CN112791579B - 一种脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统及工艺，包括湿法脱硫塔、多级闪蒸装置、多个热泵装置；多级闪蒸装置内由上至下依次设置n级闪蒸区，每级闪蒸区内均设置闪蒸喷淋层和闪蒸浆液池，每级闪蒸区的饱和蒸汽出口设置闪蒸喷淋层上方的侧壁，上面一级闪蒸区的闪蒸浆液池出口与下面一级闪蒸区的闪蒸喷淋层进口连接；湿法脱硫塔的浆液池出口连接多级闪蒸装置的脱硫浆液进口，多级闪蒸装置的脱硫浆液出口连接湿法脱硫塔的喷淋层进口，每级闪蒸区均对应一个热泵装置，每级闪蒸区的饱和蒸汽出口与一个热泵装置的低温区进口连接，热泵装置的高温区出口连接热网进口。本发明能够提高热泵COP，降低驱动蒸汽用量，从而增加节能效果。

Description

一种脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统及工艺
技术领域
本发明涉及能源与环境领域，具体涉及一种脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统及工艺。
背景技术
公开该背景技术部分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。
随着城市建设速度的加快，对于城市供热的需求也在不断的增加。热电联产机组及大吨位锅炉具有节约燃料和减少环境污染的特点，在未来将成为主要的集中供热主体。利用余热增加供热面积，不影响机组运行，是一种可靠的供热方式。锅炉系统的各项热损失中，排烟损失占总损失的50％以上，约占燃煤低位发热量的8％。绝大多数燃煤电厂采用湿法脱硫工艺，脱硫过程中大量水分蒸发进入烟气，脱硫后烟气呈饱和状态，大部分烟气显热转换为水蒸气潜热，尾部排放的水蒸汽及低温余热是燃煤电厂水资源和能量消耗的重要组成部分。但由于脱硫后烟气温度较低，难以直接利用。若将此部分热量提取用于供热，不影响机组正常运行的前提下提升机组供热能力，经济效益巨大。
目前针对脱硫后烟气余热回收的技术可以分为直接冷凝和间接冷凝，配合热泵提质技术，将余热回收用于供热。但根据发明人研究发现，二者均需在脱硫后烟道中设置相应的换热装置，一方面受场地限制，另一方面会增加引风机负荷，导致很多电厂无法应用。
发明内容
为了解决现有技术的不足，发明人在湿法烟气脱硫系统的基础上添加真空闪蒸系统和热泵系统，能够利用脱硫浆液中的余热进行回收供热，但是经过进一步研究发现，该方法热泵COP较低，需要的驱动蒸汽用量较高，节能效果较差。因而本发明的目的是提供一种脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统及工艺，能够提高热泵COP，降低驱动蒸汽用量，从而增加节能效果。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一方面，一种脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统，包括湿法脱硫塔、多级闪蒸装置、多个热泵装置；
所述多级闪蒸装置内由上至下依次设置n级闪蒸区，n≥2，每级闪蒸区内均设置闪蒸喷淋层和闪蒸浆液池，每级闪蒸区的饱和蒸汽出口设置闪蒸喷淋层上方的侧壁，上面一级闪蒸区的闪蒸浆液池出口与下面一级闪蒸区的闪蒸喷淋层进口连接，最上面一级闪蒸区的闪蒸喷淋层进口为多级闪蒸装置的脱硫浆液进口，最下面一级闪蒸区的闪蒸浆液池出口为多级闪蒸装置的脱硫浆液出口；
湿法脱硫塔的浆液池出口连接多级闪蒸装置的脱硫浆液进口，多级闪蒸装置的脱硫浆液出口连接湿法脱硫塔的喷淋层进口，每级闪蒸区均对应一个热泵装置，每级闪蒸区的饱和蒸汽出口与一个热泵装置的低温区进口连接，热泵装置的高温区出口连接热网进口、炉前煤干燥器和/或脱硫烟气再热器。
另一方面，一种脱硫浆液多级闪蒸余热利用的工艺，提供上述系统；
将湿法脱硫塔的50～55℃的浆液进入至多级闪蒸装置进行多级闪蒸，多级闪蒸的绝对压力依次递减，每个热泵装置利用每级闪蒸的饱和蒸汽进行提质产生热水，产生的热水输送至热网、对炉前煤干燥或对脱硫后烟气进行加热，最后一级闪蒸产生的浆液输送至湿法脱硫塔的喷淋层进行喷淋脱硫。
通过本发明的工艺，可利用多级闪蒸系统提取脱硫浆液热量，在节能节水的基础上提高脱硫效率和除尘效率。
本发明的有益效果为：
(1)本发明通过多级真空闪蒸和热交换把循环浆液中的热量提取出来可以用于供暖，达到节能目的，供热收益可观；
(2)本发明部分浆液抽出后堆积闪蒸，循环浆液温度降低，吸收塔内烟气温度进一步降低，进一步提高SO2在浆液中的溶解度，从而提高吸收塔内SO2吸收效率。
(3)本发明使烟气温度降低，烟气中的水蒸汽凝结，可减少工艺用水的供应，同时闪蒸蒸汽经过换热后凝结为水，可用于电厂的工艺用水，达到显著的节水效果。
(4)本发明不在原有烟道中增加任何换热器、喷淋塔等装置，不增加引风机负荷。
(5)本发明不受脱硫塔周围空间限制，闪蒸塔位置灵活，可放置于脱硫塔和换热器之间的任何地方。
(6)本发明将脱硫浆液多级闪蒸，相比一次蒸发，蒸汽体积减小，可利用的蒸汽温度高，提高热泵系统COP的同时降低投资。
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1的基于脱硫浆液真空闪蒸取热供热的系统的结构示意图；
其中，1-脱硫塔，2-脱硫塔上层喷淋层，3-闪蒸前浆液循环泵，4-三级闪蒸装置，5-闪蒸后浆液循环泵，6-一级闪蒸除雾器，7-一级闪蒸水洗涤装置，8-一级闪蒸喷淋层，9-一级闪蒸热泵系统，10-一级闪蒸真空泵，11-二级闪蒸除雾器，12-二级闪蒸水洗涤装置，13-二级闪蒸喷淋层，14-二级闪蒸热泵系统，15-二级闪蒸真空泵，16-三级闪蒸除雾器，17-三级闪蒸水洗涤装置，18-三级闪蒸喷淋层，19-三级闪蒸热泵系统，20-三级闪蒸真空泵。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文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，这里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。
鉴于现有脱硫后烟气余热回收技术存在需要在烟道内设置换热装置、增加引风机负荷的问题，本发明提出了一种脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统及工艺。
本发明的一种典型实施方式，提供了一种脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统，包括湿法脱硫塔、多级闪蒸装置、多个热泵装置；
所述多级闪蒸装置内由上至下依次设置n级闪蒸区，n≥2，每级闪蒸区内均设置闪蒸喷淋层和闪蒸浆液池，每级闪蒸区的饱和蒸汽出口设置闪蒸喷淋层上方的侧壁，上面一级闪蒸区的闪蒸浆液池出口与下面一级闪蒸区的闪蒸喷淋层进口连接，最上面一级闪蒸区的闪蒸喷淋层进口为多级闪蒸装置的脱硫浆液进口，最下面一级闪蒸区的闪蒸浆液池出口为多级闪蒸装置的脱硫浆液出口；
湿法脱硫塔的浆液池出口连接多级闪蒸装置的脱硫浆液进口，多级闪蒸装置的脱硫浆液出口连接湿法脱硫塔的喷淋层进口，每级闪蒸区均对应一个热泵装置，每级闪蒸区的饱和蒸汽出口与一个热泵装置的低温区进口连接，热泵装置的高温区出口连接热网进口。
本发明在湿法烟气脱硫系统的基础上增加多级闪蒸装置和多个热泵。抽取部分脱硫浆液加入到多级闪蒸装置，浆液多级闪蒸降温后送回脱硫塔最上一层喷淋塔进行喷淋脱硫，吸收烟气的热量，降低排烟温度。高温闪蒸区的浓缩液逐级进入低温闪蒸区，各级闪蒸的蒸汽热量通过热泵系统吸收，获得高温热水，对外供热。闪蒸蒸汽冷凝，获得净化水。由于脱硫塔排烟温度的降低，导致烟气中水分的冷凝，降低了脱硫系统的耗水量。
热泵装置中的低温区对蒸汽的热量进行吸收，使蒸汽冷却形成冷凝水，在高温区释放热量进行加热，从而实现蒸汽的热能提质。
本发明中上级闪蒸后的浆液可通过两级间的压力差自流进入下一级闪蒸喷淋，降低能耗。
该实施方式的一些实施例中，湿法脱硫塔的喷淋层设置至少两层，湿法脱硫塔的最上层喷淋层的进口连接多级闪蒸装置的脱硫浆液出口，湿法脱硫塔的其他层喷淋层进口连接湿法脱硫塔的浆液池出口。
在一种或多种实施例中，湿法脱硫塔的其他层喷淋层进口与湿法脱硫塔的浆液池出口之间的连接管线安装脱硫浆液循环泵。
该实施方式的一些实施例中，湿法脱硫塔的浆液池出口与多级闪蒸装置的脱硫浆液进口之间的连接管线安装闪蒸前浆液循环泵。
该实施方式的一些实施例中，多级闪蒸装置的脱硫浆液出口与湿法脱硫塔的喷淋层进口之间的连接管线安装闪蒸后浆液循环泵。
该实施方式的一些实施例中，每级闪蒸区的饱和蒸汽出口均连接真空装置。所述真空装置为真空泵、射水抽气泵或蒸汽压缩机等。
该实施方式的一些实施例中，每级闪蒸区内，饱和蒸汽出口与闪蒸喷淋层之间设置除雾层。除雾层可以为板式除雾器或水幕喷淋装置与板式除雾器的组合。
在一种或多种实施例中，闪蒸喷淋层与除雾层之间设置闪蒸水洗涤装置。
本发明的另一种实施方式，提供了一种脱硫浆液多级闪蒸余热利用的工艺，提供上述系统；
将湿法脱硫塔的50～55℃的浆液进入至多级闪蒸装置进行多级闪蒸，多级闪蒸的绝对压力依次递减，每个热泵装置利用每级闪蒸的饱和蒸汽进行提质产生热水，产生的热水输送至热网，最后一级闪蒸产生的浆液输送至湿法脱硫塔的喷淋层进行喷淋脱硫。
该实施方式的一些实施例中，每级闪蒸的压力进行单独控制。
该实施方式的一些实施例中，第一级闪蒸的绝对压力为9～13kPa。
该实施方式的一些实施例中，第二级闪蒸的绝对压力为6～11kPa。
该实施方式的一些实施例中，最后一级闪蒸的绝对压力为5～9kPa。
该实施方式的一些实施例中，每级闪蒸的饱和蒸汽进行提质后产生冷凝水作为脱硫工艺水或闪蒸除雾洗涤用水。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
一种脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统，如图1所示，包括脱硫塔1、三级闪蒸装置4、三个热泵装置，在脱硫塔本体底部设置有浆液区，脱硫塔1顶部设置的除雾器，在脱硫塔1中间设置有喷淋区；脱硫塔1在浆液区的上方、喷淋区的下方设置有进烟口，脱硫塔1在除雾器的上方设置有出烟口；喷淋区沿烟气方向依次设置有多层喷淋层，脱硫塔1的浆液池与喷淋区之间设置有脱硫浆液循环泵；三级闪蒸装置4中，一级闪蒸喷淋层8与脱硫塔1的浆液池相连，一级闪蒸的浆液区与二级闪蒸喷淋层13相连，三级闪蒸的浆液区与脱硫塔上层喷淋层2相连；各级闪蒸蒸发的蒸汽与各级匹配的热泵装置相连。
脱硫塔浆液区与一级闪蒸喷淋区之间设置有闪蒸浆液循环泵。
三级级闪蒸后的浆液通过闪蒸后浆液循环泵送入脱硫塔的上层喷淋层。
各级闪蒸装置的真空度单独控制。
各级闪蒸出的蒸汽进入热泵系统，蒸汽冷凝后变为冷凝水，可作为脱硫系统工艺用水；热泵系统吸收闪蒸蒸汽热量后，产生高温热水。
各级闪蒸装置由下至上依次设置有浆液区、喷淋区和除雾区，除雾区可单独采用板式除雾。
工艺包括如下步骤：
(1)脱硫塔1浆液池中温度为45～55℃部分浆液通过闪蒸前浆液循环泵3送入一级闪蒸喷淋层8，闪蒸出的蒸汽通过一级闪蒸水洗涤装置7及一级闪蒸除雾器6后，进入一级闪蒸热泵系统9，产生高温热水。一级闪蒸通过一级闪蒸真空泵10控制绝对压力为10～13kPa。
(2)一级闪蒸后的浆液通过压力差及高度差自流进入二级闪蒸喷淋层13，闪蒸出的蒸汽通过二级闪蒸水洗涤装置12及二级闪蒸除雾器11后，进入二级闪蒸热泵系统14，产生高温热水。二级闪蒸通过二级闪蒸真空泵15控制绝对压力为7～10kPa。
(3)二级闪蒸后的浆液通过压力差及高度差自流进入三级闪蒸喷淋层18，闪蒸出的蒸汽通过三级闪蒸水洗涤装置17及二级闪蒸除雾器16后，进入二级闪蒸热泵系统19，产生高温热水。三级闪蒸通过三级闪蒸真空泵20控制绝对压力为5～7kPa。
(4)三级闪蒸后的浆液通过闪蒸后浆液循环泵5送回脱硫塔上层喷淋层2。
实施例2
与实施例1不同的地方在于闪蒸级数的不同，可依据实际情况设置两级，两级闪蒸压力分别为9～12kPa和6～9kPa。其余与实施例1相同。
实施例3
与实施例1不同的地方在于闪蒸级数的不同，可依据实际情况设置四级，四级闪蒸压力分别为11～13kPa、9～11kPa、7～9kPa和5～7kPa其余与实施例1相同。
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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (11)

1.一种脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统，其特征是，包括湿法脱硫塔、多级闪蒸装置、多个热泵装置；
所述多级闪蒸装置内由上至下依次设置n级闪蒸区，n≥2，每级闪蒸区内均设置闪蒸喷淋层和闪蒸浆液池，每级闪蒸区的饱和蒸汽出口设置在闪蒸喷淋层上方的侧壁上，上面一级闪蒸区的闪蒸浆液池出口与下面一级闪蒸区的闪蒸喷淋层进口连接，最上面一级闪蒸区的闪蒸喷淋层进口为多级闪蒸装置的脱硫浆液进口，最下面一级闪蒸区的闪蒸浆液池出口为多级闪蒸装置的脱硫浆液出口；
湿法脱硫塔的浆液池出口连接多级闪蒸装置的脱硫浆液进口，多级闪蒸装置的脱硫浆液出口连接湿法脱硫塔的喷淋层进口，每级闪蒸区均对应一个热泵装置，每级闪蒸区的饱和蒸汽出口与一个热泵装置的低温区进口连接，热泵装置的高温区出口连接热网进口；
第一级闪蒸的绝对压力为9～13kPa，第二级闪蒸的绝对压力为6～11kPa，最后一级闪蒸的绝对压力为5～9kPa。
2.如权利要求1所述的脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统，其特征是，湿法脱硫塔的喷淋层设置至少两层，湿法脱硫塔的最上层喷淋层的进口连接多级闪蒸装置的脱硫浆液出口，湿法脱硫塔的其他层喷淋层进口连接湿法脱硫塔的浆液池出口。
3.如权利要求2所述的脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统，其特征是，湿法脱硫塔的其他层喷淋层进口与湿法脱硫塔的浆液池出口之间的连接管线安装脱硫浆液循环泵。
4.如权利要求1所述的脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统，其特征是，湿法脱硫塔的浆液池出口与多级闪蒸装置的脱硫浆液进口之间的连接管线安装闪蒸前浆液循环泵。
5.如权利要求1所述的脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统，其特征是，多级闪蒸装置的脱硫浆液出口与湿法脱硫塔的喷淋层进口之间的连接管线安装闪蒸后浆液循环泵。
6.如权利要求1所述的脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统，其特征是，每级闪蒸区的饱和蒸汽出口均连接真空装置。
7.如权利要求1所述的脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统，其特征是，每级闪蒸区内，饱和蒸汽出口与闪蒸喷淋层之间设置除雾层。
8.如权利要求1所述的脱硫浆液多级闪蒸余热利用的系统，其特征是，闪蒸喷淋层与除雾层之间设置闪蒸水洗涤装置。
9.一种脱硫浆液多级闪蒸余热利用的工艺，其特征是，提供权利要求1～8任一所述的系统；
将湿法脱硫塔的50～55℃的浆液进入至多级闪蒸装置进行多级闪蒸，多级闪蒸的绝对压力依次递减，每个热泵装置利用每级闪蒸的饱和蒸汽进行提质产生热水，产生的热水输送至热网，最后一级闪蒸产生的浆液输送至湿法脱硫塔的喷淋层进行喷淋脱硫。
10.如权利要求9所述的脱硫浆液多级闪蒸余热利用的工艺，其特征是，每级闪蒸的压力进行单独控制。
11.如权利要求10所述的脱硫浆液多级闪蒸余热利用的工艺，其特征是，每级闪蒸的饱和蒸汽进行提质后产生冷凝水作为脱硫工艺水或闪蒸除雾洗涤用水。
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