CN110743349A - 一种含熔盐尾气的处理系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含熔盐尾气的处理系统，其包括尾气发生装置、连接管道、过滤器、处理子系统、加热子系统和控制检测子系统，其中，过滤器与尾气发生装置通过连接管道连接以截留尾气中的熔盐粉尘，处理子系统与过滤器连接以对过滤后的尾气进行处理，加热子系统分别与连接管道和过滤器连接以提供热源，控制检测子系统与加热子系统连接以分别对连接管道和过滤器的温度进行测量和控制。本发明还提供一种含熔盐尾气的处理方法。根据本发明的含熔盐尾气的处理系统及其方法，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，具有耐腐蚀性强、过滤效率高、可更换性好、密封性高，耐热性好等优点。

Description

一种含熔盐尾气的处理系统及其方法
技术领域
本发明涉及熔盐，更具体地涉及一种含熔盐尾气的处理系统及其方法。
背景技术
熔盐是金属阳离子和阴离子组成的化合物在高温熔化后形成的熔体。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、燃料电池、工业余热废热回收和储能等领域具有广泛的应用。但熔盐腐蚀性强，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熔盐的大规模应用。
对高温熔盐而言，在固态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，且部分熔盐高温下使用时具有较高的挥发性，产生大量盐蒸汽，极易导致管道设备发生堵塞。另一方面熔盐易高温分解或水解，其分解产物或水解产物可能为NO,NO2，N2O5，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。目前高温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、NO,NO2，N2O5，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高温熔盐在中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熔盐尾气的处理系统及其方法。
本发明提供一种含熔盐尾气的处理系统，其包括尾气发生装置、连接管道、过滤器、处理子系统、加热子系统和控制检测子系统，其中，过滤器与尾气发生装置通过连接管道连接以截留尾气中的熔盐粉尘，处理子系统与过滤器连接以对过滤后的尾气进行处理，加热子系统分别与连接管道和过滤器连接以提供热源，控制检测子系统与加热子系统连接以分别对连接管道和过滤器的温度进行测量和控制。
优选地，加热子系统包括第一加热部件和第二加热部件，其中，第一加热部件安装于连接管道外，第二加热部件安装于过滤器外；处理系统还包括保温子系统，保温子系统包括第一保温装置和第二保温装置，其中，第一保温装置安装于第一加热部件外，第二保温装置安装于第二加热部件外，以通过保温减少热量损失。
优选地，尾气发生装置为高温熔盐熔融净化装置或氯化物熔盐储能装置。优选地，熔盐可以是氯化物熔盐、硝酸熔盐，碳酸熔盐、氟化物熔盐及其他类型。其中氯化物熔盐包括LiCl、NaCl、KCl、MgCl2、BaCl2、ZnCl2、CaCl2的氯化盐的一种或两种及以上组成的体系。
优选地，过滤器包括外壳和滤料，其中，外壳具有进口法兰和出口法兰，进口法兰与连接管道连接以将离开尾气发生装置的尾气导入外壳内，出口法兰与处理子系统连通以将过滤后的尾气导出外壳，滤料容纳于外壳内以截留进入外壳的尾气中的熔盐粉尘。
优选地，滤料的直径为滤料的高度的2-10倍。
优选地，过滤器还包括设置于外壳内且分别位于滤料两侧的环形支撑部件，以通过环形支撑部件将滤料限位在外壳中的既定位置。
优选地，外壳由壳体和封头组成，过滤器还包括在外壳内设置于环形支撑部件和封头之间的滤料保温材料。
优选地，处理子系统由碱液吸收装置、干燥器和氢气燃烧装置组成，其中，碱液吸收装置与过滤器连接以吸收离开过滤器的尾气中的酸性气体，干燥器与碱液吸收装置连接以脱除离开碱液吸收装置的尾气中的水分，氢气燃烧装置与干燥器连接以燃烧除去离开干燥器的尾气中的氢气。
本发明还提供一种含熔盐尾气的处理方法，其包括如下步骤：S1，提供根据上述的含熔盐尾气的处理系统；以及S2，通过控制检测子系统分别对连接管道和过滤器的温度进行控制；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，过滤器的温度被选择为使得尾气的温度被逐渐降低至100℃-熔盐熔点之间的温度，使得尾气中的熔盐粉尘在过滤器中被截留，尾气中的水蒸气在连接管道和过滤器中始终保持气态而进入处理子系统中被处理。
优选地，尾气中的熔盐挥发物在过滤器中被滤料截留，尾气中的酸性气体和氢气进入处理子系统中被处理。
根据本发明的含熔盐尾气的处理系统及其方法，能解决高温氯化物熔盐尾气堵塞、管道腐蚀严重及尾气排放等难题，具有耐腐蚀性强、过滤效率高、可更换性好、密封性高，耐热性好等优点。适用于氯化物熔盐作为太阳能热发电、熔盐储能、熔盐堆等高温传蓄热介质领域，具有重要的科学研究价值及工程应用价值。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的含熔盐尾气的处理系统的整体示意图；
图2是图1的过滤器区域的放大图；
图3是图2中的环形支撑部件的立体图；
图4是图1的碱液吸收装置的示意图。
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熔盐尾气的处理系统包括尾气发生装置1、连接管道2、过滤器3、处理子系统4、加热子系统5、保温子系统6和控制检测子系统7，其中，过滤器3与尾气发生装置1通过连接管道2连接以截留尾气中的熔盐粉尘，处理子系统4与过滤器3连接以对过滤后的尾气进行处理，加热子系统5分别与连接管道2和过滤器3连接以提供热源，保温子系统6分别与连接管道2和过滤器3连接以进行保温，控制检测子系统7与加热子系统5连接以分别对连接管道2和过滤器3的温度进行测量和控制。
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。实际上，除了上面提到的氯化物熔盐，溴化物熔盐和氟化物熔盐在原则上同样适用于本发明。实施例中具体将其选择为氯化物熔盐主要是考虑其更易挥发，从而针对其氯化物盐挥发物及其相应的分解产物。
在本实施例中，过滤器3由不锈钢316材质形成。具体地，如图2所示，该过滤器3包括外壳31和滤料32，其中，该外壳31具有位于侧下方的进口法兰31a和位于侧上方的出口法兰31b，进口法兰31a与连接管道2(参见图1)连接以将离开尾气发生装置1的尾气导入外壳31内，出口法兰31b与处理子系统4(参见图1)连通以将过滤后的尾气导出外壳31，滤料32容纳于外壳31内以对进入外壳31的尾气进行过滤。为了有效降低过滤器3的阻力，滤料32为扁平结构，即具有较小的厚度和较大的截面积，从而使得其内部流过的尾气更容易通过，而熔盐粉尘更容易被截留。特别地，外壳31(即滤料32)的直径为滤料32的高度的2-10倍。应该理解，外壳31的直径和高度受过滤器3的压损与过滤效率等的影响，当外壳31的直径为滤料32的高度的一倍以上时，能够保证过滤器3维持较低的压损，实现对熔盐粉尘的高过滤效率。优选地，滤料32为镍网、泡沫镍、活性炭等材料。
在本实施例中，外壳31由圆柱形壳体311和平面封头312组成，其中，平面封头312在圆柱形壳体311的底面上连接。具体地，圆柱形壳体311和平面封头312通过螺栓或卡箍313连接。特别地，圆柱形壳体311和平面封头312之间加工有环形密封沟槽，其内放置有环形垫片314。应该理解，当过滤器3的内压损逐渐增大后，可以通过平面封头312对滤料32进行方便快捷的更换。
在本实施例中，该过滤器3还包括设置于外壳31内且分别位于滤料32的上下两侧的环形支撑部件33，以通过该环形支撑部件33将滤料32限位在外壳31中的既定位置，从而减小滤料32在外壳31内的移动。如图3所示，环形支撑部件33包括环形垫圈331和多个支撑腿332，其中，支撑腿332连接固定在环形垫圈331的同一侧。在本实施例中，支撑腿332有四条，而且各支撑腿332的高度可以灵活调节，以适应于不同滤料厚度。通过该结构简单的环形支撑部件33，根据本发明的滤料32可以上下安装，从而在有效固定滤料32的同时，最大限度地减少其阻力。
在本实施例中，该过滤器3还包括在外壳31内设置于环形支撑部件33和平面封头312之间的滤料保温材料34，其用来协助固定其上的环形支撑部件33及滤料32。
回到图1，处理子系统4由碱液吸收装置41、干燥器42和氢气燃烧装置43组成，其中，碱液吸收装置41与过滤器3连接以吸收离开过滤器3的尾气中的酸性气体，干燥器42与碱液吸收装置41连接以脱除离开碱液吸收装置41的尾气中的水分，氢气燃烧装置43与干燥器42连接以燃烧除去离开干燥器42的尾气中的氢气。如图4所示，碱液吸收装置41由聚四氟乙烯材料形成，其由缓冲罐411及碱液吸收罐412组成，其中，碱液吸收罐412内装有碱性液体，进气口深入到碱液液位以下，用于吸收Cl2及HCl气体，缓冲罐411内不装任何液体，用于防止碱液吸收罐412内的碱性液体倒吸进入上游的过滤器3中。应该理解，碱液吸收装置41的材质均为耐酸性腐蚀材料，除了上面提到的聚四氟乙烯以外，还可以是PVC、碳纤维、陶瓷等材料。当碱液吸收装置41内pH计降为7时，对碱液吸收罐412内的碱性液体进行更换。而且，干燥器42中的干燥剂可以定期进行再生以达到循环使用的目的。
再次回到图1，加热子系统5包括第一加热部件51和第二加热部件52，其中，第一加热部件51安装于连接管道2外，第二加热部件52安装于过滤器3外。加热子系统5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。保温子系统6包括第一保温装置61和第二保温装置62，其中，第一保温装置61安装于第一加热部件51外，第二保温装置62安装于第二加热部件52外，从而减少热量损失。优选地，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。控制检测子系统7与加热子系统5连接并根据控制检测子系统7输出的信号调节其输出功率，实现对加热子系统5的控制。具体地，加热部件51，52与控制检测子系统7连接。特别地，控制检测子系统7的温度监测点分布在连接管道2和过滤器3的外壁的中部及两端，位于连接管道2和过滤器3的中部的所述温度监测点作为加热子系统5的功率控制点。
应该理解，上述实施例中的过滤器3为垂直放置形式仅作为示例而非限制，实际上，任何放置形式，如水平放置、具有一定斜度放置等均可用于本发明的过滤器放置形式。上述实施例中的过滤器3及管道材质为不锈钢316仅作为示例而非限制，实际上，任何耐高温且具有一定耐腐蚀性材料，如316H，347、347H等高温铁基材料或镍基合金材料均可用于本发明中。上述实施例中的过滤器尾气进口法兰31a在侧下方且出口法兰31b在侧上方仅作为示例而非限制，实际上，任何接管位置，如尾气进口法兰在侧上方和尾气出口法兰在侧下方、尾气进口法兰在侧下方和尾气出口法兰在正上方等均可用作本发明的接管位置。上述实施例中的过滤器3两端通过法兰31a，31b与管道连接仅作为示例而非限制，实际上，过滤器3两端通过焊接的方式与管道连接也是可行的。上述实施例中的过滤器3的外壳31的直径为滤料32的高度的2-10倍仅作为示例而非限制，实际上，任何比例均可用于本发明的过滤器3。上述实施例中的具有圆柱形壳体311的过滤器3仅作为示例而非限制，实际上，任何圆柱、长方体或其他设有流体通道的异形件均可用作本发明的过滤器。上述实施例中的平面封头312仅作为示例而非限制，实际上，任何球形、椭圆形、蝶形等均可用作本发明的过滤器封头。上述实施例中的碱液吸收装置41材质为聚四氟乙烯仅作为示例而非限制，实际上，任何耐腐蚀且具有一定耐高温性能的材料，如碳纤维，陶瓷，塑料等材料均可用于本发明中碱液吸收装置的材质。上述实施例中的加热子系统5仅作为示例而非限制，实际上，任何电阻加热、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均可用于本发明中的加热系统。
下面通过一个应用实例来对本发明的含熔盐尾气的处理方法进行说明：将过滤器3的进口法兰31a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；将加热子系统5与控制检测子系统7相连接，将保温子系统6包覆在连接管道2和过滤器3的外部；将控制检测子系统7与总电源连接，将测温点设定在连接管道2和过滤器3的中间位置；通过控制检测子系统7的热电偶测温点对连接管道2和过滤器3的外部的温度进行反馈，调节其输出功率，实现对加热子系统5的控制；过滤器3的出口法兰31b与碱液吸收装置41连接；在高温尾气低速(例如小于等于50L/min)流过连接管道2和过滤器3时，熔盐粉尘(以及熔盐挥发物)在过滤器3中被滤料32截留，同时Cl2及HCl气体在碱液吸收装置41内被吸收。
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的温度通过加热子系统5、保温子系统6和控制检测子系统7被控制在380℃以上，过滤器3的温度通过加热子系统5、保温子系统6和控制检测子系统7被控制在150℃-380℃之间，如此，利用加热保温的方式对过滤器3进行加热，尾气中的熔盐粉尘(以及熔盐挥发物)通过逐渐降温而在过滤器3中被滤料32截留(沉积)，尾气中的水蒸气在连接管道2和过滤器3中始终保持气态而进入处理子系统4中被处理，从而避免水蒸气在连接管道2和过滤器3中冷凝而与熔盐粉尘(以及熔盐挥发物)混合造成堵塞。
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)的过滤，并将Cl2及HCl等酸性气体脱除，进而在干燥后通过燃烧除去尾气中的氢气，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化物熔盐储能装置尾气处理的工况。
应该理解，上述实施例中的尾气过滤系统(即过滤器3)温度380℃仅作为示例而非限制，考虑到氯化物熔盐的熔点是380℃左右，其不仅能保障熔盐的流动性，而且能够确保其被滤料32截留。
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、过滤器、处理子系统、加热子系统和控制检测子系统，其中，过滤器与尾气发生装置通过连接管道连接以截留尾气中的熔盐粉尘，处理子系统与过滤器连接以对过滤后的尾气进行处理，加热子系统分别与连接管道和过滤器连接以提供热源，控制检测子系统与加热子系统连接以分别对连接管道和过滤器的温度进行测量和控制。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，加热子系统包括第一加热部件和第二加热部件，其中，第一加热部件安装于连接管道外，第二加热部件安装于过滤器外；处理系统还包括保温子系统，保温子系统包括第一保温装置和第二保温装置，其中，第一保温装置安装于第一加热部件外，第二保温装置安装于第二加热部件外，以通过保温减少热量损失。
3.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。
4.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，过滤器包括外壳和滤料，其中，外壳具有进口法兰和出口法兰，进口法兰与连接管道连接以将离开尾气发生装置的尾气导入外壳内，出口法兰与处理子系统连通以将过滤后的尾气导出外壳，滤料容纳于外壳内以截留进入外壳的尾气中的熔盐粉尘。
5.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于，滤料的直径为滤料的高度的2-10倍。
6.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于，过滤器还包括设置于外壳内且分别位于滤料两侧的环形支撑部件，以通过环形支撑部件将滤料限位在外壳中的既定位置。
7.根据权利要求6所述的处理系统，其特征在于，外壳由壳体和封头组成，过滤器还包括在外壳内设置于环形支撑部件和封头之间的滤料保温材料。
8.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，处理子系统由碱液吸收装置、干燥器和氢气燃烧装置组成，其中，碱液吸收装置与过滤器连接以吸收离开过滤器的尾气中的酸性气体，干燥器与碱液吸收装置连接以脱除离开碱液吸收装置的尾气中的水分，氢气燃烧装置与干燥器连接以燃烧除去离开干燥器的尾气中的氢气。
9.一种含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，通过控制检测子系统分别对连接管道和过滤器的温度进行控制；
其中，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，过滤器的温度被选择为使得尾气的温度被逐渐降低至100℃-熔盐熔点之间的温度，使得尾气中的熔盐粉尘在过滤器中被截留，尾气中的水蒸气在连接管道和过滤器中始终保持气态而进入处理子系统中被处理。
10.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，尾气中的熔盐挥发物在过滤器中被滤料截留，尾气中的酸性气体和氢气进入处理子系统中被处理。
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