CN113091082A - 一种烟气余热及水分回收利用的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种烟气余热及水分回收利用的系统，包括：膜冷凝器和吸收式热泵循环系统，与所述膜冷凝器连接，并利用经过所述膜冷凝器后的烟气作为热源。根据本发明的实施方式，吸收式热泵循环系统通过利用烟气自身余热形成循环，无需额外热量对低温烟气进行加热，实现了从高温烟气处吸热，向低温烟气处放热的自循环的目的；本发明还利用膜冷凝器回收烟气中的水分，回收水不仅干净且可补充锅炉用水，实现了水资源的循环再利用，回收水还可在冷凝器处被加热，减少回收水升温所需加热热量，降低锅炉能耗；吸收式热泵循环系统与膜冷凝器有机结合，充分利用两者优点进行互补，实现能量的梯级利用和湿烟气的水热回收。

Description

一种烟气余热及水分回收利用的系统
技术领域
本发明涉及节水节能领域，尤其涉及一种烟气余热及水分回收利用的系统。
背景技术
火电厂经过脱硫塔后烟气温度相对较低，采用先冷凝后加热的方法实现烟气水蒸气回收利用时，由于烟气余热能量的品质相对较低，因此，回收的能量深度利用空间较小，烟气升温时需耗费大量高品质热源，回收过程中产生的冷凝水与烟气接触使其品质较差，若要充分利用该部分水资源，需进一步加工处理。单独采用膜冷凝技术回收烟气水分与余热时，其回收水温度提升有限，不能进行有效的余热利用，而且回收水水量根据烟气量的变化波动较大，不能有效的单独控制。采用热泵方法回收烟气水分及余热时，常用来加热烟气或从烟气中吸收热量，但对烟气在不同位置处的温度差值不能有效充分利用，造成了能量的浪费，而且系统中常采用集水器进行回收烟气中冷凝水，导致冷凝水与烟气直接接触会，从而回收水品质较差。
为了克服上述现有技术的缺点，本发明结合上述技术的优点提供一种火电厂锅炉烟气余热及水分高效回收利用系统，该系统结合了传统冷凝法、第二类吸收式热泵技术及膜冷凝技术的优点，可充分利用烟气余热，高效回收烟气系统的热量；在不使用额外高品质能量的情况下，提高排烟温度，通过回收高品质冷却水，可有效减少电厂补充用水量，解决了烟气余热利用过程中换热效率低，回收水品质差、参数调节复杂，设备运行费用高，“消白”效果差及排烟温度低的问题，对节能减排有重要意义。
背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种改进的可用于火电厂锅炉烟气余热及水分回收利用的技术方案。
在一个方面，提供一种烟气余热及水分回收利用的系统，包括：
膜冷凝器；以及
吸收式热泵循环系统，与所述膜冷凝器连接，并利用经过所述膜冷凝器后的烟气作为热源。
在一个实施例中，所述吸收式热泵循环系统包括：蒸发器、吸收器、热交换器、溶液泵、再生器和冷凝器；所述蒸发器和所述再生器均与所述吸收器连接，所述热交换器分别与所述再生器和所述吸收器连接，所述热交换器与所述再生器之间还设置有溶液泵。
在一个实施例中，所述吸收式热泵循环系统还包括：节流阀，在所述热交换器和所述再生器之间、所述蒸发器和所述冷凝器之间均设置有节流阀。
在一个实施例中，所述膜冷凝器包括多个膜片，所述膜片上设置有孔通道。
在一个实施例中，所述膜片包括：依次排列的分离层、支撑层和结构层，所述分离层、所述支撑层和所述结构层上均有孔通道。
在一个实施例中，膜片与膜片之间以串联方式连接。
在一个实施例中，所述分离层上的孔径为10-200nm。
在一个实施例中，所述膜片的内部的压力低于所述膜片的外部的压力。
在一个实施例中，所述膜片的内部为0.01-0.1Mpa的真空度。
在一个实施例中，所述再生器中包括溴化锂-水溶液。
根据本发明的实施方式，吸收式热泵循环系统通过利用烟气自身余热形成循环，无需额外热量对低温烟气进行加热，实现了从高温烟气处吸热，向低温烟气处放热的自循环的目的；本发明还利用膜冷凝器回收烟气中的水分，回收水不仅干净且可补充锅炉用水，实现了水资源的循环再利用，回收水还可在冷凝器处被加热，减少回收水升温所需加热热量，降低锅炉能耗；吸收式热泵循环系统与膜冷凝器有机结合，充分利用两者优点进行互补，实现能量的梯级利用和湿烟气的水热回收。
附图说明
构成本发明的一部分的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。在附图中：
图1示出了根据本发明一个实施例的一种烟气余热及水分回收利用的系统结构示意图；
图2示出了根据本发明一个实施例的膜冷凝器结构示意图；以及
图3示出了根据本发明一个实施例的膜片结构示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置或元件必须具有特定的方位、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。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或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中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合图1-图3详细介绍本发明的实施例。
图1示出了根据本发明一个实施例的一种烟气余热及水分回收利用的系统100结构示意图。如图1所示，烟气余热及水分回收利用的系统100，包括：膜冷凝器1和与所述膜冷凝器1连接的吸收式热泵循环系统101，吸收式热泵循环系统101利用经过所述膜冷凝器1后的烟气作为热源。
吸收式热泵循环系统101包括：蒸发器2、吸收器3、热交换器4、溶液泵6、再生器7和冷凝器8；所述蒸发器2和所述再生器7均与所述吸收器3连接，所述热交换器4分别与所述再生器7和所述吸收器3连接，所述热交换器4与所述再生器7之间还设置有溶液泵6。
吸收式热泵循环系统101还包括：节流阀5，在所述热交换器4和所述再生器7之间、所述蒸发器2和所述冷凝器8之间均设置有节流阀5。节流阀5用于控制管路内的流体或者气体的流量大小。
在烟气系统中，高温湿烟气经过除湿、降温、再加热后排出烟囱11。高温湿烟气由烟道出口流向烟囱11的过程中，首先经膜冷凝器1除湿例如预设对烟气的除湿效率为20-40％，烟气经过膜冷凝器1除湿后变为不饱和状态的烟气；不饱和状态的烟气被分为两部分，一部分烟气经过蒸发器2，作为蒸发器2的加热热源并与蒸发器2换热后降温；另一部分烟气经过再生器7，作为再生器7的驱动热源并与再生器7换热后降温。经蒸发器2和再生器7换热降温后的两部分烟气合并后流向吸收器3，换热降温后的烟气经吸收器3加热后温度升高例如升高至80-100℃，温度升高后的烟气最后经过烟囱11排入大气。此过程中膜冷凝器1将烟气中水蒸气进行去除，因此在烟气降温的过程中不会或有较少的水蒸气冷凝析出。
图2示出了根据本发明一个实施例的膜冷凝器1结构示意图，如图2所示，膜片15内部为流动的冷却水，膜片15外部为高湿烟气。高湿烟气通过膜片15表面时，通过膜片15的毛细冷凝机理和膜片15表面扩散传质特性，在膜内15外压差的作用下，实现液、汽分离，最终烟气余热及水分实现回收。膜冷凝器1包括多个膜片15，膜片15上设置有孔通道。膜片15的内部的压力低于膜片15外部的压力，于是膜片15的内部相对于外部形成了负压，使得在膜片15外部流动的烟气中的水分被“吸入”膜片15中。膜冷凝器1利用膜片15的毛细冷凝特性及表面扩散传质特性，以及膜片15内部和外部的压差作用，实现了烟气的液、汽分离，以及对烟气中水分及余热的高效回收。优选的，膜片15的内部为0.01-0.1Mpa的真空度。
图3示出了根据本发明一个实施例的膜片15结构示意图，如图3所示，膜片15包括：分离层12、支撑层13和结构层14，分离层12、支撑层13和结构层14上均有孔通道。优选的，膜片与膜片之间以串联方式连接。
膜片15内均匀流动着冷却水，烟气经过膜片15表面时，烟气中水蒸气一方面遇到温度较低的膜片15发生冷凝，另一方面通过膜片15表面微小孔径发生毛细冷凝作用凝聚成微小液滴，由于膜片15内部和外部存在压差例如膜片15内保持一定的负压值，再结合膜片15的高透水性，膜片15表面冷凝的液滴迅速渗透到膜片15内部，随着冷凝的不断发生，膜片15表面的微孔内逐渐被冷凝液滴充满，并持续向膜片15内部渗透形成冷凝水。回收烟气过程中，伴随着烟气中的水分在膜片15表面冷凝形成液滴并向膜片15内部的渗透和转移，同时膜片15内部流动着循环冷却水，所以烟气中的一部分热量也通过热质交换转移到了膜片15内部的冷却水中，从而实现了烟气中水分和热量的回收。
在传输过程中，由于膜片15的多孔通道中充满了烟气中可凝性气体水蒸气，因此阻止了不凝性气体的通过，保持了良好的回收水品质。在回收烟气过程中，分离层12是实现水分回收的关键，因此优选的，分离层12上的孔径大小为10-200nm。
吸收式热泵循环系统101利用经过膜冷凝器1除湿后的烟气例如70℃-90℃的中温烟气，作为蒸发器2与再生器7的热源，再生器7吸收烟气的热量后，再生器7中的制冷剂蒸发，制冷剂经过冷凝器8，与流经冷凝器8的冷却水进行热交换后，再经过节流阀9进入到蒸发器2中；制冷剂在蒸发器2中吸收烟气的热量后进入吸收器3中，制冷剂在吸收器3中与烟气进行热交换，制冷剂释放热量加热低温的烟气后降温冷凝，并与吸收器3中的吸收剂(例如溴化锂浓溶液)混合；吸收器3中混合后的制冷剂和吸收剂经过热交换器4后，再输送至再生器7；再生器7吸收烟气热量后，制冷剂蒸发流向冷凝器8，吸收剂则通过溶液泵6和热交换器4后回到吸收器3中。如此循环往复，完成吸收式热泵由温度较高的烟气吸热再向冷却水及温度较低的烟气放热的循环过程。
在一些实施例中，再生器7中有溴化锂-水溶液。再生器7吸收烟气的热量后，再生器7中的制冷剂从溴化锂-水溶液中受热析出，析出的制冷剂流向冷凝器8。
在一些实施例中，吸收式热泵循环系统101中的蒸发器2与发生器7以经膜冷凝器1除湿后的70-90℃中温烟气作为热源；膜冷凝器1中凝结出来冷凝水与冷却水混合后形成混合后的冷却水，冷凝器8采用15-30℃混合后的冷却水作为低温换热热源；在吸收器3中对低温烟气进行加热后，可以使烟气温度上升10-30℃。
吸收式热泵循环系统101充分利用了第二类吸收式热泵的特性，第二类吸收式热泵也称升温型热泵，利用大量的中温热源产生少量的高温有用热源。即利用中低温热能驱动，用大量中温热源和低温热源的热势差，制取热量少于但温度高于中温热源的热量，将部分中低热能转移到更高温位，从而提高了热源的利用品位。本发明的实施例中以大量中温烟气例如70℃-90℃的烟气作为蒸发器2的加热热源和再生器7的驱动热源，通过吸收器3产生部分高温热源对低温烟气进行加热，过程中无外来高品质热源的辅助，实现了吸收式热泵循环系统101在高温烟气处吸热，在低温处放热的循环过程，充分利用烟气的余热，减少了烟气排放过程中烟羽的生成。
经过在膜冷凝器1处回收烟气的水分及余热后的冷却水，与来自另一管路的补充冷却水混合，混合后流向冷凝器8，在冷凝器8中吸收热量后温度上升例如上升5-15℃后进入锅炉系统补水。在补充冷却水管路上以及流向膜冷凝器1的冷却水的管路上，均设置有调节阀10。所以与冷凝器8进行热交换的水量可以根据进入膜冷凝器1冷却水及补充冷却水量调整，进而满足补充锅炉用水的温度及流量要求。
根据本发明的实施方式，采用吸收式热泵技术和膜冷凝技术相结合，实现烟气水分及余热的高效回收利用。吸收式热泵循环系统101通过利用中温烟气热量作为再生器7的驱动热源和蒸发器2的加热热源，再利用吸收器3放热来作为低温不饱和烟气的加热热源，并且利用冷凝器8来加热冷却水，充分利用了烟气自身余热形成循环，无需额外热量对低温烟气进行加热，实现了从高温烟气处吸热，向低温烟气处放热的自循环的目的；
本发明还利用膜冷凝器1回收烟气中的水分，回收水较为洁净，且回收水经过冷凝器8加热后，能够补充锅炉用水，实现了水资源的再循环利用，减少回收水升温所需加热热量，降低锅炉能耗。
本发明通过吸收式热泵循环系统101与膜冷凝器1的有机结合，充分利用两者优点进行互补，实现能量的梯级利用和湿烟气的水热回收。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
最后应说明的是：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，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)

1.一种烟气余热及水分回收利用的系统，其特征在于，包括：
膜冷凝器；以及
吸收式热泵循环系统，与所述膜冷凝器连接，并利用经过所述膜冷凝器后的烟气作为热源。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述吸收式热泵循环系统包括：蒸发器、吸收器、热交换器、溶液泵、再生器和冷凝器；所述蒸发器和所述再生器均与所述吸收器连接，所述热交换器分别与所述再生器和所述吸收器连接，所述热交换器与所述再生器之间还设置有溶液泵。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述吸收式热泵循环系统还包括：节流阀，在所述热交换器和所述再生器之间、所述蒸发器和所述冷凝器之间均设置有节流阀。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述膜冷凝器包括多个膜片，所述膜片上设置有孔通道。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述膜片包括：依次排列的分离层、支撑层和结构层，所述分离层、所述支撑层和所述结构层上均有孔通道。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，膜片与膜片之间以串联方式连接。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述分离层上的孔径为10-200nm。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的系统，其特征在于，所述膜片的内部的压力低于所述膜片的外部的压力。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述膜片的内部为0.01-0.1Mpa的真空度。
10.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述再生器中包括溴化锂-水溶液。
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