CN109945278A - 一种采用吸收式热泵深度回收烟气余热用于集中供热的节能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种采用吸收式热泵深度回收烟气余热用于集中供热的节能系统，属于热电厂锅炉烟气余热回收与利用技术领域。将回收的烟气余热用于集中供热系统加热热网回水，首先从脱硫塔出来的低温高湿烟气在该烟气余热回收系统中的烟气余热回收塔内与喷淋循环水逆流换热，回收的烟气余热被储存在高温循环水中。本发明中的烟气余热回收塔采用烟气和水直接接触式换热技术，提高了传热传质效果，增强了换热能力，同时兼具脱硫能力，能够满足热电厂脱硫效果，实现烟气余热回收与脱硫一体化功能，并可以进一步降低污染物排放。本发明增强了热电厂的供热能力，提高了能源利用效率，降低了热电厂的环境影响，兼具经济效益和环境效益。
Description
技术领域
本发明属于燃煤热电厂锅炉烟气净化及烟气余热回收与利用技术领域，特别涉及到一种利用吸收式热泵技术将烟气余热用于集中供热，同时兼具脱硫功能的高效烟气余热回收系统。
背景技术
燃煤热电厂的设计排烟温度可达130℃～150℃左右，余热回收潜力巨大。目前烟气余热回收技术主要的技术难点在于如何使其排烟温度降至烟气露点温度以下从而充分回收烟气中蕴含的大量冷凝余热，同时避免烟气中的硫酸蒸汽冷凝后对设备本身造成严重的低温腐蚀。另一方面，高温烟气经过脱硫塔的喷淋系统之后，温度已经大大降低，烟气中部分显热在湿法脱硫过程中散失到环境中，并未得到充分利用。采用以直接接触式换热器为主体的烟气余热回收塔，对高温烟气喷淋冷凝，使烟气与喷淋水直接接触换热可以使烟温降至露点温度以下，整个过程中烟气的SO2、SO3将溶解在回收塔循环水中与碱液发生反应可以达到脱硫目的。可以在有效回收烟气中余热的同时对烟气进行深度除尘、脱硫净化处理，解决余热回收系统与脱硫装置(如脱硫塔)相互独立而导致设备总体占地面积大的问题，减少投资及运行费用。
将烟气余热用于集中供热可以提高热电厂供热能力，烟气余热回收塔的出水温度通常在50℃左右，当循环水水温低于热网回水水温时，无法通过换热器换热，此时可利用热泵回收烟气余热用于加热热网回水。近年来国内外在热泵利用工业废热用于供暖方面做了深入、全面的研究，溴化锂吸收式热泵因其可以利用电厂抽汽作为驱动热源，降低运行成本，因而受到推广应用。而通过吸收式热泵降低进入余热回收塔内的循环水温度，可最低降至26℃左右，此时烟气温度为33℃左右，降低冷源温度可以提升余热回收塔的工作效率。
鉴于上述问题，设计一种基于烟气与水直接接触换热技术的烟气余热回收塔，并采用吸收式热泵深度回收烟气余热用于集中供热的节能系统。可以有效提高热电厂烟气余热利用率，增加其供热能力，并减少污染物的排放，兼具经济效益和环境效益。
发明内容
本发明的目的在于提出一种采用吸收式热泵深度回收烟气余热用于集中供热的节能系统。
本发明的技术方案为：
一种采用吸收式热泵深度回收烟气余热用于集中供热的节能系统，包括燃煤锅炉1、汽轮机2、凝汽器3、热网加热器4、凝结水箱5、凝结水输送泵6、除尘器7、烟气余热回收塔8、烟囱9、余热回收循环水泵10、防腐高效水水板式换热器11、吸收式热泵12、NaOH储存罐13、NaOH制备装置14、NaOH溶液泵15、止回阀16、烟气入口阀门17、烟气旁路阀门38、多个阀门及连接管道；
所述烟气余热回收塔8内壁附有保温材料，塔内自下向上设有填料层18、喷淋层19和除雾器20；燃煤锅炉1产生的高温烟气在经过除尘器7除尘过滤之后经烟气入口阀门17控制，从烟气余热回收塔8底部进入塔内，烟气流动方向自下往上，循环水由喷淋层19内的喷淋装置自上而下喷洒，高温烟气经填料层 18与喷淋水进行气液两相充分接触从而达到传热传质的效果，排烟降温至露点温度以下，高温烟气中的水蒸汽凝结放热，换热后的低湿烟气经除雾器20去除水雾，干烟气从余热回收塔顶部烟气出口排出，进入烟囱9，达到回收烟气冷凝余热的目的；
NaOH储存罐13中的碱液进入NaOH制备装置14，NaOH制备装置14通过管路与烟气余热回收塔8下部的碱液入口相连通；NaOH制备装置14制备好的脱硫NaOH溶液通过NaOH溶液泵15驱动、再经止回阀16和阀门控制，送入至烟气余热回收塔8内，此时烟气中的大量S02气体已溶解在烟气余热回收塔8循环水中，塔底部和烟气换热后的冷凝水与NaOH发生反应从而达到脱硫的目的；
经处理后的冷凝水一部分作为余热循环水继续参与循环，另一部分经阀门控制进入烟气余热回收塔8底部冷凝液集水池21，实现烟气冷凝水的回收，达到节水效果；
考虑到烟气余热回收塔8循环水仍呈酸性，将吸收式热泵12通过防腐高效水水板式换热器11与烟气余热回收塔8循环水间接连接，与烟气换热并经水处理后的高温循环水从烟气余热回收塔8底部由余热循环水泵10依次经过阀门控制送至防腐高效水水板式换热器11内，与吸收式热泵12的蒸发器侧出来的循环水换热，间接对热网回水进行加热；经换热冷却后的低温余热循环水经阀门控制沿管路回到烟气余热回收塔8中继续与烟气喷淋换热；
热网回水通过阀门控制进入吸收式热泵12中，与高温余热循环水通过防腐高效水水板式换热器11与吸收式热泵12组成的热泵环路进行间接换热；从吸收式热泵12中出来的热网回水进入热网加热器4中进行二次加热，直至水体温度被加热到符合运行要求的供水温度后送至热网；
吸收式热泵12利用汽轮机抽气作为驱动热源，通过阀门控制汽轮机抽气进入吸收式热泵12发生器内放热；
燃煤锅炉1产生的蒸汽进入汽轮机2中做功之后分为乏汽和抽汽两部分，乏汽进入凝汽器3；抽汽则分为二部分，第一部分抽汽进入热网加热器4中，与热网回水换热冷凝后进入凝结水箱5，第二部分抽汽则经过阀门控制进入吸收式热泵12作为驱动热源，之后进入凝结水箱5；凝汽器3中的冷凝水和凝结水箱 5中分离出来的冷凝水送至凝结水系统进行处理后作为锅炉回水再次回到锅炉1 内使用；
高温烟气在经过除尘器7除尘过滤后，直接控制烟气旁路管道上的烟气旁路阀门38，进入烟囱9；当烟气余热回收塔8需要检修时，关闭烟气入口端阀门，开启烟气旁路管道上的阀门，从除尘器7出来的烟气直接由烟囱9排出；
当防腐高效水水板式换热器11进行检修时，通过控制阀门，实现高温循环水从烟气余热回收塔8底部不经过余热循环水泵10和防腐高效水水板式换热器 11，直接被送入至烟气余热回收塔8中继续与烟气喷淋换热；
当吸收式热泵12进行检修时，通过控制阀门，热网回水不经过吸收式热泵 12进行换热，直接进入热网加热器4中进行加热，直至水体温度被加热到符合运行要求的供水温度后送至热网。
本发明的有益效果：本发明利用吸收式热泵将烟气余热用于集中供热，并结合烟气余热回收塔实现对低温烟气余热深度回收利用。由于国内燃煤烟气含有大量的污染物和颗粒物，回收塔循环水仍呈酸性，很难直接将吸收塔的循环水直接引入吸收式热泵中，因此将吸收式热泵通过换热器与回收塔循环水间接连接，因此在吸收式热泵和吸收塔循环水之间采用板式换热器间接连接。余热回收塔出来的循环水在与吸收式热泵间接换热后，温度最低可降至25℃左右，此时烟气温度为33℃左右，从而提高余热回收塔的工作效率。热泵系统可以保证在热网任何运行工况下都可以实现高效的余热回收，将烟气余热回收塔与吸收式热泵相结合，有效解决了烟气余热回收领域存在的金属腐蚀以及低温冷源制备等问题。本发明中的烟气余热回收塔采用烟气和水直接接触式换热技术，提高了传热传质效果，增强了换热能力，同时兼具脱硫功能，可以进一步降低污染物排放，有效降低PM2.5排放。本发明在采暖季可将烟气余热用于加热热网回水，增强了热电厂的供热能力，从而有效降低了热电厂的能耗，提高了能源利用效率，降低了热电厂的环境影响，具有可观的经济效益和环境效益。
附图说明
图1为本发明的整体结构图。
图中：1燃煤锅炉；2汽轮机；3凝汽器；4热网加热器；5凝结水箱；6凝结水输送泵；7除尘器；8烟气余热回收塔；9烟囱；10余热回收循环水泵；11 防腐高效水水板式换热器；12吸收式热泵；13NaOH储存罐；14NaOH制备装置；15NaOH溶液泵；16止回阀；17烟气入口阀门；18填料层；19喷淋层；20 除雾器；21冷凝液集水池；22～37为阀门；38烟气旁路管道阀门。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
在采暖期，热网回水温度为Th、烟气余热回收塔8出水温度为Ttc，利用防腐高效水水板式换热器11和吸收式热泵12串联进行烟气余热回收：热网回水由进入吸收式热泵12中，通过防腐高效水水板式换热器11与烟气余热回收塔8 出来的循环水进行间接换热，温度上升ΔT1，对应阀门37打开，吸收式热泵12 利用汽轮机抽气作为驱动热源；若此时(Th+ΔT1)≥Tg，热网水温达到符合运行要求的供水温度Tg，则关闭阀门23，此时集中供热系统热量完全由烟气余热供给；若未达到符合运行要求的供水温度，此时(Th+ΔT1)<Tg，则开启阀门37，将热网回水送至热网加热器进行进一步加热，但加热量仅需要满足温升Tg-(Th+ΔT1)即可，因此可以大幅减少热网加热器的抽汽量；
锅炉房产生的高温烟气在经过除尘器7除尘过滤之后经烟气入口阀门17，从烟气余热回收塔8底部进入塔内，烟气流动方向自下往上，循环水由喷淋层 19内的喷淋装置自上而下喷洒，烟气经填料层18与喷淋水进行气液两相充分接触从而达到传热传质的效果，使系统排烟降温至露点温度以下，烟气中的水蒸汽凝结放热，换热后的低湿烟气经除雾器20去除水雾，干烟气从烟气余热回收塔8顶部烟气出口段排出，进入烟囱9，达到回收烟气冷凝余热的目的；
NaOH储存罐13中的碱液进入NaOH制备装置14，止回阀16开启，制备好的脱硫NaOH溶液由NaOH溶液泵15经阀门36沿管道输入烟气余热回收塔 8内，此时烟气中的大量S02气体已溶解在烟气余热回收塔8循环水中，塔底部和烟气换热后的冷凝水与NaOH发生中和反应从而达到脱硫的目的；
经处理后的冷凝水一部分作为余热循环水继续参与循环，另一部分经阀门22进入烟气余热回收塔8底部冷凝液集水池21，实现烟气冷凝水的回收，达到节水效果；
所述吸收式热泵12为溴化锂吸收式热泵，吸收式热泵12利用蒸汽作为驱动热源；
与烟气换热并经水处理后的高温循环水从烟气余热回收塔8底部由余热循环水泵10依次经过阀门25、阀门26和阀门28送至防腐高效水水板式换热器 11内，与吸收式热泵12的蒸发器侧出来的循环水换热，间接对热网回水进行加热；经换热冷却后的低温余热循环水经阀门30沿管路回到烟气余热回收塔8中继续与烟气喷淋换热；
热网回水通过阀门33进入吸收式热泵12中，与高温余热循环水通过防腐高效水水板式换热器11和吸收式热泵12组成的热泵环路进行间接换热，从吸收式热泵12中出来的热网回水进入热网加热器4中进行二次加热，直至水体温度被加热到符合运行要求的供水温度后送至热网；
锅炉1产生的蒸汽进入汽轮机2中做功之后分为乏汽和抽汽两部分，乏汽进入凝汽器3；抽汽则分为二部分，第一部分抽汽进入热网加热器4中，与热网回水换热冷凝后进入凝结水箱，第二部分抽汽则经过阀门37进入吸收式热泵12 作为驱动热源，之后进入凝结水箱5；凝汽器3中的冷凝水和凝结水箱5中分离出来的冷凝水送至凝结水系统进行处理后作为锅炉回水再次回到锅炉1内使用；
当余热回收塔需要检修时，关闭烟气入口阀门17，开启烟气旁路管道阀门 38，从除尘器出来的烟气直接由烟囱排出；
阀门25、阀门26设置于阀门24和阀门27之间：当余热循环水泵10进行检修时，关闭阀门25和阀门26，由回收塔内出来的高温循环水直接通过阀门 24和阀门27由旁通管路进入后续流程；
阀门29设置于阀门28和阀门30之间：当防腐高效水水板式换热器11进行检修时，关闭阀门28和阀门30，由回收塔内出来的高温循环水直接通过阀门29由旁通管路进入后续流程；
阀门34设置于阀门33和阀门35之间：阀门31和阀门32设置在吸收式热泵12和防腐高效水水板式换热器11之间的循环管路上：当吸收式热泵12进行检修时，关闭阀门31和阀门32，关闭阀门33和阀门35，热网回水直接通过阀门34进入后续流程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种采用吸收式热泵深度回收烟气余热用于集中供热的节能系统，其特征在于，所述的节能系统包括燃煤锅炉(1)、汽轮机(2)、凝汽器(3)、热网加热器(4)、凝结水箱(5)、凝结水输送泵(6)、除尘器(7)、烟气余热回收塔(8)、烟囱(9)、余热回收循环水泵(10)、防腐高效水水板式换热器(11)、吸收式热泵(12)、NaOH储存罐(13)、NaOH制备装置(14)、NaOH溶液泵(15)、止回阀(16)、烟气入口阀门(17)、烟气旁路阀门(38)、多个阀门及连接管道；
所述烟气余热回收塔(8)内壁附有保温材料，塔内自下向上设有填料层(18)、喷淋层(19)和除雾器(20)；燃煤锅炉(1)产生的高温烟气在经过除尘器(7)除尘过滤之后经烟气入口阀门(17)控制，从烟气余热回收塔(8)底部进入塔内，烟气流动方向自下往上，循环水由喷淋层(19)内的喷淋装置自上而下喷洒，高温烟气经填料层(18)与喷淋水进行气液两相充分接触从而达到传热传质的效果，排烟降温至露点温度以下，高温烟气中的水蒸汽凝结放热，换热后的低湿烟气经除雾器(20)去除水雾，干烟气从余热回收塔顶部烟气出口排出，进入烟囱(9)，达到回收烟气冷凝余热的目的；
NaOH储存罐(13)中的碱液进入NaOH制备装置(14)，NaOH制备装置(14)通过管路与烟气余热回收塔(8)下部的碱液入口相连通；NaOH制备装置(14)制备好的脱硫NaOH溶液通过NaOH溶液泵(15)驱动、再经止回阀(16)和阀门控制，送入至烟气余热回收塔(8)内，此时烟气中的大量S02气体已溶解在烟气余热回收塔(8)循环水中，塔底部和烟气换热后的冷凝水与NaOH发生反应从而达到脱硫的目的；
经处理后的冷凝水一部分作为余热循环水继续参与循环，另一部分经阀门控制进入烟气余热回收塔(8)底部冷凝液集水池(21)，实现烟气冷凝水的回收，达到节水效果；
考虑到烟气余热回收塔(8)循环水仍呈酸性，将吸收式热泵(12)通过防腐高效水水板式换热器(11)与烟气余热回收塔(8)循环水间接连接，与烟气换热并经水处理后的高温循环水从烟气余热回收塔(8)底部由余热循环水泵10依次经过阀门控制送至防腐高效水水板式换热器(11)内，与吸收式热泵(12)的蒸发器侧出来的循环水换热，间接对热网回水进行加热；经换热冷却后的低温余热循环水经阀门控制沿管路回到烟气余热回收塔(8)中继续与烟气喷淋换热；
热网回水通过阀门控制进入吸收式热泵(12)中，与高温余热循环水通过防腐高效水水板式换热器(11)与吸收式热泵(12)组成的热泵环路进行间接换热；从吸收式热泵(12)中出来的热网回水进入热网加热器(4)中进行二次加热，直至水体温度被加热到符合运行要求的供水温度后送至热网；
吸收式热泵(12)利用汽轮机抽气作为驱动热源，通过阀门控制汽轮机抽气进入吸收式热泵(12)发生器内放热；
燃煤锅炉(1)产生的蒸汽进入汽轮机(2)中做功之后分为乏汽和抽汽两部分，乏汽进入凝汽器(3)；抽汽则分为二部分，第一部分抽汽进入热网加热器(4)中，与热网回水换热冷凝后进入凝结水箱(5)，第二部分抽汽则经过阀门控制进入吸收式热泵(12)作为驱动热源，之后进入凝结水箱(5)；凝汽器(3)中的冷凝水和凝结水箱(5)中分离出来的冷凝水送至凝结水系统进行处理后作为锅炉回水再次回到锅炉1内使用。
2.根据权利要求1所述的采用吸收式热泵深度回收烟气余热用于集中供热的节能系统，其特征在于，所述的高温烟气在经过除尘器(7)除尘过滤后，直接控制烟气旁路管道上的阀门，进入烟囱(9)；当烟气余热回收塔(8)需要检修时，关闭烟气入口端阀门，开启烟气旁路管道上的烟气旁路阀门(38)，从除尘器(7)出来的烟气直接由烟囱(9)排出。
3.根据权利要求1或2所述的采用吸收式热泵深度回收烟气余热用于集中供热的节能系统，其特征在于，当防腐高效水水板式换热器(11)进行检修时，通过控制阀门，实现高温循环水从烟气余热回收塔(8)底部不经过余热循环水泵10和防腐高效水水板式换热器(11)，直接被送入至烟气余热回收塔(8)中继续与烟气喷淋换热。
4.根据权利要求1或2所述的采用吸收式热泵深度回收烟气余热用于集中供热的节能系统，其特征在于，当吸收式热泵(12)进行检修时，通过控制阀门，热网回水不经过吸收式热泵(12)进行换热，直接进入热网加热器(4)中进行加热，直至水体温度被加热到符合运行要求的供水温度后送至热网。
5.根据权利要求3所述的采用吸收式热泵深度回收烟气余热用于集中供热的节能系统，其特征在于，当吸收式热泵(12)进行检修时，通过控制阀门，热网回水不经过吸收式热泵(12)进行换热，直接进入热网加热器(4)中进行加热，直至水体温度被加热到符合运行要求的供水温度后送至热网。
6.根据权利要求1、2或5所述的采用吸收式热泵深度回收烟气余热用于集中供热的节能系统，其特征在于，所述吸收式热泵(12)为溴化锂吸收式热泵。
7.根据权利要求3所述的采用吸收式热泵深度回收烟气余热用于集中供热的节能系统，其特征在于，所述吸收式热泵(12)为溴化锂吸收式热泵。
8.根据权利要求4所述的采用吸收式热泵深度回收烟气余热用于集中供热的节能系统，其特征在于，所述吸收式热泵(12)为溴化锂吸收式热泵。
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