CN208418785U - 烟气余热利用、消白烟系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型给出了一种烟气余热利用、消白烟系统，包括烟气‑水换热器、吸收式热泵、除尘器、引风机、烟气冷却器、湿法脱硫装置、喷淋式换热器、烟气再热器、烟囱、电热泵、中央控制系统和环境监测系统。该系统内的烟气‑水换热器可实现对高品质烟气热量的回收、利用烟气冷却器可实现对中品质烟气热量的回收、喷淋式换热器可实现对低品质烟气热量的再次深度回收，同时，系统依据实时环境条件，利用电热泵可实现对喷淋式换热器喷淋水入口温度进行调节，继而可实现对喷淋式换热器出口处的烟气冷凝温度进行调节，从而实现对排烟温度的调节，系统内排烟温度可随环境条件变化而变化，从而可实现白烟的实时消除。

Description

烟气余热利用、消白烟系统

技术领域

本实用新型涉及烟气余热回收及消白烟技术领域，尤其涉及一种烟气余热利用、消白烟系统。

背景技术

湿法脱硫占到现已投产燃煤火电机组烟气脱硫装置的84％以上，脱硫后的烟气含湿量较高(13～15％)，烟温较低(45～55℃)，若对此不做处理，烟气由烟囱排入大气后，被迅速冷却，同时烟气中的各组分与大气进行质量交换。当烟气的温度低于其分压所对应的露点温度时，烟气中水蒸气产生过饱和而雾化成水滴，水滴在阳光的照射下产生折射、散射，使烟羽呈现出白色或者灰色，从而产生白烟现象。白烟对周边产生一定的视觉污染，产生石膏雨和烟囱腐蚀等危害，同时也带走了大量的汽化潜热。

另一方面，烟气余热利用是提高锅炉热效率最有效的途径之一。排烟热损失是锅炉最大的热损失，烟气由脱硫入口的130～200℃经湿法脱硫工艺最终由50℃左右排出，这一过程消耗大量水分及汽化潜热，这些热量最终随烟气直接排放到大气中，极大的浪费了能源。随着国家对节能减排工作的不断深入，环保标准已不断提高，排放监督已愈发严格，各地市针对有色烟羽及烟气含湿量的排放标准已陆续出台，烟囱湿烟羽的治理已成为大势所趋。

消白烟主要技术路线可以分为四大类：直接再热技术、冷凝技术、冷凝+再热技术、冷却塔排烟等技术。现有的直接再热消白烟技术存在：白烟“抬而不消”、能源“高质低用”及余热“取而不收”问题；现有的冷凝消白烟技术存在：1)能耗大、需额外的驱动热源，2)冷凝后无再热，烟气抬升阻力大，抬升高度低，3)冬季消白烟效果不明显等问题；现有的冷凝+再热消白烟技术存在：能源高质低用和排烟温度比较固定等缺陷；现有的冷却塔排烟消白烟技术存在：只能减轻“湿烟羽”现象，但不能达到有效消除等问题。如何实现烟气余热的高效回收及白烟的时效消除是一个亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种烟气余热利用、消白烟系统，该系统内的烟气-水换热器可实现对高品质烟气热量的回收、利用烟气冷却器可实现对中品质烟气的热量回收、喷淋式换热器可实现对低品质烟气热量的再次深度回收。同时，系统依据实时环境条件，利用电热泵可实现对喷淋式换热器喷淋水入口温度进行调节，继而可实现对喷淋式换热器出口处的烟气冷凝温度进行调节，从而实现对排烟温度的调节，系统内排烟温度随环境条件变化而变化，从而可实现白烟的实时消除。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种烟气余热利用、消白烟系统，包括烟气-水换热器、吸收式热泵、除尘器、引风机、烟气冷却器、湿法脱硫装置、喷淋式换热器、烟气再热器、烟囱、电热泵、中央控制系统和环境监测系统；所述烟气-水换热器用于初次吸收高温烟气的热量，除尘器用于烟气的除尘，所述引风机的出烟口、烟气冷却器、湿法脱硫装置、喷淋式换热器、烟气再热器和烟囱，依次通过烟道串接在一起，在所述烟气-水换热器与吸收式热泵之间设置热水循环管路，在所述喷淋式换热器与所述吸收式热泵和电热泵之间设置有喷淋水循环管路，所述吸收式热泵和电热泵上还设置有热网水循环管路，所述吸收式热泵和电热泵回收的喷淋水余热用于加热热网回水；

所述中央控制系统可实时接收所述喷淋式换热器的进水口处的喷淋水温度值，且中央控制系统可实时调整电热泵的工作方式；所述环境监测系统用于监测锅炉所处场所的天气环境条件，并能将天气环境监测信号传递给中央控制系统。

优选地，所述烟气冷却器和烟气再热器为一体式结构，烟气冷却器内吸收的热量可直接传递给烟气再热器进行利用。

进一步地，所述环境监测系统包括温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器均设置在烟囱的出烟口外侧，温度传感器用于监测烟囱出烟口所处的环境温度，湿度传感器用于监测烟囱出烟口所处的环境湿度。

进一步地，经过所述吸收式热泵和电热泵加热后的热网回水可直接作为热网供水进行对外供热。

进一步地，经过所述吸收式热泵和电热泵加热后的热网回水，可进入锅炉继续被加热后作为热网供水进行对外供热。

优选地，烟气从锅炉的尾部烟道流出后，可依次经过烟气-水换热器和除尘器后进入到引风机入口端，或者可依次经过除尘器和烟气-水换热器后进入到引风机入口端。

进一步地，喷淋式换热器流出的热源水可通过管道以并联方式分别流经吸收式热泵和电热泵内的蒸发器，降温后的热源水从吸收式热泵和电热泵流出后通过管道以并联方式混合后，再返回到喷淋式换热器喷淋水入口；或者喷淋式换热器流出的热源水可通过管道先流经吸收式热泵内蒸发器，从吸收式热泵流出的初次降温后的热源水再流经电热泵内蒸发器，二次降温后的热源水从电热泵流出后最终返回到喷淋式换热器喷淋水入口。

本实用新型的有益效果是：本实用新型利用先进的余热回收利用、热管高效传热、吸收式热泵、高温电热泵等技术，实现了锅炉高温烟气的热量梯度深度回收及利用，高品质烟气热量通过烟气-水换热器换热后，其吸取的热量用作吸收式热泵驱动热源，继而实现了烟气热量的第一梯度利用；从烟气-水换热器排出的中品质烟气热量通过烟气冷却器吸收后，直接传递给烟气再热器用以加热喷淋水换热器冷凝后的烟气，从而实现了烟气热量的第二梯度利用，与传统再热技术相比，本实用新型中的热量第二梯度利用方式具有换热温差小的特点，从而相应的不可逆损失也较小；从烟气冷却器内排出的低品质烟气热量通过喷淋式换热器被喷淋水回收后，升温后的喷淋水用作吸收式热泵的冷源，继而实现烟气热量的第三梯度利用，喷淋换热过程同时完成烟气的冷凝过程。烟气热量的第一梯度及第三梯度利用过程，所获取的能量用于增加供热，可提高供热能力7％～12％；烟气的喷淋冷却过程可以消除烟气90％的石膏浆液、SO3排放，对NOx及粉尘等污染物有一定的二次脱除效果。

本实用新型中的中央控制系统可依据实际供热要求，实现本实用新型进入基于消白烟的工作模式或者基于增加供热量的工作模式，在进入基于消白烟的工作模式后，中央控制系统，可依据实时环境条件，利用电热泵可实现对喷淋式换热器冷凝水入口温度进行调节，继而可实现对喷淋式换热器出口处的烟气冷凝温度进行调节，从而实现对排烟温度的调节，系统内排烟温度随环境条件变化而变化，从而可实现白烟的实时消除，此方式相对于现有白烟排放，受环境因素影响，存在时而有白烟时而没有白烟的问题，或者对于一般的消白烟技术，排烟温度较为固定，在环境温度较高时排烟温度依旧较高，造成了能源大幅浪费的问题，具有很大的改进意义；在进入基于增加供热量的工作模式后，中央控制系统可依据热网供热需求，调控电热泵的工作频率，实现热网实际提取热量与供热需求热量的实时智能平衡，从而实现余热的充分利用；白烟的彻底消除及能量的梯度利用，使得本系统具有能源和污染物的双重“零排放”功能，继而使得本系统实现了真正的节能减排和清洁供暖。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的部分优选实施例，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为本实用新型的第一种具体实施例结构框架图；

图2为本实用新型的第二种具体实施例结构框架图；

图3为本实用新型的第三种具体实施例结构框架图；

图4为本实用新型的第四种具体实施例结构框架图；

图5为本实用新型实现温度自动调节控制的流程图；

图中：1锅炉、2烟气-水换热器、3除尘器、4引风机、5烟气冷却器、6湿法脱硫装置、7喷淋式换热器、8烟气再热器、9烟囱、10吸收式热泵、11电热泵、12热网或锅炉、101烟道、102热水循环管路、103喷淋水循环管路、104热网水循环管路。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图1-2，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分优选实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似变形，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

本实用新型提供了一种烟气余热利用、消白烟系统(如图1所示)，包括烟气-水换热器2、吸收式热泵10、除尘器3、引风机4、烟气冷却器5、湿法脱硫装置6、喷淋式换热器7、烟气再热器8、烟囱9、电热泵11、中央控制系统和环境监测系统；所述烟气-水换热器2用于初次吸收高温烟气的热量，除尘器3用于烟气的除尘，烟气从锅炉1的尾部烟道流出后，可依次经过烟气-水换热器2和除尘器3后进入到引风机4入口端，或者可依次经过除尘器4和烟气-水换热器2后进入到引风机4入口端，本具体实施例中，则选用烟气先经过除尘器4除尘后再进入到烟气-水换热器2内，然后再进入到引风机4内，所述引风机4的出烟口、烟气冷却器5、湿法脱硫装置6、喷淋式换热器7、烟气再热器8和烟囱9，依次通过烟道101串接在一起，在所述烟气-水换热器2与吸收式热泵10之间设置热水循环管路102，烟气-水换热器2可将锅炉1尾部烟气由150℃以上冷却至110℃左右，烟气-水换热器2吸收的高品质热量通过热水循环管路102传递给吸收式热泵10，吸收式热泵10吸收热量后，用于供热，从而实现烟气热量的第一梯度利用，烟气冷却器5用于冷却烟气，并将吸收的热量直接传递给烟气再热器8，烟气再热器8用于加热向烟囱9排放的处理后的净烟气，从而实现烟气热量的第二梯度利用，在本具体实施例中，烟气冷却器5和烟气再热器8可为一体式结构，烟气冷却器5吸收的热量通过数根热管传递给烟气再热器8，在所述喷淋式换热器7与所述吸收式热泵10和电热泵11之间设置有喷淋水循环管路103，具体的，喷淋式换热器7流出的热水可通过管道以并联方式分别进入到吸收式热泵10和电热泵11内的蒸发器侧，降温后的热源水从吸收式热泵10和电热泵11流出后通过管道以并联方式混合后，再返回到喷淋式换热器7喷淋水入口，或者喷淋式换热器7流出的热源水可通过管道先流经吸收式热泵10内蒸发器侧，从吸收式热泵10流出的初次降温后的热源水再流经电热泵11内蒸发器侧，二次降温后的热源水从电热泵11内流出后最终返回到喷淋式换热器7喷淋水入口。在本具体实施例中，喷淋水选用先通过管道流经吸收式热泵10内蒸发器侧，从吸收式热泵10流出的初次降温后的喷淋水再进入到电热泵11内蒸发器侧，二次降温后的喷淋水从电热泵11内流出后最终进入到喷淋式换热器7内的循环方式去实施。所述吸收式热泵10和电热泵11上还设置有热网水循环管路104，所述吸收式热泵10和电热泵11吸收的喷淋水热量用于加热热网回水，在本具体实施例中，通过热网水循环管路104，由吸收式热泵10和电热泵11加热后的热网回水可直接作为热网供水进行对外供热，也可进入锅炉1继续被加热后作为热网供水进行对外供热。

中央控制系统用于控制和调整整个系统的工作方式，所述中央控制系统可实时接收所述喷淋式换热器7的进水口处的喷淋水实际温度值，且中央控制系统可实时调整电热泵11的工作方式；所述环境监测系统用于监测锅炉1所处场所的天气环境条件，并能将天气环境监测信号传递给中央控制系统，在本具体实施例中，环境监测系统包括温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器均设置在烟囱5的出烟口外侧，温度传感器用于监测烟囱出烟口所处的环境温度，湿度传感器用于监测烟囱出烟口所处的环境湿度。

本实用新型实现温度自动调节控制的流程为：

S1、启动锅炉1，进行热网供水工作；

S2、依据实际供热工作要求，通过中央控制系统实现烟气余热利用、消白烟系统进入基于消白烟的工作模式或者基于增加供热量的工作模式；

S2.1当烟气余热利用、消白烟系统依据指令进入到基于消白烟的工作模式后，中央控制系统实时接收环境监测系统反馈的环境温度T1和环境湿度RH信号，并依据环境温度T1和环境湿度RH信号，计算出烟气在喷淋式换热器7的出烟口流出后所需的烟气冷凝温度T2及喷淋式换热器7所需的喷淋水入口温度T3，然后，中央控制系统检测喷淋式换热器冷水源的流入实际温度T4，并进行T4-T3的做差计算，进一步的，中央控制系统将T4-T3的值同中央控制系统内设定的温差值ΔT(ΔT≥5℃，在本具体实施例中，可将ΔT设定为5℃)进行比较：当T4-T3的值大于等于ΔT时，中央控制系统调整电热泵11工作状态，使得电热泵11处于最高频率工作状态(电热泵11工作，会吸收喷淋水的热量，继而使得从电热泵11流出的喷淋水温度降低)，在电热泵11处于最高频率工作状态时，中央控制系统实时检测T4的值，并实时将T4-T3的值与ΔT比较，直到T4-T3的值小于ΔT，当T4-T3的值小于ΔT后，中央控制系统调整电热泵11工作状态，使得电热泵11处于最佳能效比工作状态；当电热泵11处于最佳能效比工作状态时，中央控制系统仍实时比较T4与T3的大小，当T4与T3不相等时，中央控制系统继续依据T4-T3的值与ΔT的比较结果，使得电热泵11重新进入最高频率工作模式或者进入最佳能效比工作模式，当T4与T3值相等时，中央控制系统使得电热泵11停止工作。上述步骤实现实时消白烟的原理为：白烟的出现是由烟气的温度、含湿量和烟囱9所处的环境温度、环境湿度决定的，在得知烟囱9的环境温度及环境湿度后，通过对烟气进行加热，可实现消白烟，在本系统中，烟气是先通过喷淋换热器进行冷凝除湿，降低烟气含湿量，然后通过烟气再热器8进行加热的，其对烟气的加热升温值基本确定，这样决定烟气升温效果的决定因素则转移到烟气从喷淋式换热器7流出后的烟气冷凝温度因素上，在喷淋式换热器7内，烟气出烟的冷凝温度由喷淋式换热器7的喷淋水入口温度决定，故烟气升温效果的决定因素又转移到喷淋水入口温度因素上，而在本实用新型中，喷淋式换热器入口的喷淋水是从电热泵11流出的，电热泵11的工作方式可直接影响喷淋水在其内的流出温度，这样烟气升温效果的决定因素最终转移到电热泵11的工作负荷上，电热泵11的工作负荷可通过中央控制系统灵活控制，从而可依据环境因素实现烟气升温的实时控制，继而达到实时消白烟的目的。

S2.2当烟气余热利用、消白烟系统依据指令进入到基于增加供热量工作模式时，中央控制系统获得热网系统的供热需求量Q1，中央控制系统依据供热需求量Q1，计算出烟气在喷淋式换热器7的出烟口流出后所需的烟气冷凝温度T5及喷淋式换热器7所需的喷淋水入口温度T6，然后，中央控制系统实时检测喷淋式换热器冷水源的流入实际温度T7和热网系统的实际提取供热量Q2；进一步的，中央控制系统将Q1与Q2进行比较，当Q1大于等于Q2时，中央控制系统调控电热泵11的工作模式，使电热泵11处于最高频率工作模式，以便电热泵11向热网系统内提供更多的热量，在电热泵11处于最高频率工作状态时，中央控制系统继续实时检测喷淋式换热器冷水源的流入实际温度T7和热网系统的实际提取供热量Q2，直到Q1小于Q2；当Q1小于Q2时，中央控制系统调控电热泵11工作模式，使电热泵11处于最佳能效比工作模式，在电热泵11处于最佳能效比工作模式时，中央控制系统实时将T7和T6进行比较，当T7大于T6温度时，中央控制系统继续将Q1与实时检测到的Q2进行比较，然后依据比较结果，使得电热泵11重新进入最高频率工作模式或者最佳能效比工作模式下工作，当T7小于等于T6温度时，中央控制系统使得电热泵11停止工作。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

以上所述结合附图对本实用新型的优选实施方式和实施例作了详述，但是本实用新型并不局限于上述实施方式和实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种烟气余热利用、消白烟系统，其特征是，包括烟气-水换热器、吸收式热泵、除尘器、引风机、烟气冷却器、湿法脱硫装置、喷淋式换热器、烟气再热器、烟囱、电热泵、中央控制系统和环境监测系统；所述烟气-水换热器用于初次吸收高温烟气的热量，除尘器用于烟气的除尘，所述引风机的出烟口、烟气冷却器、湿法脱硫装置、喷淋式换热器、烟气再热器和烟囱，依次通过烟道串接在一起，在所述烟气-水换热器与吸收式热泵之间设置热水循环管路，在所述喷淋式换热器与所述吸收式热泵和电热泵之间设置有喷淋水循环管路，所述吸收式热泵和电热泵上还设置有热网水循环管路，所述吸收式热泵和电热泵回收的喷淋水余热用于加热热网回水；

所述中央控制系统可实时接收所述喷淋式换热器的进水口处的喷淋水温度值，且中央控制系统可实时调整电热泵的工作方式；所述环境监测系统用于监测锅炉所处场所的天气环境条件，并能将天气环境监测信号传递给中央控制系统。

2.根据权利要求1所述的烟气余热利用、消白烟系统，其特征是，所述烟气冷却器和烟气再热器为一体式结构，烟气冷却器内吸收的热量可直接传递给烟气再热器进行利用。

3.根据权利要求2所述的烟气余热利用、消白烟系统，其特征是，所述环境监测系统包括温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器均设置在烟囱的出烟口外侧，温度传感器用于监测烟囱出烟口所处的环境温度，湿度传感器用于监测烟囱出烟口所处的环境湿度。

4.根据权利要求3所述的烟气余热利用、消白烟系统，其特征是，经过所述吸收式热泵和电热泵加热后的热网回水可直接作为热网供水进行对外供热。

5.根据权利要求3所述的烟气余热利用、消白烟系统，其特征是，经过所述吸收式热泵和电热泵加热后的热网回水，可进入锅炉继续被加热后作为热网供水进行对外供热。

6.根据权利要求1所述的烟气余热利用、消白烟系统，其特征是，烟气从锅炉的尾部烟道流出后，可依次经过烟气-水换热器和除尘器后进入到引风机入口端，或者可依次经过除尘器和烟气-水换热器后进入到引风机入口端。

7.根据权利要求6所述的烟气余热利用、消白烟系统，其特征是，喷淋式换热器流出的热源水可通过管道以并联方式分别流经吸收式热泵和电热泵内的蒸发器，降温后的热源水从吸收式热泵和电热泵流出后通过管道以并联方式混合后，再返回到喷淋式换热器喷淋水入口；或者喷淋式换热器流出的热源水可通过管道先流经吸收式热泵内蒸发器，从吸收式热泵流出的初次降温后的热源水再流经电热泵内蒸发器，二次降温后的热源水从电热泵流出后最终返回到喷淋式换热器喷淋水入口。