和湿烟气经过蒸发器时，温度降低，析出冷凝水，成为低温饱和湿烟气，经烟气加热器再热后，温度提高到80℃以上，可有效去除“白色烟羽”；在蒸发器中吸收低品位的烟气余热，经压缩机转换成较高品位的热量，除了用于烟气的再热还可对原煤预热，可以提高入炉煤的物理显热，保证收到基低位发热量，提高锅炉的热效率；水盘上的凝结水可通过凝结水泵不断排出，返回到脱硫塔中，循环利用。本发明利用CO2热泵系统，将低品位的烟气余热转换成较高品位的热量重新利用，提高锅炉整体的热效率，同时减少烟气的污染，达到节能环保的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种除雾消白及预热原煤的热泵一体化加热系统，属于节能环保领域。
背景技术
烟气脱硫(FGD)是世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方法，是控制酸雨和二氧化硫污染最为有效的技术手段。而湿法烟气脱硫(WFGD)具有脱硫反应速度快、效率高、脱硫添加剂利用率高的优点，同时也是技术最成熟、实用业绩最多的脱硫工艺，目前是国内燃煤锅炉应用最为广泛的一种脱硫工艺。
经过湿法脱硫工艺的烟气，其热力状态明显变化，由高温低湿烟气变为低温高湿烟气，低温高湿烟气在流经烟道、烟囱排入大气的过程中因温度降低，烟气中部分汽态水和污染物会发生凝结，液态浆液量会增加，并在一定的区域内有液滴飘落，沉积至地面干燥后呈白色石膏斑点，称为石膏雨；另外，凝结的液态浆液在烟囱口形成雾状水汽，雾状水汽会因天空背景色和天空光照、观察角度等原因发生颜色的细微变化，形成“有色烟羽”，通常为白色、灰白色或蓝色等颜色。
目前治理“白色烟羽”的方法主要有：烟气加热、先冷凝再加热、降温冷凝消白、联合技术消白。常用的加热方法仅能消除白色烟羽的视觉感受，实际污染物和水汽的排放量并未改变，而先对脱硫处理后的饱和湿烟气进行冷凝使得烟气中的含水率降低，回收冷凝下来的水，同时冷凝的过程可对粉尘、SO3和硝酸盐等污染物起到协同去除的作用。冷却后的烟气含水率大大降低，对其进行加热时，所需的热量也大幅减少，对排放烟气适度加热即可达到所需的扩散条件，对整个电厂的节能及运行经济性有良好的支持作用。采用该方法可真正实现节能、减排和消除视觉污染的作用，冷凝器所回收的凝结水，经过简单处理后可以作为脱硫系统的补水循环使用，基本可实现脱硫系统零水耗。
随着《蒙特利尔议定书》等国际政策的逐步落实，HCFCs和HFCs将受到严格的限制，而制冷空调行业的不断发展，对制冷剂的需求的不断上升，促使自然制冷剂和近自然制冷剂得到快速的发展，其中CO2作为自然制冷剂，无毒不可燃烧，费用低，易于获取，其分子结构为直线结构，非极性流体的黏度低，流动损失小，易于汽化，传热效果良好，潜力巨大。CO2热泵系统基本采用跨临界循环系统，即被压缩的制冷剂气体放热过程不发生相变，在超临界区只通过显热交换进行换热，逆流换热时可将流体加热到较高的温度。
我国北方冬天，气温低，电厂燃煤锅炉烟气产生的白色烟羽更加严重，同时气温低于零度时，入炉煤会结冻，煤的水分多，热值和温度低。为原煤预热，可提高入炉煤的物理显热，减少入炉煤水分，保证收到基低位发热量，提高锅炉的热效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种除雾消白及预热原煤的热泵一体化加热系统。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种除雾消白及预热原煤的热泵一体化加热系统，其特征在于，它包括CO2热泵系统和烟气冷凝水回收系统；来自脱硫塔的饱和湿烟气经过蒸发器时，温度降低，析出冷凝水，成为低温饱和湿烟气，经烟气加热器再热后，达到排放温度要求；CO2热泵系统通过工质CO2的跨临界循环，在蒸发器中吸收低品位的烟气余热，经压缩机转换成较高品位的热量，用于烟气的再热和原煤的预热；烟气冷凝水回收系统则将烟气凝结水及时排出，送回脱硫塔中，循环使用。
所述CO2热泵系统包括压缩机、烟气加热器、原煤预热器、回热器、膨胀阀、蒸发器及贮液器七部分，它们通过CO2管道连接；
所述烟气冷凝水回收系统包括水盘及凝结水泵两部分，它们通过排水管连接；
上述一种除雾消白及预热原煤的热泵一体化加热系统，所述烟气加热器、原煤预热器及回热器为CO2热泵系统的气体冷却器。
上述一种除雾消白及预热原煤的热泵一体化加热系统，所述贮液器作为气液分离装置。
上述一种除雾消白及预热原煤的热泵一体化加热系统，所述回热器利用高压中温的CO2蒸气将低温饱和CO2蒸气加热到过热状态，以提高热泵系统的效率。
本发明利用CO2热泵系统，将回收从脱硫塔出来的饱和湿烟气中烟气余热，并将回收的热量用于烟气的再热和原煤的预热过程；经过冷凝和再热过程的烟气，含湿量减少，温度提高到80℃以上，可有效去除“白色烟羽”，同时热泵产出的热量还可以用于原煤的预热，提高入炉煤的物理显热，保证收到基低位发热量，提高锅炉的热效率；水盘上的凝结水可通过凝结水泵不断排出，返回到脱硫塔中，进行循环利用。
另外，本发明还具有如下优点：
1、本发明采用的CO2热泵系统，除雾、消白及预热原煤效果好、工艺流程相对简单、辅助系统少、设备阻力小、体积较小、占地少；
2、本发明采用的工质是CO2，属于自然制冷剂，不会对环境产生污染与破坏；
3、本发明利用CO2热泵系统，经过热泵循环可将低品位的烟气余热转换成较高品位的热量重新利用，提高锅炉整体的热效率，同时减少烟气的污染，达到节能环保的目的。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1为本发明一种除雾消白及预热原煤的热泵一体化加热系统系统图。
图中各标号为：1、压缩机；2、烟气加热器；3、原煤预热器；4、回热器；5、膨胀阀；6、蒸发器；7、贮液器；8、水盘；9、凝结水泵；F1、来自脱硫塔的饱和湿烟气。
具体实施方式
本发明是一种除雾消白及预热原煤的热泵一体化加热系统，该方案包括CO2热泵系统和烟气冷凝水回收系统；来自脱硫塔的饱和湿烟气(F1)经过蒸发器时，温度降低，析出冷凝水，成为低温饱和湿烟气，经烟气加热器再热后，达到排放温度要求；CO2热泵系统通过工质CO2的跨临界循环，在蒸发器中吸收低品位的烟气余热，经压缩机转换成较高品位的热量，用于烟气的再热和原煤的预热；烟气冷凝水回收系统则将烟气凝结水及时排出，送回脱硫塔中，循环使用。
CO2热泵系统包括CO2压缩机(1)、烟气加热器(2)、原煤预热器(3)、回热器(4)、膨胀阀(5)、蒸发器(6)及贮液器(7)七部分，它们通过CO2管道连接；从回热器(4)内流出的CO2过热蒸气，经压缩机(1)升压成高温高压的超临界CO2蒸气；依次经过烟气加热器(2)、原煤预热器(3)及回热器(4)三个气体冷却器，在压力基本不变的情况下，不断放热降温，变成高压中温状态；进入膨胀阀(5)节流后，变成低温的饱和液与饱和气的混合物；在蒸发器(6)中吸热蒸发气化，并在贮液器(7)中完成气液分离，成为低温饱和气；再经回热器(4)升温变成CO2过热蒸气，进入压缩机(1)；在此过程中，烟道内的饱和湿烟气在蒸发器(6)中降温，水蒸汽凝结成饱和水，落在水盘(8)上，烟气的含湿量减少；再经烟气加热器(2)加热后，温度提高到80℃以上；同时高温高压的CO2蒸气经过原煤加热器时对原煤预热，提高入炉煤的物理显热，减少入炉煤水分；
烟气冷凝水回收系统包括水盘及凝结水泵两部分，它们通过排水管连接；水盘(8)上的凝结水可通过凝结水泵(9)不断排出，返回到脱硫塔中，进行循环利用。
本发明利用CO2热泵系统，将回收来自脱硫塔的饱和湿烟气(F1)中烟气余热，并将回收的热量用于烟气的再热和原煤的预热过程；经过冷凝和再热过程的烟气，含湿量减少，温度提高到80℃以上，可有效去除“白色烟羽”，同时热泵产出的热量还可以用于原煤的预热，提高入炉煤的物理显热，保证收到基低位发热量，提高锅炉的热效率；水盘上的凝结水可通过凝结水泵不断排出，返回到脱硫塔中，进行循环利用。
本发明一种除雾消白及预热原煤的热泵一体化加热系统，采用的CO2热泵系统，除雾、消白及预热原煤效果好、工艺流程相对简单、辅助系统少、设备阻力小、体积较小、占地少；
本发明一种除雾消白及预热原煤的热泵一体化加热系统，采用的工质是CO2，属于自然制冷剂，不会对环境产生污染与破坏，利用CO2热泵系统，经过热泵循环可将低品位的烟气余热转换成较高品位的热量重新利用，提高锅炉整体的热效率，同时减少烟气的污染，到达节能环保的目的；
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、各个系统的工作流程进行了进一步的详细说明，从而实现了一种除雾消白及预热原煤的热泵一体化加热系统。
Claims (3)
1.一种除雾消白及预热原煤的热泵一体化加热系统，其特征在于，它包括CO2热泵系统和烟气冷凝水回收系统；
所述CO2热泵系统包括压缩机、烟气加热器、原煤预热器、回热器、膨胀阀、蒸发器及贮液器七部分，它们通过CO2管道连接；
所述烟气冷凝水回收系统包括水盘及凝结水泵两部分，它们通过排水管连接；
来自脱硫塔的饱和湿烟气经过蒸发器时，温度降低，析出冷凝水，成为低温饱和湿烟气，经烟气加热器再热后，达到排放温度要求；CO2热泵系统通过工质CO2的跨临界循环，在蒸发器中吸收低品位的烟气余热，经压缩机转换成较高品位的热量，用于烟气的再热和原煤的预热；烟气冷凝水回收系统则将烟气凝结水及时排出，送回脱硫塔中，循环使用。
2.如权利要求1所述的一种除雾消白及预热原煤的热泵一体化加热系统，其特征在于，位于烟道前段的蒸发器对来流饱和湿烟气冷却去湿，可降低烟气的含湿量，位于烟道后段的烟气加热器对去湿后的湿烟气加热，提高烟气的出口温度，从而达到除雾、消白的目的。
3.如权利要求1所述的一种除雾消白及预热原煤的热泵一体化加热系统，其特征在于，从烟气加热器出来的CO2工质继续在原煤预热器中冷却，同时提高原煤的温度，使冬季的入炉煤解冻，提高入炉煤的物理显热，保证收到基低位发热量，提高锅炉的热效率。
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