CN211177999U - 一种烟气水热回收利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种烟气水热回收利用系统，烟气依次通过吸收式热泵的再生器，脱硫塔，膜冷凝器，吸收式热泵的冷凝器与烟囱；高温烟气经过与吸收式热泵的再生器换热后，烟温降低，后经过脱硫塔形成低温饱和湿烟气，低温饱和湿烟气经过膜冷凝器除湿换热后变为低温不饱和湿烟气，低温不饱和湿烟气经吸收式热泵的冷凝器加热升温后进入烟囱排入大气；吸收式热泵的再生器利用高温烟气作为驱动热源，再生器中的制冷剂受热蒸发析出进入冷凝器，经冷凝器向低温烟气放热。本实用新型可充分利用烟气余热，有效回收烟气系统的水分及热量，提高烟气净化效率，提高排烟温度，减少电厂用水量，对节能减排有重要意义。

Description

一种烟气水热回收利用系统

技术领域

本实用新型涉及工业节水、节能技术领域，具体涉及一种烟气水热回收利用系统。

背景技术

脱硫后的工业烟气中水蒸气体积分数高达12％-18％，且燃料热值的3％-8％也随烟气排放至大气，若能以合适的技术回收工业烟气中的水资源及余热资源，不仅能有效缓解工厂用水压力，还能显著提高能源利用率。

我国目前常采用技术为先冷凝后加热的方法实现烟气脱硫后水蒸气回收利用，采用冷媒介质对高温烟气进行换热时，由于能量的品质逐级衰减，其换热效率较差，若实现较高的换热效率需要庞大的换热设备，二次加热烟气时需耗费大量高品质热源；回收过程中产生的冷凝水与烟气接触使其品质较差，若要充分利用该部分水资源，需进一步加工处理；浪费资源且设备运行费用高。

有鉴于此，亟需提供一种解决烟气余热利用过程中换热效率低，回收水品质低，设备运行费用高，“消白”效果差及排烟温度低的烟气水热回收利用系统。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是提供了一种烟气水热回收利用系统，包括：

依次连接的吸收式热泵的再生器，脱硫塔，调节阀，膜冷凝器，吸收式热泵的冷凝器与烟囱；高温烟气与所述再生器进行换量交热，烟温降低，后经过所述脱硫塔形成低温饱和湿烟气，所述低温饱和湿烟气经过所述膜冷凝器装置除湿换热后形成低温不饱和湿烟气，所述低温不饱和湿烟气进入所述冷凝器升温后进入所述烟囱排入大气；

所述再生器通过管道及附件与所述冷凝器连接；所述再生器利用高温烟气作为驱动热源，所述再生器中的溶液含有的制冷剂蒸发析出进入所述冷凝器，向与所述冷凝器有热交换的低温烟气冷凝放热。

在上述方案中，所述冷凝器通过管道依次连接蒸发器，吸收器及所述再生器；

所述再生器中的制冷剂进入所述冷凝器中，并向低温烟气冷凝放热后降温，所述再生器中的浓溶液进入吸收器中，制冷剂进入到所述蒸发器中，吸收冷却循环水热量后进入所述吸收器中，并在所述吸收器中被吸收剂浓溶液吸收。

在上述方案中，所述冷凝器与所述蒸发器间连接的管道上设置第二节流阀，所述吸收器与所述再生器之间连接热交换器，所述吸收器至所述热交换器之间连接的流入管道上设置溶液泵，所述热交换器至所述吸收器之间连接的流出管道上设置第一节流阀。

在上述方案中，通过所述膜冷凝器的冷却水经过与烟气热交换和吸收渗透至膜片内部的烟气水分及余热后，与补充冷却水汇合，经过与所述吸收器换热，吸收热量后进入锅炉系统补水。

在上述方案中，所述膜冷凝器冷却水入口端管道及所述补充冷却水入口端管道上分别设置调节阀。

在上述方案中，所述再生器中的溶液为溴化锂-水溶液。

本实用新型提供的系统结合了吸收式热泵技术和膜冷凝技术的优点，可充分利用烟气余热，有效回收烟气系统的热量，提高烟气净化效率，提高排烟温度，减少电厂用水量，解决了烟气余热利用过程中换热效率低，回收水品质低、加热设备运行费用高，“消白”效果差及排烟温度低的问题，对节能减排有重要意义。

附图说明

图1为本实用新型提供的系统结构示意图；

图2为本实用新型提供的膜冷凝器9结构示意图；

图3为本实用新型提供的膜片16结构示意图。

附图标记说明：

1、吸收式热泵的蒸发器，2、吸收式热泵的吸收器，3、第一节流阀，4、热交换器，5、吸收式热泵的再生器，6、溶液泵，7、脱硫塔，8、调节阀，9、膜冷凝器，10、吸收式热泵的冷凝器，11、第二节流阀，12、烟囱，13、分离层，14、支撑层，15、结构层，16、膜片。

具体实施方式

本实用的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用的限制。下面结合具体实施方式和说明书附图对本实用新型做出详细的说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种烟气水热回收利用系统，包括依次连接的吸收式热泵的再生器5，脱硫塔7，调节阀8，膜冷凝器9，吸收式热泵的冷凝器10与烟囱12，高温烟气经过再生器5、脱硫塔7、膜冷凝器9、冷凝器10后通过烟囱12排入大气，高温烟气经过降温、脱硫、除湿、再加热后经烟囱12排出；即高温烟气与吸收式热泵的再生器5进行换量交热，烟温降低，后经过脱硫塔7形成低温饱和湿烟气，低温饱和湿烟气经过膜冷凝器9除湿换热后形成低温不饱和湿烟气，低温不饱和湿烟气被吸收式热泵的冷凝器10加热升温后进入烟囱12排入大气。

吸收式热泵的再生器5通过管道及附件与吸收式热泵的冷凝器10连接；再生器5利用高温烟气作为驱动热源，再生器5中制冷剂受热蒸发析出进入冷凝器10中，在冷凝器10中向低温烟气冷凝放热，加热低温烟气。本实施例，其中再生器5中的溶液为溴化锂-水溶液，其中溴化锂为吸收剂，水为制冷剂；溴化锂-水溶液中的制冷剂受热后析出进入冷凝器10，向经过冷凝器10中的低温烟气冷凝放热。

另外，本实施例中，膜冷凝器9的多孔膜外部为经流的低温饱和湿烟气，内部为流动的冷却水，如图2所示，膜冷凝器9为陶瓷膜冷凝器，由多个膜片16以串联方式组成，其中膜片16内部为流动冷却水，外部为烟气，如图3所示，膜片结构分为3层：依次为分离层13、支撑层14、结构层15，当高湿烟气通过膜表面时，通过毛细冷凝机理和表面扩散传质特性实现水、热回收。

多孔膜片通道内均匀流动冷却水，多孔膜内保持一定的负压值，低温饱和湿烟气经过分离层13表面时(烟气侧)，烟气中水蒸气一方面遇到温度较低的膜片发生冷凝，另一方面通过膜表面微小孔径发生毛细冷凝作用在通道内凝聚成微小液滴，由于膜片的高透水性和膜内负压的存在，表面液滴迅速通过渗透膜片内部，随着冷凝的不断发生，膜表面微孔内逐渐被冷凝液充满，并持续转移至支撑层14与结构层15(渗透侧)，伴随着水分从烟气侧向渗透侧的转移，烟气中的一部分热量也通过热质交换转移到了渗透侧的冷却水中，从而实现水热回收。由于烟气中可凝性气体水蒸气在传输过程中充满了多孔通道，因此阻止了不凝性气体的通过，保持了良好的回收水品质。

本实施例利用高温烟气作为吸收式热泵的再生器5的驱动热源加热溴化锂-水溶液，利用冷凝器放热量加热低温烟气；通过吸收剂在再生器中受热后析出进入冷凝器10中，向与冷凝器10换热的低温烟气放热，充分高效利用烟气自身余热，提高了能量的利用效率；

另外，利用膜冷凝系统能够实现烟气水分的有效回收，回收水较为洁净，能够充分的再循环利用；且通过在进入烟囱处提高烟气温度及降低烟气中含湿量，能够有效降低烟囱内部金属腐蚀问题。

本实施例，冷凝器10还通过管道依次连接蒸发器1，吸收器2及再生器5；其中，

再生器5中的制冷剂在冷凝器10中向低温烟气冷凝放热后降温，进入到蒸发器1中，在蒸发器1中吸收冷却循环水热量后进入吸收器2中，在吸收器2中制冷剂被吸收剂浓溶液吸收，此过程中放出热量；进入再生器5，再生器5中溶液经吸烟气热量后，制冷剂吸热蒸发进入冷凝器10，而吸收剂浓溶液进入吸收器2中，往复循环，本实施例，充分高效利用烟气自身余热形成互补性循环，完成热泵系统在高温烟气处吸热，在低温烟气处放热的循环过程，提高了能量的利用效率，实现高温烟气能量的梯级利用。

本实施例，冷凝器10与蒸发器1间连接的管道上设置第二节流阀11，吸收器2与再生器5之间连接热交换器4，吸收器2至热交换器4之间连接的流入管道上设置溶液泵6，热交换器4至吸收器2之间连接的流出管道上设置第一节流阀3；溴化锂-水溶液中的制冷剂受热后析出进入冷凝器10中，在冷凝器10中向低温烟气冷凝放热后降温，经第二节流阀11节流降压后进入到蒸发器1中，在蒸发器1中吸收冷却循环水热量后进入吸收器2中，在吸收器2中制冷剂被吸收剂浓溶液吸收，在此过程中放出热量；溴化锂-水溶液在吸收器2中由溶液泵6经热交换器4后进入再生器5，再生器5中溴化锂-水溶液经加热后，吸收剂吸热蒸发进入冷凝器10，吸收剂浓溶液经过热交换器4后，通过节流阀3降压后进入吸收器2中，本实施例中，通过第二节流阀11、溶液泵6与第一节流阀3之间的有效配合，可根据冷凝器10对烟气温度升高的要求通过灵活的调节溴化锂-水溶液在整个循环系统中的流速，从而调节再生器5吸热量及冷凝器10放热量的大小，从而达到调节烟气进入脱硫塔7的温度。

本实施例，膜冷凝器9冷却水入口端管道及补充冷却水入口端管道上分别设置调节阀8，通过膜冷凝器9的冷却水经吸收烟气渗透至膜片内部的水分及余热后，与补充冷却水汇合，经过与吸收器2热交换，吸收热量后进入锅炉系统补水，本实施例与发生器2进行热交换的水量可根据进入膜冷凝器冷却水及补充冷却水量大小进行调节，能够充分回收烟气中水蒸气潜热量，使锅炉效率大大提高，实现节能减排效果。

通过蒸发器1的冷却水与蒸发器1换热降温后，进入冷却塔装置进行热交换；蒸发器1以冷却水作为低温热源进行换热。

本实施例，提供的烟气水热高效回收利用系统中，采用第一类吸收式热泵技术和膜冷凝技术相结合，实现烟气水分及余热的回收利用。系统中，蒸发器1采用循环冷却水作为低温换热热源，其冷却水温度为25-40℃；再生器5采用中高温烟气作为驱动热源，烟气温度为110-150℃；低温不饱和湿烟气采用冷凝器10作为加热热源进行加热，烟气经热交换后温度升高至60-90℃的不饱和状态；经膜冷凝器9回收烟气水分后的冷却水及补充冷却水采用吸收器2为加热热源。

膜冷凝器9由多个膜片16组成，各个膜片采用串联连接；回收烟气过程中，膜片内为水侧，流动着循环冷却水，水侧并存在0.01-0.1Mpa的真空度；膜片结构分为结构层、支撑层和分离层，分离层是实现收水功能的关键，分离层孔径为10-200nm；膜片外侧为烟气，通过膜表面毛细冷凝及表面扩散原理，在膜内外压差的作用下，实现液、汽分离，最终回收烟气显热及烟气中水分潜热。

膜冷凝器中流经的冷却水吸收烟气中分离的水分及余热后，与发生器2进行热交换，吸收发生器2释放热量后，经简单处理后进入锅炉补水；与发生器2进行热交换的水量可根据进入膜冷凝器冷却水及补充冷却水量大小进行调节，经过膜冷凝器9及吸收器2后，冷却水温度升高5-10℃，满足补充锅炉用水的温度及流量要求。经过蒸发器1的冷却水温度降低范围为5-20℃。

本实施例，以装机容量600MW燃煤机组为例，每小时烟气量按1.7×10⁶m³/h左右计算，经过脱硫塔后55℃的饱和烟气经膜冷凝器9后，含湿量降低50％时，可有效回收水量约为98.2t/h，回收该部分余热量约为22684MJ；经冷凝器10加热烟气后，烟气温度以升高至70℃进行计算，可节省外部热源对烟气进行二次加热所需加热量约为8.52×10⁵MJ。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种烟气水热回收利用系统，其特征在于，包括：

依次连接的吸收式热泵的再生器(5)，脱硫塔(7)，调节阀(8)，膜冷凝器(9)，吸收式热泵的冷凝器(10)与烟囱(12)；高温烟气与所述再生器(5)进行换量交热，烟温降低，后经过所述脱硫塔(7)形成低温饱和湿烟气，所述低温饱和湿烟气经过所述膜冷凝器(9)除湿换热后形成低温不饱和湿烟气，所述低温不饱和湿烟气进入所述冷凝器(10)升温后进入所述烟囱(12)排入大气；

所述再生器(5)通过管道及附件与所述冷凝器(10)连接；所述再生器(5)利用高温烟气作为驱动热源，所述再生器(5)中的溶液含有的制冷剂蒸发析出进入所述冷凝器(10)，向经过所述冷凝器(10)的低温烟气冷凝放热。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷凝器(10)通过管道依次连接蒸发器(1)，吸收器(2)及所述再生器(5)；

所述再生器(5)中的制冷剂受热析出至所述冷凝器(10)中，并向低温烟气冷凝放热后降温，所述再生器(5)中的吸收剂浓溶液进入吸收器(2)中，制冷剂进入到所述蒸发器(1)中，吸收冷却循环水热量后进入所述吸收器(2)中，并在所述吸收器(2)中被吸收剂浓溶液吸收并放出热量。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述冷凝器(10)与所述蒸发器(1)间连接的管道上设置第二节流阀(11)，所述吸收器(2)与所述再生器(5)之间连接热交换器(4)，所述吸收器(2)至所述热交换器(4)之间连接的流入管道上设置溶液泵(6)，所述热交换器(4)至所述吸收器(2)之间连接的流出管道上设置第一节流阀(3)。

4.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，通过所述膜冷凝器(9)的冷却水经过渗透膜片内部的水分及余热后，与补充冷却水汇合，经过与所述吸收器(2)换热，吸收热量后进入锅炉系统补水。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述膜冷凝器(9)冷却水入口端管道及所述补充冷却水入口端管道上分别设置调节阀(8)。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述再生器(5)中的溶液为溴化锂-水溶液。

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