CN111457408A - 烟气旋流喷射脱白耦合吸收式热泵余热回收装置及方法 - Google Patents

烟气旋流喷射脱白耦合吸收式热泵余热回收装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于环保技术领域，具体为一种烟气旋流喷射脱白耦合吸收式热泵余热回收的装置及方法。本发明装置包括脱硫塔、风机、旋流喷射器、碱液罐、集液罐、蓄水箱、吸收式热泵和驱动热源；本发明将烟气脱白与低温余热回收相耦合，可降低排烟温度，使饱和水蒸气和可溶性盐冷凝析出，降低外排烟气中水蒸气和可溶性盐含量；旋流喷射器将液体切割雾化成小液滴，增加烟气与液滴的传热、传质系数；液滴吸收烟气热量后成为低温热源水，流进吸收式热泵放热降温后变成冷却水，冷却水一部分用于脱硫搭浆液补充用水，另一部分进入旋流喷射器喷被雾化后吸收烟气热量，如此循环。该装置占地面积小，投资费用低，无运动构件，维护简便，适合现有机组改造。

Description

烟气旋流喷射脱白耦合吸收式热泵余热回收装置及方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种烟气旋流喷射脱白耦合吸收式热泵余热回收的装置及方法。
背景技术
为了治理雾霾，国家环保标准不断提高，实行超低改造，目前超低排放机组中93%采用湿法脱硫，湿法脱硫后的烟气为45-55℃，水蒸气呈饱和状态；随着烟气外排进入大气环境，烟气温度进一步降低到环境温度，水蒸气呈过饱和状态后冷凝析出，形成“白烟”现象。白烟吸附烟气中的SOX和NOX后呈酸性，降落到地面后形成酸雨或者石膏雨；漂浮在大气中的“白色烟羽”蒸发干燥后盐分析出，变成微细颗粒物，加剧雾霾天气；因此，白色烟羽脱除对大气雾霾治理至关重要，开发出一种高效经济，且适合现有机组改造的脱白技术显得尤为迫切。
目前，国内脱白技术路线主要有三种：（1）采用烟气升温装置，包括气-气换热器（GGH）或间热烟气换热器（MGGH）对烟气加热，烟气经升温后具有更好的抬升和扩散能力。但GGH容易发生泄漏、阻塞并且运行维护成本高，甚至经常引起机组跳机等问题，因此，很多安装了GGH的厂家最后选择将烟气直接排空，MGGH虽然能很好解决烟气泄露和阻塞等问题。烟气升温只是将烟气加热，视觉上消除白烟现象，而没有脱白去污；（2）利用冷却塔对烟气进行冷凝降温，将脱硫后烟气引入循环水冷却塔，烟气经冷却塔喷淋冷却、混合后排放，水对烟气有一定的洗涤作用，但传热传质系数低，仅在一定程度上降低污染物排放，喷淋水消耗量大，且对烟气余热没有充分利用；（3）高效除雾技术，在脱硫塔顶部加入撞击板使得脱硫后的小液滴因撞击而实现高效捕获，仅能部分消除白烟现象，并没有真正意义上的脱硫。
目前市面上的技术要么仅仅是在视觉上消除白烟，无法做到真正意义上的脱白，要么脱白效率低，且无法对低温余热回收利用，造成大量低温余热浪费。
发明内容
为了降低白色烟羽造成的大气污染，同时回收烟气低温余热，本发明提出一种烟气旋流喷射脱白耦合吸收式热泵余热回收的装置和方法。
本发明提供烟气旋流喷射脱白耦合吸收式热泵余热回收的装置，其结构参见图1，包括：
与入口烟气相连的是湿法脱硫塔（FGD），用于烟气湿法脱硫；
与湿法脱硫塔出口烟气相连的风机，为烟气进入旋流喷射器提供动力；
与风机相连的旋流喷射器，利用烟气的高速旋转，将冷却水雾化，促进烟气与液滴的传热传质，以及液滴的分离；
与旋流喷射器底流口相连的集液罐，用于收集从旋流喷射器底流口流出的酸性液体，集液罐底部有流出口，用于罐底沉淀物的去除；
与集液罐相连的碱液罐，用于将集液罐中的酸性液体调为中性；
与集液罐相连的蓄水箱，用于低温热源水的进一步加药净化；
与蓄水箱相连的吸收式热泵，用于将蓄水箱中的低温热源水抽入吸收式热泵，放热降温后变成低温冷却水；
与旋流喷射器的排气管相连的烟囱，经换热净化后的烟气由烟囱排入大气；
驱动热源和低温热源水一起用于来管热用户水换热，使热用户水温度升高后流出。
其中，烟气从脱硫塔下部进入脱硫塔；脱硫塔上部有烟气出口，与风机连通，风机与旋流喷射器上部连通，由风机将脱硫塔出来的烟气送入旋流喷射器中；碱液罐与集液罐连通，集液罐与蓄水箱连通，蓄水箱与吸收式热泵进水管连通，蓄水箱中低温热源水进入吸收式热泵放热降温后变成冷却水，冷却水通过管道进入旋流喷射器上部的冷却水腔室，从旋流圆筒体的侧壁小孔喷入旋流喷射器内；低温冷却水还可作为脱硫浆液的补充用水。
本发明中，所述湿法脱硫塔可以是工业中常用的烟气脱硫装置，是现有市售常规设备。
本发明中，所述旋流喷射器，其形状为旋流圆筒体，其下部为锥形段、上部为圆柱形段；旋流圆筒体顶部设有横向接入的烟气入口；旋流圆筒体内部沿着中心轴线设有排气套管，所述排气套管顶端作为换热冷凝烟气出口；所述旋流圆筒体侧壁外设有圆柱形外夹套，所述圆柱形外夹套与所述旋流筒体外壁连接构成冷却水腔室，所述旋流圆筒体侧壁上均匀开有0.5-5mm小孔，冷却水腔室中的冷却水透过小孔喷入旋流圆筒体内部；所述圆柱形外夹套上端设有一个冷却水入口，使冷却水不断进入冷却水腔室；参见图2所示。
本发明中，旋流喷射器材质为316L，具有良好的抗腐蚀性。
本发明还提出烟气旋流喷射脱白耦合吸收式热泵余热回收的方法，具体步骤为：
（1）烟气从脱硫塔（1）下部进入，脱硫液从脱硫塔（1）上部进入，并向下喷淋，脱硫塔中烟气与向下喷淋的脱硫液逆向接触，使烟气脱硫；经脱硫后的烟气从脱硫塔（1）顶部流出；
（2）在风机4作用下，烟气高速进入旋流喷射器5中，同时，冷却水从旋流喷射器5冷却水腔室喷射进旋流喷射器5，在旋流喷射器5内高速旋转的烟气切割从筒体侧壁小孔喷射出的冷却水，冷却水被切割雾化后形成液滴，液滴在离心力作用下被分离出来，从旋流喷射器5底流出口流出进入集液罐3；
（3）碱液罐2中的碱液流进集液罐3调节PH为中性，集液罐3中的上清液流进蓄水箱6，作进一步沉淀净化；阀门10打开后集液罐3下部的沉淀物由底部流出口排出；
（4）经蓄水箱6净化后的液体作为吸收式热泵7的低温热源，在吸收式热泵7中放热降温后的低温热源水变成冷却水；
（5）冷却水一方面作为脱硫液的补充水，另一方面流进旋流喷射器5中被切割雾化，与烟气接触换热，如此循环；
（6）在驱动热源8的作用下，低温热源释放的热量被热用户来网管路水吸收，回收烟气低温余热，热用户经净化后的烟气流进烟囱9排入大气。
本方法中，烟气经风机加压后进入旋流喷射器中高速旋转，将旋流筒体侧壁喷出的冷却水切割雾化成无数的小液滴。
本方法中，烟气与雾化后的液滴接触，传热系数增加，换热后烟气温度更低，更多的水蒸气和可溶性盐冷凝析出；液滴吸收更多烟气余热。
本方法中，雾化的液滴吸收烟气中的NOX和SOX等可溶性污染物，同时洗涤烟气中的微细粉尘，进一步降低烟气中污染物含量。
本方法中，旋流喷射器具备离心分离功能，被切割雾化的液滴在旋流喷射器的边壁处碰撞聚并成大的液滴，携带吸收的有害气体和微细颗粒物，被分离后从旋流喷射器底流口流出。
本方法中，传热传质后的液滴吸收NOX和SOX等酸性气体后变成酸性，集液罐中的酸性液体经碱液中和后为中性。
本方法中，集液罐中的液体经初步沉淀，调节PH后进入蓄水箱，集液罐底部的沉淀物从罐底排出。
本方法中，蓄水箱中的低温热源水通过管路进入吸收式热泵，放热后温度降低变成冷却水。
本方法中，从吸收式热泵流出的冷却水，一方面流进旋流喷射器冷却水腔室，通过小孔喷射进入旋流喷射器；另一方面，为FGD浆液补充水分，无需额外加水，节约用水。
本方法中，低温热源水在吸收式循环泵中释放低温余热，在驱动热源一起，加热热用户管网水。
本发明的方法和装置具有以下特点：
（1）烟气在旋流喷射器内的高速旋转的动力由风机提供；
（2）旋流喷射器的柱段侧壁均匀分布有直径为0.5-5mm的小孔，冷却水腔室中的冷却水通过小孔喷射进入旋流喷射器内部；
（3）高速旋转的烟气可将喷射进入旋流喷射器内的液滴切割雾化成无数的液滴，烟气与液滴之间的传热传质系数增加，液滴在旋流圆筒边壁处不断聚并捕积细小颗粒物，被捕积的颗粒物随液滴一起被分离；
（4）冷却水液滴可吸收SOX、NOX等可溶性污染，进一步净化烟气，冷却水液滴吸收烟气中的酸性气体后变成酸性液滴，集液罐中的液体经碱液调节后由酸性变成中性；
（5）旋流喷射器材质为316L，具有良好的抗腐蚀性和耐磨性；
（6）蓄水箱对低温热源水进一步净化，防止管道腐蚀结垢，经净化的低温热源水进入吸收式热泵中放热，放热降温的低温热源水变成冷却水后从吸收式热泵流出；
（7）从吸收式热泵中流出的冷却水，一方面流进旋流喷射器中净化烟气，另一方面，作为脱硫浆液的补充用水；
（8）低温热源水释放的热量在驱动热源的作用下，将热源户来水管中的水加热。
本发明将烟气脱白与低温余热回收相耦合，可降低排烟温度，使饱和水蒸气和可溶性盐冷凝析出，降低外排烟气中水蒸气和可溶性盐含量，还可回收烟气低温余热；通过气液接触换热降温，旋流喷射器将液体切割雾化成无数的小液滴，增加烟气与液滴的传热、传质系数；液滴吸收烟气热量后成为低温热源水，流进吸收式热泵的进水管放热降温后变成冷却水，冷却水一方面用于脱硫搭浆液的补充用水，另一方面进入旋流喷射器的冷却水腔室，从旋流圆筒侧壁喷出被雾化后吸收烟气热量，如此循环。将该装置占地面积小，投资费用低，无运动构件，维护简便，适合现有机组改造。
本发明适用于工业烟气脱白和低温余热回收。更具体的说，回收烟气中的低温余热，同时降低烟气温度，使烟气中的水蒸气尽可能多的冷凝析出，从而消除烟囱外排烟气白色烟羽现象，做到真正的脱白去污。
附图说明
图1烟气旋流喷射脱白耦合吸收式热泵余热回收装置图示。
图2 旋流喷射器原理示意图。
图中标号：1为FGD湿法脱硫塔，2为碱液罐，3为集液罐，4为风机，5为旋流喷射器，6为蓄水箱，7为吸收式热泵，8为驱动热源，9为烟囱，10为阀门。
具体实施方式
如图1所示，一种烟气旋流喷射脱白耦合吸收式热泵余热回收成套装置，包括：1为FGD湿法脱硫，2为碱液罐，3为集液罐，4为风机，5为旋流喷射器，6为蓄水箱，7为吸收式热泵，8为驱动热源，9为烟囱，10为阀门。
本发明的技术构思如下：与入口烟气相连的是FGD湿法脱硫装置，用于烟气湿法脱硫；与FGD出口烟气相连的风机，为烟气进入旋流喷射器提供动力；与风机相连的旋流喷射器，利用烟气的高速旋转，将冷却水雾化，促进烟气与液滴的传热传质，以及液滴的分离收集；与旋流喷射器底流口相连的集液罐，用于收集从旋流喷射器底流口流出的酸性液体，集液罐底部有流出口，用于罐底沉淀物的去除；与集液罐相连的碱液罐，将集液罐中的酸性液体调为中性；与集液罐相连的蓄水箱，用于低温热源水进一步净化；与蓄水箱相连的吸收式热泵进水管，蓄水箱中的低温热源水经进水管流进吸收式热泵，放热降温后变成低温冷却水；与旋流喷射器排气管相连的烟囱，经换热净化后的烟气由烟囱排入大气；
进入脱硫塔1的烟气与从塔顶向下喷淋的脱硫液逆向接触，经脱硫后的烟气从脱硫塔1顶部流出，在风机4作用下，高速进入旋流喷射器5中，在旋流喷射器5内高速旋转的烟气切割旋流筒体侧壁小孔喷射出的冷却水，冷却水被切割雾化后与烟气传热传质，吸收热量和可溶性气体的液滴在离心力作用下被分离出来，从旋流喷射器5底流口流出进入集液罐3，碱液罐2中的碱液流进集液罐3调节PH为中性，集液罐3中的上清液流进蓄水箱6作进一步的沉淀净化，阀门10打开后集液罐3下部的沉淀物由底部流出口排出，经蓄水箱6净化后的液体作为吸收式热泵7的低温热源，在吸收式热泵7中放热降温后的低温热源水变成冷却水，冷却水一方面作为脱硫浆液的补充水，另一方面流进旋流喷射器5与烟气接触换热，如此循环。在驱动热源8的作用下，低温热源释放的热量被热用户来网管路水吸收，经净化后的烟气流进烟囱9排入大气。
本发明中，旋流喷射器的柱段侧壁均匀分布有直径为0.5-5mm的小孔，冷却水腔室中的冷却水通过小孔喷射进入旋流喷射器内部。
本发明中，可将脱硫后的烟气降到40℃以下，促进饱和水蒸气的冷凝析出，减少烟气中水蒸气含量，冷凝析出的雾滴和切割雾化的液滴可进一步捕集颗粒物，净化烟气。
本发明中，冷却水液滴可吸收SOX、NOX等可溶性污染，进一步净化烟气，吸收了酸性气体的冷却水液滴变成酸性，经碱液调节后由酸性变成中性。
本发明中，旋流喷射器本身具备离心分离功能，可将雾化的液滴高效去除，单级去除效率在85%以上，可通过串联旋风分离器进一步提高分离效率。
本发明中，液滴与烟气接触换热后，液滴吸收烟气中热量从底流口流出，经净化后成为低温热源流进吸收式热泵，在驱动热源作用下，低温热源释放热量加热热用户管路水，实现低品质余热回收利用。
本发明中，通过烟气与冷却水接触换热，降低烟气温度，烟气中水蒸气和盐分冷凝析出，减少烟气中水蒸气和可溶性盐含量，实现烟气真正意义上的脱白去污。
本发明方法和装置的优点在于：
（1）烟气与冷却介质接触式换热，换热效率更高，相较于间壁式换热，换热后烟气温度更低，更多的水蒸气和可溶性盐冷凝析出，释放更多的热量；
（2）高速旋转的烟气使射流状的冷却水切割雾化，液滴与烟气之间的传热、传质系数增加；
（3）旋流喷射器中的雾滴进一步捕获烟气中的微细颗粒物，吸收烟气中的SOX、NOX等污染物，进一步净化烟气；
（4）旋流喷射器本身具备离心分离功能，可高效分离旋流喷射器中的液滴；
（5）将烟气脱白与烟气余热回收耦合，回收烟气显热和潜热，同时进行烟气脱白。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种烟气旋流喷射脱白耦合吸收式热泵余热回收的装置，其特征在于，包括：
与入口烟气相连的是湿法脱硫塔，用于烟气湿法脱硫；
与湿法脱硫塔出口烟气相连的风机，为烟气进入旋流喷射器提供动力；
与风机相连的旋流喷射器，利用烟气的高速旋转，将冷却水雾化，促进烟气与液滴的传热传质，以及液滴的分离；
与旋流喷射器底流口相连的集液罐，用于收集从旋流喷射器底流口流出的酸性液体，集液罐底部有流出口，用于罐底沉淀物的去除；
与集液罐相连的碱液罐，用于将集液罐中的酸性液体调为中性；
与集液罐相连的蓄水箱，用于低温热源水的进一步加药净化；
与蓄水箱相连的吸收式热泵，用于将蓄水箱中的低温热源水抽入吸收式热泵，放热降温后变成低温冷却水；
与旋流喷射器的排气管相连的烟囱，经换热净化后的烟气由烟囱排入大气；
驱动热源和低温热源水一起用于来管热用户水换热，使热用户水温度升高后流出；
其中，烟气从脱硫塔下部进入脱硫塔；脱硫塔上部有烟气出口，与风机连通，风机与旋流喷射器上部连通，由风机将脱硫塔出来的烟气送入旋流喷射器中；碱液罐与集液罐连通，集液罐与蓄水箱连通，蓄水箱与吸收式热泵下部连通，蓄水箱中水进入吸收式热泵，吸收式热泵的水通过管道进入旋流喷射器的上部，在吸收式热泵的作用下，从旋流喷射器的侧壁喷入旋流喷射器内；吸收式热泵还通过管道与脱硫塔上部连通，在该管道上设置有阀门，脱硫液在吸收式热泵作用下经过管道从脱硫塔上部进入，并从脱硫塔上方喷淋而下，与从脱硫塔下部进入的烟气逆向接触，使烟气脱硫。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋流喷射器，其形状为旋流圆筒体，其下部为锥形段、上部为圆柱形段；旋流圆筒体顶部设有横向接入的烟气入口；旋流圆筒体内部沿着中心轴线设有排气套管，所述排气套管顶端作为换热冷凝烟气出口；所述旋流圆筒体侧壁外设有圆柱形外夹套，所述圆柱形外夹套与所述旋流筒体外壁连接构成冷却水腔室，所述旋流圆筒体侧壁上均匀开有0.5-5mm小孔，冷却水腔室中的冷却水透过小孔喷入旋流圆筒体内部；所述圆柱形外夹套上端设有一个冷却水入口，使冷却水不断进入冷却水腔室。
3.基于权利要求1或2所述装置的烟气旋流喷射脱白耦合吸收式热泵余热回收的方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）烟气从脱硫塔下部进入，脱硫液从脱硫塔上部进入，并向下喷淋，脱硫塔中烟气与向下喷淋的脱硫液逆向接触，使烟气脱硫；经脱硫后的烟气从脱硫塔顶部流出；
（2）在风机作用下，烟气高速进入旋流喷射器中，同时，冷却水从旋流喷射器冷却水腔室透过小孔进入旋流圆筒体内部，在旋流圆筒体内高速旋转的烟气切割由筒体侧壁小孔喷射出的冷却水，冷却水被切割雾化后形成液滴，液滴在离心力作用下被分离出来，从旋流喷射器底流出口流出进入集液罐；
（3）碱液罐中的碱液流进集液罐调节PH为中性，集液罐中的上清液流进蓄水箱，作进一步的沉淀净化；在打开阀门后集液罐下部的沉淀物由底部流出口排出；
（4）经蓄水箱净化后的液体作为吸收式热泵的低温热源，在吸收式热泵中放热降温后的低温热源水变成冷却水；
（5）冷却水一方面作为脱硫液的补充水，另一方面流进旋流喷射器与烟气接触换热；
（6）在驱动热源的作用下，低温热源释放的热量被热用户来网管路水吸收，加热后的热用户水流出。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，烟气经风机加压后进入旋流喷射器中高速旋转，将侧壁喷出的冷却水切割雾化成无数的小液滴。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，烟气与雾化后的液滴接触，传热系数增加，换热后烟气温度更低，更多的水蒸气和可溶性盐冷凝析出，液滴吸收更多烟气余热；
此外，雾化的液滴吸收烟气中的NOX和SOX等可溶性污染物，同时洗涤烟气中的微细粉尘，进一步降低烟气中污染物含量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，旋流喷射器具备离心分离功能，被切割雾化的液滴在旋流喷射器的边壁处碰撞聚并成大的液滴，携带吸收的有害气体和微细颗粒物，被分离后从旋流喷射器底流口流出。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，集液罐中的液体经初步沉淀，调节PH后进入蓄水箱，集液罐底部的沉淀物从罐底排出。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，蓄水箱中的低温热源水通过管路进入吸收式热泵，放热后温度降低变成冷却水；从吸收式热泵流出的冷却水，一方面流进旋流喷射器侧壁，通过小孔喷射进入旋流喷射器；另一方面，为脱硫塔的脱硫液补充水分。
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