CN110486745A - 一种脱硫塔入口烟气温度调节与高效余热回收耦合系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有利于提高湿法脱硫效率的脱硫塔入口烟气温度调节与高效余热回收耦合系统，用于调节脱硫塔入口烟气温度，并将烟气余热回收至机组回热系统，实现脱硫系统入口烟气调质与余热回收的耦合；系统包括一级换热器、低低温电除尘器、增压风机、二级换热器、脱硫塔、三级换热器及机组第六～八级低压加热器组成。本发明旨在利用机组第八级低压加热器进水管道中的低温凝结水对脱硫塔前高温烟气进行温度调节，降低脱硫塔入口温度，提高脱硫效率并减少脱硫塔内水的蒸发量，同时遵循汇入点有效能火用损最小原则，将调节过程中获得的热量分级回收至机组第七级和六级低压加热器中，最大程度提高系统热经济性，实现烟气调质与余热回收的有效耦合。

Description

一种脱硫塔入口烟气温度调节与高效余热回收耦合系统
技术领域
本发明属于环境保护领域，尤其涉及一种有利于提高脱硫效率的烟气预处理调质与高效余热回收耦合系统。
背景技术
化石燃料燃烧过程中释放了大量的污染物，而基于目前的能源形势，化石能源依旧是人类活动所依赖的能源，因此减少化石能源燃烧的污染物排放依旧是保护环境的最重要环节。湿法脱硫技术是目前烟气处理应用最广泛的工艺之一，其SO2脱除效率高、系统稳定，但同时系统能耗较高，存在较大的余热回收潜力。
脱硫塔内烟气中SO2与浆液逆向接触发生传热传质，高温烟气温度降低，一般烟气离开脱硫塔时温度会降低至40-50℃，烟气的放热使得塔内水分大量蒸发，因此降低脱硫塔入口处烟气温度可有效减少塔内水分的蒸发量，可节省系统水耗。
塔内气液接触发生SO2的吸收过程，许多学者研究发现SO2的吸收过程最佳温度为50-60℃，当入口烟气温度较高时，塔内烟气温度在50-60℃区间的区域较少，因此降低脱硫塔入口烟气温度可使塔内温度在50-60℃区间的区域增大，可有效促进塔内SO2的的吸收过程，提高系统脱硫效率。
在脱硫塔前一般设置有电除尘器，以去除烟气中的飞灰颗粒等物质，可降低下游设备及管道的腐蚀，而温度过高会使烟气中飞灰的比电阻增大，同时烟气粘度增大，降低除尘器除尘效率并恶化运行，因此对电除尘器前烟气进行降温可有效提高电除尘器的除尘效率。
当前脱硫塔入口烟气温度较高，对脱硫系统来说严重影响塔内SO2的吸收效果，同时喷淋浆液中水分的蒸发量非常大，系统能耗非常高。目前入口烟气温度通过一系列方法可降低至100℃左右，湿法脱硫效率提高不少，系统水耗降低很多，但这个入口温度依旧较高，如果能进一步降低入口烟气温度，脱硫效率能继续提高，系统水耗也能降到更低的值。
湿法脱硫工艺中脱硫塔出口温度较低，如果直接排放会造成严重的“白烟”现象，特别是相对湿度较大的天气时，“白烟”现象非常严重。因此脱硫系统的优化过程需要考虑到出口烟气温度的调节。
脱硫塔入口烟气余热利用和烟气温度调节受到很多研究者的关注。目前采用的大部分技术为脱硫系统设置GGH，将入口和出口烟气通过回转式换热器进行换热，但是这种换热器泄漏率较高，结垢严重，造成系统故障率增加，同时换热器体积庞大，从目前安装有GGH的电厂运行现状分析，其运行过程弊大于利，因此逐渐开始取消这种方式。中国专利CN104100994A公开了一种基于烟气余热回收及再热技术的锅炉节能减排系统，在锅炉空气预热器及除尘器之间布置一级烟气换热器，在脱硫塔与烟囱之间布置一级烟气再热器，两级换热器之间利用换热水管道相连接，可降低入口烟气温度并提高净烟气排放温度，但是该系统烟气降温深度不够，入口温度在100℃左右。中国专利CN109237505A公开了一种烟气分级余热回收冷凝收水消白的装置，在脱硫塔之前布置两级烟气换热器，脱硫塔后设置烟冷器和烟气加热器，回收了余热其消除了白烟现象，其将入口烟气温度降到95℃左右，温度调节深度不够，同时出口净烟气烟冷器布置在湿式除尘器之后，烟气中液滴及颗粒去除效果较差。
目前研究者们所研究的余热回收方案存在回收的余热最终去向不经济，热量汇入点温差较大，火用损大，未最大程度地将回收的余热利用起来。针对这一情况，根据热力学第一定律和第二定律，换热器的传热过程存在不可逆性，因此传热过程必然存在系统有效能(火用)的减少，即火用损失，在高低温流体的传热过程中火用损失为：
式中：δEL为火用损；T0为环境温度；TL为低温流体温度；TH为高温流体温度，δQ为换热量。
从理论上分析可知，火用损失大小与两换热流体间温差相关，温差越小则火用损失越小，因此在余热回收时应当遵循回收热量汇入温差最小的原则，以减小系统有效能损失，最大程度的将余热回收利用。
发明内容
针对目前脱硫系统入口烟气所回收的热量无法最大化提高系统经济性，以及现有脱硫塔入口烟气温度较高，烟温调质不充分等问题，本发明提供了一种有利于提高湿法脱硫效率的脱硫塔入口烟气温度调节与高效余热回收耦合系统，该系统可将脱硫塔入口烟气温度分级降低至85℃，并将所回收余热分级汇入锅炉给水系统，以汇入点温差最小为原则，减少火用损，极大提高热力系统经济性并提高脱硫效率，减少脱硫系统水耗及能耗。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种脱硫塔入口烟气温度调节与高效余热回收耦合系统，包括一级换热器、低低温电除尘器、增压风机、二级换热器、脱硫塔、三级换热器、烟囱、机组第八级低压加热器、机组第七级低压加热器和机组第六级低压加热器；
所述机组第八级低压加热器的出水管道与所述机组第七级低压加热器的进水管道相连，所述机组第七级低压加热器的出水管道与所述机组第六级低压加热器的进水管道相连；
所述一级换热器的进气管道与锅炉的尾部烟气管道相连，所述一级换热器的出气管道与所述低低温电除尘器的进口管道相连，所述低低温电除尘器的出口管道与所述增压风机的进口管道相接，所述增压风机的出口管道与所述二级换热器的进气管道相连，所述二级换热器的出气管道与所述脱硫塔的进口管道相连，所述脱硫塔的出口管道与所述三级换热器的进气管道相连，所述三级换热器的出气管道与所述烟囱的进气管道相连；
所述一级换热器的进水管道与所述机组第八级低压加热器的进水管道相连，所述一级换热器的出水管道与所述三级换热器的进水管道相连，所述三级换热器的出水管道与所述机组第七级低压加热器的进水管道相连；所述二级换热器的进水管道与所述机组第八级低压加热器的进水管道相连，所述二级换热器的出水管道与所述机组第六级低压加热器的进水管道相连。
作为本发明的一种优选方案，锅炉燃烧后产生的烟气从空气预热器出来后的烟气经过一级换热器被降温后，进入低低温电除尘器，除尘后的烟气经增压风机升压后再经过二级换热器再次被降温，从二次换热器出来的烟气直接进入脱硫塔，脱硫后的烟气经过三级换热器被加热然后经烟囱排放；
机组第八级低压加热器的进水管道中介质水部分进入一级换热器和二级换热器内，从一级换热器加热后的介质水进入三级换热器内，在三级换热器中放热，从三级换热器出来后接入机组第七级低压加热器的进水管道，进入二级换热器被加热后接入机组第六级低压加热器的进水管道。
作为本发明的另一种优选方案，引用所述机组第八级低压加热器的进水管道中35℃的水作为工质，工质首先进入一级换热器，吸收高温烟气中的热量后达到102℃送入三级换热器对脱硫塔的出口烟气进行升温，实现同时降低脱硫塔入口烟气温度并升高脱硫塔出口烟气温度，最终将三级换热器出口65℃的水接入机组第七级低压加热器的进水65.5℃管道上，完成第一级烟温调质及余热回收；同样引用所述机组第八级低压加热器的进水管道中35℃的水作为工质，工质进入二级加热器后与脱硫塔入口烟气换热，将烟气温度降低至85℃，处于酸露点以上温度，完成换热后91℃的水从二级换热器出口进入机组第六级低压加热器的进水90.1℃管道内，完成第二级烟温调质及余热回收。
本系统将脱硫塔入口烟气温度分级调节后同时将余热分级回收至锅炉给水系统中，相比于现有技术，具有以下优点：
1、分级对脱硫塔前烟气进行降温，可深度调节入口烟气温度。
2、分级设置换热器，可灵活分配两段烟气温降，可同时调节除尘器和脱硫塔入口烟气温度，可提升除尘器除尘效率和脱硫塔脱硫效率、降低脱硫塔水耗、保证除尘器安全运行。
3、将回收的余热分级送回锅炉给水系统，以汇入点温差最小为前提选择对应的机组低压加热器，可有效减少系统的不可逆损失，实现余热最大化的利用。
4、系统简单，加装后不影响原汽轮机组热力系统；直接利用电厂本身锅炉给水回热系统，只需增设换热器、水泵、管道及相应的管道附件，系统本身能耗增加较少。
5、系统灵活选取烟气温降、用水量等参数，将脱硫塔入口烟气温度降低至85℃，可提高脱硫效率，相对于入口烟温在130℃时减少脱硫塔蒸发水量50t/h，提高脱硫效率4％，见图2。余热回收后可增加汽轮机发电功率2.45～5.2MW，降低机组发电煤耗2.28～5.19g/kWh。此外，采取分级余热回收的方式将热量汇入机组第六、七级低压加热器，其温差最小，可使系统火用损最小。
下表为余热回收汇入点经济性对比
下表为余热回收汇入点火用损对比
附图说明
图1为一种脱硫塔入口烟气温度调节与高效余热回收耦合系统的结构示意图；
图2为脱硫塔入口烟气温度对脱硫效率及塔内蒸发水量的影响关系图。
图中，1—锅炉；2—一级换热器；3—低低温电除尘器；4—增压风机；5—二级换热器；6—脱硫塔；7—三级换热器；8—烟囱；9—机组第八级低压加热器；10—机组第七级低压加热器；11—机组第六级低压加热器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1所示，一种脱硫塔入口烟气温度调节与高效余热回收耦合系统，包括一级换热器2、低低温电除尘器3、增压风机4、二级换热器5、脱硫塔6、三级换热器7、烟囱8、机组第八级低压加热器9、机组第七级低压加热器10和机组第六级低压加热器11。本系统主要包含三个子系统，分别是烟气系统、换热器系统和给水回热系统。
烟气系统包含一级换热器2、低低温电除尘器3、增压风机4、二级换热器5、脱硫塔6、三级换热器7和烟囱8。换热器系统包含一、三级串联换热器系统和二级换热器系统。回热系统包含机组第八级低压加热器9、机组第七级低压加热器10和机组第六级低压加热器11。耦合所用到的给水回热系统为电厂自有的锅炉给水回热系统，包含机组第八级低压加热器9、机组第七级低压加热器10和机组第六级低压加热器11及其管道，不涉及新增系统设备，不对电厂系统造成影响。
机组第八级低压加热器9的出水管道与机组第七级低压加热器10的进水管道相连，机组第七级低压加热器10的出水管道与机组第六级低压加热器11的进水管道相连。一级换热器2的进气管道与锅炉1的尾部烟气管道相连，一级换热器2的出气管道与低低温电除尘器3的进口管道相连，低低温电除尘器3的出口管道与增压风机4的进口管道相接，增压风机4的出口管道与二级换热器5的进气管道相连，二级换热器5的出气管道与脱硫塔6的进口管道相连，脱硫塔6的出口管道与三级换热器7的进气管道相连，三级换热器7的出气管道与烟囱8的进气管道相连。一级换热器2的进水管道与机组第八级低压加热器9的进水管道相连，一级换热器2的出水管道与三级换热器7的进水管道相连，三级换热器7的出水管道与机组第七级低压加热器10的进水管道相连；二级换热器5的进水管道与机组第八级低压加热器9的进水管道相连，二级换热器5的出水管道与机组第六级低压加热器11的进水管道相连。
锅炉1燃烧后产生的烟气从空气预热器出来后的烟气经过一级换热器2被降温后，进入低低温电除尘器3，除尘后的烟气经增压风机4升压后再经过二级换热器5再次被降温，从二次换热器5出来的烟气直接进入脱硫塔6，脱硫后的烟气经过三级换热器7被加热然后经烟囱8排放；实现脱硫塔6的前烟气两次降温，达到脱硫塔6的入口烟温深度调质的目的，同时脱硫塔6出口的烟气被加热，烟气排放温度可满足消除白色烟羽的温度要求。
机组第八级低压加热器9的进水管道中介质水部分进入一级换热器2和二级换热器5内，从一级换热器2加热后的介质水进入三级换热器7内，在三级换热器7中放热，从三级换热器7出来后接入机组第七级低压加热器10的进水管道，进入二级换热器5被加热后接入机组第六级低压加热器11的进水管道。
引用机组第八级低压加热器9的进水管道中35℃的水作为工质，工质首先进入一级换热器2，吸收高温烟气中的热量后达到102℃送入三级换热器7对脱硫塔6的出口烟气进行升温，实现同时降低脱硫塔6入口烟气温度并升高脱硫塔6出口烟气温度，最终将三级换热器7出口65℃的水接入机组第七级低压加热器10的进水65.5℃管道上，完成第一级烟温调质及余热回收；同样引用机组第八级低压加热器9的进水管道中35℃的水作为工质，工质进入二级加热器5后与脱硫塔6入口烟气换热，将烟气温度降低至85℃，处于酸露点以上温度，完成换热后91℃的水从二级换热器5出口进入机组第六级低压加热器11的进水90.1℃管道内，完成第二级烟温调质及余热回收。
本发明的脱硫塔入口烟气温度调节与高效余热回收耦合系统在脱硫塔6前设置两级烟气温度调节换热器，旨在分级降低温度，可通过调节水量分配达到温度的调节目的，同时可调节低低温电除尘器3前烟气的温度，对低低温电除尘器3除尘效率提高以及低温腐蚀起保护作用，同时也有利于提高湿法脱硫效率。该脱硫塔入口烟气温度调节与高效余热回收耦合系统将两级烟气调节换热器所获得的热量以分级的方式送回锅炉给水系统，将换热器出口水送入与之温度相接近的机组低压加热器内，最大限度减少火用损，实现余热高效回收利用的目的。
实施例1
从锅炉1的空预器出来的烟气温度为135℃，一级换热器2的工质水量为300t/h，入口水温35℃，一级换热器2出口烟气温度降低至105℃，烟气温度经增压风机4升压后温度提升至110℃，进入二级换热器5，二级换热器5的工质水量也是300t/h，入口水温35℃，二级换热器5的出口烟气温度降低至85℃，进入脱硫塔6脱硫后烟气温度降低至47℃，再经三级换热器7被加热至75℃。一级烟气换热器2出口水温为102℃，进入三级换热器7后被降至65℃，最后接入机组第七级低压加热器10回到给水65.5℃系统。此部分热量为10567kW，排挤了机组第七级低压加热器9抽汽量4.406kg/s；二级烟气换热器5出口水温为91℃，接入机组第六级低压加热器11进水管道90.1℃，此部分热量为19685kW，排挤了机组第六级低压加热器11抽汽量8.038kg/s。两部分被排挤掉的抽汽在汽轮机中继续做功，增加了5.2MW发电功率，发电煤耗降低了5.19g/kWh。此项实施方式将整体烟气50℃的温降分配为一级换热器温降30℃，二级换热器温降25℃，其中由于增压风机的压缩作用烟气温度上升了约5℃，工质流量为300t/h，水泵耗能较低。脱硫塔入口烟气温度对脱硫效率及塔内蒸发水量的影响关系如图2所示。
本系统主要能耗设备为增压风机4、水泵，其中增压风机的变化主要由设置烟气换热器而产生的阻力所引起，设置三级换热器的阻力大约提升1500pa，使得增压风机4能耗升高1121kW；而用于冷却和加热烟气所引用的凝结水需要的压头由水泵提供，其具体值根据布置方式具有小范围的差异性，但工质流量较小，因此整个系统的能耗增加较少。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种脱硫塔入口烟气温度调节与高效余热回收耦合系统，其特征在于：包括一级换热器(2)、低低温电除尘器(3)、增压风机(4)、二级换热器(5)、脱硫塔(6)、三级换热器(7)、烟囱(8)、机组第八级低压加热器(9)、机组第七级低压加热器(10)和机组第六级低压加热器(11)；
所述机组第八级低压加热器(9)的出水管道与所述机组第七级低压加热器(10)的进水管道相连，所述机组第七级低压加热器(10)的出水管道与所述机组第六级低压加热器(11)的进水管道相连；
所述一级换热器(2)的进气管道与锅炉(1)的尾部烟气管道相连，所述一级换热器(2)的出气管道与所述低低温电除尘器(3)的进口管道相连，所述低低温电除尘器(3)的出口管道与所述增压风机(4)的进口管道相接，所述增压风机(4)的出口管道与所述二级换热器(5)的进气管道相连，所述二级换热器(5)的出气管道与所述脱硫塔(6)的进口管道相连，所述脱硫塔(6)的出口管道与所述三级换热器(7)的进气管道相连，所述三级换热器(7)的出气管道与所述烟囱(8)的进气管道相连；
所述一级换热器(2)的进水管道与所述机组第八级低压加热器(9)的进水管道相连，所述一级换热器(2)的出水管道与所述三级换热器(7)的进水管道相连，所述三级换热器(7)的出水管道与所述机组第七级低压加热器(10)的进水管道相连；所述二级换热器(5)的进水管道与所述机组第八级低压加热器(9)的进水管道相连，所述二级换热器(5)的出水管道与所述机组第六级低压加热器(11)的进水管道相连。
2.根据权利要求1所述的一种脱硫塔入口烟气温度调节与高效余热回收耦合系统，其特征在于：锅炉(1)燃烧后产生的烟气从空气预热器出来后的烟气经过一级换热器(2)被降温后，进入低低温电除尘器(3)，除尘后的烟气经增压风机(4)升压后再经过二级换热器(5)再次被降温，从二次换热器(5)出来的烟气直接进入脱硫塔(6)，脱硫后的烟气经过三级换热器(7)被加热然后经烟囱(8)排放；
机组第八级低压加热器(9)的进水管道中介质水部分进入一级换热器(2)和二级换热器(5)内，从一级换热器(2)加热后的介质水进入三级换热器(7)内，在三级换热器(7)中放热，从三级换热器(7)出来后接入机组第七级低压加热器(10)的进水管道，进入二级换热器(5)被加热后接入机组第六级低压加热器(11)的进水管道。
3.根据权利要求2所述的一种脱硫塔入口烟气温度调节与高效余热回收耦合系统，其特征在于：引用所述机组第八级低压加热器(9)的进水管道中35℃的水作为工质，工质首先进入一级换热器(2)，吸收高温烟气中的热量后达到102℃送入三级换热器(7)对脱硫塔(6)的出口烟气进行升温，实现同时降低脱硫塔(6)入口烟气温度并升高脱硫塔(6)出口烟气温度，最终将三级换热器(7)出口65℃的水接入机组第七级低压加热器(10)的进水65.5℃管道上，完成第一级烟温调质及余热回收；同样引用所述机组第八级低压加热器(9)的进水管道中35℃的水作为工质，工质进入二级加热器(5)后与脱硫塔(6)入口烟气换热，将烟气温度降低至85℃，处于酸露点以上温度，完成换热后91℃的水从二级换热器(5)出口进入机组第六级低压加热器(11)的进水90.1℃管道内，完成第二级烟温调质及余热回收。
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