CN115957587A - 一种太阳能集成开式烟气热湿处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能集成开式烟气热湿处理系统及方法，包括太阳能集热器、风机、预热器、脱硫塔、溶液箱、膜冷凝器、水泵一、膜除湿器、三通阀一、三通阀二、溶液热交换器、吸收器、蒸发器。本发明所述的太阳能集成开式烟气热湿处理系统，集成度高，系统复杂度低，利用吸收太阳能促使浓溶液再生，还采用了膜冷凝器和膜除湿器相结合的方式对烟气进行深度处理，降低成本的同时防止设备腐蚀，还解决了排烟引起的雾霾问题。

Description

一种太阳能集成开式烟气热湿处理系统及方法

技术领域

本发明涉及烟气热湿处理领域，特别涉及一种太阳能集成开式烟气热湿处理系统及方法。

背景技术

火电厂湿法脱硫后的烟气含有大量水蒸气和低温余热，在排放过程中为了避免尾部烟道及设备腐蚀，通常需加热烟气，但该过程不仅无法有效回收烟气中的水分和热量，还额外补偿大量的高品位热能，造成浪费。此外，烟气中的水蒸气吸附空气中各种颗粒物、不凝结气体形成团状颗粒物，是雾霾形成的主要原因之一。目前烟气热湿处理技术主要包括冷凝法和溶液法。冷凝法利用低温冷源对烟气进行降温冷凝，采用单级或多级间壁式换热器时易造成换热器腐蚀或结垢，而采用烟气-冷却水直接接触的方法则易造成回收水质差且喷嘴堵塞。同时，冷源温度是冷凝法一大限制因素，夏季低温冷源与烟气温差小导致烟气回收效果大幅降低。另外，冷凝法处理后的烟气仍接近饱和状态，后续还需进行加热处理。溶液法利用具有吸湿性质的盐溶液与烟气直接或间接接触吸收烟气水蒸气，与冷凝法相比不需要那么低的工质温度，是一种高效的湿度处理方式，然而，目前溶液法仍利用高品位电力满足低品位除湿需求，并不符合能量的梯级利用。

太阳能吸收式制冷可利用可再生能源，提高能源利用效率，减少温室气体排放。在夏季，太阳能辐射充足，制冷效率高，正好可以解决冷凝法夏季水温高的问题。传统的闭式太阳能烟气处理系统对换热性能要求较高，随能效数的提高，系统越发复杂，成本越加昂贵。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效处理烟气、节能减排、降低成本的系统。

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种太阳能集成开式烟气热湿处理系统及方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种太阳能集成开式烟气热湿处理系统，该系统包括太阳能集热器、风机、预热器、脱硫塔、溶液箱、膜冷凝器、水泵一、膜除湿器、三通阀一、三通阀二、溶液热交换器、吸收器、蒸发器，其中：

风机分为空气入口侧和空气出口侧，风机的空气出口侧与太阳能集热器的溶液入口相连接；

溶液箱的低温浓溶液出口与预热器的入口相连接，预热器的出口与太阳能集热器的溶液入口相连接，溶液箱的高温浓溶液入口与太阳能集热器的溶液出口相连接，从而实现一个溶液升温和溶液浓缩的循环；

溶液箱的浓溶液出口与溶液热交换器的浓溶液入口相连接，溶液热交换器4的浓溶液出口通过三通阀二分别并行连接吸收器的浓溶液入口和膜除湿器的入口，膜除湿器的出口与溶液箱的低溶液入口相连接，从而实现一个烟气降温除湿循环，吸收器的稀溶液出口与溶液热交换器的稀溶液入口相连接，溶液热交换器的稀溶液出口与溶液箱的稀溶液入口相连接，从而实现一个溶液稀释的循环；

蒸发器的冷冻水出口与三通阀三的第一端相连接，三通阀三的第二端与蒸发器的制冷剂入口相连接，膜冷凝器的入口与三通阀三的第三端相连接，膜冷凝器的出口与三通阀一的第一端相连接，补水入口与三通阀一的第二端相连接，蒸发器的冷冻水入口与三通阀一的第三端相连接，所述蒸发器的制冷剂出口与所述蒸发器的制冷剂入口通过管道相连接，从而实现水循环。

优选地，所述风机为所述太阳能集热器提供空气。

优选地，所述溶液箱低温溶液出口与所述预热器入口相连接的管道上依次设置截止阀一、溶液泵一。

优选地，所述膜冷凝器由多孔陶瓷膜或中空纤维膜管组成。

优选地，所述溶液箱的浓溶液出口与所述溶液热交换器的浓溶液入口相连接的管道上设置溶液泵二。

优选地，所述膜冷凝器的出口与所述三通阀一的管道上设置水泵一。

优选地，所述膜除湿器由中空纤维膜组件组成。

优选地，所述三通阀二与所述吸收器入口相连接的管道上设置节流阀。

优选地，所述吸收器的稀溶液出口与所述溶液热交换器入口相连接的管道上依次设置截止阀二、溶液泵三。

优选地，所述吸收器内含冷却盘管。

优选地，所述吸收器和所述蒸发器相连接。

优选地，所述吸收器、所述蒸发器与真空泵相连接，真空泵为吸收器和蒸发器提供真空环境。

优选地，所述蒸发器的制冷剂出口与所述蒸发器的制冷剂入口相连接的管道上设置截止阀三、水泵二。

第二方面，本发明还提供一种太阳能集成开式烟气热湿处理方法，所述方法包括以下步骤：

白天本发明所述的一种太阳能集成开式烟气热湿处理系统溶液箱内的浓溶液从低温溶液出口通过截止阀，由溶液泵一泵入预热器，浓溶液经预热器预热后温度升高，然后进入到太阳能集热器，风机为太阳能集热器提供空气，浓溶液在太阳能集热器中吸收太阳辐射并再生成为高温浓溶液回到溶液箱，从而实现一个溶液升温及溶液浓缩的循环，该循环使溶液箱内的浓溶液维持高温及高浓度，夜间没有太阳光作用时，太阳能集成开式烟气热湿处理系统依靠白天再生的高温浓溶液以及预热器的加热作用也可满足系统浓溶液的温度和浓度需求；

浓溶液从溶液箱的浓溶液出口通过溶液泵二进入溶液热交换器，再从溶液热交换器的浓溶液出口通过三通阀二，一路浓溶液通过节流阀减压得到低压浓溶液，低压浓溶液进入吸收器，冷冻水在真空泵作用下于蒸发器内喷淋蒸发，蒸发后的水蒸气进入吸收器，冷冻水在吸收器内喷淋，低压浓溶液吸收水蒸气后变成稀溶液。稀溶液通过吸收器中的冷却盘管，再由冷却器的稀溶液出口通过溶液泵三泵入溶液热交换器，再回到溶液箱，从而实现一个溶液稀释的循环，通过三通阀二的另一路浓溶液进入膜除湿器，再回到溶液箱，从而实现一个烟气降温除湿循环；

冷冻水在蒸发器内喷淋蒸发，蒸发后的水蒸气进入吸收器被浓溶液吸收，喷淋后的冷冻水经过截止阀三、水泵二后重新进入蒸发器。蒸发器的出口冷冻水一部分作为制冷剂补水，另一部分进入到膜冷凝器回收烟气热湿，膜冷凝器的出口水温和水量提高，膜冷凝器的出口水一部分作为锅炉或脱硫塔补水，另一部分回到蒸发器，从而实现一个水循环；

烟气首先经过预热器，通过预热器的浓溶液回收烟气热量、温度升高，烟气降温后经脱硫塔湿法脱硫后进入膜冷凝器，烟气和膜冷凝器内的冷冻水进行热湿交换，烟气温度和水蒸气含量降低，但仍接近饱和状态，膜冷凝器回收烟气水分和热量。最后烟气进入膜除湿器，和膜除湿器的浓溶液进行热湿交换，烟气的水蒸气含量进一步降低，烟气温度小幅升高，膜除湿器的浓溶液吸收烟气水蒸气并加热烟气。

优选地，所述溶液箱中的浓溶液为吸湿能力强的溶液。

更优选地，所述溶液箱中的浓溶液为溴化锂浓溶液、氯化锂浓溶液中的任意一种。

优选地，所述吸收器中的冷却盘管通入冷却水。

优选地，所述制冷剂为冷冻水。

更优选地，当所述制冷剂为冷冻水时，所述补水入口与脱硫塔或锅炉相连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所述的一种太阳能集成开式烟气热湿处理系统集成度高，太阳能集热器可同时吸收太阳能并促使浓溶液再生，再生后的浓溶液既可作为制冷系统的循环工质，又可以膜除湿器提供除湿工质，制冷系统和除湿系统可以有机结合，减少了设备数量，降低了系统复杂度。

(2)本发明所述的一种太阳能集成开式烟气热湿处理系统适用性强，白天可以利用太阳能高效再生浓溶液，将浓溶液存储在溶液箱中，溶液箱可以起到平抑太阳能波动以及储能的作用，夜晚虽然没有太阳光作用，但依靠白天再生的高温浓溶液以及预热器的加热作用也可满足系统对于浓溶液温度的要求。

(3)本发明所述的一种太阳能集成开式烟气热湿处理方法，不仅能进行烟气热湿处理，而且采用了膜冷凝器和膜除湿器相结合的方式对烟气热湿进行深度处理，排出的烟气具有温度低、露点低的优势，后续无需对烟气进行再热，防止设备腐蚀的同时解决了排烟引起的雾霾问题。

(4)本发明所述的一种太阳能集成开式烟气热湿处理方法，可高效利用太阳能及烟气余热对浓溶液进行再生，提高了能源利用效率，降低烟气热湿处理过程的能耗，减少高品位电能或热能的使用，有利于电厂节能降耗，同时利用夏季太阳辐射能高的特性有效解决了膜冷凝器冷源温度高的问题。

附图说明

图1为太阳能集成开式烟气热湿处理系统的结构示意图。

附图中，1-太阳能集热器、2-风机、3-预热器、4-脱硫塔、5-溶液箱、6-截止阀一、7-溶液泵一、8-膜冷凝器、9-溶液泵二、10-水泵一、11-膜除湿器、12-三通阀一、13-三通阀二、14-溶液热交换器、15-溶液泵三、16-截止阀二、17-节流阀、18-真空泵、19-吸收器、20-蒸发器、21-截止阀三、22-水泵二、23-三通阀三。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个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组合。

实施例1

图1为太阳能集成开式烟气热湿处理系统的结构示意图。

溶液箱5的低温溶液出口通过截止阀一6、溶液泵一7与预热器3的入口相连接，预热器3的出口与太阳能集热器1的溶液入口相连接，溶液箱5的高温溶液入口与太阳能集热器1的溶液出口相连接，从而实现一个溶液升温的循环；风机2分为空气入口侧和空气出口侧，风机2的空气出口侧与太阳能集热器1的溶液入口相连接，风机2未太阳能集热器1提供空气；

溶液箱5的浓溶液出口通过溶液泵二9与溶液热交换器14的浓溶液入口相连接，溶液热交换器14的浓溶液出口通过三通阀二13，一路通过节流阀17连接吸收器19的浓溶液入口，吸收器19内含冷却盘管，另一路连接膜除湿器11的入口，膜除湿器11由中空纤维膜组件组成，膜除湿器11的出口与溶液箱5的低溶液入口相连接，从而实现一个烟气降温除湿循环；吸收器19和蒸发器20相连接，吸收器19和蒸发器20的上方中间设置真空泵18，真空泵18为吸收器19和蒸发器20提供真空环境，吸收器19的稀溶液出口通过截止阀二16、溶液泵三15与溶液热交换器14的稀溶液入口相连接，溶液热交换器14的稀溶液出口与溶液箱5的稀溶液入口相连接，从而实现一个溶液稀释的循环；

蒸发器20的制冷剂出口通过截止阀三21、水泵二22与蒸发器20的制冷剂入口相连接，蒸发器20的冷冻水出口通过三通阀三23分别并行蒸发器20的制冷剂入口和膜冷凝器8的入口，膜冷凝器8由多孔陶瓷膜或中空纤维膜管组成，膜冷凝器8的出口通过水泵一10、三通阀一12并行补水入口和蒸发器20的冷冻水入口，从而实现水循环。

实施例2

一种太阳能集成开式烟气热湿处理方法，应用于实施例1所述的太阳能集成开式烟气热湿处理系统，所述方法包括以下步骤：

往太阳能集成开式烟气热湿处理系统中的溶液箱5加入溴化锂浓溶液，白天溶液箱5内的溴化锂浓溶液从低温溶液出口通过截止阀6，由溶液泵一7泵入预热器3，溴化锂浓溶液经预热器3预热后温度升高，然后进入到太阳能集热器1，风机2为太阳能集热器1提供空气，溴化锂浓溶液在太阳能集热器1中吸收太阳辐射并再生成为高温溴化锂浓溶液回到溶液箱5，从而实现一个溴化锂浓溶液升温和溶液浓缩的循环，该循环使溶液箱5内的溴化锂浓溶液维持高温，夜间没有太阳光作用时，太阳能集成开式烟气热湿处理系统依靠白天再生的高温溴化锂浓溶液以及预热器3的加热作用也可满足系统中溴化锂浓溶液的温度需求；

溴化锂浓溶液从溶液箱5的浓溶液出口通过溶液泵二9进入溶液热交换器14，再从溶液热交换器14的浓溶液出口通过三通阀二13，一路溴化锂浓溶液通过节流阀17减压得到低压溴化锂浓溶液，低压溴化锂浓溶液进入吸收器19，低压溴化锂浓溶液在真空泵18作用下在吸收器19中喷淋，冷冻水在真空泵18作用下于蒸发器20内喷淋蒸发，蒸发后的水蒸气进入吸收器19，冷冻水在吸收器19内喷淋，低压溴化锂浓溶液吸收水蒸气后变成溴化锂稀溶液，溴化锂稀溶液通过吸收器19中通有冷却水的冷却盘管，再由吸收器19的稀溶液出口通过溶液泵三15泵入溶液热交换器14，再回到溶液箱5，从而实现一个溴化锂溶液稀释的循环，通过三通阀二13的另一路溴化锂浓溶液进入膜除湿器11，再回到溶液箱5，从而实现一个烟气降温除湿循环；

冷冻水在蒸发器20内喷淋蒸发，蒸发后的水蒸气进入吸收器19被溴化锂浓溶液吸收，喷淋后的冷冻水经过截止阀三21、水泵二22后重新进入蒸发器20。蒸发器20的出口冷冻水一部分作为制冷剂补水，另一部分进入到膜冷凝器8回收烟气热湿，膜冷凝器8的出口水温和水量提高，膜冷凝器8的出口水一部分作为锅炉或脱硫塔补水，另一部分回到蒸发器20从而实现一个水循环。

烟气首先经过预热器3，通过预热器3的溴化锂浓溶液回收烟气热量、温度升高，烟气降温后经脱硫塔4湿法脱硫后进入膜冷凝器8，烟气和膜冷凝器8内的冷冻水进行热湿交换，烟气温度和水蒸气含量降低，但仍接近饱和状态，膜冷凝器8回收烟气水分和热量。最后烟气进入膜除湿器11，和膜除湿器11的溴化锂浓溶液进行热湿交换，烟气的水蒸气含量进一步降低，烟气温度小幅升高，膜除湿器11的溴化锂浓溶液吸收烟气水蒸气并加热烟气。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种太阳能集成开式烟气热湿处理系统，其特征在于，包括太阳能集热器(1)、风机(2)、预热器(3)、脱硫塔(4)、溶液箱(5)、膜冷凝器(8)、水泵一(10)、膜除湿器(11)、三通阀一(12)、三通阀二(13)、溶液热交换器(14)、吸收器(19)以及蒸发器(20)，

风机(2)与太阳能集热器(1)相连接；溶液箱(5)与预热器(3)相连接，预热器(3)与太阳能集热器(1)相连接，溶液箱(5)与太阳能集热器(1)相连接；

溶液箱(5)与溶液热交换器(14)相连接，溶液热交换器(14)通过三通阀二(13)分别并行连接吸收器(19)和膜除湿器(11)，膜除湿器(11)与溶液箱(5)相连接，吸收器(19)与溶液热交换器(14)相连接，溶液热交换器(14)与溶液箱(5)相连接；

蒸发器(20)与三通阀三(23)的第一端相连接，三通阀三(23)的第二端与蒸发器(20)相连接，膜冷凝器(8)与三通阀三(23)的第三端相连接，膜冷凝器(8)与三通阀一(12)的第一端相连接，补水入口与三通阀一(12)的第二端相连接，蒸发器(20)与三通阀一(12)的第三端相连接，蒸发器(20)的制冷剂出口与蒸发器(20)的制冷剂入口相连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能集成开式烟气热湿处理系统，其特征在于，所述溶液箱(5)与所述预热器(3)相连接的管道上依次设置截止阀一(6)、溶液泵一(7)。

3.根据权利要求1所述的太阳能集成开式烟气热湿处理系统，其特征在于，所述溶液箱(5)与所述溶液热交换器(14)相连接的管道上设置溶液泵二(9)。

4.根据权利要求1所述的太阳能集成开式烟气热湿处理系统，其特征在于，所述膜冷凝器(8)由多孔陶瓷膜或中空纤维膜管组成，所述膜除湿器(11)由中空纤维膜组件组成，所述吸收器(19)内含冷却盘管。

5.根据权利要求1所述的太阳能集成开式烟气热湿处理系统，其特征在于，所述膜冷凝器(8)与所述三通阀一(12)相连接的管道上设置水泵一(10)，所述三通阀二(13)与所述吸收器(19)相连接的管道上设置节流阀(17)，所述吸收器(19)与所述溶液热交换器(14)相连接的管道上依次设置截止阀二(16)、溶液泵三(15)，所述蒸发器(20)的制冷剂出口与所述蒸发器(20)的制冷剂入口相连接的管道上设置截止阀三(21)、水泵二(22)。

6.根据权利要求1所述的太阳能集成开式烟气热湿处理系统，其特征在于，所述吸收器(19)和所述蒸发器(20)相连接，真空泵(18)与所述吸收器(19)、所述蒸发器(20)相连接。

7.一种太阳能集成开式烟气热湿处理方法，其特征在于，应用于权利要求1～6任一项所述的太阳能集成开式烟气热湿处理系统，包括以下步骤：

白天太阳能集成开式烟气热湿处理系统的溶液箱(5)内的浓溶液从低温溶液出口通过截止阀(6)，由溶液泵一(7)泵入预热器(3)，浓溶液经预热器(3)预热后温度升高，然后进入到太阳能集热器(1)，风机(2)为太阳能集热器(1)提供空气，浓溶液在太阳能集热器(1)中吸收太阳辐射并再生成为高温浓溶液回到溶液箱(5)，从而实现一个溶液升温和溶液浓缩的循环，该循环使溶液箱(5)内的浓溶液维持高温，夜间没有太阳光作用时，太阳能集成开式烟气热湿处理系统依靠白天再生的高温浓溶液以及预热器(3)的加热作用也可满足系统浓溶液的温度需求；

浓溶液从溶液箱(5)的浓溶液出口通过溶液泵二(9)进入溶液热交换器(14)，再从溶液热交换器(14)的浓溶液出口通过三通阀二(13)，一路浓溶液通过节流阀(17)减压得到低压浓溶液，低压浓溶液进入吸收器(19)，冷冻水在真空泵(18)作用下于蒸发器(20)内喷淋蒸发，蒸发后的水蒸气进入吸收器(19)，冷冻水在吸收器(19)内喷淋，低压浓溶液吸收水蒸气后变成稀溶液。稀溶液通过吸收器(19)中通有冷却水的冷却盘管，再由吸收器(19)的稀溶液出口通过溶液泵三(15)泵入溶液热交换器(14)，再回到溶液箱(5)，从而实现一个溶液稀释的循环，通过三通阀二(13)的另一路浓溶液进入膜除湿器(11)，再回到溶液箱(5)，从而实现一个烟气降温除湿循环；

冷冻水在蒸发器(20)内喷淋蒸发，蒸发后的水蒸气进入吸收器(19)被浓溶液吸收，喷淋后的冷冻水经过截止阀三(21)、水泵二(22)后重新进入蒸发器(20)。蒸发器(20)的出口冷冻水一部分作为制冷剂补水，另一部分进入到膜冷凝器(8)回收烟气热湿，膜冷凝器(8)的出口水温和水量提高，膜冷凝器(8)的出口水一部分作为锅炉或脱硫塔补水，另一部分回到蒸发器(20)，从而实现一个水循环；

烟气首先经过预热器(3)，通过预热器(3)的浓溶液回收烟气热量、温度升高，烟气降温后经脱硫塔(4)湿法脱硫后进入膜冷凝器(8)，烟气和膜冷凝器(8)内的冷冻水进行热湿交换，烟气温度和水蒸气含量降低，但仍接近饱和状态，膜冷凝器(8)回收烟气水分和热量。最后烟气进入膜除湿器(11)，和膜除湿器(11)的浓溶液进行热湿交换，烟气的水蒸气含量进一步降低，烟气温度小幅升高，膜除湿器(11)的浓溶液吸收烟气水蒸气并加热烟气。

8.根据权利要求7所述的太阳能集成开式烟气热湿处理方法，其特征在于，所述溶液箱(5)中的浓溶液为溴化锂浓溶液、氯化锂浓溶液中的任意一种，所述制冷剂为冷冻水。

9.根据权利要求7所述的太阳能集成开式烟气热湿处理方法，其特征在于，所述制冷剂为冷冻水时，所述补水入口与脱硫塔(4)或锅炉相连接。

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