CN207598302U - 一种电-水联产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电‑水联产系统，属于能源动力工程技术领域。其包括锅炉及汽轮发电机组，还包括烟气净化提水系统及水处理系统，所述汽轮发电机组通过蒸汽管道与所述锅炉连接，所述烟气净化提水系统与所述锅炉通过烟道连接，所述烟气净化提水系统包括依次通过管道连接的脱硝系统、除尘器及冷凝提水系统，所述水处理系统通过烟气凝结水管道与所述冷凝提水系统连接，所述水处理系统通过供水管道与所述锅炉连接。本实用新型应用于燃煤电厂，实现了电—水联产，不同于常规的燃煤火力发电厂，不仅生产电能，同时也可以生产水，可实现发电生产零耗水，更适用于水资源匮乏的地区。

Description

一种电-水联产系统

技术领域

本实用新型涉及一种电-水联产系统，属于能源动力工程技术领域。

背景技术

常规燃煤火力发电厂消耗水资源数量巨大。以2×600MW火电厂为例，耗水量达5000吨/天，每年消耗水资源达180万吨等级。如何降低燃煤火力发电厂的耗水量，是世界性的难题，目前还没有根本性的解决方案。在我国西部、西北部的干旱地区，一方面水资源稀缺，难以满足农业发展；另一方面经济相对欠发达，亟待建设发电厂，水资源匮乏与经济建设耗水的矛盾尤其突出。因此，基于人类生存与发展需求，亟需一种电-水联产系统，解决发电与耗水的矛盾，在生产电能的同时，也生产充足的水，满足生存发展的巨大水量需求。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种电-水联产系统，在输出电能的同时生产大量凝结水，解决了燃煤火力发电厂水耗量大的问题，盈余的水可用于农业或工业，实现电-水联产。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种电-水联产系统，包括锅炉及汽轮发电机组，还包括烟气净化提水系统及水处理系统，所述汽轮发电机组通过蒸汽管道与所述锅炉连接，所述烟气净化提水系统与所述锅炉通过烟道连接，所述烟气净化提水系统包括依次通过管道连接的脱硝系统、除尘器及冷凝提水系统，所述水处理系统通过烟气凝结水管道与所述冷凝提水系统连接，所述水处理系统通过供水管道与所述锅炉连接。

本实用新型的有益效果是：燃料煤进入锅炉燃烧，经燃烧产生高温高压水蒸汽与烟气，水蒸汽进入汽轮发电机组做功产生电能；锅炉产生的烟气经过烟气净化提水系统转化为脱硝、除尘、脱硫净化后的湿饱和烟气，并进一步降温冷凝，在相变过程中产生凝结水，水主要用于电厂的生产用水，剩余的水可作为外供水，用于农业或工业。电、水联产的过程同步进行，发电过程基于郎肯循环实现燃料热能提取，产水过程基于湿饱和烟气的相变传热实现烟气水的凝结提取。本实用新型应用于燃煤电厂，实现了电—水联产，不同于常规的燃煤火力发电厂，不仅生产电能，同时也可以生产水，可实现发电生产零耗水，更适用于水资源匮乏的地区。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步的，所述供水管道上设有用于向外部用户供水的分支管道。

采用上述进一步方案的有益效果是，生产的水不但可以供给发电用水，而且可通过分支管道根据需要向市场供水。

进一步的，所述烟气凝结水管道、蒸汽凝结水管道上分别设有凝结水水泵。

采用上述进一步方案的有益效果是，增加管道内凝结水的压力，达到凝结水输送流动的目的。

进一步的，所述冷凝提水系统包括烟气冷凝端系统、烟气冷源端系统及充排水系统，所述烟气冷凝端系统包括脱硫吸收塔、烟气净化冷凝塔及冷凝蓄水箱，所述脱硫吸收塔上设有烟气入口，所述烟气入口与所述除尘器的出口连接，所述烟气净化冷凝塔设置在所述脱硫吸收塔的上方，所述烟气净化冷凝塔上设有烟气出口、入水口及排水口，所述烟气冷源端系统包括冷却塔，所述排水口通过冷凝水下降管与所述冷凝蓄水箱连接，所述入水口通过循环水供水管道与所述冷却塔连接，所述循环水供水管道上设有冷凝循环水泵，所述冷却塔通过循环水回水管道与所述冷凝蓄水箱连接，所述循环水回水管道、循环水供水管道上分别设有阀门；所述充排水系统包括地下蓄水箱，所述地下蓄水箱通过充水管道与所述冷凝蓄水箱连接，所述充水管道上设有充水泵，所述充水管道上设有与所述烟气凝结水管道连通的补水管道，所述地下蓄水箱通过排水管道与所述循环水回水管道、循环水供水管道连接，所述排水管道上设有泄水阀。

采用上述进一步方案的有益效果是，烟气在脱硫吸收塔内完成净化的基础上，可进入到烟气净化冷凝塔内得到进一步净化，烟尘浓度、二氧化硫浓度进一步降低，脱硫烟气夹带石膏的现象得到彻底消除；充排水系统用于自动完成系统初次启动时的充水和停运情况下的排水，使冷凝提水系统的提水工艺具备较高的可靠性、完备性与适应性，可自行完成系统的启动与停运，可长期稳定运行。冷凝提水系统的循环水侧阻力较小，烟气侧阻力适中，烟气与冷凝水的换热效率高，完成了对湿法脱硫系统处理后烟气的冷凝提水。

进一步的，所述冷凝蓄水箱与所述地下蓄水箱之间还设有冷凝蓄水箱溢流管道。

采用上述进一步方案的有益效果是，凝提水进入到冷凝蓄水箱，当冷凝蓄水箱内的水达到溢流水位，水会顺着溢流管道流回地下蓄水箱内，地下蓄水箱完成水量调剂，可通过充水泵用于脱硫工艺的补水，富余水量还可以用于生产补水，保持冷凝蓄水箱内的水位不高于溢流水位。

进一步的，所述烟气冷凝端系统还包括加药装置，所述加药装置包括加药箱及搅拌器，所述加药箱通过加药管道与所述冷凝蓄水箱连接，所述加药管道上设有加药泵。

采用上述进一步方案的有益效果是，加药装置可对冷凝水进行调质处理，加药箱内放入药剂，药剂可采用Na₂CO₃或NaOH、Ca(OH)₂，经搅拌器混合后，配制成为Na₂CO₃或NaOH、Ca(OH)₂溶液，并由加药泵送入冷凝蓄水箱内，使冷凝水的pH值不低于7，处理后的合格水可直接用于脱硫系统补水或工厂生产用水。

进一步的，所述冷凝蓄水箱的液面高度高于所述冷却塔的充液高度。

采用上述进一步方案的有益效果是，充液高度为冷却塔内充满液体后的液柱高度，冷凝蓄水箱的液面高度高于冷却塔的充液高度，冷却塔的注水由冷凝蓄水箱自注完成，当充水泵向冷凝蓄水箱内注水时，可同时自动完成冷却塔的注水，且冷却塔内部水压稳定，无需设膨胀水箱。

进一步的，所述脱硫吸收塔上设有烟气脱硫出口，所述烟气脱硫出口处设有旁路烟道，所述旁路烟道上设有烟道挡板门，所述旁路烟道的出口与所述烟道连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，烟道挡板门全开时，经过脱硫吸收塔的净烟气可以进入旁路烟道，绕过烟气净化冷凝塔排入烟囱，当烟气净化冷凝塔故障时，脱硫吸收塔仍然能够正常运行，烟气仍可完成脱硫净化。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型冷凝提水系统的结构示意图；

图3为本实用新型的原理图；

图中，Q、锅炉；P、汽轮发电机组；T、烟气净化提水系统；S、水处理系统；N、脱硝系统；U、除尘器；V、冷凝提水系统；G1、蒸汽管道；G2、蒸汽水管道；Y1、烟道；G3、烟气凝结水管道；G4、供水管道；G5、分支管道；G6、补水管道；1、脱硫吸收塔；2、烟气净化冷凝塔；3、冷凝蓄水箱；4、冷凝循环水泵；5、冷却塔；6、地下蓄水箱；7、充水泵；8、加药箱；9、搅拌器；10、加药泵；11、烟囱；12、烟气入口；13、泄阀门；14、阀门；18、凝结水水泵；G01、冷凝水下降管；G02、循环水回水管道；G03、循环水供水管道；G04、冷凝蓄水箱溢流管道；G05、充水管道；G06、排水管道；G07、加药管道。

具体实施方式

以下结合实例对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1-图3所示，一种电-水联产系统，包括锅炉Q及汽轮发电机组P，还包括烟气净化提水系统T及水处理系统S，所述汽轮发电机组通过蒸汽管道G1与所述锅炉连接，所述烟气净化提水系统与所述锅炉通过烟道Y1连接，经过所述烟气净化提水系统处理的干净烟气排空。所述烟气净化提水系统包括依次通过管道连接的脱硝系统N、除尘器U及冷凝提水系统V，所述水处理系统通过烟气凝结水管道G3与所述冷凝提水系统连接，所述水处理系统通过供水管道G4与所述锅炉连接。

所述汽轮发电机组通过蒸汽水管道G2与所述锅炉连接。锅炉产生的高温高压蒸汽通过蒸汽管道进入汽轮发电机组，并驱动发电机做功产生电能；而蒸汽冷却形成的蒸汽凝结水可通过蒸汽凝结水管道返回锅炉，形成闭式循环为锅炉补水，为发电供水，降低发电生产耗水需求。

所述供水管道上设有用于向外部用户供水的分支管道G5。生产的水不但可以供给发电用水，而且可通过分支管道根据需要向市场供水。

所述烟气凝结水管道、蒸汽凝结水管道上分别设有凝结水水泵18。增加管道内凝结水的压力，达到凝结水输送流动的目的。

所述冷凝提水系统包括烟气冷凝端系统、烟气冷源端系统及充排水系统，所述烟气冷凝端系统包括脱硫吸收塔1、烟气净化冷凝塔2及冷凝蓄水箱3，所述脱硫吸收塔上设有烟气入口12，所述烟气入口与所述除尘器的出口连接，所述烟气净化冷凝塔设置在所述脱硫吸收塔的上方或出口侧，所述烟气净化冷凝塔上设有烟气出口、入水口及排水口，所述烟气冷源端系统包括冷却塔5，所述排水口通过冷凝水下降管G01与所述冷凝蓄水箱3连接，所述入水口通过循环水供水管道G03与所述冷却塔连接，所述循环水供水管道上设有冷凝循环水泵4，所述冷却塔通过循环水回水管道G02与所述冷凝蓄水箱连接，所述循环水回水管道、循环水供水管道上分别设有阀门14；所述充排水系统包括地下蓄水箱6，所述地下蓄水箱通过充水管道G05与所述冷凝蓄水箱连接，所述充水管道上设有充水泵7，所述充水管道上设有与所述烟气凝结水管道连通的补水管道G6，所述地下蓄水箱通过排水管道G06与所述循环水回水管道、循环水供水管道连接，所述排水管道上设有泄水阀13。烟气在脱硫吸收塔内完成净化的基础上，可进入到烟气净化冷凝塔内得到进一步净化，烟尘浓度、二氧化硫浓度进一步降低，脱硫烟气夹带石膏的现象得到彻底消除；充排水系统用于自动完成系统初次启动时的充水和停运情况下的排水，使冷凝提水系统的提水工艺具备较高的可靠性、完备性与适应性，可自行完成系统的启动与停运，可长期稳定运行。冷凝提水系统的循环水侧阻力较小，烟气侧阻力适中，烟气与冷凝水的换热效率高，完成了对湿法脱硫系统处理后烟气的冷凝提水。

所述冷凝蓄水箱与所述地下蓄水箱之间还设有冷凝蓄水箱溢流管道G04。凝提水进入到冷凝蓄水箱，当冷凝蓄水箱内的水达到溢流水位，水会顺着溢流管道流回地下蓄水箱内，地下蓄水箱完成水量调剂，可通过充水泵用于脱硫工艺的补水，富余水量还可以用于生产补水，保持冷凝蓄水箱内的水位不高于溢流水位。

所述烟气冷凝端系统还包括加药装置，所述加药装置包括加药箱8及搅拌器9，所述加药箱通过加药管道G07与所述冷凝蓄水箱连接，所述加药管道上设有加药泵10。加药装置可对冷凝水进行调质处理，加药箱内放入药剂，药剂可采用Na₂CO₃或NaOH、Ca(OH)₂，经搅拌器混合后，配制成为Na₂CO₃或NaOH、Ca(OH)₂溶液，并由加药泵送入冷凝蓄水箱内，使冷凝水的pH值不低于7，处理后的合格水可直接用于脱硫系统补水或工厂生产用水。

所述冷凝蓄水箱的液面高度高于所述冷却塔的充液高度。充液高度为冷却塔内充满液体后的液柱高度，冷凝蓄水箱的液面高度高于冷却塔的充液高度，冷却塔的注水由冷凝蓄水箱自注完成，当充水泵向冷凝蓄水箱内注水时，可同时自动完成冷却塔的注水，且冷却塔内部水压稳定，无需设膨胀水箱。

所述烟气出口通过烟道与烟囱11连接。经过处理的后的干净烟气经过烟囱排出，使烟气在高空扩散、稀释并随风长距离传输。

锅炉Q产生的高温高压蒸汽通过蒸汽管道G1进入汽轮发电机组P，并驱动发电机做功产生电能；蒸汽凝结水通过管道G2返回锅炉Q，形成闭式循环。同时锅炉Q排出的烟气经过SCR脱硝系统N处理后，脱除了90％的NOx；经过高频脉冲静电除尘器处理后，脱除了99.9％的烟尘；经过冷凝提水系统V后，首先在脱硫吸收塔内脱除了99.6％的SO₂，同时烟气温度由95℃～100℃降低至53℃～55℃，由原烟气冷却为湿饱和的净烟气，进入烟气净化冷凝塔以后湿饱和烟气进一步冷却，并发生相变反应，生成大量的凝结水。实现了电、水联产。使燃煤火力发电厂的自身生产用水得到解决，实现发电零补水，不再消耗自然水资源，剩余的水可用于向外部用户供水。烟气得到进一步净化，烟尘浓度、二氧化硫浓度进一步降低，脱硫烟气夹带石膏的现象得到彻底消除。该系统的初投资较低，运行中的收水成本适中。

由于发电过程已是成熟技术，不再赘述。产水过程即烟气冷凝提水中，烟气经过脱硝系统、除尘器、脱硫塔后得到净化，烟气脱硫以后，温度降低至水蒸汽露点温度，转变为净化的湿饱和烟气，湿饱和烟气进一步相变传热、冷凝后，其中的水蒸汽结露为凝结水，并汇聚输送至水处理系统，供发电厂生产用水和外部供水。

烟气脱硫净化的化学反应为典型的石灰石-石膏湿法脱硫过程，不再赘述；此过程同时发生了原烟气的混合传质、传热降温过程，原烟气经脱硫后降温成为湿饱和净烟气。这些湿饱和净烟气经过进一步冷却后，发生相变传热，其中的部分水蒸汽冷凝为凝结水，其凝结水量为：

E＝Q_m(H_tout-H_T2)+Q_in×ρ_f×C_p×(t_in-t_out) (1)

式中：

E——烟气净化冷凝系统的换热量，kJ/h；

Q_m——冷凝回收水量，kg/h；

Q_in——系统入口湿饱和烟气量，m3/h；

ρ_f——系统入口湿饱和烟气密度，kg/m3；

t_in——系统入口净烟气温度，℃；

t_out——系统出口冷却后烟气温度，℃；

C_p——烟气比热容，即单位质量的烟气升高或下降单位温度所吸收或放出的热量，kJ/(kg·℃)；

——系统出口冷却后的烟气在温度t_out条件下的水蒸气焓值，kJ/kg；

H_T2——系统出口循环冷却液温度T2条件下的液态水焓值，kJ/kg。

当燃煤火力发电厂机组容量为660MW，燃煤含水率为31％，环境空气温度为13.0℃，相对湿度42％，大气压力896.5hPa时，湿饱和烟气温度由53℃降低至48℃，单台机组提水出力不小于109t/h，两台机组每天生产水量不小于5232t，全年产水量不低于190.9万吨,电厂自用水150万吨,可向外供水40.9万吨。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电-水联产系统，包括锅炉及汽轮发电机组，其特征在于，还包括烟气净化提水系统及水处理系统，所述汽轮发电机组通过蒸汽管道与所述锅炉连接，所述烟气净化提水系统与所述锅炉通过烟道连接，所述烟气净化提水系统包括依次通过管道连接的脱硝系统、除尘器及冷凝提水系统，所述水处理系统通过烟气凝结水管道与所述冷凝提水系统连接，所述水处理系统通过供水管道与所述锅炉连接。

2.根据权利要求1所述的电-水联产系统，其特征在于，所述供水管道上设有用于向外部用户供水的分支管道。

3.根据权利要求2所述的电-水联产系统，其特征在于，所述烟气凝结水管道、蒸汽凝结水管道上分别设有凝结水水泵。

4.根据权利要求1所述的电-水联产系统，其特征在于，所述冷凝提水系统包括烟气冷凝端系统、烟气冷源端系统及充排水系统，所述烟气冷凝端系统包括脱硫吸收塔、烟气净化冷凝塔及冷凝蓄水箱，所述脱硫吸收塔上设有烟气入口，所述烟气入口与所述除尘器的出口连接，所述烟气净化冷凝塔设置在所述脱硫吸收塔的上方或出口侧，所述烟气净化冷凝塔上设有烟气出口、入水口及排水口，所述烟气冷源端系统包括冷却塔，所述排水口通过冷凝水下降管与所述冷凝蓄水箱连接，所述入水口通过循环水供水管道与所述冷却塔连接，所述循环水供水管道上设有冷凝循环水泵，所述冷却塔通过循环水回水管道与所述冷凝蓄水箱连接，所述循环水回水管道、循环水供水管道上分别设有阀门；所述充排水系统包括地下蓄水箱，所述地下蓄水箱通过充水管道与所述冷凝蓄水箱连接，所述充水管道上设有充水泵，所述充水管道上设有与所述烟气凝结水管道连通的补水管道，所述地下蓄水箱通过排水管道与所述循环水回水管道、循环水供水管道连接，所述排水管道上设有泄水阀。

5.根据权利要求4所述的电-水联产系统，其特征在于，所述冷凝蓄水箱与所述地下蓄水箱之间还设有冷凝蓄水箱溢流管道。

6.根据权利要求4所述的电-水联产系统，其特征在于，所述烟气冷凝端系统还包括加药装置，所述加药装置包括加药箱及搅拌器，所述加药箱通过加药管道与所述冷凝蓄水箱连接，所述加药管道上设有加药泵。

7.根据权利要求4所述的电-水联产系统，其特征在于，所述冷凝蓄水箱的液面高度高于所述冷却塔的充液高度。

8.根据权利要求4所述的电-水联产系统，其特征在于，所述脱硫吸收塔上设有烟气脱硫出口，所述烟气脱硫出口处设有旁路烟道，所述旁路烟道上设有烟道挡板门，所述旁路烟道的出口与所述烟道连接。