CN111330420A - 一种烟气脱白、供水系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及湿法脱硫烟气脱白技术领域，尤其涉及一种烟气脱白、供水系统及其控制方法。所述系统包括：除湿器，设置于除湿器底部的存储罐；设置于存储罐底部的溶液浓度监测装置；与存储罐的进口、出口形成循环连接的低温多效蒸馏装置，且所述出口与低温多效蒸馏装置的连接管路上设置有再生调节阀；与所述低温多效蒸馏装置的冷凝水出口连接的冷凝水回收装置；通过真空度调节阀与低温多效蒸馏装置中的每一级蒸发效相连的真空泵；所述存储罐的出口、流体换热器、除湿器内上部的喷淋装置依次连接，所述流体换热器与冷却塔连接。本发明使烟气通过与除湿溶液之间的传热传质过程，实现了烟气中水分和潜热的回收，在脱白同时还实现了供水。

Description

一种烟气脱白、供水系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及湿法脱硫烟气脱白技术领域，尤其涉及一种针对湿法脱硫后的高温高湿烟气脱白、供水的系统及其控制方法。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

目前，应用于我国火力发电厂、焦化厂、燃煤锅炉设备、有色金属冶炼以及钢铁行业等的脱硫系统，大多采用湿法脱硫工艺，脱硫后的烟气中含有大量水蒸气，未经处理时基本处于高温饱和状态。若直接将烟气从烟囱排出，一方面会造成水资源和热能的极大浪费；另一方面，烟气与空气混合过程中因温度降低，析出的微小液滴还会形成“烟囱雨”，即白烟。白烟不仅会对空气的能见度产生极大影响，还可能会聚集大气中不易沉降的极细颗粒物，加重雾霾。若烟气中携带有未除尽的SO₂、SO₃等物质，遇到低温低压天气，烟气自烟囱口排出后无法有效抬升扩散，冷凝酸液滴聚集后严重时可形成酸雨，会腐蚀常规碳钢烟囱或工厂设备，造成污染环境。

为此，人们针对烟气的脱白开发另外各种类型的装置，如申请号为201810655104.4的专利文献公开了一种湿法脱硫后烟气高效脱白装置及其实现方法，其不仅不影响前期烟气脱硫工艺，烟囱出口无任何白烟冒出，后续无废水、废气、废渣等产生，不产生二次污染，而且在低温环境下进行，对设备参数要求低，设备易于维护；LiBr溶液循环使用，无需排放，无二次污染。再如申请号为201822027397.X的专利文献公开了一种烟气脱白羽系统，包括脱白塔和再生装置，其能够有效地吸收出烟气中的水蒸气，实现对烟气脱白羽；而且降低了脱白塔的高度，减小了噪音。

然而，本发明人发现，现有的一些烟气脱白设备，仍然存在系统能耗较高，控制策略、再生过程汽水回收方法缺失，无法应对烟气湿度，外界空气条件，冷却水温度等变化的影响等不足之处。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种烟气脱白、供水系统及其控制方法。本发明的技术方案使烟气通过与除湿溶液之间的传热传质过程吸收烟气中的水蒸气，避免了排烟过程中产生的白烟现象；同时将除湿溶液吸收烟气中显热及水蒸气潜热，用于溶液再生；低温多效溶液再生过程可将溶液吸收的水蒸气收集淡化后重新用于生产供水；提出的系统控制方法通过调控冷却塔、溶液泵、真空泵、低压蒸汽源阀门等设备有效抑制外界空气条件、烟气湿度的干扰，控制烟气出口湿度；最终实现低能耗烟气脱白、烟气余热回收再利用、烟气水蒸气回收淡化再供水、控制系统高效稳定运行。

为实现上述目的，本发明公开如下所述的技术方案。

本发明的第一方面，提供一种烟气脱白、供水系统，包括：除湿器，设置于除湿器底部的存储罐。设置于所述存储罐底部的溶液浓度监测装置。与存储罐的溶液循环进口、出口形成循环连接的低温多效蒸馏装置，且所述出口与低温多效蒸馏装置的连接管路上设置有再生调节阀。与所述低温多效蒸馏装置的冷凝水出口连接的冷凝水回收装置。通过真空度调节阀与低温多效蒸馏装置中的每一级蒸发效相连的真空泵。所述存储罐的出口、流体换热器、除湿器内上部的喷淋装置依次连接，所述流体换热器与冷却塔连接。

进一步地，还包括与所述低温多效蒸馏装置的第一级蒸发效和末尾蒸发效相连的热压缩装置；末尾蒸发效中未完全冷凝的蒸汽通过低压蒸汽源提供的蒸汽作为动力，进而驱动热压缩装置将所述未完全冷凝的蒸汽重新抽回第一级蒸发效作为蒸汽来源之一，实现未完全冷凝的蒸汽和低压蒸汽源这两种低品位热能的回收利用。

进一步地，所述存储罐的溶液循环出口通过除湿循环泵分为两支路，一支路通过流体换热器连接至除湿器顶部内的喷淋装置；另一支路通过再生调节阀连接至低温多效蒸馏装置的顶部进液口。

进一步地，所述低温多效蒸馏装置的每一级蒸发效的溶液出口汇总后通过再生循环泵接回存储罐的溶液循环进口。

进一步地，所述低温多效蒸馏装置的每一级蒸发效的冷凝水出口汇总后连接至冷凝水回收装置，可用作发电厂、锅炉等的生产用水。即通过低温多效蒸馏装置等装置在脱白同时实现了供水，实现了烟气中水资源的回收利用。

进一步地，所述流体换热器通过冷却水循环泵与冷却塔相连，存储罐中的除湿液在换热器中与冷却水进行换热后连接回除湿器顶部的喷淋装置用于烟气的除湿，换热完成后的冷却水重新回到冷却塔中进行冷却循环。

本发明的第二方面，提供一种所述烟气脱白、供水系统的控制方法，包括：

除湿器出口的白烟湿度由除湿器喷淋装置入口溶液(即除湿液)质量流量、温度及浓度控制；其中，除湿器喷淋装置入口溶液浓度由再生调节阀开度和热压缩装置出口蒸汽质量流量控制，溶液温度由冷却水质量流量及温度控制，冷却水温度则通过冷却塔风机转速和水循环质量流量来调节。

以再生调节阀开度和热压缩装置出口蒸汽质量流量控制除湿器喷淋装置入口溶液浓度。

同时，由真空泵和真空度调节阀控制低温多效蒸馏再生装置中各蒸发效的真空度。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

(1)本发明的系统可实现低能耗烟气脱白：烟气在脱白过程中无需先冷凝后再加热，极大的减少了换热过程中的能量损失。采用的低温多效蒸馏再生装置相较于传统蒸发再生器，降低了对溶液再生温度的要求，减少了再生过程能耗。利用低压蒸汽源驱动低温多效蒸馏装置，将末尾蒸发效中未完全冷凝的蒸汽抽出作为第一级蒸发效的热源，则充分回收利用了未完全冷凝的蒸汽和低压蒸汽源这两种低品位热能，进一步降低了系统能耗。

(2)本发明的系统可实现烟气余热回收再利用：除湿过程中，除湿溶液在降低烟气湿度时会吸收烟气中的显热及水蒸气潜热，提高溶液温度用于再生过程，有效利用了烟气中的潜在废热，节约了能源；

(3)本发明的系统可实现烟气水蒸气回收淡化再供水：相较于其他采用传统蒸发再生器的烟气脱白系统，通过新风将加热后分离的除湿溶液中的水分直接排入大气，本发明采用的低温多效蒸馏装置，可将由烟气传递至除湿溶液中的水蒸气收集淡化后重新用于生产供水，节约了水资源。

(4)本发明的系统可实现控制系统高效稳定运行：依照本发明提出的控制方法，通过调控冷却塔、溶液泵、真空泵、低压蒸汽源阀门等设备，即可有效抑制外界空气条件、烟气湿度的干扰，实时控制烟气出口湿度，控制过程较其他烟气脱白设备更加易于操作，系统运行更加高效稳定。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例中烟气脱白、供水系统的结构示意图。

图2为本发明实施例中烟气脱白、供水系统的控制流程图。

上述说明书附图1中的标记分别代表如下部件：

1-除湿器； 9-冷却塔；

2-存储罐； 10-热压缩装置；

3-溶液浓度监测装置； 11-除湿循环泵；

4-低温多效蒸馏装置； 12-喷淋装置；

5-再生调节阀； 13-再生循环泵；

6-冷凝水回收装置； 14-冷却水循环泵；

7-真空度调节阀； 15-低压蒸汽源；

8-流体换热器； 16-真空泵。

具体实施方式

应该指出，除非另有指明，本发明中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，本发明中所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

本发明针对湿法脱硫后的高温高湿烟气提出了一种脱白、供水的系统及其控制方法。现结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

参考图1，示例一种本发明设计的烟气脱白、供水系统包括：立式安装的除湿器1，其底部安装有用于存储和承接喷淋下来的除湿液的存储罐2。所述存储罐2的内部安装有一个用于监测其中除湿液浓度的溶液浓度监测装置3。

进一步地，所述存储罐2上设置有用于溶液循环的进口和出口，该出口与除湿循环泵11的进口连接，且除湿循环泵11的出口分为两条支路，一条支路通过流体换热器8与除湿器1顶部内的喷淋装置12连接，即除湿循环泵11的出口、流体换热器8、喷淋装置12依次连接，以便于将存储罐2中的除湿液送入喷淋装置12中对逆流而上的烟气进行除湿。另条一支路通过再生调节阀5与低温多效蒸馏装置4的顶部进液口，且与低温多效蒸馏装置4的每一级蒸发效连接，所述每一级蒸发效的冷凝水出口均与冷凝水回收装置6连接，以便对吸湿后浓度降低的除湿液进行再生与烟气中水资源回收利用。

进一步地，通过真空度调节阀7与低温多效蒸馏装置4中的每一级蒸发效相连的真空泵16，保证蒸发效内的真空度能够满足除湿液的再生。所述流体换热器8通过冷却水循环泵14与冷却塔9形成循环连接，存储罐中的除湿液在换热器中与冷却水进行换热后连接回除湿器顶部的喷淋装置用于烟气的除湿，换热完成后的冷却水重新回到冷却塔中进行冷却循环。

可以理解的是，在上述具体实施例的基础上，还可衍生出包括但不限于以下的技术方案，以解决不同的技术问题，实现不同的发明目的，具体示例如下：

进一步地，继续参考图1，在一些实施例中，所述烟气脱白、供水系统还包括压缩装置10，其同时和低温多效蒸馏装置4的第一级蒸发效和末尾蒸发效相连的热压缩装置10；从而将末尾蒸发效中未完全冷凝的蒸汽通过低压蒸汽源15提供的蒸汽作为动力，进而驱动热压缩装置10将所述未完全冷凝的蒸汽加压升温后重新抽回第一级蒸发效作为蒸汽来源之一，实现未完全冷凝的蒸汽和低压蒸汽源这两种低品位热能的回收利用。所述热压缩装置10采用热压缩装置。另外，所述第一级蒸发效的蒸汽来源有多种，例如，由汽机或锅炉减压蒸汽等直接提供。

进一步地，继续参考图1，在一些实施例中，所述低温多效蒸馏装置4的每一级蒸发效的溶液出口汇总后通过再生循环泵13接回存储罐2的溶液循环进口，便于连接管路的简化。

进一步地，继续参考图1，在一些实施例中，所述低温多效蒸馏装置4的每一级蒸发效的冷凝水出口汇总后连接至冷凝水回收装置6，冷凝水回收装置6与发电厂锅炉连接，从而在对烟气脱白和溶液再生后的同时，顺便回收烟气中的水资源作为外界供水。

高温高湿烟气从除湿器1的底部通入后向上运行中，与除湿器顶部喷淋而下的除湿液接触，进行传热传质过程，降低烟气的绝对湿度和温度，随后剩余烟气通过烟囱排入大气中。完成除湿过程后温度升高的除湿液成为稀除湿液流入除湿液储存罐2中，与其中的除湿液混合后通过除湿循环泵11分成两条支路，一条支路在流体换热器中进行换热降温后通入除湿器中提高除湿和热量回收效果；另一条支路通过再生调节阀5后进入低温多效蒸馏装置4中进行除湿液再生后返回储存罐2。

进一步地，参考图1和2，提供一种所述烟气脱白、供水系统的控制方法，从而确保系统对烟气的处理效果。

除湿器1出口的烟气湿度由除湿器喷淋装置12的入口溶液(即除湿液)质量流量、温度及浓度控制；其中，除湿器喷淋装置12的入口溶液浓度由再生调节阀5的开度和热压缩装置10的出口蒸汽质量流量控制，溶液温度由冷却水质量流量及温度控制，冷却水温度则通过冷却塔风机转速和水循环质量流量来调节。

进一步地，在溶液浓度控制的过程中，若输入除湿器烟气的质量流量输入值不变，则除湿器喷淋装置12的入口溶液质量流量的设置参数不变；若烟气的质量流量输入值较上一时刻增大/减小，则根据增大值/减小值的大小，增加/减少除湿器喷淋装置12的入口溶液的质量流量，从而保证除湿液的供应量与烟气输入量匹配。

进一步地，在溶液温度控制的过程中，若除湿器喷淋装置12的入口溶液的质量流量输入值不变，则冷却水质量流量及温度的设置参数不变；若除湿器喷淋装置12的入口溶液的质量流量输入值较上一时刻增大/减小，则根据增大值/减小值的大小，增加/减少冷却水质量流量及温度。

进一步地，在溶液温度控制的过程中，以冷却塔9的风机转速和冷却水循环泵14控制水循环质量流量，进而控制冷却塔出口水温度保持稳定，以控制除湿塔溶液温度保持稳定。

同时，还需要通过再生调节阀5开度和热压缩装置10的出口蒸汽质量流量控制除湿器喷淋装置12的入口溶液浓度，此时，通过溶液浓度监测装置3实时监测存储罐2中的溶液的浓度，若检测到浓度维持在适宜范围内，则保持再生调节阀5开度，热压缩装置出口蒸汽质量流量不变；若检测到存储罐2中的溶液浓度超过浓度上限值，则减小再生调节阀5的开度，同时减少热压缩这种10的出口蒸汽质量流量；若检测到溶液存储罐2中的溶液浓度低于浓度下限值，则增大再生调节阀5的开度，同时增加热压缩装置10出口蒸汽质量流量，进而控制除湿器喷淋装置12的入口溶液浓度在设定范围内。

同时，由真空泵16和真空度调节阀控制低温多效蒸馏再生装置中各蒸发效的真空度。所述系统运行过程中，当低温多效蒸馏装置4的某级蒸发效的真空度低于设定值时，该蒸发效的真空度调节阀开启，当真空度重新达到要求时，阀门关闭。

进一步地，所述系统运行过程中，低温多效蒸馏装置4中每一蒸发效的真空度逐级升高，且低温多效蒸馏装置4实际工作的蒸发效数为总数目减一，即未工作的一个蒸发效由真空泵16控制其内部的真空度为设定值。在当前处于工作状态的蒸发效中，如果出现某一蒸发效内的真空度无法满足再生要求时，该蒸发效停止工作并开启阀门，由真空泵16调节其内部的真空度，同时启用之前处于未工作状态的蒸发效，以便保持再生装置中工作蒸发效总数目不变。

应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种烟气脱白、供水系统，其特征在于，包括：

除湿器，设置于除湿器底部的存储罐；

设置于存储罐底部的溶液浓度监测装置；

与存储罐的进口、出口形成循环连接的低温多效蒸馏装置，且所述出口与低温多效蒸馏装置的连接管路上设置有再生调节阀；

与所述低温多效蒸馏装置的冷凝水出口连接的冷凝水回收装置；

通过真空度调节阀与低温多效蒸馏装置中的每一级蒸发效相连的真空泵；

所述存储罐的出口、流体换热器、除湿器内上部的喷淋装置依次连接；所述流体换热器与冷却塔连接。

2.如权利要求1所述的烟气脱白、供水系统，其特征在于，所述存储罐的溶液循环出口通过除湿循环泵分为两支路，一支路通过流体换热器连接至除湿器顶部内的喷淋装置；另一支路通过再生调节阀连接至低温多效蒸馏装置的顶部进液口。

3.如权利要求1所述的烟气脱白、供水系统，其特征在于，所述低温多效蒸馏装置的每一级蒸发效的溶液出口汇总后通过再生循环泵接回存储罐的溶液循环进口；

或者，所述低温多效蒸馏装置的每一级蒸发效的冷凝水出口汇总后连接至冷凝水回收装置。

4.如权利要求1所述的烟气脱白、供水系统，其特征在于，所述流体换热器通过冷却水循环泵与冷却塔相连。

5.如权利要求1-4任一项所述的烟气脱白、供水系统，其特征在于，还包括与所述低温多效蒸馏装置的第一蒸发效和末尾蒸发效相连的热压缩装置。

6.权利要求1-5任一项所述的烟气脱白、供水系统的控制方法，其特征在于，除湿器出口的烟气湿度由除湿器喷淋装置入口溶液质量流量、温度及浓度控制；其中，除湿器喷淋装置入口溶液浓度由再生调节阀开度和热压缩装置出口蒸汽质量流量控制，溶液温度由冷却水质量流量及温度控制，冷却水温度则通过冷却塔风机转速和水循环质量流量来调节；以再生调节阀开度和热压缩装置出口蒸汽质量流量控制除湿器喷淋装置入口溶液浓度；同时，由真空泵和真空度调节阀控制低温多效蒸馏再生装置中各蒸发效的真空度。

7.权利要求6所述的烟气脱白、供水系统的控制方法，其特征在于，所述系统运行过程中，若烟气的质量流量输入值不变，则除湿器喷淋装置的入口溶液质量流量的设置参数不变；若烟气的质量流量输入值较上一时刻增大/减小，则根据增大值/减小值的大小，增加/减少除湿器喷淋装置的入口溶液的质量流量；

或者，所述系统运行过程中，若除湿器喷淋装置的入口溶液的质量流量输入值不变，则冷却水质量流量及温度的设置参数不变；若除湿器喷淋装置的入口溶液的质量流量输入值较上一时刻增大/减小，则根据增大值/减小值的大小，增加/减少冷却水质量流量及温度。

8.权利要求6所述的烟气脱白、供水系统的控制方法，其特征在于，所述系统运行过程中，以冷却塔风机转速和水循环质量流量控制冷却塔出口水温度保持稳定，进而控制除湿塔溶液温度保持稳定。

9.权利要求6所述的烟气脱白、供水系统的控制方法，其特征在于，所述系统运行过程中，溶液浓度监测装置实时监测存储罐中的溶液浓度，若浓度维持在设定范围内，则再生调节阀开度，热压缩装置出口蒸汽质量流量保持不变；若存储罐中的溶液浓度超过浓度上限值，则减小再生调节阀开度，同时减少热压缩装置出口蒸汽质量流量；若溶液存储罐中的溶液浓度低于浓度下限值，则增大再生调节阀开度，同时增加热压缩装置出口蒸汽质量流量，进而控制除湿器喷淋装置的入口溶液浓度在设定范围内。

10.权利要求6所述的烟气脱白、供水系统的控制方法，其特征在于，所述系统运行过程中，当低温多效蒸馏装置的某级蒸发效的真空度低于设定值时，该蒸发效的真空度调节阀开启，当真空度重新达到要求时，阀门关闭；

或者，所述系统运行过程中，低温多效蒸馏装置实际工作的蒸发效数为总数目减一；优选地，未工作的一个蒸发效由真空泵控制其内部的真空度为设定值；在当前处于工作状态的蒸发效中，如果出现某一蒸发效内的真空度无法满足再生要求时，该蒸发效停止工作并开启阀门，由真空泵调节其内部的真空度，同时启用之前处于未工作状态的蒸发效。

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