CN113663466B - 一种热量综合利用的烟气净化系统及其工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热量综合利用的烟气净化系统及其工艺，其中，一种热量综合利用的烟气净化系统，包括：COAP系统，包括顺次连通的脱硫吸附塔、制冷器、脱硝吸附塔；CO2化学吸收系统，进气口与COAP系统的排气口连通；包括底部设置有再沸器的再生塔；蒸汽热量利用管路系统，包括高温蒸汽输送管，与脱硫吸附塔和/或脱硝吸附塔的再生气进气口连通；再生气排出管，一端与脱硫吸附塔和/或脱硝吸附塔的再生气出气口连通，另一端与再沸器的进气口连通；蒸汽回收管，一端与再沸器的出气口连通。本发明通过COAP系统和CO2化学吸收系统联合处理后的烟气能达到环保和双碳目标，满足烟气排空需求，并且能够使COAP系统排出的烟气的热量实现逐级利用，利用更加充分。

Description

一种热量综合利用的烟气净化系统及其工艺
技术领域
本发明涉及电厂能量回收技术领域，具体涉及一种热量综合利用的烟气净化系统及其工艺。
背景技术
低温法污染物一体化脱除技术(简称:COAP技术)是一种烟气污染物综合治理技术，该技术基于烟气低温吸附脱硝的原理，先通过脱硫吸附塔脱除SO2和残余水分，同时也吸附SO3、Hg、HCl、HF、VOCs和少量NOx；脱硫除湿后的烟气被降温至零下温区后，再进入低温脱硝吸附塔，NOx在低温下深度吸附脱除，达到面向污染物‘一体化脱除’和‘近零排放’两大目标。例如：中国专利CN110743312A中公开的一种烟气低温吸附脱硝系统及工艺，该技术是实现燃煤发电、垃圾和生物质发电、水泥钢铁等工业窑炉烟气净化的变革型技术。
利用该COAP技术在对烟气进行处理后，通常是直接将低温脱硝吸附塔处理后的烟气进行冷量回收利用后排空，但经COAP技术处理的烟气中还含有大量的CO2，从环保和双碳目标角度考虑，直接排空并不合理，无法满足烟气排空需求。
而直接采用CO2化学吸收系统对COAP技术排出的烟气进行脱碳处理时，无论是COAP技术中还是脱碳处理过程中，吸附剂都需要通过加热的方式进行解吸，且解吸所需的温度均不相同，通常做法是分别设置加热装置实现相应系统中吸附剂的解吸，导致系统设置复杂，且热量的利用率较低。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中采用COAP技术与CO2化学吸收系统联合应用时系统设置复杂且热量的利用率较低的缺陷，从而提供一种解决上述问题的一种热量综合利用的烟气净化系统及其工艺。
一种热量综合利用的烟气净化系统，包括：
COAP系统，包括顺次连通的脱硫吸附塔、制冷器、脱硝吸附塔；
CO2化学吸收系统，进气口与COAP系统的排气口连通；包括底部设置有再沸器的再生塔；
蒸汽热量利用管路系统，包括：
高温蒸汽输送管，与脱硫吸附塔和/或脱硝吸附塔的再生气进气口连通；
再生气排出管，一端与脱硫吸附塔和/或脱硝吸附塔的再生气出气口连通，另一端与再沸器的进气口连通；
蒸汽回收管，一端与再沸器的出气口连通。
所述蒸汽回收管的另一端还通过第三换热器与COAP系统排出的烟气进行换热后连接到蒸汽利用系统中。
所述蒸汽利用系统为电厂加热器或/和除氧器。
所述CO2化学吸收系统包括：
吸收塔，具有进气口、出气口、进液口和出液口；
再生塔，具有进液口和出液口，其底部设置有再沸器；
富液管，两端分别与吸收塔的出液口和再生塔的进液口连通，其上设置富液泵；
贫液管，两端分别与吸收塔的进液口和再生塔的出液口连通，其上设置有贫液泵；
第一换热器，用于富液管与贫液管之间进行热交换。
所述COAP系统还包括依次连通的空预器、除尘器、烟气冷却器；烟气冷却器的烟气出口与脱硫吸附塔的烟气入口连通。
所述烟气冷却器与脱硫吸附塔之间还设置有冷量回收器，所述冷量回收器用于脱硝吸附塔排出的烟气与烟气冷却器排出的烟气进行换热，脱硝吸附塔中排出的经过换热后的烟气通过增压风机输送到CO2化学吸收系统中；烟气冷却器排出的烟气通过冷量回收器后采用收集罐收集冷凝水后输入到脱硫吸附塔中。
所述脱硝吸附塔排出的烟气通过冷量利用管路系统利用对烟气的冷量回收后通入到CO2化学吸收系统中。
所述冷量利用管路系统包括：
第一冷量输送管路，两端分别与脱硝吸附塔的气体排出口和冷凝器的冷气进口连通；
第二换热器，用于将冷凝器排出的烟气与贫液管中贫液进行换热；
低温烟气连通管，用于将冷凝器排出的烟气输送到第二换热器中；
第二冷量输送管路，用于将通过第二换热器换热后的烟气输送到CO2化学吸收系统的进气口中。
采用上述的一种热量综合利用的烟气净化系统进行热量综合利用的工艺，包括：
高温蒸汽作为再生气先进入到脱硫吸附塔和/或脱硝吸附塔中进行吸附剂的再生，实现吸附剂再生后的蒸汽输送进入到再沸器中，为再生塔中的化学吸附液加热后输出，再沸器中输出的蒸汽再与进入到CO2化学吸收系统中的烟气进行换热后，进入后续的蒸汽利用系统。
所述高温蒸汽为温度为300-350℃的电厂汽轮机的蒸汽，吸附剂再生后的蒸汽温度为200-300℃，再沸器中输出的蒸汽温度为100-150℃，进入后续的蒸汽利用系统的蒸汽温度为80-90℃。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的一种热量综合利用的烟气净化系统，采用COAP系统和CO2化学吸收系统联合使用，不仅仅可以先利用COAP工艺处理脱除电厂烟气中的SOx、NOx、Hg、HCl、HF、VOCs等；同时，结合CO2化学吸收系统，还能去除的烟气中的碳，通过COAP系统和CO2化学吸收系统联合处理后的烟气能达到环保和双碳目标，满足烟气排空需求；
并且，该系统中设置的蒸汽热量利用管路系统，可以采用高温蒸汽随着温度的降低在COAP工艺和碳捕集工艺中实现逐级利用，在无需增加加热设备的情况下，进一步提高热量的综合利用率；
本发明不消耗石灰石脱硫剂和脱硝催化剂，还可实现硫、水资源和烟气余热的深度回收利用。
2.本发明提供的一种热量综合利用的烟气净化系统中还进一步增加了冷量回收利用的方式，包括在烟气冷却器与脱硫吸附塔之间增设与脱硝吸附塔排出的烟气换热的冷量回收器，或者在脱硝吸附塔后端增设冷量利用管路系统，通过冷量回收器或冷量利用管路系统对COAP系统产生的低温烟气进行冷量的回收利用。尤其是可以采用冷量利用管路系统有效实现冷量逐级回收；具体的，COAP系统产生的低温烟气先在CO2化学吸收系统的冷凝器中进行冷量利用后，再与CO2化学吸收系统中的热贫液进行换热，进而冷量的二级利用，最后再将经过冷量利用后的烟气通入CO2化学吸收系统中经过去除二氧化碳后排空；通过该方式无需在CO2化学吸收系统中增设制冷设备，同时冷量利用更加充分；
3.本发明的系统和工艺不仅可应用于大型燃煤电站锅炉，还可用于垃圾焚烧、焦炉窑炉等多种工业尾气的污染物脱除处理，尤其是用于型燃煤电站锅炉时，能提高火电厂的竞争力，可以达到污染物净零排放、二氧化碳减排、能量综合利用三重目标；经测算，在实现近零排放指标下，本发明的直接运行成本仅为0.015-0.02元/kWh，可完全由常规超低排放脱硫、脱硝补贴电价覆盖。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中的一种热量综合利用的烟气净化系统的整体结构示意图；
图2为本发明实施例2中的一种热量综合利用的烟气净化系统的整体结构示意图。
附图标记说明：
1-COAP系统，2-CO2化学吸收系统，3-冷量利用管路系统，4-蒸汽热量利用管路系统；
11-除尘器，12-脱硫吸附塔，13-制冷器，14-脱硝吸附塔，15-烟气冷却器，16-收集罐，17-空预器，18-冷量回收器，19-增压风机；
21-吸收塔，22-再生塔，23-富液管，24-富液泵，25-贫液管，26-贫液泵，27-再沸器，28-冷凝器，29-第一换热器；
31-第一冷量输送管路，32-第二换热器，33-第二冷量输送管路，34-低温烟气连通管；
41-高温蒸汽输送管，42-再生气排出管，43-蒸汽回收管，44-第三换热器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
一种热量综合利用的烟气净化系统，包括COAP系统1、CO2化学吸收系统2、蒸汽热量利用管路系统4，该设置可以有效利用电厂汽轮机排出的高温蒸汽进行逐级合理应用，如图1所示，在简化设备的提高热量的利用率。其中，COAP系统1用于将烟气进行脱硫、脱硝后排出；CO2化学吸收系统2用于脱除COAP系统1排出的烟气中的碳；蒸汽热量利用管路系统4用于实现高温蒸汽的逐级合理应用。
本实施例中该CO2化学吸收系统2包括吸收塔21、再生塔22、富液管23、富液泵24、贫液管25、贫液泵26、再沸器27、冷凝器28。其中，吸收塔21具有进气口、出气口、进液口和出液口，再生塔22具有进液口、出液口和排气口；再生塔22底部设置再沸器27，顶部排气口位置处设置冷凝器28；富液管23两端分别与吸收塔21的出液口和再生塔22的进液口连通，其上设置富液泵24；贫液管25的两端分别与吸收塔21的进液口和再生塔22的出液口连通，其上设置有贫液泵26，如图1所示。
该COAP系统1，包括顺次连通的脱硫吸附塔12、制冷器13、脱硝吸附塔14。
所述蒸汽热量利用管路系统4包括高温蒸汽输送管41、再生气排出管42、蒸汽回收管43和第三换热器44。其中，高温蒸汽输送管41与脱硫吸附塔12和/或脱硝吸附塔14的再生气进气口连通，用于将电厂汽轮机排出的高达300-350℃的高温蒸汽输送到脱硫吸附塔12和/或脱硝吸附塔14中作为再生气进行利用，对脱硫吸附塔12和/或脱硝吸附塔14中吸附剂再生后的再生气温度降低至200-300℃。通过再生气排出管42输送到再沸器27中进行热量利用，该蒸汽为再生塔22中的吸附溶液进行加热后，促进吸附溶液中二氧化碳的脱除，使再生塔22中形成高浓度二氧化碳和贫液。该高温蒸汽在再沸器27中对吸附溶液加热后排出的蒸汽温度进一步降低至100-150℃，约为120℃。再沸器27输出的高温蒸汽通过蒸汽回收管43输送到第三换热器44中与输送入CO2化学吸收系统2中的烟气进行换热，将温度降低至约80-90℃后，输送到后续蒸汽利用系统中进行利用，例如：输送到电厂加热器或/和除氧器中进行利用。
本实施例中为了对冷量进行回收利用，还可以优化COAP系统1的结构，具体的，该COAP系统1还包括依次连通的空预器17、除尘器11、烟气冷却器15；烟气冷却器15的烟气出口与脱硫吸附塔12的烟气入口连通；所述烟气冷却器15与脱硫吸附塔12之间还设置有冷量回收器18，所述冷量回收器18用于脱硝吸附塔14排出的烟气与烟气冷却器15排出的烟气进行换热，脱硝吸附塔14中排出的经过换热后的烟气通过增压风机19输送到CO2化学吸收系统2中，如图1所示；烟气冷却器15排出的烟气通过冷量回收器18后采用收集罐16收集冷凝水后输入到脱硫吸附塔12中。
实施例2
一种热量综合利用的烟气净化系统，包括COAP系统1、CO2化学吸收系统2、蒸汽热量利用管路系统4和冷量利用管路系统3，该设置可以有效对COAP系统1排出的低温的烟气中的冷量进行逐级合理应用，如图2所示。其中，COAP系统1用于将烟气进行脱硫、脱硝后排出；CO2化学吸收系统2用于脱除COAP系统1排出的烟气中的碳；蒸汽热量利用管路系统4用于实现高温蒸汽的逐级合理应用；冷量利用管路系统3用于实现COAP系统1排出的低温烟气中的冷量的逐级合理应用。
本实施例中该CO2化学吸收系统2包括吸收塔21、再生塔22、富液管23、富液泵24、贫液管25、贫液泵26、再沸器27、冷凝器28。其中，吸收塔21具有进气口、出气口、进液口和出液口，再生塔22具有进液口、出液口和排气口；再生塔22底部设置再沸器27，顶部排气口位置处设置冷凝器28；富液管23两端分别与吸收塔21的出液口和再生塔22的进液口连通，其上设置富液泵24；贫液管25的两端分别与吸收塔21的进液口和再生塔22的出液口连通，其上设置有贫液泵26，如图2所示。
该COAP系统1如图2所示，包括顺次连通的除尘器11、脱硫吸附塔12、制冷器13、脱硝吸附塔14。
所述蒸汽热量利用管路系统4包括高温蒸汽输送管41、再生气排出管42、蒸汽回收管43和第三换热器44。其中，高温蒸汽输送管41与脱硫吸附塔12和/或脱硝吸附塔14的再生气进气口连通；将电厂汽轮机排出的高达300-350℃的高温蒸汽作为再生气进行利用，作为再生气在脱硫吸附塔12和/或脱硝吸附塔14进行吸附剂再生后的再生气温度降低至200-300℃。再生气排出管42一端与脱硫吸附塔12和/或脱硝吸附塔14的再生气出气口连通，另一端与再沸器27的进气口连通；用于将吸附剂再生后的再生气输送到再沸器27中为再生塔22中的贫液进行加热，促进贫液中二氧化碳的脱除，对贫液进行加热后从再沸器27排出的蒸汽温度进一步降低至100-150℃，约为120℃。蒸汽回收管43用于将再沸器27输出的高温气体输送到冷量利用管路系统3的后端继续与输送入CO2化学吸收系统2中的烟气进行换热；具体的，所述蒸汽回收管43中的蒸汽与第二冷量输送管路33中的烟气通过第三换热器44换热后排出，换热后的蒸汽温度依然能达到约80-90℃。为了更好的利用该部分蒸汽热量，排出的蒸汽还可以输送到后续蒸汽利用系统中进行利用，例如：电厂加热器或/和除氧器。
该冷量利用管路系统3包括第一冷量输送管路31、第二换热器32、低温烟气连通管34、第二冷量输送管路33；其中，第一冷量输送管路31两端分别与脱硝吸附塔14的气体排出口和冷凝器28的冷气入口连通，用于将COAP系统1排出的烟气输送到冷凝器28中进行冷量利用。第二换热器32分别包括烟气管路和贫液管路，用于将冷凝器28排出的烟气与贫液管25中贫液进行换热。低温烟气连通管34分别与冷凝器28的冷气出口和第二换热器32的烟气入口连通，用于将冷凝器28中的低温烟气输送到第二换热器32中进行换热。第二冷量输送管路33分别与第二换热器32中的烟气出口和CO2化学吸收系统2中吸收塔21的进气口连通，用于将第二换热器32换热后进一步增温的烟气输送至CO2化学吸收系统2中进行除碳。通过上述结构的优化，可以对从COAP工艺中排出的低温烟气的冷量进行充分利用。
为了更好的对贫液中的热量进行利用，所述CO2化学吸收系统2中还包括用于富液管23与贫液管25之间进行热交换的第一换热器29，如图2所示；该贫液管25中的贫液先与第二换热器32中的烟气换热后，再通过第一换热器29与富液管23中的富液进行换热。
由于进入到COAP系统1中的烟气的温度较高，为了避免能量浪费，COAP系统1中还包括烟气冷却器15，所述烟气冷却器15位于除尘器11和脱硫吸附塔12之间用于冷却烟气的同时回收烟气中的热量，回收的热量可以进行其他应用。所述烟气冷却器15与脱硫吸附塔12之间还设置有用于收集烟气中冷凝水的收集罐16，如图1所示。当烟气为锅炉排出的烟气时，所述COAP系统1中还包括位于锅炉与除尘器11之间的空预器17，所述空预器17用于锅炉排出的烟气与进入锅炉中空气进行换热，烟气在空预器17中换热后进入到除尘器11中。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种热量综合利用的烟气净化系统，其特征在于，包括：
COAP系统（1），为低温法污染物一体化脱除系统，包括顺次连通的脱硫吸附塔（12）、制冷器（13）、脱硝吸附塔（14）；
CO2化学吸收系统（2），进气口与COAP系统（1）的排气口连通；包括底部设置有再沸器（27）的再生塔（22），再生塔（22）顶部排气口位置处设置冷凝器（28）；
蒸汽热量利用管路系统（4），包括：
高温蒸汽输送管（41），与脱硫吸附塔（12）和/或脱硝吸附塔（14）的再生气进气口连通，
再生气排出管（42），一端与脱硫吸附塔（12）和/或脱硝吸附塔（14）的再生气出气口连通，另一端与再沸器（27）的进气口连通，
蒸汽回收管（43），一端与再沸器（27）的出气口连通；
所述蒸汽回收管（43）的另一端还通过第三换热器（44）与COAP系统（1）排出的烟气进行换热后连接到蒸汽利用系统中；
所述脱硝吸附塔（14）排出的烟气通过冷量利用管路系统（3）利用对烟气的冷量回收后通入到CO2化学吸收系统（2）中；
所述冷量利用管路系统（3）包括：
第一冷量输送管路（31），两端分别与脱硝吸附塔（14）的气体排出口和冷凝器（28）的冷气进口连通；
第二换热器（32），用于将冷凝器（28）排出的烟气与CO2化学吸收系统（2）的贫液管（25）中贫液进行换热；
低温烟气连通管（34），用于将冷凝器（28）排出的烟气输送到第二换热器（32）中；
第二冷量输送管路（33），用于将通过第二换热器（32）换热后的烟气输送到CO2化学吸收系统（2）的进气口中。
2.根据权利要求1所述的一种热量综合利用的烟气净化系统，其特征在于，所述蒸汽利用系统为电厂加热器或/和除氧器。
3.根据权利要求1或2所述的一种热量综合利用的烟气净化系统，其特征在于，所述CO2化学吸收系统（2）包括：
吸收塔（21），具有进气口、出气口、进液口和出液口；
再生塔（22），具有进液口和出液口，其底部设置有再沸器（27）；
富液管（23），两端分别与吸收塔（21）的出液口和再生塔（22）的进液口连通，其上设置富液泵（24）；
贫液管（25），两端分别与吸收塔（21）的进液口和再生塔（22）的出液口连通，其上设置有贫液泵（26）；
第一换热器（29），用于富液管（23）与贫液管（25）之间进行热交换。
4.根据权利要求3所述的一种热量综合利用的烟气净化系统，所述COAP系统（1）还包括依次连通的空预器（17）、除尘器（11）、烟气冷却器（15）；烟气冷却器（15）的烟气出口与脱硫吸附塔（12）的烟气入口连通。
5.根据权利要求4所述的一种热量综合利用的烟气净化系统，所述烟气冷却器（15）与脱硫吸附塔（12）之间还设置有冷量回收器（18），所述冷量回收器（18）用于脱硝吸附塔（14）排出的烟气与烟气冷却器（15）排出的烟气进行换热，脱硝吸附塔（14）中排出的经过换热后的烟气通过增压风机（19）输送到CO2化学吸收系统（2）中，烟气冷却器（15）排出的烟气通过冷量回收器（18）后采用收集罐（16）收集冷凝水后输入到脱硫吸附塔（12）中。
6.采用权利要求1-5任一所述的一种热量综合利用的烟气净化系统进行热量综合利用的工艺，其特征在于，包括：
高温蒸汽作为再生气先进入到脱硫吸附塔和/或脱硝吸附塔中进行吸附剂的再生，实现吸附剂再生后的蒸汽输送进入到再沸器中，为再生塔中的化学吸附液加热后输出，再沸器中输出的蒸汽再与进入到CO2化学吸收系统中的烟气进行换热后，进入后续的蒸汽利用系统。
7.根据权利要求6所述的工艺，所述高温蒸汽为温度为300-350℃的电厂汽轮机的蒸汽，吸附剂再生后的蒸汽温度为200-300℃，再沸器中输出的蒸汽温度为100-150℃，进入后续的蒸汽利用系统的蒸汽温度为80-90℃。
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