CN210320129U - 一种基于余热驱动的锅炉排烟全成分资源化回收工艺系统 - Google Patents

Abstract

一种基于余热驱动的锅炉排烟全成分资源化回收工艺系统，属于烟气治理和循环经济技术领域。针对现状锅炉烟气含有大量水蒸气及其余热资源、尾羽携带较多颗粒污染物特别是大量可穿透颗粒物及酸性气体的问题，采用高温除尘器回收烟尘的同时，采用梯级冷凝水膜除污方式回收凝结水、烟气尾羽中的大量二氧化硫等酸性气体、可过滤颗粒物、可穿透颗粒物中的可凝聚颗粒物和可溶解颗粒物等，并由凝结水携载最终通过余热蒸发分盐结晶装置等实现全面回收水资源及转化为建材与工业原料等，并通过回收余热用于驱动该烟气资源化开发过程，和转用于供暖、加热工艺水或助燃风等实现热、湿、危废物的全面资源化利用，及实现近零成本运行乃至产生节能节资经济效益。

Description

一种基于余热驱动的锅炉排烟全成分资源化回收工艺系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于余热驱动的锅炉排烟全成分资源化回收工艺系统，属于烟气治理和循环经济技术领域。

背景技术

采用燃煤、天然气等化石燃料燃烧制热的锅炉、各类工业窑炉等的排烟中含有大量的水蒸气和诸多气态、固态污染物，成为影响大气环境的重要污染物来源，而目前治理雾霾及视觉消白等均属社会大众和政策部门关注的焦点环保问题，而企业还同时关注其实现的技术可行性、经济可行性和运行中的次生污染问题即废液及固废物的进一步处理方式及其费用问题。但是目前对雾霾成因、排烟影响雾霾机理及程度等的认识和理解还有待深化，使得诸如燃煤锅炉排烟治理等的方向、方式、方法上还有待深度研究，而行业企业的配套解决方案及系统、技术效果、投资及运行经济性及企业承受力等均有待深化考察。目前锅炉或窑炉等烟气治理领域存在的若干重要问题和现象包括：其一是锅炉排烟对雾霾影响的机理及程度；其二是锅炉排烟进行了超低排放治理后的烟气成分、及对雾霾的影响机理；其三是深度治理烟气以达到从根本上消除或至少显著减缓其对雾霾贡献度的技术途径；其四是伴生的废液、固废物如何解决、是否具备资源化利用的可能性及其技术途径；其五是实现技术途径的关键技术、关键设备是否具有可行性、技术效果及对雾霾或消白的影响是否可确认、及是否具备产业化推广的技术、经济条件和政策环境等。

本实用新型的几个重要背景技术分述如下。

（一）关于雾霾成因的技术研究背景。

为方便探讨解决问题的技术途径，首先有必要将目前人们针对雾霾的一般性认识和分析综述如下。雾霾天气是一种大气污染状态，雾霾是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，其中霾是空气中的灰尘、硫酸（盐）、硝酸（盐）等的颗粒物组成的气溶胶系统并造成视觉障碍，其中颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首，其本身既是一种污染物，又是重金属、多环芳烃等有毒物质的载体。霾粒子的分布比较均匀，而且灰霾粒子的尺度比较小，从0.001微米到10微米，平均直径大约在1～2微米左右，肉眼看不到空中飘浮的颗粒物。气溶胶的化学组成十分复杂，它含有各种微量金属、无机氧化物、硫酸盐、硝酸盐和含氧有机化合物等。大气中二氧化硫转化形成的硫酸盐，是气溶胶的主要成分之一。硫是气溶胶内最重要的元素，其含量能反映污染物的全球性迁移、传输和分布的状况。气溶胶中硝酸盐和有机物的形成机制，尚待研究。气溶胶来源于工业区的各种元素（如氯、钨、银、锰、镉、锌、锑、镍、砷、铬等），就有较大的地区差别。气象专家表示，雾霾天气形成既受气象条件的影响，也与大气污染物排放增加有关。雾霾的源头多种多样，比如汽车尾气、工业排放、建筑扬尘、垃圾焚烧、火山喷发等，雾霾天气通常是多种污染源混合作用形成的。

霾在吸入人的呼吸道后对人体有害，如长期吸入，严重者会导致死亡。从对人体呼吸道的危害看来，10微米以上的粒子，常阻留在鼻腔和鼻咽喉部；2～10微米的粒子大部分留在上呼吸道，而2微米以下的粒子随着粒径的减小在肺内滞留的比率增加，0.1微米以下的粒子随着粒径的减小在支气管内附着的比率增加。由于霾中细小粉粒状的飘浮颗粒物直径一般在0.01微米以下，可直接通过呼吸系统进入支气管，甚至肺部。所以，霾影响最大的就是人的呼吸系统，造成的疾病主要集中在呼吸道疾病、脑血管疾病、鼻腔炎症等病种上。

综上所述，雾霾作为一种在一定气象条件下的大气处于较为稳定的气溶胶状态，其中的酸性气体如二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等共同作用的结果，其中颗粒物中的粒径较小者即0.001-0.1微米范围内的颗粒物更容易形成较为稳定的气溶胶状态，也是雾霾形成的主要因素之一；同时，一般认为其对人体健康的威胁也更为严重，当然也是除霾的主要努力方向之一。

（二）锅炉排烟对雾霾影响的新发现及其研究进展。

最近几年对燃煤电厂等污染企业实施了多轮普遍性的环保减排和提效，取得了极大成效，特别是火电厂已经普遍实现了超低排放指标，即烟尘不高于5mg/Nm³、二氧化硫不超过35mg/Nm³、氮氧化物不超过50mg/Nm³，但是空气污染并没有从根本上得到解决，重雾霾污染天气仍然时有发生。目前我国现有颗粒物测量的国家标准（GB16157-1996），只测量到了大于0.45微米（PM0.45）的颗粒。那么小于PM0.45的颗粒物是否会是雾霾的另一主要成因呢，经湿式脱硫装置产生的白色烟气中含有大量溶解颗粒（TDS—Total DissolvedSolids），是指溶于液体的固体颗粒物总和，其粒径通常在零点几纳米到几百纳米之间（大多数小于目前监测尺度PM0.45）。湿式脱硫装置出口烟气含大量的过饱和水蒸气，致使烟囱出现“白色羽状雾汽拖尾”现象，实测证明其即含有大量水蒸气，也含大量的溶解颗粒和有害重金属，其从烟囱排出后，在空气中漂浮，随着水分的蒸干，以极其细微的颗粒物长期悬浮于大气之中。通常PM2.5颗粒可在大气中悬浮100小时，PM1颗粒可在大气中悬浮1000小时，而这种更小的颗粒（PM0.45以下）悬浮时间更长，更难沉降，随着气象条件和湿度条件适宜快速聚团，形成气溶胶（Aerosol），造成雾霾污染。

2017年8月15日至8月30日，对天津国电津能热电有限公司1#机组进行了精细测量。该机组脱硝、除尘、脱硫等环保设施与主体工程同时于2009年8月12日投入运行。该机组环保检测已达标（颗粒物排放小于10mg/Nm3）。通过用蒸馏水洗涤的方法，测试得出三组数据，据此合理推测溶解颗粒是雾霾久治不愈的重要原因，实测结果分析如下。

(1)本次测试中，石灰石-石膏湿法脱硫后，烟气中有87毫克/标准立方米的溶解颗粒排出；经过湿式电除尘器后，仍有76毫克/标准立方米。这两个数据，远高于超洁净排放中颗粒物排放要小于10毫克/标准立方米的现有国家标准。这说明：1）湿式脱硫后会产生并排出大量溶解颗粒；2）湿式电除尘器对这些溶解颗粒的清除效果甚微，不能作为清除溶解颗粒的设备选项；3）这些溶解颗粒极其细微而被漏检，逃离了人们的视线，畅行无阻，被“合法”地排入了大气。

(2)溶解颗粒排放量计算及污染的评估。以该机组（容量330MW）实测的排放溶解颗粒量，可计算出其向大气排放溶解颗粒量约为131 公斤/小时；则容量1000MW机组锅炉排烟的溶解颗粒排出量为 397公斤/小时。雾霾“爆表”浓度为500µg/m3，该电厂每小时排放的溶解颗粒量，在扩散不好的条件下，可使约2km(长) x2km(宽) x200m(高)的大气空间达到“爆表”浓度。

(3)我国用于发电的燃煤总装机容量约9.0625亿千瓦，99%都加装了湿式脱硫装置。按以上数据推算，仅燃煤电厂脱硫一项溶解颗粒排放就高达约260万吨/年。这里尚未包括焦化、炼钢、化工、水泥、工业锅炉等用户。此外，“飞溅蒸发”式冷却也是溶解颗粒的排放大户。如果将这些都包括在内，估计溶解颗粒（TDS）排放会接近或高于1000万吨/年。该污染物总量甚至超过我们已知粉尘排放总量，加之更长的悬浮时间。因此可以得出：溶解颗粒是导致雾霾的又一重要原因。

(4)烟气中水蒸气pH值分析。实测pH值通常在2-3，此水蒸气进入大气后，如遇雨天，便会形成酸雨（这种强酸性水蒸气年排放量高达9亿吨以上）。这是由于催化脱硝（SCR）使烟气中更多的SO2转化为SO3，目前的湿式脱硫，极难脱除SO3；再加上脱硝中的“氨逃逸”现象，使排烟中水蒸气带有“强酸性”。

综上所述，燃煤锅炉排烟经湿法脱硫后的烟气中大量含有粒径较小的溶解颗粒，其在实现了“超低”排放的情况下的实际含量达到70～100mg/Nm³级，相当于甚至大于目前实现了“超低”排放的三类检测污染物的含量之和，因此并非真正的超低排放，而是因其目前未纳入监测范围而未引起人们的足够重视，但其与逃逸的酸性气体均难以被脱硫塔后的湿电除尘器捕捉，从而被大量排放到大气中，成为目前排烟中影响大气环境及雾霾形成的主要因素之一。

（三）关于烟气消白的概念、实质及价值的技术分析。

目前包括上海、天津、河北等在内的十多个省市纷纷出台有关“消白”的地方标准，其中上海等南方地区往往要求通过提高烟气温度实现烟尘排烟的更大范围高空扩散，以减少对地面及邻近空气的粉尘类污染，并实现视觉“消白”。但与南方地区不同，北方消白标准不要求冬季完全消除白色视觉污染，例如天津、河北等地政策部门要求消白的目标和实质：通过冷凝换热实现有效减少水蒸气含量、有效减少可溶盐等雾霾污染物，减轻“白烟”视觉污染。

消白的关键问题、实质及其环保价值首先在于大幅减少各类污染物如可溶盐、重金属、酸性气体等影响雾霾及危害人体健康的关键因素，其次才是减轻和消除“白雾”这一视觉污染，而如果主要解决了视觉污染、而不能有效治理烟气所含有的各类污染物，则这种“消白”反而大量增加了电能、再热蒸汽热能等，徒然增大能耗及相应的污染排放，并无实际意义，应予再行慎重论证、乃至取消此种本末倒置、缘木求鱼的所谓“消白”行为。

（四）先导性专利技术发展综述。

（1）烟气余热深度回收及消白技术的最新发展。

清华大学等科研院所与企业相结合开发和推广了多种烟气余热回收专利技术，其中 “基于水蒸气载热循环式烟气余热回收供热技术”的系列化专利技术成果，包括“基于水蒸气载热循环的锅炉排烟热湿直接回收方法及装置”（2017104371042）、“一种烟塔合一的锅炉排烟全热回收与烟气消白装置”（ 2017206805342）等，已经通过示范工程进行了成功验证，并被列入山东省2018年度第8批节能技术推广目录，其采用直接换热方式而非借助热泵即可实现将排烟温度降低到约30℃，在回收大量水蒸气潜热及其水资源的同时，降低了烟气中的水蒸气含量70%～80%以上，从而实现显著消白；同时可降低可过滤颗粒物（烟气在线监测参数）30%～50%，更为重要的是可将二氧化硫及氯化氢等可溶性酸性气体基本削减到0，可将石膏、可溶盐、重金属等降低60%～80%以上，也即显著消除了雾霾成因中的诸多关键性因素。

（2）烟气所含水蒸气及污染物成分进行资源化利用的可行性及其技术途径。

目前已经成熟的技术途径包括：通过除尘器可回收粉尘用作建材原料等；通过脱硫塔去除二氧化硫并转化为石膏。

实现超低排放之后的烟气污染物成分可通过冷凝或喷淋洗涤方法转移到循环水中，但其中的溢流外排污水需寻找资源化利用的技术方式。现状工业高盐废水及危废盐严重污染环境，而目前常规的处理方法例如预处理+膜处理+MVR蒸发或多效蒸发等的技术路线，但该技术存在的最大问题是：初投资巨大及运行能耗及运维费用过高，导致绝大多数企业难以承担污水及危废盐全面资源化回收的成本。

由清华大学李先庭教授团队创造性地采用了基于余热驱动的污水蒸发结晶与资源化回收利用的技术方式，采用热电厂等工业企业的余热，代替常规的MVR蒸发耗电、多效蒸发耗汽等高品位能源作为驱动热源，实现高浓污废水的蒸发分盐，通过废盐资源化利用最终实现污水零排放，主要专利成果包括：“一种基于热电厂余热驱动的污水零排放及资源回收系统（2018214627233）”、“一种采用余热驱动的脱硫废水回收及结晶盐提纯系统（2018214381695）”等。

该技术方式可大幅降低初投资，还可大幅降低能源运行费用，并可同时节省原有工艺系统包括水资源税、排污费、过程运维费用等。

上述基于余热驱动的热法污水零排放及资源回收系列化专利技术，为烟气全成分治理及其污染物的资源化利用提供了坚实的技术基础。

（3）烟气成分的精确测量及其对雾霾的影响。

北京市环科院石爱军、北京赫宸智慧能源科技股份有限公司赵健飞等专家团队通过采用新式高精度纳米级颗粒物检测仪器和测量方法，对湿法脱硫烟气中多形态颗粒物的测量方法及组分特征进行理论研究和工程实测，显示其排烟中11种主要离子的分布情况如下：含有硫酸根、亚硫酸根的离子占总质量的82%以上，是PM2.5的主要来源；亚硝酸盐含量也相对较多，因此很有必要将可溶性颗粒物等可逃逸颗粒物纳入监测和治理范围。

（4）高温除尘器的技术发展。

采用玄武岩等材质的滤料及其袋式除尘装置的研制成功，及静态清灰袋式除尘器技术的开发和成功推广，可在中高温烟气即300～350℃左右实现高效稳定可靠地除尘，则可显著提高其后的中高温脱硝催化剂的催化效果、从而提高脱硝性能指标、避免催化剂中毒、有效降低其投资与运行费用。

（5）高效廉价的间壁式换热技术发展。

采用石墨烯进行表面防腐的挤压成型铝翅片式换热器的成功研制，可替代现状采用昂贵金属或氟塑料等特种材料的换热器，具有耐强酸强碱腐蚀、低材料耗量、寿命长、维护量小等，适合在锅炉烟气具有强腐蚀性、乃至深度结露工况条件下采用。

综上所述，现状有关烟气余热回收的前置性技术、烟气成分深度分析及其对雾霾的影响研究、烟气余热回收技术及基于余热驱动的污水零排放及其资源化回收等技术研究和推广成果，为实现烟气防霾的全成分治理及污染物资源化回收技术的发展提供了重要的技术条件。

实用新型内容

本实用新型的目的和任务是，针对上述锅炉排烟全成分分析表明的其存在大量可溶盐逃逸等显著影响雾霾形成及污染空气的问题，采用分级处理系统技术、及多种关键新技术成果，实现高温高效除尘、高效脱硝、余热驱动的梯级全成分治理、余热驱动的污水零排放及其资源化回收等工艺流程，有效削减排烟中的水蒸气、可溶盐、酸性气体等现状可逃逸污染物，从而实现锅炉排烟具根本性防霾和消白治理，并且将脱除的污染物进行资源化回收利用，实现环保效益与循环经济并举，把烟气的环保治理转变为开发烟气资源的可持续经济发展。

本实用新型依据的除霾机理、烟气资源化开发原理与技术途径简述如下。其一，采用高温除尘器首先对烟气除尘，再送入中高温脱硝装置可提高脱硝效率及进一步减少NOx含量、避免催化剂中毒、减少过量喷氨幅度及降低氨逃逸量。其二，有助于减少脱硫塔内的脱硫剂中毒、保证脱硫系统运行的稳定性及脱硫效果的稳定性。其三，深度降尘过程不再采用对深度去除溶解颗粒及酸性气体无实质性作用的湿电除尘器，而是改为采用全新的梯级冷凝水膜除污模块，采用的机理包括：湿法脱硫出口烟气处于过饱和的兼具雾、霾性质的气溶胶状态，其中的纳米级颗粒物（0.001～0.1微米级）及酸性气体中的一部分通过与雾滴、尺度较大的颗粒物碰撞、凝聚等形成可沉降尺度的混合物，通过脱除该部分液固混合物去除；通过冷凝换热，烟气中的各类颗粒物及酸性气体随着凝结水携载去除；水浴原理，即通过循环水喷淋作用洗涤烟气中的颗粒物特别是溶解颗粒及酸性气体；水膜除尘原理，即通过创造大量壁面液膜与烟气直接接触、折流冲刷等的惯性碰撞、布朗运动及直接吸收等作用机理，大量吸附吸收烟气中的颗粒物特别是溶解颗粒及酸性气体；烟囱热压及高空扩散原理，即大幅降低烟温及其水蒸气含量的烟气再行加热升温、提高浮升力及热压差、提高烟囱口的气流上浮、高空扩散的净化排放效果等。其四，烟气污染物的资源化开发，除了常规的除尘器之外，通过余热驱动的方式回收其水资源、余热资源和将固废通过絮凝沉淀、分盐结晶等转变为工业原料、建材原料等进行资源化利用。

本实用新型的具体描述是：采用由一组烟气全成分治理和资源化回收利用的工艺流程组成的除霾系统、资源回收工艺系统，其特征在于：所述的基于余热驱动的锅炉排烟全成分资源化回收工艺系统包括高温或中低温除尘模块、梯级冷凝余热回收及水膜除污模块、中温段烟气热回收模块、凝结液回用于脱硫补水及除盐水制水模块、脱硫废水零排放及资源化回收模块，其中具体的工艺系统如下：

i.高温除尘器2的烟气进口与锅炉1的尾部受热面中的出口烟温在300～350℃之间的中温烟气受热面1a的烟气出口相连，高温除尘器2的烟气出口与脱硝装置3的烟气进口相连，脱硝装置3的烟气出口与中低温烟气受热面1b的烟气进口相连，高温除尘器2的底部设置有排尘D的出料口；

ii.中低温烟气受热面1b的出口烟气经锅炉本体空预器后的出烟口与中温段烟气热回收器6的烟气进口相连，中温段烟气热回收器6的烟气出口与脱硫塔7的烟气进口相通，中温段烟气热回收器6的被加热水出口分别与余热空预器4的高温侧进水口和余热蒸发结晶器8b的高温侧进水口相连，中温段烟气热回收器6的被加热水进口分别与余热空预器4的高温侧出水口和余热蒸发结晶器8b的高温侧出水口相连，余热空预器4的助燃风出风（A2）的出口与锅炉本体空预器的助燃风进口相连，余热空预器4的助燃风进风（A1）的进口与全热空预器11的助燃风出口相连；

iii.脱硫塔7出水S进入缓冲池7a，缓冲池7a循环水出口的脱硫循环回水SH的出水管与脱硫补水B2的进水管和脱硫循环供水SG的进水管相通，缓冲池7a还设置有石膏SS的出料口和脱硫废水P1的排水口，其中脱硫废水P1的排水口与脱硫废水余热蒸发分盐结晶模块8的废水预处理池8a的进料口相通，废水预处理池8a还设置有药剂G的加药进口、包括石膏及重金属稳定化合物在内的建材原料的脱硫固废物SP的排料口和脱硫废水预处理水P2的出口，脱硫废水预处理水P2的出口与余热蒸发结晶器8b的进料口相连，余热蒸发结晶器8b还设置有工业级氯化钠NC的出料口和污水侧二次蒸汽Q的出口，污水侧二次蒸汽Q的出口与二次蒸汽热回收器8c的进汽口相连，二次蒸汽热回收器8c还设置有二次蒸汽凝结水QN的出水口和低温侧被加热水的进、出口，其中二次蒸汽热回收器8c的二次余热水出水J2的出口与消白换热器9a的进水口相连，二次蒸汽热回收器8c的二次余热水进水J1的进口与消白换热器9a的出水口相连；

iv.脱硫塔7的烟气出口与梯级冷凝水膜除污模块9的烟气进口相连，梯级冷凝水膜除污模块9的内部结垢从下向上依次包括如下冷凝洗涤净化工艺结构或装置：烟气进口段9k和多级洗涤冷凝水膜除污装置，多级洗涤冷凝水膜除污装置的上部烟气出口经梯级冷凝水膜除污模块9的塔顶出烟口与外部大气相通，烟气进口段9k的下部设置有塔底水池9l；

v.塔底水池9l的高温余热水出口经循环水泵后分别与补水B的出水管、余热用户加热器10的高温侧进水R1的进口、冷却塔循环水进口相通，补水B的出水管与脱硫补水B2的补水管和厂内包括除盐水制水在内的工艺补水B1的补水管相通，余热用户加热器10的高温侧出水R2的出口分别与中低温冷源经循环喷淋装置9f的进水口和全热空预器11的进水口相连，余热用户加热器10的低温侧进口分别与热用户回水H0的回水管和间壁冷凝器9h的进水口相通，余热用户加热器10的低温侧出水H2的出口分别与间壁冷凝器9h的出水H2的出口和预热后热用户回水H3的出水管相通；

vi.全热空预器11的塔底水池的出水口与洗涤喷淋装置9c的进水口相通，全热空预器11的进风口与锅炉进风A0相通，全热空预器11的出风口与余热空预器4的助燃风进风A1的进口相通。

梯级冷凝水膜除污模块9内部的多级洗涤冷凝水膜除污装置，从下向上依次包括如下冷凝洗涤净化工艺过程及装置：洗涤冷凝雨区9j、单向整流器9i、间壁冷凝器9h、下洗涤换热器9g、循环喷淋装置9f、洗涤除雾器9e、上洗涤换热器9d、洗涤喷淋装置9c、除雾器9b、消白换热器9a，消白换热器9a的上部出风侧与梯级冷凝水膜除污模块9的塔顶出烟口相通。

高温除尘器2采用玄武岩过滤材质的袋式除尘器结构。

全热空预器11采用具有对锅炉助燃风进行加温加湿功能的直接接触式喷淋换热塔结构。

中温烟气受热面1a、中低温烟气受热面1b、余热空预器4、中温段烟气热回收器6、消白换热器9a、间壁冷凝器9h采用外覆石墨烯材料的挤压成型铝翅片换热管结构。

下洗涤换热器9g、上洗涤换热器9d均采用耐强酸强碱腐蚀及耐结垢污堵型冷凝换热材料。

洗涤喷淋装置9c的进口洗涤溶液Na采用PH值为7～10的氢氧化钠稀溶液。

本实用新型针对现状锅炉烟气尾羽携带较多颗粒污染物特别是大量可穿透颗粒物（PM0.3及以下）及酸性气体，属雾霾主要成因之一、且污染邻近地面环境的问题，采用高温除尘器提高脱硝装置效率并消除其中毒根源，采用梯级冷凝水膜除污模块大幅降低水蒸气、二氧化硫、氯化氢等酸性气体、可过滤颗粒物（FPM）、可穿透颗粒物（EPM）中的可凝聚颗粒物（CPM）和可溶解颗粒物（DPM），洁净排烟高空扩散排放，从根本上大幅削减或基本消除了锅炉排烟对雾霾形成及周边空气环境的实质性不利影响。

同时，通过余热回收作为梯级除霾工艺过程的重要驱动力，一方面烟气放热产生大量凝结水去除水蒸气的同时、吸收或吸附较多的酸性气体、可逃逸颗粒物及可过滤颗粒物等；另一方面采用一部分较高品位的余热对出口烟气进行再热以实现视觉消白和提高其在大气中的扩散效果、有效降低邻近空域的污染物浓度；同时，凝结水冲刷下部过流壁面清除黏附污染物的同时进一步通过水膜吸收或吸附更多的污染物；进而，落入塔底水池的循环水的温度提高、可通过换热器将其热量转移到下游热用户回水中实现余热利用，被冷却的水则由水泵输送到喷淋装置继续深度回收烟气凝结水及吸收或吸附污染物，多余的凝结水则排出并作为脱硫补水等进行再利用。

进而，通过余热回收作为收纳了烟气污染物的污水外排水零排放及其资源化回收过程的主要驱动力，实现回收其全部水资源的同时，对内含物进行分级处理，其中通过加药沉淀去除重金属离子并转化为稳固的化合态并可作为建材原料；通过余热蒸发分盐结晶工艺将磷酸根转化为石膏，将氯根转化为工业级氯化钠等工业原料，从而实现污染物向资源的转变。

最后，采用分级方式提取烟气不同品位的余热资源，并分别用于上述驱动过程，及用于加热锅炉助燃风节煤、加热供暖热网回水或工艺水实现节约蒸汽等，从而产生更为显著的节能效益，而节能本身就相应地减少了燃料消耗及其污染排放量。

上述节能效益与资源回收效益显著，因此实现了烟气污染治理、资源化利用和节能效益等多重效果，实现了节能与减排的一体化治理过程，从而实现了具有经济效益的环保投资与运营，在锅炉排烟的深度节能回收和减排治理领域具有显著的技术经济优势。

另一方面，本系统在冬季具有较大的供暖负荷需求时，可将水蒸气冷凝余热大量转用于热回收加热；但在非采暖期，除了部分可用于预热锅炉进风以节省燃料外，需要寻找工艺水加热等下游热用户才能实现余热利用效益，否则当无法更多地利用余热时，只能依靠另行设置冷却塔等将该部分余热散失到大气中，但此时仍需耗费一部分补水、水泵及风机耗电等，从而实现上述梯级冷凝水膜除污过程以达到深度降低烟气污染排放、及夏季视觉消白的目的。

附图说明

图1是本实用新型的系统示意图。

图1中各部件编号与名称如下。

锅炉1、中温烟气受热面1a、中低温烟气受热面1b、高温除尘器2、常规中低温除尘器2d、脱硝装置3、余热空预器4、引风机5、中温段烟气热回收器6、脱硫塔7、缓冲池7a、脱硫废水余热蒸发分盐结晶模块8、废水预处理池8a、余热蒸发结晶器8b、二次蒸汽热回收器8c、梯级冷凝水膜除污模块9、消白换热器9a、除雾器9b、洗涤喷淋装置9c、上洗涤换热器9d、洗涤除雾器9e、循环喷淋装置9f、下洗涤换热器9g、间壁冷凝器9h、单向整流器9i、洗涤冷凝雨区9j、烟气进口段9k、塔底水池9l、余热用户加热器10、全热空预器11、锅炉进风A0、助燃风进风A1、助燃风出风A2、补水B、工艺补水B1、脱硫补水B2、排尘D、热用户回水H0、低温侧进出水H1、间壁冷凝器出水H2、预热后热用户回水H3、加热出水J1、加热进水J2、洗涤溶液Na、氨水NH3、污水侧二次蒸汽Q、凝结水QN、热水R、高温侧进水R1、高温侧出水R2、冷却塔进水R3、冷却塔回水R4、脱硫塔出水S、脱硫循环回水SH、脱硫循环供水SG、脱离水池排污SS、高温除尘器进口烟气Y1、高温除尘器出口烟气Y2、脱硝装置出口烟气Y3、锅炉出口烟气Y4、脱硫塔出口烟气Y5、梯级冷凝水膜除污模块出口烟气Y6。

具体实施方式

图1是本实用新型的系统示意图和实施例。

本实用新型的具体实施例1如下。基于余热驱动的锅炉排烟全成分资源化回收工艺系统包括高温或中低温除尘模块、梯级冷凝余热回收及水膜除污模块、中温段烟气热回收模块、凝结液回用于脱硫补水及除盐水制水模块、脱硫废水零排放及资源化回收模块，其中具体的工艺系统如下：

i.高温除尘器2的烟气进口与锅炉1的尾部受热面中的出口烟温在300～350℃之间的中温烟气受热面1a的烟气出口相连，高温除尘器2的烟气出口与脱硝装置3的烟气进口相连，脱硝装置3的烟气出口与中低温烟气受热面1b的烟气进口相连，高温除尘器2的底部设置有排尘D的出料口；

ii.中低温烟气受热面1b的出口烟气经锅炉本体空预器后的出烟口与中温段烟气热回收器6的烟气进口相连，中温段烟气热回收器6的烟气出口与脱硫塔7的烟气进口相通，中温段烟气热回收器6的被加热水出口分别与余热空预器4的高温侧进水口和余热蒸发结晶器8b的高温侧进水口相连，中温段烟气热回收器6的被加热水进口分别与余热空预器4的高温侧出水口和余热蒸发结晶器8b的高温侧出水口相连，余热空预器4的助燃风出风（A2）的出口与锅炉本体空预器的助燃风进口相连，余热空预器4的助燃风进风（A1）的进口与全热空预器11的助燃风出口相连；

iii.脱硫塔7出水S进入缓冲池7a，缓冲池7a循环水出口的脱硫循环回水SH的出水管与脱硫补水B2的进水管和脱硫循环供水SG的进水管相通，缓冲池7a还设置有石膏SS的出料口和脱硫废水P1的排水口，其中脱硫废水P1的排水口与脱硫废水余热蒸发分盐结晶模块8的废水预处理池8a的进料口相通，废水预处理池8a还设置有药剂G的加药进口、包括石膏及重金属稳定化合物在内的建材原料的脱硫固废物SP的排料口和脱硫废水预处理水P2的出口，脱硫废水预处理水P2的出口与余热蒸发结晶器8b的进料口相连，余热蒸发结晶器8b还设置有工业级氯化钠NC的出料口和污水侧二次蒸汽Q的出口，污水侧二次蒸汽Q的出口与二次蒸汽热回收器8c的进汽口相连，二次蒸汽热回收器8c还设置有二次蒸汽凝结水QN的出水口和低温侧被加热水的进、出口，其中二次蒸汽热回收器8c的二次余热水出水J2的出口与消白换热器9a的进水口相连，二次蒸汽热回收器8c的二次余热水进水J1的进口与消白换热器9a的出水口相连；

iv.脱硫塔7的烟气出口与梯级冷凝水膜除污模块9的烟气进口相连，梯级冷凝水膜除污模块9的内部结垢从下向上依次包括如下冷凝洗涤净化工艺结构或装置：烟气进口段9k和多级洗涤冷凝水膜除污装置，多级洗涤冷凝水膜除污装置的上部烟气出口经梯级冷凝水膜除污模块9的塔顶出烟口与外部大气相通，烟气进口段9k的下部设置有塔底水池9l；

v.塔底水池9l的高温余热水出口经循环水泵后分别与补水B的出水管、余热用户加热器10的高温侧进水R1的进口、冷却塔循环水进口相通，补水B的出水管与脱硫补水B2的补水管和厂内包括除盐水制水在内的工艺补水B1的补水管相通，余热用户加热器10的高温侧出水R2的出口分别与中低温冷源经循环喷淋装置9f的进水口和全热空预器11的进水口相连，余热用户加热器10的低温侧进口分别与热用户回水H0的回水管和间壁冷凝器9h的进水口相通，余热用户加热器10的低温侧出水H2的出口分别与间壁冷凝器9h的出水H2的出口和预热后热用户回水H3的出水管相通；

vi.全热空预器11的塔底水池的出水口与洗涤喷淋装置9c的进水口相通，全热空预器11的进风口与锅炉进风A0相通，全热空预器11的出风口与余热空预器4的助燃风进风A1的进口相通。

梯级冷凝水膜除污模块9内部的多级洗涤冷凝水膜除污装置，从下向上依次包括如下冷凝洗涤净化工艺过程及装置：洗涤冷凝雨区9j、单向整流器9i、间壁冷凝器9h、下洗涤换热器9g、循环喷淋装置9f、洗涤除雾器9e、上洗涤换热器9d、洗涤喷淋装置9c、除雾器9b、消白换热器9a，消白换热器9a的上部出风侧与梯级冷凝水膜除污模块9的塔顶出烟口相通。

高温除尘器2采用玄武岩过滤材质的袋式除尘器结构。

全热空预器11采用具有对锅炉助燃风进行加温加湿功能的直接接触式喷淋换热塔结构。

中温烟气受热面1a、中低温烟气受热面1b、余热空预器4、中温段烟气热回收器6、消白换热器9a、间壁冷凝器9h采用外覆石墨烯材料的挤压成型铝翅片换热管结构。

如果不设置所述的高温除尘器2，则设置常规中低温除尘器2d，其中常规中低温除尘器2d的烟气进口与锅炉2的烟气出口相通，常规中低温除尘器2d的烟气出口与脱硫塔7或中温段烟气热回收器6的烟气进口相通。

如果不设置所述的湿法脱硫的脱硫塔7，而是设置炉内高温干法或半干法脱硫装置，则缓冲池7a的循环水出口改为与补水B的出水管相通的进水口，缓冲池7a的脱硫废水P1的排水口仍与改为对来自补水B的一部分外排水进行污水零排放及分盐结晶功能的脱硫废水余热蒸发分盐结晶模块8的废水预处理池8a的进料口相通。

下洗涤换热器9g、上洗涤换热器9d均采用耐强酸强碱腐蚀及耐结垢污堵型冷凝换热材料。

洗涤喷淋装置9c的进口洗涤溶液Na采用PH值为7～10的氢氧化钠稀溶液。

上述实施例1适用于新建项目的锅炉排烟综合治理及资源化开发利用，和新建或改扩建项目的工业窑炉或工艺烟气的深度除霾治理及资源化开发利用等，但通常对于既有燃煤锅炉系统而言，引起烟气尾部受热面、甚至脱硝装置等都集成在锅炉本体内，无足够空间将高温除尘器安装在锅炉本体内，或将中高温烟气引出到高温除尘器后再返回原烟道内，因此难以直接应用，则可按如下的具体实施例2的方法进行改造。

本实用新型的具体实施例2如下。

如果因现场安装空间等原因不适合设置所述的高温除尘器2，则可改为设置常规中低温除尘器2d，其中常规中低温除尘器2d的烟气进口与锅炉2的烟气出口相通，常规中低温除尘器2d的烟气出口与脱硫塔7或中温段烟气热回收器6的烟气进口相通。本具体实施例的其它系统流程及特征与具体实施例1相同。

本实用新型的具体实施例3如下。

如果既有锅炉采用干法或半干法脱硫方式，即不设置湿法方式的脱硫塔7，则中温段烟气热回收器6的烟气出口改为与梯级冷凝水膜除污模块9的烟气进口相通。本具体实施例的其它系统流程及特征与上述具体实施例1相同。此时干式脱硫和高温除尘、高温脱硝后的烟气洁净度很高，此后的烟气通道上的各类换热器，包括中低温烟气受热面1b、锅炉既有空气预热器、中温段烟气热回收器6等的换热元件烟气侧均解决了结垢堵塞、降低效率、定期清灰及维护、加快腐蚀等固有问题。

需要说明的是，本实用新型提出了对锅炉排烟进行全成分深度治理及其资源化回收方式以消除对雾霾和周边环境污染的影响因素，并给出了如何采用梯级除霾方式、余热利用方式及资源化回水方式实现上述目的的具体实施方法、流程和实施装置，而按照此一总体解决方案可有不同的具体实施措施和不同结构的具体实施装置，上述具体实施方式仅仅是其中的一种而已，任何其它类似的简单变形的实施方式，例如采用不同的换热结构；增加或减少若干层梯级治理措施；或者简单的调整余热水系统管路连接方法、进出水来源及分级数量；或进行普通专业人士均可想到的变形方式等，或者将该技术方式以相同或相似的结构应用于不同动力设备排烟或排风种类、等及其它类似应用场合，均落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于余热驱动的锅炉排烟全成分资源化回收工艺系统，采用由一组烟气全成分治理和资源化回收利用的工艺流程组成的除霾系统、资源回收工艺系统，其特征在于：所述的基于余热驱动的锅炉排烟全成分资源化回收工艺系统包括高温或中低温除尘模块、梯级冷凝余热回收及水膜除污模块、中温段烟气热回收模块、凝结液回用于脱硫补水及除盐水制水模块、脱硫废水零排放及资源化回收模块，其中具体的工艺系统如下：

i.高温除尘器(2)的烟气进口与锅炉(1)的尾部受热面中的出口烟温在300～350℃之间的中温烟气受热面(1a)的烟气出口相连，高温除尘器(2)的烟气出口与脱硝装置(3)的烟气进口相连，脱硝装置(3)的烟气出口与中低温烟气受热面(1b)的烟气进口相连，高温除尘器(2)的底部设置有排尘(D)的出料口；

ii.中低温烟气受热面(1b)的出口烟气经锅炉本体空预器后的出烟口与中温段烟气热回收器(6)的烟气进口相连，中温段烟气热回收器(6)的烟气出口与脱硫塔(7)的烟气进口相通，中温段烟气热回收器(6)的被加热水出口分别与余热空预器(4)的高温侧进水口和余热蒸发结晶器(8b)的高温侧进水口相连，中温段烟气热回收器(6)的被加热水进口分别与余热空预器(4)的高温侧出水口和余热蒸发结晶器(8b)的高温侧出水口相连，余热空预器(4)的助燃风出风(A2)的出口与锅炉本体空预器的助燃风进口相连，余热空预器(4)的助燃风进风(A1)的进口与全热空预器(11)的助燃风出口相连；

iii.脱硫塔(7)出水(S)进入缓冲池(7a)，缓冲池(7a)循环水出口的脱硫循环回水(SH)的出水管与脱硫补水(B2)的进水管和脱硫循环供水(SG)的进水管相通，缓冲池(7a)还设置有石膏(SS)的出料口和脱硫废水(P1)的排水口，其中脱硫废水(P1)的排水口与脱硫废水余热蒸发分盐结晶模块(8)的废水预处理池(8a)的进料口相通，废水预处理池(8a)还设置有药剂(G)的加药进口、包括石膏及重金属稳定化合物在内的建材原料的脱硫固废物(SP)的排料口和脱硫废水预处理水(P2)的出口，脱硫废水预处理水(P2)的出口与余热蒸发结晶器(8b)的进料口相连，余热蒸发结晶器(8b)还设置有工业级氯化钠(NC)的出料口和污水侧二次蒸汽(Q)的出口，污水侧二次蒸汽(Q)的出口与二次蒸汽热回收器(8c)的进汽口相连，二次蒸汽热回收器(8c)还设置有二次蒸汽凝结水(QN)的出水口和低温侧被加热水的进、出口，其中二次蒸汽热回收器(8c)的二次余热水出水(J2)的出口与消白换热器(9a)的进水口相连，二次蒸汽热回收器(8c)的二次余热水进水(J1)的进口与消白换热器(9a)的出水口相连；

iv.脱硫塔(7)的烟气出口与梯级冷凝水膜除污模块(9)的烟气进口相连，梯级冷凝水膜除污模块(9)的内部结垢从下向上依次包括如下冷凝洗涤净化工艺结构或装置：

烟气进口段(9k)和多级洗涤冷凝水膜除污装置，多级洗涤冷凝水膜除污装置的上部烟气出口经梯级冷凝水膜除污模块(9)的塔顶出烟口与外部大气相通，烟气进口段(9k)的下部设置有塔底水池(9l)；

v.塔底水池(9l)的高温余热水出口经循环水泵后分别与补水(B)的出水管、余热用户加热器(10)的高温侧进水(R1)的进口、冷却塔循环水进口相通，补水(B)的出水管与脱硫补水(B2)的补水管和厂内包括除盐水制水在内的工艺补水(B1)的补水管相通，余热用户加热器(10)的高温侧出水(R2)的出口分别与中低温冷源经循环喷淋装置(9f)的进水口和全热空预器(11)的进水口相连，余热用户加热器(10)的低温侧进口分别与热用户回水(H0)的回水管和间壁冷凝器(9h)的进水口相通，余热用户加热器(10)的低温侧出水(H1)的出口分别与间壁冷凝器(9h)的出水(H2)的出口和预热后热用户回水(H3)的出水管相通；

vi.全热空预器(11)的塔底水池的出水口与洗涤喷淋装置(9c)的进水口相通，全热空预器(11)的进风口与锅炉进风(A0)相通，全热空预器(11)的出风口与余热空预器(4)的助燃风进风(A1)的进口相通。

2.如权利要求1所述的基于余热驱动的锅炉排烟全成分资源化回收工艺系统，其特征在于所述的梯级冷凝水膜除污模块(9)内部的多级洗涤冷凝水膜除污装置，从下向上依次包括如下冷凝洗涤净化工艺过程及装置：洗涤冷凝雨区(9j)、单向整流器(9i)、间壁冷凝器(9h)、下洗涤换热器(9g)、循环喷淋装置(9f)、洗涤除雾器(9e)、上洗涤换热器(9d)、洗涤喷淋装置(9c)、除雾器(9b)、消白换热器(9a)，消白换热器(9a)的上部出风侧与梯级冷凝水膜除污模块(9)的塔顶出烟口相通。

3.如权利要求1所述的基于余热驱动的锅炉排烟全成分资源化回收工艺系统，其特征在于所述的高温除尘器(2)采用玄武岩过滤材质的袋式除尘器结构。

4.如权利要求1所述的基于余热驱动的锅炉排烟全成分资源化回收工艺系统，其特征在于所述的全热空预器(11)采用具有对锅炉助燃风进行加温加湿功能的直接接触式喷淋换热塔结构。

5.如权利要求1所述的基于余热驱动的锅炉排烟全成分资源化回收工艺系统，其特征在于所述的中温烟气受热面(1a)、中低温烟气受热面(1b)、余热空预器(4)、中温段烟气热回收器(6)、消白换热器(9a)、间壁冷凝器(9h)采用外覆石墨烯材料的挤压成型铝翅片换热管结构。

6.如权利要求1所述的基于余热驱动的锅炉排烟全成分资源化回收工艺系统，其特征在于如果不设置所述的高温除尘器(2)，则设置常规中低温除尘器(2d)，其中常规中低温除尘器(2d)的烟气进口与锅炉(1)的烟气出口相通，常规中低温除尘器(2d)的烟气出口与脱硫塔(7)或中温段烟气热回收器(6)的烟气进口相通。

7.如权利要求1所述的基于余热驱动的锅炉排烟全成分资源化回收工艺系统，其特征在于如果不设置所述的外置于锅炉本体的脱硫塔(7)，则缓冲池(7a)的循环水出口改为与补水(B)的出水管相通的进水口，缓冲池(7a)的脱硫废水(P1)的排水口仍与改为对来自补水(B)的一部分外排水进行污水零排放及分盐结晶功能的脱硫废水余热蒸发分盐结晶模块(8)的废水预处理池(8a)的进料口相通。

8.如权利要求2所述的基于余热驱动的锅炉排烟全成分资源化回收工艺系统，其特征在于所述的下洗涤换热器(9g)、上洗涤换热器(9d)均采用耐强酸强碱腐蚀及耐结垢污堵型冷凝换热材料。

9.如权利要求1所述的基于余热驱动的锅炉排烟全成分资源化回收工艺系统，其特征在于所述的洗涤喷淋装置(9c)的进口洗涤溶液(Na)采用PH值为7～10的氢氧化钠稀溶液。

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