CN112524984A - 利用煤渣余热制冷及脱硫废水处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤渣余热回收利用，特别是一种利用煤渣余热制冷及脱硫废水处理系统。包括冷渣机、制冷子系统、结冰子系统、湿法脱硫子系统和干法脱硫子系统，制冷子系统和结冰子系统均与冷渣机连接，且使用冷渣机作为热源，结冰子系统包括结冰器和除冰器，结冰子系统通过结冰器与制冷子系统连接，结冰子系统通过除冰器与湿法脱硫子系统、干法脱硫子系统连接。实现了对煤渣热量的梯级利用，煤渣热量的低温用于对脱硫废水进行冷冻浓缩，煤渣热量的高温用于烘干，实现了对煤渣热量的充分利用，降低成本，降低排放水平。

Description

利用煤渣余热制冷及脱硫废水处理系统
技术领域
本发明涉及煤渣余热回收利用，特别是一种利用煤渣余热制冷及脱硫废水处理系统。
背景技术
随着对人民群众对于美好生活的向往日益增强，热电企业对于环保和排放的要求日益严格，在煤电/热企业中，炉膛的煤渣具有较高的温度，需要经专门的冷渣机处理冷却过后才可进行无害化处理，通常采用水冷带走热量，水可被煤渣加热到90℃，此时还需要使用专门的冷水塔进行处理，对环境造成一定的热污染且增加了额外的处理成本。
当前对于烟气主要采用石灰石石膏法脱除烟气中的SO2,随着脱硫浆液的循环使用，导致浆液中的氯离子、钙镁离子、重金属离子等富集，需定期排放脱硫废水以维持系统平衡。目前，脱硫废水的常用处理方法为湿法脱硫和热法脱硫。其中，热法脱硫通常对脱硫废水进行浓缩和调制，最后使用干燥床干燥，该方法需要使用大量热能，由于进口含硫浓度较低，大量的热能被用于加热水蒸气，由于废水中含硫量较低，部分热力设备无法实现内部的热量平衡。湿法脱硫通常采用加石灰石-石膏等试剂对脱硫废水进行沉淀，该方法主要的成本压力来自于化学药剂。
若能结合湿法脱硫和热法脱硫的优点，同时降低湿法脱硫的化学试剂使用量以及热法脱硫的热负荷，同时实现对煤渣热量的充分利用，将大大降低成本，降低排放水平，增加热力企业的经济性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种利用煤渣余热制冷及脱硫废水处理系统，实现了对煤渣热量的梯级利用，煤渣热量的低温用于对脱硫废水进行冷冻浓缩，煤渣热量的高温用于烘干，实现了对煤渣热量的充分利用，降低成本，降低排放水平。
本发明的技术方案是：一种利用煤渣余热制冷及脱硫废水处理系统，其中，包括冷渣机、制冷子系统、结冰子系统、湿法脱硫子系统和干法脱硫子系统，制冷子系统和结冰子系统均与冷渣机连接，且使用冷渣机作为热源，结冰子系统包括结冰器和除冰器，结冰子系统通过结冰器与制冷子系统连接，结冰子系统通过除冰器与湿法脱硫子系统、干法脱硫子系统连接；
所述制冷子系统包括工质泵Ⅰ、发生器、精馏塔、冷凝器、节流器Ⅰ、节流器Ⅱ、结冰器、吸收器和工质泵Ⅱ，冷渣机内的第一加热管路、工质泵Ⅰ与发生器内的换热管组成循环管路，发生器的出口与气液分离装置的进口连接，气液分离装置的出气口与冷凝器连接，气液分离装置的出液口与节流器Ⅰ连接，冷凝器的出口与节流器Ⅱ的进口连接，节流器Ⅱ的出口与吸收器连接，节流器Ⅱ与吸收器之间的连接管路位于结冰器内，节流器Ⅰ的出液口与吸收器连接，从发生器流出的低制冷剂浓度的液态吸收式工质经节流器Ⅰ降压节流后，流入吸收器内，吸收器的出口与发生器的进口连接，吸收器与发生器的连接管路上设有工质泵Ⅱ；
结冰子系统还包括融冰升温槽Ⅰ、空调Ⅰ、空调Ⅱ和融冰升温槽Ⅱ，所述结冰器上设有进口和出口，脱硫废水通过进口流入结冰器内，结冰器的出口与除冰器的进口连接，空调Ⅰ设置在融冰升温槽Ⅰ内，空调Ⅱ设置在融冰升温槽Ⅱ，除冰器的第一出口与融冰升温槽Ⅰ连接，融冰升温槽Ⅰ的出口与湿法脱硫子系统连接，除冰器的第二出口与融冰升温槽Ⅱ连接，融冰升温槽Ⅱ的出口与干法脱硫子系统连接。
本发明中，所述气液分离装置包括精馏塔，也可以由气液分离器、膜分离装置等其他可实现气液分离的装置代替。
所述工质泵Ⅱ与发生器之间的连接管路和气液分离装置与节流器Ⅰ之间的连接管路可以设置在换热器内。
所述制冷子系统中的吸收式工质对包括但不限于溴化锂-水、氨-水、溴化锂-氨-水、DMAC-R124A,DMAC-R134等各类制冷剂和吸收式的组合。
所述结冰子系统为多级结冰系统，当结冰子系统为N级结冰子系统，第1级结冰子系统至第N-1级结冰子系统中，融冰升温槽Ⅰ和融冰升温槽Ⅱ融化得到的废水混合后流至下一级结冰子系统的结冰器中，第N级结冰子系统中的融冰升温槽Ⅰ与湿法脱硫子系统连接，融冰升温槽Ⅱ与干法脱硫子系统连接。
所述湿法脱离子系统包括澄清池和加药池，加药池的进口与融冰升温槽Ⅰ连接，加药池的出口与澄清池的进口连接，澄清池的底部设有处理水出口和污泥出口。
所述干法脱离子系统包括浓缩池、调质池、干燥床和工质泵Ⅲ，浓缩池的与融冰升温槽Ⅱ的出口连接，浓缩池的出口与调质池的进口连接，调质池的出口与干燥床的进口连接，干燥床的底部设有水蒸汽出口和污泥出口。
所述浓缩池和干燥床内均设有换热管，冷渣机内的第二加热管路、工质泵Ⅲ21、浓缩池内的换热管和干燥床内的换热管组成循环管路。
本发明的有益效果是：
(1)利用冷渣机内的低品位能实现制冷蓄冷，转化效率高；
(2)热能梯级利用，高温烘干，低温用于制冷，充分利用煤渣余热；
(3)充分结合湿法脱硫和干法脱硫的优点，提升了脱硫废水的处理水平；
(4)制冷子系统、结晶子系统、湿法脱硫子系统和干法脱硫子系统之间互相相对独立，维护难度低，可模块化安装；
(5)冷渣机取热为闭式循环工质，运行较为平稳；
(6)结冰器的冷量以空调、冷库等方式得到再利用；
(7)采用冷冻法脱硫，融冰过程可以作为冷库和空调冷源，充分利用能量；
(8)节约了湿法脱硫的用药量，节约了干法脱硫的热负荷；
(9)澄清池和干燥床出口的污泥可以作为石灰等副产物的原材料。
附图说明
图1是本发明的连接结构示意图。
图中：1工质泵Ⅰ；2冷渣机；3发生器；4精馏塔；5冷凝器；6节流器Ⅰ；7节流器Ⅱ；8结冰器；9除冰器；10融冰升温槽Ⅰ；11空调Ⅰ；12澄清池；13加药池；14空调Ⅱ；15融冰升温槽Ⅱ；16浓缩池；17吸收器；18调质池；19干燥床；20工质泵Ⅱ；21工质泵Ⅲ。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
如图1所示，本发明所述的利用煤渣余热制冷及脱硫废水处理系统包括冷渣机2、制冷子系统、结冰子系统、湿法脱硫子系统和干法脱硫子系统。制冷子系统和结冰子系统均与冷渣机2连接，且使用冷渣机2作为热源。结冰子系统包括结冰器8和除冰器9，结冰子系统通过结冰器8与制冷子系统连接。结冰子系统通过除冰器9与湿法脱硫子系统、干法脱硫子系统连接，在除冰器9内实现晶胞与枝晶的分离，其中的晶胞部分作为浓缩的脱硫废水流向热法脱硫子系统，枝晶部分作为稀释的脱硫废水流向湿法脱硫子系统。
冷渣机2内设有两个加热管路，加热管路内设有导热工质，加热管路主要用于吸收冷渣机2内的热量。制冷子系统包括工质泵Ⅰ1、发生器3、精馏塔4、冷凝器5、节流器Ⅰ6、节流器Ⅱ7、结冰器8、吸收器17和工质泵Ⅱ20，冷渣机2内的第一加热管路、工质泵Ⅰ1与发生器3内的换热管组成循环管路。工质泵Ⅰ1将被冷渣机2加热后的导热油或水等工质泵出，并输送至发生器3，对发生器3内的混合工质进行加热。发生器3的出口通过连接管路与精馏塔4的进口连接，发生器3内的吸收式工质对吸收热量后，形成的气液混合态的工质进入精馏塔4内。精馏塔4通过降温精馏使气态工质和液态工质分离，精馏塔4的出气口通过连接管路与冷凝器5连接，气态近似纯工质的制冷剂进入冷凝器5内，精馏塔4的出液口通过连接管路与节流器Ⅰ6连接，低制冷剂浓度的液态吸收式工质流入节流器Ⅰ6内。冷凝器5的出口通过连接管路与节流器Ⅱ7的进口连接，节流器Ⅱ7的出口通过连接管路与吸收器17连接，节流器Ⅱ7与吸收器17的部分连接管路位于结冰器8内。气态制冷剂流入冷凝器5后，由冷凝器5内的制冷工质冷凝为液态制冷剂或者含液率较高的制冷剂，流入节流器Ⅱ7后，经过节流器Ⅱ7降压后成为近似纯工质气液混合态低温制冷剂，并流入结冰器8内。本发明中，精馏塔4也可以由气液分离器、膜分离装置等其他可实现气液分离的装置代替。冷凝器5所采用的制冷工质包括但不限于高浓度制冷剂、纯制冷剂工质、或其他在吸收式循环中被用作为制冷剂作用而受热解析的单工质或者共沸非共沸工质等组合工质。
结冰器8上设有进口和出口，脱硫废水通过进口流入结冰器8内，结冰器8的出口通过连接管路与除冰器9的进口连接。在结冰器8内，脱硫废水与制冷子系统的循环介质传热不传质，即制冷系统内的近似纯工质气液混合态低温制冷剂吸收脱硫废水的热量，向气态转化，并流入吸收器17内，而脱硫废水温度降低结冰并输送至除冰器9内。
节流器Ⅰ6的出液口通过连接管路与吸收器17连接，从发生器3流出的低制冷剂浓度的液态吸收式工质经节流器Ⅰ6降压节流后，流入吸收器17内，并与从结冰器8流出的被加热的近似纯工质制冷剂汇和，在外界降温作用下进行吸收过程，形成高制冷剂浓度液态吸收式工质。吸收器17可以使用但不限于空气风冷，循环水水冷及海水冷却等方法进行冷却。吸收器17的出口通过连接管路与发生器3的进口连接，吸收器17与发生器3的连接管路上设有工质泵Ⅱ20，高制冷剂浓度液态吸收式工质经工质泵Ⅱ20加压后输送至发生器3内，完成制冷剂在制冷子系统中的循环。
工质泵Ⅱ20与发生器3之间的连接管路和精馏塔4与节流器Ⅰ6之间的连接管路可以设置在换热器内。在换热器内，由工质泵Ⅱ20流动至发生器3的高制冷剂浓度工质可以被由精馏塔4流至节流器Ⅰ6的低制冷剂浓度工质加热，以提高循环的热效率。
制冷子系统中的吸收式工质对包括但不限于溴化锂-水、氨-水、溴化锂-氨-水、DMAC-R124A,DMAC-R134等各类制冷剂和吸收式的组合。节流器Ⅰ6和节流器Ⅱ7包括但不限于节流管、节流阀等可实现降压的装置。
结冰子系统还包括融冰升温槽Ⅰ10、空调Ⅰ11、空调Ⅱ14和融冰升温槽Ⅱ15，空调Ⅰ11设置在融冰升温槽Ⅰ10内，空调Ⅱ14设置在融冰升温槽Ⅱ15。除冰器9的第一出口通过连接管路与融冰升温槽Ⅰ10连接，融冰升温槽Ⅰ10的出口通过连接管路与湿法脱硫子系统连接。除冰器9的第二出口通过连接管路与融冰升温槽Ⅱ15连接，融冰升温槽Ⅱ15的出口通过连接管路与干法脱硫子系统连接。
脱硫废水从外界输运至结冰器8内，由于脱硫废水的温度高于制冷子循环中近似纯工质气液混合态低温制冷剂的温度，因此脱硫废水温度降低开始进行结冰。结冰后得到的物质输送至除冰机9中，除冰机9中对晶胞与枝晶进行分离，分离后得到的晶胞部分流向融冰升温槽Ⅱ15，在融冰升温槽Ⅱ15内，晶胞与空调Ⅱ14进行换热，晶胞升温融化为浓缩脱硫废水流向干法脱硫子系统。分离后得到的枝晶输运至融冰升温槽Ⅰ10中，在融冰升温槽Ⅰ10内，枝晶与空调Ⅰ11进行换热，枝晶升温融化为低浓度废水，流向湿法脱硫子系统。除冰机9分离晶胞与枝晶的方法包括但不限于机械除冰、暖风除冰、共振除冰、电磁除冰等各种利用根部晶胞和枝晶物理、几何、化学、力学、电磁学、光学等性质差异的分离方法。空调Ⅰ11和空调Ⅱ14可使用但不限于直接吹空气与冰换热的方式、以乙二醇/乙二醇水溶液/导热油等工质取热再利用方式、冰水混合物流动换热方式、直接导热方式等换热手段对目标环境/物体进行降温/保冷/相变蓄能。
本实施例中的结冰子系统为一级结冰子系统，而本发明中，结冰子系统也可以为多级结冰系统，包括但不限于对高浓度废水/低浓度废水再次进入新一级结冰器中，且再次除冰-分离-溶解。当结冰子系统为N级结冰子系统，其中第1级结冰子系统至第N-1级结冰子系统中，融冰升温槽Ⅰ和融冰升温槽Ⅱ融化得到的废水混合后流至下一级结冰子系统的结冰器8中，第N级结冰子系统中的融冰升温槽Ⅰ与湿法脱硫子系统连接，融冰升温槽Ⅱ与干法脱硫子系统连接。
湿法脱离子系统包括澄清池12和加药池13，加药池13的进口通过连接管路与融冰升温槽Ⅰ10连接，加药池13的出口通过连接管路与澄清池12的进口连接，澄清池12的底部设有处理水出口和污泥出口。低浓度脱硫废水从融冰升温槽Ⅰ10流向加药池13，经过加药池内的化学试剂处理后，输送至澄清池12内，在澄清池中，处理水流出，污泥进入再加工或堆放环节。处理水可重新进入结冰器8进行喷淋，加速结冰过程；也可进入吸收器17内进行换热。
加药池13内添加的化学试剂包括但不限于有机硫化物、FeClSO4,PAM等。加药池13包含但不限于中和箱、沉降箱、絮凝箱、溢流坑、污泥泵等实现含硫废水凝固功能的装置和装置组合。
干法脱离子系统包括浓缩池16、调质池18、干燥床19和工质泵Ⅲ21，浓缩池16的进口通过连接管路与融冰升温槽Ⅱ的出口连接，浓缩池16的出口通过连接管路与调质池18的进口连接，调质池18的出口通过连接管路与干燥床19的进口连接，干燥床19的底部设有水蒸汽出口和污泥出口。浓缩池16和干燥床19内均设有换热管，冷渣机2内的第二加热管路、工质泵Ⅲ21、浓缩池16内的换热管和干燥床19内的换热管组成循环管路。工质泵Ⅲ21将被冷渣机2加热后的导热油或水等工质泵出，并依次输送至干燥床19和浓缩池16内。
浓缩脱硫废水先进入浓缩池16内，工质泵Ⅲ21取出的煤渣余热使浓缩池16的温度上升，对浓缩脱硫废水进行再次浓缩，超高浓度的脱硫废水流入调质池18中，在调质池18内包括但不限于使用消石灰进行调制，调质池18的结构包括但不限于输送泵、调制箱、调制澄清池、调制清液箱等，超高浓度的脱硫废水在调质池18内实现部分沉淀。从调制池8流出的含固废液流向干燥床19。在干燥床19内，利用工质泵Ⅲ21取出的煤渣余热对含固废液进行加热，使含固废液脱水，脱水后产生水蒸汽和污泥，水蒸汽通过水蒸汽出口排出，可用于制冷循环的热源、及在冷凝后进入脱硫系统中进行循环等，实现物料的内循环。污泥通过污泥出口排出，污泥可用于再次开发，如石灰，水泥，肥料，建筑材料或其他工业产品等。浓缩池16和干燥床19内也可以使用其他热源。
该处理系统中，对煤渣热量进行梯级利用：一方面，煤渣加热出温度较高的导热油，经过工质泵Ⅲ21的作用流入干法脱硫工艺；另一方面，剩余热量通过工质泵Ⅰ1流向发生器3，驱动吸收式制冷循环。制冷子系统产生的冷能用于结冰器内溶液的结冰，结冰器输出的晶体冷能在融冰升温槽中进一步利用，降低融冰升温槽内的环境温度，作为冷库热源或者低温空调使用，具有良好的经济性。
以上对本发明所提供的利用煤渣余热制冷及脱硫废水处理系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种利用煤渣余热制冷及脱硫废水处理系统，其特征在于：包括冷渣机(2)、制冷子系统、结冰子系统、湿法脱硫子系统和干法脱硫子系统，制冷子系统和结冰子系统均与冷渣机(2)连接，且使用冷渣机(2)作为热源，结冰子系统包括结冰器(8)和除冰器(9)，结冰子系统通过结冰器(8)与制冷子系统连接，结冰子系统通过除冰器(9)与湿法脱硫子系统、干法脱硫子系统连接；
所述制冷子系统包括工质泵Ⅰ(1)、发生器(3)、精馏塔(4)、冷凝器(5)、节流器Ⅰ(6)、节流器Ⅱ(7)、结冰器(8)、吸收器(17)和工质泵Ⅱ(20)，冷渣机(2)内的第一加热管路、工质泵Ⅰ(1)与发生器(3)内的换热管组成循环管路，发生器(3)的出口与气液分离装置的进口连接，气液分离装置的出气口与冷凝器(5)连接，气液分离装置的出液口与节流器Ⅰ(6)连接，冷凝器(5)的出口与节流器Ⅱ(7)的进口连接，节流器Ⅱ(7)的出口与吸收器(17)连接，节流器Ⅱ(7)与吸收器(17)之间的连接管路位于结冰器(8)内，节流器Ⅰ(6)的出液口与吸收器(17)连接，吸收器(17)的出口与发生器(3)的进口连接，吸收器(17)与发生器(3)的连接管路上设有工质泵Ⅱ(20)；
结冰子系统还包括融冰升温槽Ⅰ(10)、空调Ⅰ(11)、空调Ⅱ(14)和融冰升温槽Ⅱ(15)，所述结冰器(8)上设有进口和出口，脱硫废水通过进口流入结冰器(8)内，结冰器(8)的出口与除冰器(9)的进口连接，空调Ⅰ(11)设置在融冰升温槽Ⅰ(10)内，空调Ⅱ(14)设置在融冰升温槽Ⅱ(15)，除冰器(9)的第一出口与融冰升温槽Ⅰ(10)连接，融冰升温槽Ⅰ(10)的出口与湿法脱硫子系统连接，除冰器(9)的第二出口与融冰升温槽Ⅱ(15)连接，融冰升温槽Ⅱ(15)的出口与干法脱硫子系统连接。
2.根据权利要求1所述的利用煤渣余热制冷及脱硫废水处理系统，其特征在于：所述气液分离装置包括精馏塔(4)。
3.根据权利要求1所述的利用煤渣余热制冷及脱硫废水处理系统，其特征在于：所述工质泵Ⅱ(20)与发生器(3)之间的连接管路和气液分离装置与节流器Ⅰ(6)之间的连接管路设置在换热器内。
4.根据权利要求1所述的利用煤渣余热制冷及脱硫废水处理系统，其特征在于：所述制冷子系统中的吸收式工质对包括但不限于溴化锂-水、氨-水、溴化锂-氨-水、DMAC-R124A,DMAC-R134等各类制冷剂和吸收式的组合。
5.根据权利要求1所述的利用煤渣余热制冷及脱硫废水处理系统，其特征在于：所述结冰子系统为多级结冰系统，当结冰子系统为N级结冰子系统，第1级结冰子系统至第N-1级结冰子系统中，融冰升温槽Ⅰ和融冰升温槽Ⅱ融化得到的废水混合后流至下一级结冰子系统的结冰器中，第N级结冰子系统中的融冰升温槽Ⅰ与湿法脱硫子系统连接，融冰升温槽Ⅱ与干法脱硫子系统连接。
6.根据权利要求1所述的利用煤渣余热制冷及脱硫废水处理系统，其特征在于：所述湿法脱离子系统包括澄清池(12)和加药池(13)，加药池(13)的进口与融冰升温槽Ⅰ(10)连接，加药池(13)的出口与澄清池(12)的进口连接，澄清池(12)的底部设有处理水出口和污泥出口。
7.根据权利要求1所述的利用煤渣余热制冷及脱硫废水处理系统，其特征在于：所述干法脱离子系统包括浓缩池(16)、调质池(18)、干燥床(19)和工质泵Ⅲ(21)，浓缩池(16)的与融冰升温槽Ⅱ的出口连接，浓缩池(16)的出口与调质池(18)的进口连接，调质池(18)的出口与干燥床(19)的进口连接，干燥床(19)的底部设有水蒸汽出口和污泥出口。
8.根据权利要求1所述的利用煤渣余热制冷及脱硫废水处理系统，其特征在于：所述浓缩池(16)和干燥床(19)内均设有换热管，冷渣机(2)内的第二加热管路、工质泵Ⅲ(21)、浓缩池(16)内的换热管和干燥床(19)内的换热管组成循环管路。
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