CN110743348A - 一种含氯化物熔盐尾气的处理系统及其方法 - Google Patents

一种含氯化物熔盐尾气的处理系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含氯化物熔盐尾气的处理系统，氮气喷头装置与尾气发生装置通过连接管道连接，吸风罩置于氮气喷头装置的上部，处理子系统与吸风罩连接，加热保温子系统与连接管道连接，控制监测子系统分别与加热保温子系统和处理子系统连接以对连接管道的温度进行控制监测并对处理子系统的尾气处理量进行控制，处理子系统包括尾气输送管道，尾气输送管道与吸风罩连接以接收尾气并使得尾气中的熔盐粉尘和/或熔盐挥发物在尾气输送管道中结晶析出。本发明还提供一种含氯化物熔盐尾气的处理方法。根据本发明的含氯化物熔盐尾气的处理系统及方法，能解决高温熔盐尾气堵塞、管道腐蚀严重及尾气排放等难题，具有工艺简单、耐腐蚀性强、可操作性好等优点。

Description

一种含氯化物熔盐尾气的处理系统及其方法
技术领域
本发明涉及高温熔盐，更具体地涉及一种含氯化物熔盐尾气的处理系统及其方法。
背景技术
氯化物熔盐是金属阳离子和氯离子组成的化合物在高温熔化后形成的熔体。氯化物熔盐的种类多，价格便宜，工作温度宽、粘度低，比热容高，是一类非常有潜力的中高温传热蓄热介质，因而在太阳能热发电、熔盐堆和储能等领域具有广泛的应用。但是，氯化物熔盐极易吸水，致使吸水后氯化物熔盐腐蚀性强，极易导致结构材料产生腐蚀与脆化，进而在一定程度上制约氯化物熔盐的大规模应用。
对高温氯化物熔盐而言，由于氯化物熔盐具有极强的吸水性，在固态氯化物熔盐熔融过程中或作为高温传蓄热介质使用时，一方面会产生大量的粉尘及水蒸气，且氯化物熔盐高温下使用时具有较高的挥发性，产生大量盐的蒸汽，极易导致管道设备发生堵塞。另一方面氯化物熔盐易水解，水解产物可能为H2、Cl2及HCl等气体，这些气体在高温含水条件下，其对结构材料的腐蚀性显著增强。目前氯化物熔盐在固态熔融过程中或作为高温传蓄热介质使用时会产生熔盐粉尘、熔盐挥发物、水蒸气、Cl2及HCl的酸性气体及H2等粉尘或尾气，截止到现在未有适合技术来解决以上问题，这在一定程度上直接影响了氯化物熔盐在高温传蓄热领域中的应用。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的在高温熔盐介质工况下尾气管路极易堵塞、腐蚀性严重及尾气需处理后排放等问题，本发明旨在提供一种含氯化物熔盐尾气的处理系统及其方法。
本发明提供一种含氯化物熔盐尾气的处理系统，其包括尾气发生装置、连接管道、氮气喷头装置、吸风罩、处理子系统、加热保温子系统和控制监测子系统，其中，氮气喷头装置与尾气发生装置通过连接管道连接以避免尾气的聚合和结晶，吸风罩置于氮气喷头装置的上部以收集从氮气喷头装置中喷出的尾气，处理子系统与吸风罩连接以对尾气进行处理，加热保温子系统与连接管道连接来以提供热源并减少热量损失，控制监测子系统分别与加热保温子系统和处理子系统连接以对连接管道的温度进行控制监测并对处理子系统的尾气处理量进行控制，其中，处理子系统包括尾气输送管道，尾气输送管道与吸风罩连接以接收尾气并使得尾气中的熔盐粉尘和/或熔盐挥发物在尾气输送管道中结晶析出。
优选地，处理子系统还包括喷水箱、喷淋塔和风机，其中，喷水箱位于尾气输送管道的上方以利用喷水箱除去尾气输送管道中析出的熔盐粉尘和/或熔盐挥发物，喷淋塔与尾气输送管道连接以除去尾气中的酸性气体，风机与喷淋塔连接以提供足够的风量以向外排放达标尾气。
优选地，喷淋塔包括喷淋装置、循环水泵和蓄水槽，其中，蓄水槽内装有水或碱性液体，循环水泵与喷淋装置连接以将蓄水槽内的水或碱性液体输送至喷淋塔的顶部的喷淋装置进行喷淋来吸收尾气中的酸性气体。优选地，酸性气体为Cl2及HCl气体。
优选地，喷水箱内置喷淋管，循环水泵与喷淋管连接以将蓄水槽内的水或碱性液体输送至喷水箱的顶部的喷淋管进行喷淋来防止尾气输送管道的堵塞。
优选地，控制监测子系统分别与喷淋塔的循环水泵和风机连接以进行控制调节。
优选地，尾气发生装置为氯化物熔盐熔融净化装置或氯化物熔盐储能装置。优选地，氯化物熔盐包括LiCl、NaCl、KCl、MgCl2、BaCl2、ZnCl2、CaCl2等氯化盐的一种或两种及以上组成的体系。
优选地，氮气喷头装置包括空心螺杆、氮气进口接管和细孔板，其中，空心螺杆与连接管道连接以接收来自于尾气发生装置的尾气，氮气进口接管与空心螺杆连接以接收外界的氮气作为气源并在空心螺杆内与尾气混合，细孔板与空心螺杆连接以借助于气源将尾气喷出。优选地，细孔板上均匀布置孔径小于1mm的喷气孔，通过在氮气保护作用下，使尾气与空气产生了隔离，进而克服了尾气突遇湿度和降温，从而避免形成直接聚合产生结晶。
本发明还提供一种含氯化物熔盐尾气的处理方法，其包括如下步骤：S1，提供上述的含熔盐尾气的处理系统；以及S2，通过控制监测子系统分别对连接管道的温度和处理子系统的处理量进行控制；其中，连接管道的温度被选择为使得尾气的温度被逐渐降低至熔盐熔点以上的温度，尾气输送管道的温度被选择为使得尾气的温度被逐渐降低至熔盐熔点以下的温度，使得尾气中的熔盐粉尘和/或熔盐挥发物在尾气输送管道中析出。具体地，借助于加热保温子系统，本发明通过伴热和保温的方式来保证氮气喷头装置在一定温度以上，防止熔盐粉尘、熔盐蒸汽凝固及水蒸气冷凝，经过吸风罩后，在尾气输送管道内将熔盐粉尘及盐的挥发物结晶析出，然后经喷淋塔将Cl2及HCl气体吸收处理，H2经风机稀释后浓度极低，最后对尾气进行排放，从而解决高温氯化物熔盐尾气堵塞、严重管道腐蚀及尾气需处理后排放等难题。
根据本发明的含氯化物熔盐尾气的处理系统及方法，能解决高温熔盐尾气堵塞、管道腐蚀严重及尾气排放等难题，具有工艺简单、耐腐蚀性强、可操作性好等优点。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的含氯化物熔盐尾气的处理系统的示意图；
图2是图1的氮气喷头装置的放大图；
图3是图1的吸风罩的放大图；
图4是图1的处理子系统的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和本发明的具体实施方式，对本发明的技术方案进行详细的说明，但如下实施例仅是用以理解本发明，而不能限制本发明，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，根据本发明的一个优选实施例的含氯化物熔盐尾气的处理系统，包括尾气发生装置1、连接管道2、氮气喷头装置3、吸风罩4、处理子系统5、加热保温子系统6和控制监测子系统7，其中，氮气喷头装置3与尾气发生装置1通过连接管道2连接以避免尾气出口突遇湿度和降温所形成的聚合和结晶；吸风罩4置于氮气喷头装置3上部以收集尾气，其可上下任意调节；处理子系统5与吸风罩4连接以对尾气进行处理；加热保温子系统6与连接管道2连接以提供热源并减少热量损失；控制监测子系统7分别与加热保温子系统6和处理子系统5连接以对连接管道2的温度进行控制监测并对处理子系统5的尾气处理量进行控制。
在本实施例中，尾气发生装置1为氯化物熔盐熔融净化装置，由此根据本发明的含氯化物熔盐尾气的处理系统构成为氯化物熔盐熔融净化装置尾气处理系统。在另一实施例中，尾气发生装置1为氯化物熔盐储能装置，由此根据本发明的含氯化物熔盐尾气的处理系统构成为氯化物熔盐储能装置尾气处理系统。优选地，氯化物熔盐包括LiCl、NaCl、KCl、MgCl2、BaCl2、ZnCl2、CaCl2等氯化盐的一种或两种及以上组成的体系。
如图2所示，氮气喷头装置3置于连接管道2的尾气出口管末端，其包括空心螺杆31、氮气进口接管32和细孔板33，其中，空心螺杆31与连接管道2连接以接收来自于尾气发生装置1的尾气，氮气进口接管32与空心螺杆31连接以接收外界的氮气作为气源并在空心螺杆31内与尾气混合，细孔板33与空心螺杆31连接以借助于气源将尾气喷出。在本实施例中，空心螺杆31和细孔板33为彼此连接的围绕着连接管道2的环形结构，细孔板33上均匀布置有20个孔径为0.5mm的喷气孔，氮气进口接管32与氮气钢瓶连接以由氮气钢瓶提供气源。其中，空心螺杆31及氮气进口接管32由304不锈钢材质形成，带喷气孔的细孔板33由H68黄铜材质形成。应该理解，细孔板33上的喷气孔的个数及孔径仅作为示例而非限制，实际上，任何满足装置需求的喷气孔个数及孔径都是可行的。同样地，上述氮气喷头装置3的材质为304及H68仅作为示例而非限制，实际上，任何耐高温材料，如316、316H等铁基材料及镍基合金等材料均可用于本发明中。
如图3所示，吸风罩4具有圆形罩口41，可自由悬停进行工作，方便拆卸及清洗，即可根据需要在定位架的作用下随拆随装。在本实施例中，吸风罩4由PP材质形成。应该理解，上述圆形罩口41仅作为示例而非限制，实际上，任何马蹄形、喇叭形或其他设有流体通道的异形件均可用作本发明的吸风罩。同样地，上述PP材质仅作为示例而非限制，实际上，任何耐腐蚀材料，如碳纤维，陶瓷，塑料等材料均可用于本发明中。
如图4所示，处理子系统5包括喷水箱51、尾气输送管道52、喷淋塔53和风机54，其中，尾气输送管道52通过喷水箱51与吸风罩4连接以接收尾气并使得尾气中的熔盐粉尘(以及熔盐挥发物)在尾气输送管道52中结晶析出，喷水箱51位于尾气输送管道52的上方以利用喷水箱51中的水在尾气输送管道52中溶解该析出的熔盐粉尘(以及熔盐挥发物)除去，喷淋塔53与喷水箱51通过尾气输送管道52连接以除去尾气中的酸性气体，风机54与喷淋塔53连接以提供足够的风量以向外排放达标尾气。在本实施例中，该喷水箱51由PP材质形成，圆柱形结构，内置喷淋管511。在本实施例中，风机54选用管道式增压风机，低噪音耐腐蚀结构。应该理解，上述管道式增压风机仅作为示例而非限制，实际上，任何形式风机均可用作本发明的风机。同样地，上述PP材质仅作为示例而非限制，实际上，任何耐腐蚀材料，如碳纤维，陶瓷，塑料等材料均可用于本发明中。
具体地，喷淋塔53由PP材料形成，其包括喷淋装置531、循环水泵532和蓄水槽533，其中，蓄水槽533内装有水或碱性液体，循环水泵532将蓄水槽533内的碱性液体输送至喷淋塔53的顶部的喷淋装置531进行喷淋，用于吸收尾气中Cl2及HCl气体。同时，循环水泵532将蓄水槽533内的碱性液体输送至喷水箱51的顶部的喷淋管511进行喷淋，用于除去尾气输送管道52中析出的熔盐粉尘(以及熔盐挥发物)以防止尾气输送管道52的堵塞。应该理解，喷水箱51也可以与单独的供水系统连接以通过喷淋管511喷淋水或碱性液体，而不与喷淋塔53的蓄水槽533连接。喷淋塔53的材质为耐酸性腐蚀材料，除了上面提到的PP以外，还可以是聚四氟乙烯、PVC、碳纤维、陶瓷等材料。当喷淋塔53内pH计降为7以下时，对蓄水槽533内的碱性液体进行更换。在本实施例中，喷淋塔53中设置有均流板534。应该理解，此处的均流板534仅作为示例而非限制，实际上，任何形式如均流板、填料均可用于本发明的喷淋塔内部构件。同样地，上述PP材质仅作为示例而非限制，实际上，任何耐腐蚀材料，如碳纤维，陶瓷，塑料等材料均可用于本发明中。
回到图1，加热保温子系统6包括加热部件和保温装置，其中，加热部件安装于连接管道2外，采用电阻加热、电弧加热、高频感应加热、电子束加热、微波加热、激光加热等加热方式。保温装置安装于加热部件外，从而减少热量损失。优选地，加热保温子系统6的保温材料为硅酸铝纤维、玻璃纤维等耐高温材料，保温层外面装有一层不锈钢保护层。
同样参见图1，控制监测子系统7与加热保温子系统6连接并根据控制监测子系统7输出的信号调节其输出功率，实现对加热保温子系统6的控制，使系统恒温在380℃及以上。控制监测子系统7的温度监测点分布在出口管道外壁的中部及两端，位于出口管道外壁中部的所述温度监测点作为所述加热部件的功率控制点。电加热器内部控制系统依据控制点的温度传感器信号自动调节电加热器输出功率，或者给定功率对控制部件进行加热。通过DCS自动或人为的控制加热器的运行方式，实现尾气出口管路的升温和恒温控制。同时，控制监测子系统7对喷淋塔53的循环水泵532(参见图4)开关及流量、风机54开关及风量进行控制及调节。应该理解，上述尾气系统温度380℃仅作为示例而非限制，实际上，380℃及以上均可作为本发明的适用温度。
下面通过一个应用实例来对本发明的含氯化物熔盐尾气的处理方法进行说明：将氮气喷头装置3与连接管道2连接，通过其与尾气发生装置1(即氯化物熔盐制备净化装置)连接；吸风罩4与氮气喷头装置3连接，其置于氮气喷头装置3上部以收集尾气，其可上下任意调节；处理子系统5与吸风罩4连接以对尾气进行处理；将加热保温子系统6加热部件与控制监测子系统7相连接，将加热保温子系统6保温材料包覆在连接管道2的外部；将控制监测子系统7与总电源连接，将测温点设定在连接管道2的中间位置，通过控制监测子系统7的热电偶测温点对连接管道2的外部的温度进行反馈，调节其输出功率，实现对加热保温子系统6的控制；将控制监测子系统7与处理子系统5连接，实现对喷淋塔53的循环水泵532开关及流量、风机54开关及风量进行控制及调节。
具体地，来自于尾气发生装置1的尾气的温度通常在435至720℃范围内，连接管道2的温度通过加热保温子系统6和控制监测子系统7被控制在380℃及以上，如此，利用加热保温的方式对连接管道2进行加热，尾气中的熔盐粉尘(以及熔盐挥发物)在连接管道2内不会被析出，并通过逐渐降温而在尾气输送管道52中被结晶析出，并通过喷水箱51进行清除，尾气中的酸性气体在喷淋塔53中被处理，剩余尾气通过风机54稀释后排放。
显然，本发明通过上述过程即可方便地实现尾气中熔盐粉尘(以及熔盐挥发物)的去除，并将Cl2及HCl气体脱除，同时稀释尾气中的氢气，最终解决高温氯化物熔盐尾气堵塞、管道腐蚀严重及尾气需处理后排放的难题，适用于高纯氯化物熔盐熔融净化装置及超高温氯盐储能装置尾气处理的工况。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种含氯化物熔盐尾气的处理系统，其特征在于，该处理系统包括尾气发生装置、连接管道、氮气喷头装置、吸风罩、处理子系统、加热保温子系统和控制监测子系统，其中，氮气喷头装置与尾气发生装置通过连接管道连接以避免尾气的聚合和结晶，吸风罩置于氮气喷头装置的上部以收集从氮气喷头装置中喷出的尾气，处理子系统与吸风罩连接以对尾气进行处理，加热保温子系统与连接管道连接来以提供热源并减少热量损失，控制监测子系统分别与加热保温子系统和处理子系统连接以对连接管道的温度进行控制监测并对处理子系统的尾气处理量进行控制，其中，处理子系统包括尾气输送管道，尾气输送管道与吸风罩连接以接收尾气并使得尾气中的熔盐粉尘和/或熔盐挥发物在尾气输送管道中结晶析出。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，处理子系统还包括喷水箱、喷淋塔和风机，其中，喷水箱位于尾气输送管道的上方以利用喷水箱除去尾气输送管道中析出的熔盐粉尘和/或熔盐挥发物，喷淋塔与尾气输送管道连接以除去尾气中的酸性气体，风机与喷淋塔连接以提供足够的风量以向外排放达标尾气。
3.根据权利要求2所述的处理系统，其特征在于，喷淋塔包括喷淋装置、循环水泵和蓄水槽，其中，蓄水槽内装有水或碱性液体，循环水泵与喷淋装置连接以将蓄水槽内的水或碱性液体输送至喷淋塔的顶部的喷淋装置进行喷淋来吸收尾气中的酸性气体。
4.根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于，喷水箱内置喷淋管，循环水泵与喷淋管连接以将蓄水槽内的水或碱性液体输送至喷水箱的顶部的喷淋管进行喷淋来防止尾气输送管道的堵塞。
5.根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于，控制监测子系统分别与喷淋塔的循环水泵和风机连接以进行控制调节。
6.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，尾气发生装置为氯化物熔盐熔融净化装置或氯化物熔盐储能装置。
7.根据权利要求6所述的处理系统，其特征在于，氯化物熔盐包括LiCl、NaCl、KCl、MgCl2、BaCl2、ZnCl2、CaCl2等氯化盐的一种或两种及以上组成的体系。
8.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，氮气喷头装置包括空心螺杆、氮气进口接管和细孔板，其中，空心螺杆与连接管道连接以接收来自于尾气发生装置的尾气，氮气进口接管与空心螺杆连接以接收外界的氮气作为气源并在空心螺杆内与尾气混合，细孔板与空心螺杆连接以借助于气源将尾气喷出。
9.根据权利要求8所述的处理系统，其特征在于，细孔板上均匀布置孔径小于1mm的喷气孔。
10.一种含氯化物熔盐尾气的处理方法，其特征在于，该处理方法包括如下步骤：
S1，提供根据权利要求1-9中任一项所述的含熔盐尾气的处理系统；以及
S2，通过控制监测子系统分别对连接管道的温度和处理子系统的处理量进行控制；
其中，连接管道的温度被选择为使得尾气的温度被逐渐降低至熔盐熔点以上的温度，尾气输送管道的温度被选择为使得尾气的温度被逐渐降低至熔盐熔点以下的温度，使得尾气中的熔盐粉尘和/或熔盐挥发物在尾气输送管道中析出。
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