CN115419907A - 一种余热回收脱白净化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于热交换以及锅炉控制技术领域，提出了一种湿烟气脱硫脱白净化及余热回收系统。所述湿烟气脱白净化系统，包括烟囱、脱硫塔、脱硫循环水泵、引风机、脱硫循环水池、热源水循环水泵、除污器、结晶器、间壁式换热器、热网循环水泵、水源热泵机组、无离子水循环水泵、热网、热源水循环水管道及无离子水循环水管道；所述余热回收系统，包括烟囱、喷淋换热塔、低温水循环水泵、热源水循环水泵、水源热泵机组、引风机、余热锅炉、蒸汽轮机、燃气轮机及压气机；所述系统应用电压缩式热泵且具备余热回收能，回热潜力和脱白效果更为显著。

Description

一种余热回收脱白净化系统
技术领域
本发明属于热交换以及锅炉控制技术领域，提出了一种余热回收脱白净化系统。
背景技术
电站锅炉排烟温度一般设计在120～140℃之间，其损失的热量可达电站全部输入燃料热量的3％～8％，因此，进行锅炉尾部烟气余热的回收与利用，可以显著提高全厂热效率。目前，运用最普遍的电站锅炉烟气余热利用方式，是在锅炉的尾部烟道内加装烟气换热器，利用低温烟气加热汽轮机组凝结水或补给水，节省部分汽轮机抽汽，同时，原烟气通过换热器换热后，降低了其进入脱硫塔的入口烟气温度，有利于烟气中的SO2快速溶解于浆液中，促进SO2的吸收。
锅炉实际运行过程中，由于尾部受热面积灰、污垢等问题，实际排烟温度往往高于设计温度；小型锅炉的排烟温度会更高，排烟热损失更大。目前大部分燃煤锅炉和电站机组所采用的烟冷器余热回收方法，只能回收少部分的烟气显热(烟气温度降幅约30℃)，对锅炉热效率的提升，不大于2.5％，即仍然有大量的烟气显热未回收，该余热回收型不能充分回收余热。
湿法脱硫是燃煤电厂应用最广泛的烟气尾部处理工艺措施，烟气经脱硫循环浆液的冲洗，温度逐渐降低，湿度增大，部分烟气显热和所有的烟气潜热被同时排向大气，而烟气从脱硫浆液吸收的水蒸汽，约占脱硫水耗的80％，使得湿法脱硫后的烟气，增湿为50℃左右的饱和湿烟气。该饱和湿烟气蕴含大量的汽化潜热，没有被回收利用，致使锅炉热效率或利用率不能有效提高。采用吸收式热泵技术，回热供暖热网循环水，能将烟气的温度进一步降低至 40℃，以排烟处大气温度20℃计，尚有约20℃温差所承载的热量以水蒸气汽化潜热的形式排至环境中，并产生烟囱“白烟”即白雾效应，对环境造成视觉污染和热污染。
目前燃煤热电厂所采用的烟气冷凝法的余热回收利用，应用于某热电厂的脱硫余热回收案例，实测结果表明：130t/h锅炉满负荷运行工况下，烟气温度由50℃降至39℃，可回收余热4.5MW，锅炉热效率增加3.8％，余热回收量可观，烟气中SO2、NOx的排放量进一步降低。虽然烟气冷凝法实现了部分烟气脱白，并使得烟气余热得到充分利用，但排烟温度依然过高，未降低至大气凝结的水露点温度，烟气中依然蕴含着大量的饱和湿蒸汽，低温的饱和湿烟气直接经烟囱排放，与温度较低的环境空气混合，大量的水蒸气遇冷凝结为小液滴，经光线的折射或散射作用，湿烟气呈现白色或灰色，即所谓的“白烟”。
采取升温再热、冷凝再热和直接冷却是目前烟气“脱白”常用的三种技术途径。前两种方法需要对烟气进一步加热，造成了能量的浪费，而采用烟气冷凝法可以直接将烟气温度从50℃降至25℃甚至更低，当烟气排出烟囱后，随着烟温下降也不会形成白色烟羽。采用烟气冷凝法，同时，配合热泵机组工艺系统，对烟气余热进行深度回收利用，可以将烟气温度降低至20～25℃，甚至更低。
该工艺系统应用于山东凯翔阳光集团有限公司的脱硫后烟气余热回收系统，基于实际运行数据分析系统性能，1×130t/h+1×150t/h锅炉满负荷运行工况下，当烟气温度降至25℃时，可回收烟气余热21MW，锅炉热效率增加8.5％。
采用技术成熟的湿法脱硫燃煤锅炉，烟气在脱硫塔内上升的过程，不断降温，实际上经历的物理变化为绝热增湿过程，该过程吸湿大量的喷淋工艺水，变为湿饱和烟气，同时，释放烟气显热，因此，降低脱硫塔出口烟气温度由50℃至烟气的露点温度以下25℃时，130t/h循环流化床锅炉，燃用烟煤时，可回收冷凝水量8t/h，回收烟气潜热5.4MW，约为冷凝过程中同等温差下显热回收量的3.62倍，同时析出的大量冷凝水经沉淀过滤后，回流至冷却水系统中，进一步降低了运行水耗，节约水资源。目前国内所装备的燃煤机组余热和水协同回收系统，大都是在空气预热器出口烟道上，依次安装低温余热回收装置、中温烟气冷却器，回收烟气低温余热，利用余热加热冷空气，减少空气预热器冷端腐蚀，但末端的排烟温度依然在40℃以上，烟气的余热不但未得以充分回收利用，还造成了脱硫运行水耗的大量增加。
锅炉引风机前的入口负压一般在0.05bar左右，烟气含湿量因煤种变化而异，一般在7～10％之间，根据烟气水蒸气分压表值，其凝结饱和压力 Pn＝0.12～0.16bar，饱和温度在50℃～53℃之间，该温度点即为烟气水露点的温度，此时烟气中水分含量较高，经烟囱直接排放到大气中，由于外界的大气温度远低于烟气温度50℃，故而烟气温度迅速下降，此时，烟气的含湿量降低，烟气中的水蒸气迅速冷凝成小水滴，经光线的折射，呈现出白色或灰白色，形成白色烟羽。通常状况下，烟囱出口的烟气压力与外界的大气压力相同，因而外界的大气压力决定了烟囱出口的烟气含湿量，烟气温度越高，其饱和含湿量越大，只有将饱和蒸汽压力降低至0.03bar以下，在15～30℃的低温区间，寻求合适的温度降点，成了脱白凝汽的焦点，据此，通过对该低温烟气余热回收后，可大幅降低排烟温度至25℃，甚至更低，烟气携带水蒸气的能力也将大幅减弱，烟气排出烟囱后的降温过程，处于烟气水蒸气饱和曲线的下方，进一步冷凝降温，也不会形成白色烟羽。
采用合理的技术措施，回收燃煤锅炉脱硫后的低温湿烟气余热，不仅可以将排烟温度降至露点以下，回收利用烟气显热和烟气中水蒸气凝结热，提高锅炉热效率，还可将烟气冷凝水资源再利用，冷凝水同时可吸收净化烟气中SO2和NOX及颗粒物等污染物，起到净化烟气的效果，并实现烟气“脱白”。通过对低温烟气中的水蒸气进行冷凝，深度降低烟气温度，实现余热回收再利用，使得燃煤锅炉的烟气余热深度回收、节能、节水、减排潜力更大，同时，实现烟气脱白，是本申请致力于解决的目标。
发明内容
本发明的目的在于针对目前湿法脱硫后的低温含湿烟气温度大多在50℃左右，采用直接冷凝烟气－换热介质的换热方式回收余热的潜能极为有限的现实困境，将热泵机组应用于烟气余热回收，可极大提高锅炉热效率的技术特点，提出了一种湿烟气脱硫余热回收与脱白净化系统，该系统利用热泵低温取热、高温放热的工作特性，建立烟气－脱硫循环液－水源热泵机组的余热回收传递通道，撷取烟气的低品位热能，实现冬季加热供暖循环水、节约能源的同时，完成烟气完全脱白、降低污染物均值排放浓度和排放总量、降低脱硫运行水耗，实现烟气冷凝水的回收利用以及节约水资源，达到节能、减排的双重功效。根据冬季环境温度的变化，经深度余热回收后的烟气温度，降至20～25℃之间，较目前成熟的设计、已运行案例低10～13℃，节能效益十分可观，脱白效果显著。
为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案。
所述一种余热回收脱白净化系统，包括一种湿烟气脱硫脱白净化系统以及一种烟气余热回收系统；
所述湿烟气脱硫脱白净化系统，包括烟囱、脱硫塔、脱硫循环水泵、引风机、脱硫循环水池、热源水循环水泵、热源水循环水管道、热源水除污器、结晶器、间壁式换热器、无离子水循环水泵、无离子水循环水管道、水源热泵机组、热网循环水泵、热网除污器以及热网；
所述除污器包括热源水除污器和热网除污器；所述水源热泵机组，包含蒸发器、内循环介质、冷凝器及压缩机；
所述烟囱与脱硫塔相连，脱硫塔与引风机相连，脱硫塔与脱硫循环水泵，脱硫塔、脱硫循环水泵及间壁式换热器与脱硫循环水池相连，脱硫循环水池与热源水循环水泵相连，热源水循环水泵与热源水除污器相连，结晶器与热源水除污器及脱硫循环水池相连，间壁式换热器与水源热泵机组相连；水源热泵机组与热网循环水泵相连，热网循环水泵与热网除污器相连，水源热泵机组与无离子水循环水泵相连；
所述水源热泵机组将无离子水循环水管道循环水中的余热转移至经热网循环水泵升压进来的热网循环水中，再输出至热网；
无离子水循环水管道循环水经水源热泵机组换热后，返回间壁式换热器；间壁式换热器用于中间换热；
所述热网循环水泵进来的循环水为经热网除污器去污后的来自热网的循环水；
所述热网除污器、热网循环水泵以及无离子水循环水泵所属循环系统进行水质在线管理,保证循环水水质满足使用要求；
所述热源水循环水泵将脱硫循环水池来的脱硫循环装置输出的脱硫浆液送入热源水除污器进行除污，热源水除污器与浓缩脱硫副产物的结晶器相连，结晶器通过移除部分溶剂回收脱硫浓缩物；
工质分别在热源水循环水泵和无离子水循环水泵的驱动下，在闭式或开式管路内循环，经间壁式换热器换热，充分吸收脱硫循环水捕捉的烟气余热；
脱湿烟气经脱硫塔内布置的高效除雾器进一步细分离，去除烟气中夹带的水滴颗粒，回落至脱硫塔内的脱硫循环液中，净烟气排向大气。
所述脱硫塔内布置有除雾器；所述水源热泵机组为电压缩式热泵。
所述烟囱、脱硫塔、脱硫循环水泵、引风机、脱硫循环水池构成脱硫循环装置；所述热源水循环水泵、除污器、结晶器、热源水循环水管道构成结晶硫酸盐装置；所述无离子水循环水泵、无离子水循环水管道、间壁式换热器、水源热泵机组构成中间换热装置；所述热网循环水泵、热网除污器、热网构成热网循环装置；所述工质，包括脱硫浆液及无离子水。
所述间壁式换热器，避免热源水中的残泥沉积于换热片，堵塞换热通道、降低换热效率，延长使用寿命；
所述脱硫循环水泵和热源水循环水泵，一方面避免脱硫循环液中的酸性腐蚀，另一方面避免脱硫循环液中的杂质对过流部件造成冲刷和磨损；
所述烟囱，一方面避免酸性烟气的腐蚀，另一方面也减少了烟气流通阻力；
所述脱硫循环水池采用冷、热分区隔离，一方面，经水源热泵机组回热循环后温度较低的脱硫循环液，在脱硫塔内喷淋，促进了SO2的快速吸收和溶解，提高脱硫效率；另一方面，脱硫循环液出口的高温水，亦即热源水循坏水的取水，作为水源热泵机组的热源水，进一步提高了水源热泵机组的回热循环效率；
所述与热源水循环水泵相连的热源水循环水管道一方面避免脱硫循环液的腐蚀，另一方面，光滑的玻璃钢管道，也极大降低了循环水的运行阻力；
所述与无离子水循环水泵相连的无离子水循环水管道，一方面保证了无离子水循环系统水质的清洁，提高间壁式换热器的换热效率，另一方面减少无离子水循环液的运行阻力；
所述热源水除污器能高效分离热源水中结晶物输送至结晶器；所述热网除污器为高效旋流除污器，旋流除污器采用离心原理，保证了管路系统阻力小且均衡，使得系统不停机可排污；
一种烟气余热回收系统，包括烟囱、喷淋换热塔、低温水循环水泵、水源热泵机组、引风机、余热锅炉、蒸汽轮机、燃气轮机及压气机；
烟囱与喷淋换热塔相连，喷淋换热塔与低温水循环水泵相连，低温水循环水泵与水源热泵机组相连，喷淋换热塔与引风机相连，余热锅炉与引风机相连，蒸汽轮机和燃气轮机相连，燃气轮机与压气机相连；
所述喷淋换热塔为接触式喷淋换热塔；
所述烟囱，一方面避免酸性烟气的腐蚀，另一方面也减少了烟气流通阻力；
所述热网除污器为高效旋流除污器，旋流除污器采用离心原理，保证了管路系统阻力小且均衡，使得系统不停机可排污；
所述喷淋换热塔是烟气与低温循环水换热的核心设备，保证换热效率的同时还要降低塔内阻力；设计烟气流速不高于4米/秒，烟气阻力为350～400Pa；该喷淋换热塔中布置多层旋流雾化喷嘴，低温循环水自上喷淋，雾化为细小颗粒，形成较大的换热比表面积，换热塔中布满高效换热、低阻力、无堵塞填料，烟气自下而上流动，烟气和低温循环水逆流接触换热；换热过程中，烟气的温度下降至25℃以下，热量转移至低温循环水中，烟气中的水蒸气和酸性可溶物也同时混入低温循环水中；通过水质在线监督检测，保证低温循环水水质满足水源热泵机组的使用要求。
所述间壁式换热器采用宽流道耐腐蚀换热器。
所述烟囱采用钛钢复合板或其它耐腐蚀结构型式。
所述脱硫循环水泵和热源水循环水泵采用抗腐蚀和磨损性能良好的内衬高分子砂浆泵。
所述脱硫循环水池采用玻璃鳞片防腐处理或密封防腐衬胶罐，采用冷、热分区隔离，脱硫循环水出口的高温水进入热水区，热源水循环水泵的吸入口取自热水区，热源水循环水泵排水口连接冷水区，脱硫循环水泵的吸入口取自冷水区。
所述与热源水循环水泵相连的热源水循环水管道选用FRPP玻璃钢管道；所述与无离子水循环水泵相连的无离子水循环水管道，采用PE非金属管道。
所述一种烟气余热回收系统的接触式喷淋换热塔,为立式钢制内衬玻璃鳞片结构型式，喷淋塔内布置的多层旋流雾化喷嘴，采用碳化硅耐腐材料，换热塔中布满高效换热、低阻力、无堵塞填料，采用耐腐蚀不锈钢材料，所有喷淋主管道、支管道均采用FRPP增强玻璃钢管材，除雾器采用阻力小、气水分离效果良好的屋脊式除雾器。
有益效果
所述一种湿烟气脱硫脱白净化及余热回收系统，与同类净化及回收系统相比，具有如下有益效果：
1.所述系统应用电压缩式热泵，可解决火电厂“电多热少”的电热不平衡问题，提高供暖机组的经济性和灵活性；
2.所述系统具备的余热回收能力，具体表现为水源热泵机组的盈余量，即热泵撷取余热的能力，回收热量可用于加热冬季供暖回水，所述系统的制热能力，较同类烟气净化及回收系统的回热潜力和脱白效果更为显著，相关回收热量和烟气脱白效果在实施例中得以体现，评价热泵系统回热性能的主要考核指标COP性能良好；
3.所述系统可推广至燃气-蒸汽联合循环余热锅炉和燃气锅炉等烟气余热回收，亦可推广至船舶柴油机的烟气余热回收，实现热量的梯级利用。
附图说明
图1为本发明一种湿烟气脱硫脱白净化系统的流程图；
图2为本发明一种烟气余热回收脱白净化系统的流程图；
图3直接喷淋式烟气余热回收系统的流程图；
1-烟囱；2-1-脱硫塔；2-2-喷淋换热塔；3-脱硫循环水泵；4-引风机； 5-脱硫循环水池；6-热源水循环水泵；6-1-热源水循环水管道；7-1-热源水循环水除污器；7-2-热网循环水除污器；8-结晶器；9-间壁式换热器；10-热网循环水泵；11-水源热泵机组；12-无离子水循环水泵；12-1-无离子水循环水管道；13-热网；14-压气机；15-燃气轮机；16-蒸汽轮机；17-余热锅炉； 18-低温水循环水泵；19-热用户；20-热泵机组；21-驱动热源；22-加药箱；23-喷淋换热器；24-水箱；25-补水箱。
具体实施方式
下面结合图例及实施例对本发明烟气脱白净化及余热回收系统进行详细说明。
实施例1
图1为一种湿烟气脱硫脱白净化系统的流程图。具体实施时，本系统以电压缩式热泵为例，系统运行后，由于烟气露点的降低，大量冷凝水中深度吸收了烟气中的残留污染物SO2、NOx、烟尘颗粒等，致使污染物排放浓度大幅降低，烟气排放终结温度同步降低，且始终处于近不饱和状态，是烟气脱白、消除烟羽的关键。
所述湿烟气脱硫脱白净化系统，包括烟囱1、脱硫塔2-1、脱硫循环水泵 3、引风机4、脱硫循环水池5、热源水循环水泵6、热源水循环水管道6-1、热源水除污器入口阀门6-2、热源水除污器7-1、结晶器入口智能电动衬塑闸阀7-3、热源水除污器旁通阀门6-3、结晶器8、间壁式换热器9、热网循环水泵10、热网循环水除污器7-2、水源热泵机组11、无离子水循环水泵12、无离子水循环水管道12-1以及热网13；
所述脱硫塔内布置有高效除雾器；所述水源热泵机组11为电压缩式热泵；
所述烟囱1、脱硫塔2-1、脱硫循环水泵3、引风机4、脱硫循环水池5 构成脱硫循环装置；所述热源水循环水泵6、热源水循环水管道6-1、热源水除污器入口阀门6-2、热源水除污器旁通阀门6-3、热源水除污器7-1、结晶器入口智能电动衬塑闸阀7-3、结晶器8构成结晶硫酸盐装置；所述无离子水循环水泵12、无离子水循环水管道12-1、间壁式换热器9、水源热泵机组11 构成中间换热装置；所述除污器包括热源水除污器7-1和热网除污器7-2；所述热网循环水泵10、热网除污器7-2、热网13构成热网循环装置；所述水源热泵机组11，包含蒸发器、内循环介质、冷凝器及压缩机；
所述烟囱1与脱硫塔2-1相连，脱硫塔2-1与引风机4相连，脱硫塔2-1 与脱硫循环水泵5，脱硫塔2-1、脱硫循环水泵3及间壁式换热器9与脱硫循环水池相连5，脱硫循环水池5与热源水循环水泵6相连，热源水循环水泵6 与热源水除污器7-1相连，结晶器8与热源水除污器7-1及脱硫循环水池5 相连，间壁式换热器9与水源热泵机组11相连；水源热泵机组11与热网循环水泵10相连，热网循环水泵10与热网除污器7-2相连，水源热泵机组11 与无离子水循环水泵12相连；
所述水源热泵机组11将无离子水循环水管道12-1循环水中的余热转移至经热网循环水泵10升压进来的循环水中，再输出至热网13；
无离子水循环水管道12-1循环水经水源热泵机组11换热后，泵回间壁式换热器9；间壁式换热器9用于中间换热；
所述热网循环水泵10进来的循环水为经热网除污器7-2去污后的来自热网13的循环水；
所述热网除污器7-2、热网循环水泵10以及无离子水循环水泵12所属循环系统进行水质在线管理保证循环水水质满足使用要求；
所述热源水循环水泵6将脱硫循环水池5来的脱硫循环装置输出的脱硫浆液(热源水)送入热源水除污器7-1进行除污，热源水除污器入口阀门6-2 系在系统停运时，作为清扫和检修除污器7-1的安全防护隔离阀门，结晶器入口智能电动衬塑闸阀7-3，与除污器7-1的进、出口压差计相连，该压差高于0.08MPa，即自动开启结晶器入口智能电动衬塑闸阀7-3，对除污器7-1排污，待压差回落至0.03MPa，即自动关闭，从而降低除污器7-1的运行阻力，同时，其排出的高浓度浓缩液，进入结晶器8，结晶器8通过移除部分溶剂回收脱硫浓缩物，热源水除污器旁通阀门6-3为结晶器入口智能电动衬塑闸阀 7-3故障状况下的安全旁通装置；
工质分别在热源水循环水泵6和无离子水循环水泵12的驱动下，在闭式或开式管路内循环，经间壁式换热器9换热，得到降温后的低于烟气露点的脱湿烟气；
所述工质，包括脱硫浆液(热源水)、无离子水；
脱湿烟气再经脱硫塔2-1内布置的除雾器进一步细分离，去除烟气中夹带的水滴颗粒，回落至脱硫塔2-1内的脱硫循环液中，净烟气排向大气。
所述水源热泵机组11根据热源水温度和回热介质选择电压缩式热泵；
所述间壁式换热器9采用宽流道耐腐蚀换热器，避免热源水中的残泥沉积于换热片，堵塞换热通道、降低换热效率，延长使用寿命。
所述脱硫循环水泵3和热源水循环水泵6采用抗腐蚀和磨损性能良好的内衬高分子砂浆泵，一方面避免脱硫循环液中的酸性腐蚀，另一方面避免脱硫循环液中的杂质对过流部件造成冲刷和磨损。
所述烟囱1改造采用钛钢复合板或其它耐腐蚀结构型式，一方面避免酸性烟气的腐蚀，另一方面也减少了烟气流通阻力。
所述脱硫循环水池5采用玻璃鳞片防腐处理或密封防腐衬胶罐，采用冷、热分区隔离，脱硫循环水出口的高温水进入热水区，热源水循环水泵6的吸入口取自热水区，热源水循环水泵6排水口连接冷水区，脱硫循环水泵3的吸入口取自冷水区，一方面，经水源热泵机组11回热循环后温度较低的脱硫循环液，在脱硫塔2-1内喷淋，促进了SO2的快速吸收和溶解，提高脱硫效率；另一方面，脱硫循环液出口的高温水，亦即热源水循坏水的取水，作为水源热泵机组11的热源水，进一步提高了水源热泵机组11的回热循环效率。
所述与热源水循环水泵6相连的热源水循环水管道6-1选用FRPP玻璃钢管道，一方面避免脱硫循环液的腐蚀，另一方面，光滑的玻璃钢管道，也极大降低了循环水运行阻力。
所述与无离子水循环水泵12相连的无离子水循环水管道12-1，采用PE 非金属管道，一方面保证了无离子水循环系统水质的清洁，提高间壁式换热器9的换热效率，另一方面减少无离子水循环液的运行阻力。
所述热源水除污器7-1可以高效分离热源水中结晶物输送至结晶器8。
所述热网除污器7-2为高效旋流除污器，旋流除污器采用离心原理，完全突破了滤网清污的传统观念，从而保证了管路系统阻力小且均衡，系统不停机可排污。最适用于清除管路中固体杂质，保证热网循环系统正常运行。
图2为一种烟气余热回收脱白净化系统的流程图。燃气-蒸汽联合循环余热锅炉和燃气锅炉等烟气余热回收系统流程如图2所示，利用热泵技术进一步降低烟气温度，回收更多烟气中的凝结热。热泵烟气余热回收系统包括水源热泵机组11、接触式喷淋换热塔2-2和低温水循环水泵18组成。接触式换热塔2-2负责将烟气中的余热转移至低温循环水中，水源热泵机组11负责将低温循环水中的余热转移至高温热网水中。通过这两个步骤，烟气余热便可转移至热网13的循环水中。接触式喷淋换热塔2-2是烟气与低温循环水换热的设备，换热塔中布满填料，循环水自上喷淋，烟气自下而上流动，烟气和低温循环水直接接触换热。换热过程中，烟气的温度下降至25℃以下，热量转移至低温循环水中，烟气中的水蒸气和酸性可溶物也同时混入低温循环水中。通过水质在线监督检测，能保证低温循环水水质满足水源热泵机组11的使用要求。
实施例2
所述烟气余热回收脱白净化系统，包括烟囱1、喷淋换热塔2-2、低温水循环水泵18、水源热泵机组11、引风机4、余热锅炉17、蒸汽轮机16、燃气轮机15及压气机14；
烟囱与喷淋换热塔相连，喷淋换热塔与低温水循环水泵相连，低温水循环水泵与水源热泵机组相连，喷淋换热塔与引风机相连，余热锅炉与引风机相连、蒸汽轮机和燃气轮机相连，燃气轮机与压气机相连。
所述水源热泵机组11根据热源水温度和回热介质选择电压缩式热泵；
所述烟囱1改造采用钛钢复合板或其它耐腐蚀结构型式，一方面避免酸性烟气的腐蚀，另一方面也减少了烟气流通阻力。
所述热网除污器7-2为高效旋流除污器，旋流除污器采用离心原理，完全突破了滤网清污的传统观念，从而保证了管路系统阻力小且均衡，系统不停机可排污。最适用于清除管路中固体杂质，保证热网循环系统正常运行。
所述一种烟气余热回收系统接触式喷淋换热塔2-2是烟气与低温循环水 (热源水)换热的核心设备，本着既要保证换热效率，同时，还要降低塔内阻力，设计烟气流速不高于4米/秒，烟气阻力为350～400Pa。换热塔中布置多层旋流雾化喷嘴，低温循环水(热源水)自上喷淋，雾化为细小颗粒，形成较大的换热比表面积，换热塔中布满高效换热、低阻力、无堵塞填料，烟气自下而上流动，烟气和低温循环水(热源水)逆流接触换热。换热过程中，烟气的温度下降至25℃以下，热量转移至低温循环水(热源水)中，烟气中的水蒸气和酸性可溶物也同时混入低温循环水(热源水)中。通过水质在线监督检测，可以保证低温循环水(热源水)水质满足热泵的使用要求。
为进一步提高回收效率，实现真正的节支增收，图1所述湿烟气脱硫脱白净化及余热回收系统采用热源水和无离子水的流动方向相反的高效换热器结构：热源水由间壁式换热器下方的进液口进入后，由上方的出液口流出，间壁式换热器内的工作介质由上方的介质进口流入、换热后由下方的介质出口流出，即热源水的高温侧与无离子水的高温侧位于换热器的同一端，热源水与无离子水采用逆流换热方式，使低温无离子水首先与低温的热源水换热，逐步升高温度后，再与高温的热源水换热，以充分进行热量交换，提高热量的利用率。
工质(热源水、无离子水)分别在热源水循环水泵6和无离子水循环水泵12的驱动下，在闭式或开式管路内，进行循环换热。降温后低于烟气露点的脱湿烟气，再经脱硫塔2-1内布置的高效除雾器进一步细分离，去除烟气中夹带的水滴颗粒，回落至塔内的脱硫循环液中，净烟气排向大气。热源水循环液在热源水循环水泵6的驱动下，与间壁式换热器9的另一侧无离子水系统循环换热，然后，换热后的无离子水进入水源热泵机组11的蒸发器，再由水源热泵机组11的内循环介质，将热量在冷凝器内放热，加热供暖循环水，如此循环周而复始，达到烟气余热的充分回收利用。
低温烟气余热回收供热技术应用的具体实施案例：
一热电厂现役的2台130t/h和1台75t/h循环流化床锅炉，各配套建设两套氧化镁法和一套双碱法湿法脱硫系统，三套系统脱硫后的净烟气，进入同一座烟囱后排入大气。
湿法脱硫后的净烟气，排烟温度在50℃左右，供热能力缺口为90GJ/h，以烟气余热利用效率为视角，进一步回收脱硫后的低温含湿烟气余热。针对热电厂的广泛性，采用烟气-脱硫循环水-热源水循环水-无离子水循环水-间壁式换热器-热泵机组-热网的热量传递方式向热网补充供热，以此提高余热收益，经过两个供暖季的运行，供热效果良好。
所述湿烟气脱硫脱白净化及余热回收系统的工作过程，包括脱硫塔内烟气冷凝以及吸热与放热两部分；
其中，脱硫塔内烟气冷凝用于传热，通过式(1)表示：
Hin＝Hout+Q1+Q2 (1)
其中，Hin为脱硫塔烟气入口焓值，单位为kJ/kg；Hout为脱硫塔烟气出口焓值，单位为kJ/kg；Q1为烟气转化为脱硫浆液的显热，单位为kJ/kg；Q2为脱硫浆液蒸发水蒸汽的潜热，单位为kJ/kg；
所述吸热和放热通过水源热泵机组实现，且通过式(2)实现：
Qzf+Qd＝Qn (2)
所述吸热由蒸发器和压缩机完成，且Qzf为蒸发器吸收低温热源的热功率kW，Qd为压缩机绝热压缩产生的热功率kW；所述放热由冷凝器完成且Qn 为冷凝器向供暖热网回水释放的热功率kW。
表1燃煤化学元素分析列表
Figure BDA0003773782550000141
Figure BDA0003773782550000151
表2余热回收系统设计参数
Figure BDA0003773782550000152
表3典型日供暖实际运行数据
Figure BDA0003773782550000153
干烟气在脱硫塔内降温冷凝过程中，随烟气温度降低，烟气组分不变，以冬季环境温度0℃，40％相对湿度,燃用煤种依据表1中的烟煤，脱硫后的绝热饱和温度(烟气水露点温度)，以50℃为计量基准参数，结合以上热力计算，进行余热回收和烟气脱白设计，随着出口烟气温度的降低，余热回收热负荷逐渐增大，脱白效果显著。
130t/h锅炉按脱硫塔进口温度110℃，经余热回收后的出口温度降低至 25℃计，根据烟气组分，计算额定负荷，脱硫塔入口实际烟气流量：
T＝110℃，Vy干＝159900Nm3/h
查表，得干烟气密度1.249kg/Nm3
折合质量流量199715kg/h
回收余热计算：
烟气比热取1.075kJ/kg.℃
水蒸气的密度取0.8kg/Nm3，于是有：
回收显热量：
M1＝159900Nm3/h×1.249Kg/Nm3×1.075kJ/kg.℃×(110-25)/3600＝5069kW
50℃的水蒸气汽化潜热2381.97kJ/kg
烟气湿度0.0819kg/kg
25℃的水蒸气汽化潜热2441.7kJ/kg
烟气湿度0.01896kg/kg
取两温度下的水蒸气汽化潜热平均值,得
r＝2411.8kJ/kg，于是有：
回收潜热量：
M2＝159900Nm3/h×0.8kg/Nm3×(0.0819-0.01896)kg/kg×2411.8kJ/kg/3600 ＝5394kW
余热回收总量：
M＝M1+M2＝5069+5394＝10463kW
75t/h锅炉按脱硫塔进口温度110℃，经余热回收后的出口温度降低至25℃计，根据烟气组分，计算额定负荷，脱硫塔入口实际烟气流量：
T＝110℃，Vy干＝90750Nm3/h
查表，得干烟气密度1.249kg/Nm3
折合质量流量113347kg/h
回收余热计算：
烟气比热取1.075kJ/kg.℃，
水蒸气的密度取0.8kg/Nm3，于是有：
回收显热量：
M3＝90750Nm3/h×1.249Kg/Nm3×1.075kJ/kg.℃×(110-25)/3600＝2877kW
50℃的水蒸气汽化潜热2381.97kJ/kg
烟气湿度0.0819kg/kg
25℃的水蒸气汽化潜热2441.7kJ/kg
烟气湿度0.01896kg/kg
取两温度下的水蒸气汽化潜热平均值，得
r＝2411.8kJ/kg，于是有：
回收潜热量：
M4＝90750Nm3/h×0.8kg/Nm3×(0.0819-0.01896)kg/kg×2411.8kJ/kg/3600＝3061kW
余热回收总量：
M′＝M3+M4＝2877+3061＝5938kW
表4系统运行参数设计(单台130t/h炉)
Figure BDA0003773782550000171
Figure BDA0003773782550000181
表5系统运行参数设计(75t/h炉)
流体名称 质量流量kg/h 温度℃ 压力kPa 湿度kg/kg
脱硫塔入口烟气 129000 110 102.2 /
脱硫塔出口烟气 70251 50 12.28 0.0819
脱硫塔出口烟气 70251 25 3.14 0.01896
热源水循环液 900000 19/25
清水循环液 900000 12/18
热网循环水 610000 45/56
余热回收性能评价
分析统计数据，采用间壁式换热+热泵机组运行的方式，对低温烟气余热进行回收，投资低，不影响原机组运行，运行阻力小，热网供水的温度基本稳定在48～58℃之间；回水温度的波动范围为33～43℃；系统最终排烟温度波动范围为20～25℃。系统最大供热能力可达80～100GJ/h，经换热后的排烟温度低于25℃。在系统运行期间，排烟温度和热网供回水温度变化较为稳定，系统运行状况正常，系统在满足供热需求的前提下，能够实现对低温烟气余热的深度回收利用。
从典型日供暖数据来看，热网供热量为108.6GJ/h，吸收烟气余热量为 87.6GJ/h，系统COP达5.16，年运行时间120d，余热回收总量为252288GJ，锅炉效率按89％计，年节约标煤9674吨。
烟气脱白性能评价：采用烟气冷凝法，直接将脱硫后的湿饱和烟气降低至25℃以下，当烟气排入大气时，其降温过程始终处于烟气临界饱和曲线的下方，不会形成白色烟羽。按上述计算中一个供暖季的节煤量9674吨计，减排CO2量25152吨，减排SO2量231吨，减排NOx量67.6吨。
节水减排性能评价：烟气脱硫过程中，浆液蒸发的水分不断地被烟气带离至大气中，造成脱硫塔持续不断地补水，余热回收系统投入后，随着浆液温度的降低，低于烟气的水露点温度50℃时，水蒸气开始凝结后进入浆液，系统开始回收烟气中的冷凝水。通过上述的理论计算，烟气温度降低至25℃时，单台130t/h炉回收冷凝水可达8051kg/h，75t/h炉回收冷凝水可达 4569kg/h。
本系统将热泵作为烟气冷凝的冷源，始终维持脱硫液低温运行工况，因 SO2在溶液中的溶解度与温度有关，温度越低，溶解度越大，更有利于脱硫循环液吸收和溶解SO2气体，且随着脱硫循环浆液温度的降低，由净烟气温度50℃时的烟气水蒸气体积占比9.7％，降至净烟气温度25℃时的烟气水蒸气体积占比2.5％，更多的SO2气体溶解于冷凝水中，极大提高脱硫效率。
本发明采用间壁式换热+热泵机组技术，将烟气排放温度降至25℃以下，系统供水温度达50℃以上，满足正常的供热需求。针对低温烟气工况，系统COP可达5.15。
采用烟气-脱硫循环液-热源水循环液-无离子水循环液-间壁式换热器- 热泵机组的运行模式，以热泵作为烟气冷凝冷源，能够对低温烟气热量进行深度回收利用。通过运行实践表明，烟气流量在75％-110％负荷范围内，烟气脱白效果效果更佳，同时，节水减排效果尤为突出。另外，通过余热回收，减少了CO2的排放。
脱硫副产物的回收利用：目前，燃煤电厂大多采用湿法脱硫工艺，SO2吸收剂的选择有石灰石、氨、氧化镁、氢氧化钠等。由于长期的运行，消耗大量的吸收剂，同时，脱硫副产物的增量随着各地环保排放标准的不同，造成虽然取得了控制大气中SO2污染的环境效益，但同时也伴随着脱硫吸收剂资源的严重浪费和相应脱硫副产物的大量废弃，引发次生环境污染。因此，如何实现脱硫过程副产物的资源化，是新形势下，适应国家节能减排，固废提取再利用的可持续发展战略，应着眼于烟气污染控制技术和发展循环经济，实现资源的综合利用。
前述实施例中的氧化镁脱硫工艺分析，其副产物主要为亚硫酸镁和硫酸镁，前者较后者更易热解，因而可以通过灼烧再生氧化镁脱硫剂，而二氧化硫富气可作为化工原料，进一步制作硫酸或硫磺，两者都具有回用价值；硫酸镁可作为镁肥出售。
关于镁发副产物的回收工艺主要步骤为：亚硫酸镁-干燥-破碎-焙烧-分解-氧化镁+二氧化硫，不再详解和赘述。
在使用氨作为脱硫吸收剂时，由于氨在水中的溶解度随温度的升高而降低。降低脱硫循环液温度，可减少气态氨随烟气排出量，减少烟气中的氨逃逸，有利于氨及SO2的溶解，不仅提高脱硫效率，更是节约运行成本，助力实现绿色生态循环模式。
基于喷淋换热的余热回收与消白一体化(现有技术方案)
针对湿法脱硫工艺后的饱和湿烟气，利用清华大学提出的“基于喷淋换热的烟气余热回收与减排一体化技术”，结合“空塔喷淋”与“吸收式换热”，能够实现低温烟气的余热回收利用。
燃煤烟气余热回收的基本流程如图3所示，在脱硫塔后新设一个直接接触式喷淋换热器，烟气进入喷淋换热器之后，与其中的低温中介水直接接触换热，温度降低至露点以下，回收烟气中的潜热。降温后的烟气返回原烟道通过烟囱排放，而升温之后的中介水进入蓄水池，进行多层沉降，沉降后的清水在主循环泵的作用下进入吸收式热泵蒸发器，作为低温热源，沉降产生的污水则进入原有的污水处理设施。吸收式热泵机组以高温热源驱动，从中介水中提取热量，提供给供暖热用户，在热泵机组中降温的中介水再返回喷淋换热塔，完成一整套循环。
烟气中的水蒸气随着烟气温度的降低不断凝结，凝结的水分主要来自于脱硫塔喷淋浆液蒸发的水分和燃料中所含有的水分，这部分凝结水在蓄水池经过沉淀后，进入脱硫塔补水系统，作为补水返回脱硫塔，能够有效缓解湿法脱硫工艺为电厂带来的补水压力。
在喷淋换热器中，由于烟气与低温中介水直接接触换热，在降温的同时，通过中介水对烟气的洗涤作用，还能够有效的降低烟气中SO2、NOx以及粉尘浓度，减少最终排烟中污染物的排放。
采用上述余热回收技术，能够将湿烟气温度由脱硫塔出口的50℃-53℃降低至30℃以上，充分回收烟气中的热量，回收的热量用于加热热网回水；同时回收烟气中的冷凝水，作为脱硫塔补水利用，减少湿法脱硫的失水量；而且通过对排烟进行再次洗涤处理，减少约55％以上的SO2，8％以上的NOx后排放，并显著降低排烟粉尘含量，从而同时达到节能、节水、减排的多重目的。
直接式喷淋式烟气余热回收系统如图3所示，图3中，19为热用户；20 为热泵机组；21为驱动热源；22为加药箱；23为喷淋换热器；24为水箱； 25为补水箱。
两种余热回收方式的不同和比较：基于间壁式换热和喷淋式换热，回收余热方式的不同，均可实现低温烟气余热的回收利用和烟气脱白以及水资源的回收利用，两种运行方式均采用热泵作为烟气冷凝的冷源，其主要不同之处有如下3方面：
1)两者的运行烟气阻力方面，采用本方案中的间壁式换热的运行阻力，对系统没有任何影响，而采用喷淋式换热的运行阻力约计增加500Pa的烟气阻力，导致引风机电耗相应增加。
2)采用间壁式换热的余热回收系统，系统简单，烟气流程没有任何的改变，低温水余热回收流程，亦不需增加更多的设备投资，且检修维护和运行操作工作量少，投资低，静态回收期限较喷淋式换热短。
3)采用间壁式换热的余热回收系统可以将烟气温度降低至20℃，采用喷淋式换热的余热回收系统可以将烟气温度降至30℃，本发明间壁式换热余热回收系统将烟气深度降温，脱白效果显著，而喷淋式换热余热回收系统的烟气脱白效果则逊于前者。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种湿烟气脱硫脱白净化系统，其特征在于，包括烟囱、脱硫塔、脱硫循环水泵、引风机、脱硫循环水池、热源水循环水泵、除污器、结晶器、间壁式换热器、热网循环水泵、水源热泵机组、无离子水循环水泵、热网、热源水循环水管道以及无离子水循环水管道；
所述除污器包括热源水除污器和热网除污器；所述水源热泵机组，包含蒸发器、内循环介质、冷凝器及压缩机；
所述烟囱与脱硫塔相连，脱硫塔与引风机相连，脱硫塔与脱硫循环水泵，脱硫塔、脱硫循环水泵及间壁式换热器与脱硫循环水池相连，脱硫循环水池与热源水循环水泵相连，热源水循环水泵与热源水除污器相连，结晶器与热源水除污器及脱硫循环水池相连，间壁式换热器与水源热泵机组相连；水源热泵机组与热网循环水泵相连，热网循环水泵与热网除污器相连，水源热泵机组与无离子水循环水泵相连；
所述水源热泵机组将无离子水循环水管道循环水中的余热转移至经热网循环水泵升压进来的热网循环水中，再输出至热网；
无离子水循环水管道循环水经水源热泵机组换热后，返回间壁式换热器；间壁式换热器用于中间换热；
所述热网循环水泵进来的循环水为经热网除污器去污后的来自热网的循环水；
所述热网除污器、热网循环水泵以及无离子水循环水泵所属循环系统进行水质在线管理,保证循环水水质满足使用要求；
所述热源水循环水泵将脱硫循环水池来的脱硫循环装置输出的脱硫浆液送入热源水除污器进行除污，热源水除污器与浓缩脱硫副产物的结晶器相连，结晶器通过移除部分溶剂回收脱硫浓缩物；
工质分别在热源水循环水泵和无离子水循环水泵的驱动下，在闭式或开式管路内循环，经间壁式换热器换热，充分吸收脱硫循环水捕捉的烟气余热；
脱湿烟气经脱硫塔内布置的高效除雾器进一步细分离，去除烟气中夹带的水滴颗粒，回落至脱硫塔内的脱硫循环液中，净烟气排向大气。
所述间壁式换热器，避免热源水中的残泥沉积于换热片，堵塞换热通道、降低换热效率，延长使用寿命；
所述脱硫循环水泵和热源水循环水泵，一方面避免脱硫循环液中的酸性腐蚀，另一方面避免脱硫循环液中的杂质对过流部件造成冲刷和磨损；
所述烟囱，一方面避免酸性烟气的腐蚀，另一方面也减少了烟气流通阻力；
所述脱硫循环水池采用冷、热分区隔离，一方面，经水源热泵机组回热循环后温度较低的脱硫循环液，在脱硫塔内喷淋，促进了SO2的快速吸收和溶解，提高脱硫效率；另一方面，脱硫循环液出口的高温水，亦即热源水循坏水的取水，作为水源热泵机组的热源水，进一步提高了水源热泵机组的回热循环效率；
所述与热源水循环水泵相连的热源水循环水管道一方面避免脱硫循环液的腐蚀，另一方面，光滑的玻璃钢管道，也极大降低了循环水的运行阻力；
所述与无离子水循环水泵相连的无离子水循环水管道，一方面保证了无离子水循环系统水质的清洁，提高间壁式换热器的换热效率，另一方面减少无离子水循环液的运行阻力；
所述热源水除污器能高效分离热源水中结晶物输送至结晶器；所述热网除污器为高效旋流除污器，旋流除污器采用离心原理，保证了管路系统阻力小且均衡，使得系统不停机可排污。
2.一种烟气余热回收系统，其特征在于，包括烟囱、喷淋换热塔、低温水循环水泵、水源热泵机组、引风机、余热锅炉、蒸汽轮机、燃气轮机及压气机；
烟囱与喷淋换热塔相连，喷淋换热塔与低温水循环水泵相连，低温水循环水泵与水源热泵机组相连，喷淋换热塔与引风机相连，余热锅炉与引风机相连，蒸汽轮机和燃气轮机相连，燃气轮机与压气机相连；
所述喷淋换热塔为接触式喷淋换热塔；
所述烟囱，一方面避免酸性烟气的腐蚀，另一方面也减少了烟气流通阻力；
所述热网除污器为高效旋流除污器，旋流除污器采用离心原理，保证了管路系统阻力小且均衡，使得系统不停机可排污；
所述喷淋换热塔是烟气与低温循环水换热的核心设备，保证换热效率的同时还要降低塔内阻力；设计烟气流速不高于4米/秒，烟气阻力为350～400Pa；该喷淋换热塔中布置多层旋流雾化喷嘴，低温循环水自上喷淋，雾化为细小颗粒，形成较大的换热比表面积，换热塔中布满高效换热、低阻力、无堵塞填料，烟气自下而上流动，烟气和低温循环水逆流接触换热；换热过程中，烟气的温度下降至25℃以下，热量转移至低温循环水中，烟气中的水蒸气和酸性可溶物也同时混入低温循环水中；通过水质在线监督检测，保证低温循环水水质满足水源热泵机组的使用要求；
所述水源热泵机组将低温循环水管道循环水中的余热转移至经热网循环水泵升压进来的循环水中，再输出至热网。
3.根据权利要求1所述的一种湿烟气脱硫脱白净化系统，其特征在于，所述脱硫塔内布置有高效除雾器；所述水源热泵机组为电压缩式热泵。
4.根据权利要求1所述的一种湿烟气脱硫脱白净化系统，其特征在于，所述烟囱、脱硫塔、脱硫循环水泵、引风机、脱硫循环水池构成脱硫循环装置；所述热源水循环水泵、除污器、结晶器、热源水循环水管道构成结晶硫酸盐装置；所述无离子水循环水泵、无离子水循环水管道、间壁式换热器、水源热泵机组构成中间换热装置；所述热网循环水泵、热网除污器、热网构成热网循环装置；所述工质，包括脱硫浆液及无离子水；
所述脱硫浆液为热源水。
5.根据权利要求1所述的一种湿烟气脱硫脱白净化系统，其特征在于，所述间壁式换热器采用宽流道耐腐蚀换热器。
6.根据权利要求1所述的一种湿烟气脱硫脱白净化系统及2所述的烟气余热回收系统，其特征在于，所述烟囱采用钛钢复合板或其它耐腐蚀结构型式。
7.根据权利要求1所述的一种湿烟气脱硫脱白净化系统，其特征在于，所述脱硫循环水泵和热源水循环水泵采用抗腐蚀和磨损性能良好的内衬高分子砂浆泵。
8.根据权利要求1所述的一种湿烟气脱硫脱白净化系统，其特征在于，所述脱硫循环水池采用玻璃鳞片防腐处理或密封防腐衬胶罐，采用冷、热分区隔离，脱硫循环水出口的高温水进入热水区，热源水循环水泵的吸入口取自热水区，热源水循环水泵排水口连接冷水区，脱硫循环水泵的吸入口取自冷水区。
9.根据权利要求1所述的一种湿烟气脱硫脱白净化系统，其特征在于，所述与热源水循环水泵相连的热源水循环水管道选用FRPP玻璃钢管道；所述与无离子水循环水泵相连的无离子水循环水管道，采用PE非金属管道。
10.根据权利要求2所述的一种烟气余热回收系统，其特征在于，所述一种烟气余热回收系统的接触式喷淋换热塔,为立式钢制内衬玻璃鳞片结构型式，喷淋塔内布置的多层旋流雾化喷嘴，采用碳化硅耐腐材料，换热塔中布满高效换热、低阻力、无堵塞填料，采用耐腐蚀不锈钢材料，所有喷淋主管道、支管道均采用FRPP增强玻璃钢管材，除雾器采用阻力小、气水分离效果良好的屋脊式除雾器。
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