CN219640236U - 一种烟气极深度余热供热、除霾治理及凝结水零排放系统 - Google Patents
一种烟气极深度余热供热、除霾治理及凝结水零排放系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种烟气极深度余热供热、除霾治理及凝结水零排放系统，属于火电厂节能环保与清洁供热技术领域。该系统包括4个模块：锅炉及辅机部分（A1）、水蒸气载热式烟气极深度余热回收模块（A2）、热泵辅助式热网回水取热模块（A3）、凝结水余热法零排放及分盐结晶资源化模块（A4），其中烟气自水蒸气载热式烟气极深度余热回收模块（A2）中部进入并向上依次与中温余热水、低温余热水、热泵冷冻水逆流喷淋换热降温后排出，释放余热并协同将污染物降低到近零排放；凝结水则由余热法零排放及分盐结晶资源化模块（A4）进行零排放回收。该专利实现了烟气极深度热回收、扩大供热能力、污染物除霾治理、凝结水零排放利用多重节能环保技术效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种烟气极深度余热供热、除霾治理及凝结水零排放系统，属于火电厂节能环保与清洁供热技术领域。
背景技术
采用燃煤、天然气、生物质及城市垃圾等燃料燃烧制热的锅炉排烟中含有大量的水蒸气，其大量潜热及显热均随排烟白白散失了。为深度回收此类高湿烟气余热，目前常用的余热利用方式包括：间壁式低低温省煤器或节能器，基于吸收式热泵换热的烟气冷凝热回收装置等，但前者存在腐蚀问题、换热材料造价高等问题，后者存在吸收式热泵需要大量驱动热源、造价高导致投资回收期往往较长等问题。
清华大学开发的“基于水蒸气载热循环的烟气余热回收”系列化技术，包括“一种烟塔合一的锅炉排烟全热回收与烟气消白装置”（2017206805342）等，采用从烟气低温段回收余热加热低温余热水、并用于对锅炉进风加温加湿从而提高排烟含湿量及其露点温度、再从烟气高温段回收余热用于加热热网回水等低温余热水的方式，实现了将排烟温度大幅降低到20～30℃并全面回收其显热和潜热的目的，但其中的换热器结构及配套设备较多，存在着占用空间较大、水风系统阻力较大会增大耗电量、初投资仍然偏高等问题，因此其换热方式及设备系统有待于进一步优化。
目前双碳政策及清洁供热趋势下，采用基于电的供热方式成为替代化石能源供热的主要供热方式之一，而空气源热泵供热往往因冬季进风温度低，其能效比通常只有1.5～2.5，耗电量及其运行费用过大。而上述各类烟气余热回收技术通常只能将烟气温度降低到25～30℃，而此时烟气仍然蕴含着一定的显热和潜热，例如饱和湿烟气自30℃降低到7℃时，可释放的余热量折合燃料低位发热量的3.2%左右，因此，如果采用小型辅助热泵对上述烟气低温段余热继续进行深度余热回收，其能效比可达4～5.5级，因此属于更高效的热泵清洁供热方式。
另外，烟囱所含大量水蒸气等导致明显的白雾现象，特别是燃煤、生物质及垃圾电厂锅炉排烟中大量才的可溶解微细颗粒物等污染物，也被认为属重要的污染问题，因此需要做深度净化、乃至实现烟气污染物的近零排放，并实现实质性的“消白”治理。
烟气凝结水含有烟气被进一步大量清除下来的污染物，如何回收烟气凝结水、实现高盐废水零排放，是目前包括热电厂在内的大多数伴生废水的行业企业的固有难题，目前的主要困难一是实现零排放的工艺方法问题，二是其中的高能耗问题，三是高投资额、高运维费用导致企业难以普遍性推广的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的和任务是，针对上述锅炉排烟中含有大量水蒸气的状况，采用水蒸气载热循环式烟气余热回收及配套辅助热泵的技术路线，可实现烟气极深度热回收、扩大供热能力、污染物除霾治理、凝结水零排放利用多重节能环保技术效果，实现实质性消白治理。
本实用新型的具体描述是：一种烟气极深度余热供热、除霾治理及凝结水零排放系统，其特征在于：该系统包括4个模块：锅炉及辅机部分A1、水蒸气载热式烟气极深度余热回收模块A2、热泵辅助式热网回水取热模块A3、凝结水余热法零排放及分盐结晶资源化模块A4，其中所述的水蒸气载热式烟气极深度余热回收模块A2由全热空预器1和烟气喷淋换热器7组成，其中烟气喷淋换热器7的进烟口与锅炉101的炉后烟气处理设备102的出烟口相连，全热空预器1的出风口与送风机103的进风口相连，所述的烟气喷淋换热器7设置有烟气塔底水池3，烟气塔底水池3的上部为高温换热段4，高温换热段4的侧向进烟口与高湿烟气F相通，高温换热段4的上部设置有中温喷淋装置5，中温喷淋装置5的上部与低温换热段6相通，低温换热段6的上部设置有低温喷淋装置8，低温喷淋装置8的上部与超低温换热段9相通，超低温换热段9的上部设置有热泵冷冻水喷淋装置10，热泵冷冻水喷淋装置10的上部设置有烟气湿度调节装置11，烟气湿度调节装置11的上部与烟气出口段26相通，烟气出口段26的出烟口处的超低温净烟气Q与大气或烟囱进烟口相通，所述的全热空预器1设置有空气塔底水池20，空气塔底水池20的上部为空气加热加湿段19，空气加热加湿段19的进风口与环境空气A相通，空气加热加湿段19的上部与空气喷淋装置17相通，空气喷淋装置17的上部设置有空气湿度调节装置16，空气湿度调节装置16的上部与空气出口段21相通，空气出口段21的出口处的升温加湿空气C，经过送风机103与锅炉101的锅炉进风D的进口相通，锅炉101的出烟口处的炉内排烟E，经炉后烟气处理设备102与高温换热段4的侧向进烟口处的高湿烟气F相通，所述的烟气塔底水池3的高温余热水出口与高温出水管段22的进口相连，高温出水管段22的出口经高温水循环泵13与热网水预热板换15的加热侧进口相连，热网水预热板换15的加热侧出口分别经中温电动阀23与中温喷淋装置5的进水口相连、经空气喷淋电动阀18与空气喷淋装置17的进水口相连、与外排水P1的排水管相通，所述的空气塔底水池20的出水口与低温余热水泵12的进水口相连，低温余热水泵12的出水口分别与辅助热泵14的冷冻水进口相连、经低温电动阀24与低温喷淋装置8的进口相连，辅助热泵14的冷冻水出口经冷冻水电动阀25与热泵冷冻水喷淋装置10的进口相连，所述的凝结水余热法零排放及分盐结晶资源化模块A4中的外排水电动阀30的进口与外排水P1的排水管相通，外排水电动阀30的出口与废水预处理装置31的料液进口相连，废水预处理装置31还设置有预处理料液P2的出口、药剂M的进口、渣料S1的出口，其中预处理料液P2的出口与余热蒸发浓缩结晶器32的进料口相连，余热蒸发浓缩结晶器32还设置有净化凝结水PN的出水口、结晶固形物S2的出料口、二次蒸汽QP的排汽口、蒸发加热热源进水/汽J3的进口、蒸发加热热源出水J4的出口，其中二次蒸汽QP的排汽口与二次蒸汽热回收器33的进汽口相连，二次蒸汽热回收器33还设置有二次凝结水QN的出水口、冷却进水J1的进口、冷却出水J2的出口，其中冷却进水J1的进口与热网回水H的回水干管35相连，回水干管35还分别与辅助热泵14的冷凝器进水口、热网水预热板换15的被加热侧进口及回水调节阀28的进口相连，回水调节阀28的出口与二级回水干管36相连，二级回水干管36还分别与二次蒸汽热回收器33的冷却出水J2的出口、余热蒸发浓缩结晶器32的蒸发加热热源出水J4的出口、辅助热泵14的冷凝器出水口、热网水预热板换15的被加热侧出口和热网加热器29的低温侧进口相连，热网加热器29的低温侧出口与热网供水G的供水干管34相连，供水干管34还与余热蒸发浓缩结晶器32的蒸发加热热源进水/汽J3的进口相连。
全热空预器1竖向设置于烟气喷淋换热器7下方或上方，两者之间设置有风烟隔板2。
高温水循环泵13进口段还与水质调节装置27及其水质调节剂K的进口相通。
高温换热段4、低温换热段6、超低温换热段9、空气加热加湿段19为烟气或空气与喷淋水组成竖向布置的逆流换热结构，其中内部采用空段或填料结构。
中温喷淋装置5、低温喷淋装置8、热泵冷冻水喷淋装置10和空气喷淋装置17采用单层槽盘式布水结构或由N层喷淋结构组成的布水结构，其中N大于等于1。
热泵辅助式热网回水取热模块A3中的热网水预热板换15、水质调节装置27、高温水循环泵13、低温余热水泵12及其之间的连接管与管件，组成一个整体的撬装机组结构，所述的辅助热泵14设置于撬装机组结构的内部或外部。
余热蒸发浓缩结晶器32采用单级或多级余热驱动的蒸发浓缩器和蒸发分盐结晶器组件。
余热蒸发浓缩结晶器32还包括前置的膜浓缩器。
本专利的有益效果如下：其一是可将烟气温度降低到7～10℃，实现极深度余热回收，节省燃料耗量10%～18%（根据入炉燃料及其含水率、原有排烟温度等因素的不同而有所变化）。其二是有效提高供热能力，通常可扩大15%～40%。其三是协同实现烟气污染物近零排放，实现大气深度除霾治理，同时实现彻底的实质性消白。其四是回水烟气凝结水资源，实现余热法污水零排放及资源化利用，并大幅降低污水零排放过程中的能耗及其运行费用。因此，本专利实现了多重节能环保一体化技术效果，对将火电厂及热源厂转变为清洁燃烧、清洁供热、清洁生产的行业面貌，提供了必要的技术基础。
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。
全热空预器1、风烟隔板2、烟气塔底水池3、高温换热段4、中温喷淋装置5、低温换热段6、烟气喷淋换热器7、低温喷淋装置8、超低温换热段9、热泵冷冻水喷淋装置10、烟气湿度调节装置11、低温余热水泵12、辅助热泵14、热网水预热板换15、空气湿度调节装置16、空气喷淋装置17、空气喷淋电动阀18、空气加热加湿段19、空气塔底水池20、空气出口段21、高温出水管段22、中温电动阀23、低温电动阀24、冷冻水电动阀25、烟气出口段26、水质调节装置27、回水调节阀28、热网加热器29、外排水电动阀30、废水预处理装置31、余热蒸发浓缩结晶器32、二次蒸汽热回收器33、供水干管34、回水干管35、二级回水干管36、锅炉101、炉后烟气处理设备102、送风机103、环境空气A、锅炉及辅机部分A1、水蒸气载热式烟气极深度余热回收模块A2、热泵辅助式热网回水取热模块A3、凝结水余热法零排放及分盐结晶资源化模块A4、升温加湿空气C、锅炉进风D、炉内排烟E、高湿烟气F、热网供水G、热网回水H、冷却进水J1、冷却出水J2、蒸发加热热源进水/汽J3、蒸发加热热源出水J4、水质调节剂K、药剂M、外排水P1、预处理料液P2、净化凝结水PN、超低温净烟气Q、二次凝结水QN、二次蒸汽QP、渣料S1、结晶固形物S2。
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。
一种烟气极深度余热供热、除霾治理及凝结水零排放系统，其特征在于：该系统包括4个模块：锅炉及辅机部分A1、水蒸气载热式烟气极深度余热回收模块A2、热泵辅助式热网回水取热模块A3、凝结水余热法零排放及分盐结晶资源化模块A4，其中所述的水蒸气载热式烟气极深度余热回收模块A2由全热空预器1和烟气喷淋换热器7组成，其中烟气喷淋换热器7的进烟口与锅炉101的炉后烟气处理设备102的出烟口相连，全热空预器1的出风口与送风机103的进风口相连，所述的烟气喷淋换热器7设置有烟气塔底水池3，烟气塔底水池3的上部为高温换热段4，高温换热段4的侧向进烟口与高湿烟气F相通，高温换热段4的上部设置有中温喷淋装置5，中温喷淋装置5的上部与低温换热段6相通，低温换热段6的上部设置有低温喷淋装置8，低温喷淋装置8的上部与超低温换热段9相通，超低温换热段9的上部设置有热泵冷冻水喷淋装置10，热泵冷冻水喷淋装置10的上部设置有烟气湿度调节装置11，烟气湿度调节装置11的上部与烟气出口段26相通，烟气出口段26的出烟口处的超低温净烟气Q与大气或烟囱进烟口相通，所述的全热空预器1设置有空气塔底水池20，空气塔底水池20的上部为空气加热加湿段19，空气加热加湿段19的进风口与环境空气A相通，空气加热加湿段19的上部与空气喷淋装置17相通，空气喷淋装置17的上部设置有空气湿度调节装置16，空气湿度调节装置16的上部与空气出口段21相通，空气出口段21的出口处的升温加湿空气C，经过送风机103与锅炉101的锅炉进风D的进口相通，锅炉101的出烟口处的炉内排烟E，经炉后烟气处理设备102与高温换热段4的侧向进烟口处的高湿烟气F相通，所述的烟气塔底水池3的高温余热水出口与高温出水管段22的进口相连，高温出水管段22的出口经高温水循环泵13与热网水预热板换15的加热侧进口相连，热网水预热板换15的加热侧出口分别经中温电动阀23与中温喷淋装置5的进水口相连、经空气喷淋电动阀18与空气喷淋装置17的进水口相连、与外排水P1的排水管相通，所述的空气塔底水池20的出水口与低温余热水泵12的进水口相连，低温余热水泵12的出水口分别与辅助热泵14的冷冻水进口相连、经低温电动阀24与低温喷淋装置8的进口相连，辅助热泵14的冷冻水出口经冷冻水电动阀25与热泵冷冻水喷淋装置10的进口相连，所述的凝结水余热法零排放及分盐结晶资源化模块A4中的外排水电动阀30的进口与外排水P1的排水管相通，外排水电动阀30的出口与废水预处理装置31的料液进口相连，废水预处理装置31还设置有预处理料液P2的出口、药剂M的进口、渣料S1的出口，其中预处理料液P2的出口与余热蒸发浓缩结晶器32的进料口相连，余热蒸发浓缩结晶器32还设置有净化凝结水PN的出水口、结晶固形物S2的出料口、二次蒸汽QP的排汽口、蒸发加热热源进水/汽J3的进口、蒸发加热热源出水J4的出口，其中二次蒸汽QP的排汽口与二次蒸汽热回收器33的进汽口相连，二次蒸汽热回收器33还设置有二次凝结水QN的出水口、冷却进水J1的进口、冷却出水J2的出口，其中冷却进水J1的进口与热网回水H的回水干管35相连，回水干管35还分别与辅助热泵14的冷凝器进水口、热网水预热板换15的被加热侧进口及回水调节阀28的进口相连，回水调节阀28的出口与二级回水干管36相连，二级回水干管36还分别与二次蒸汽热回收器33的冷却出水J2的出口、余热蒸发浓缩结晶器32的蒸发加热热源出水J4的出口、辅助热泵14的冷凝器出水口、热网水预热板换15的被加热侧出口和热网加热器29的低温侧进口相连，热网加热器29的低温侧出口与热网供水G的供水干管34相连，供水干管34还与余热蒸发浓缩结晶器32的蒸发加热热源进水/汽J3的进口相连。
全热空预器1竖向设置于烟气喷淋换热器7下方或上方，两者之间设置有风烟隔板2。
高温水循环泵13进口段还与水质调节装置27及其水质调节剂K的进口相通。
高温换热段4、低温换热段6、超低温换热段9、空气加热加湿段19为烟气或空气与喷淋水组成竖向布置的逆流换热结构，其中内部采用空段或填料结构。
中温喷淋装置5、低温喷淋装置8、热泵冷冻水喷淋装置10和空气喷淋装置17采用单层槽盘式布水结构或由N层喷淋结构组成的布水结构，其中N大于等于1。
热泵辅助式热网回水取热模块A3中的热网水预热板换15、水质调节装置27、高温水循环泵13、低温余热水泵12及其之间的连接管与管件，组成一个整体的撬装机组结构，所述的辅助热泵14设置于撬装机组结构的内部或外部。
余热蒸发浓缩结晶器32采用单级或多级余热驱动的蒸发浓缩器和蒸发分盐结晶器组件。
余热蒸发浓缩结晶器32还包括前置的膜浓缩器。
需要说明的是，本实用新型提出了采用烟气余热回收一体化机组结构以实现锅炉烟气的极深度冷凝热回收并用于对锅炉进风加温加湿及加热热网回水，同时实现烟气污染物的近零排放及凝结水资源化利用的协同治理，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或风水管路流程的常规性调整，采用不同的水质处理设备及方法；采用不同的换热元件结构及其简单变形；采用吸收式热泵或压缩式热泵等不同热泵形式；或者简单的调整余热水进出水参数及分级数量；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烟气或排风种类等，及应用到其它行业的类似应用场合，均落入本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种烟气极深度余热供热、除霾治理及凝结水零排放系统，其特征在于：该系统包括4个模块：锅炉及辅机部分（A1）、水蒸气载热式烟气极深度余热回收模块（A2）、热泵辅助式热网回水取热模块（A3）、凝结水余热法零排放及分盐结晶资源化模块（A4），其中所述的水蒸气载热式烟气极深度余热回收模块（A2）由全热空预器（1）和烟气喷淋换热器（7）组成，其中烟气喷淋换热器（7）的进烟口与锅炉（101）的炉后烟气处理设备（102）的出烟口相连，全热空预器（1）的出风口送风机（103）的进风口相连，所述的烟气喷淋换热器（7）设置有烟气塔底水池（3），烟气塔底水池（3）的上部为高温换热段（4），高温换热段（4）的侧向进烟口与高湿烟气（F）相通，高温换热段（4）的上部设置有中温喷淋装置（5），中温喷淋装置（5）的上部与低温换热段（6）相通，低温换热段（6）的上部设置有低温喷淋装置（8），低温喷淋装置（8）的上部与超低温换热段（9）相通，超低温换热段（9）的上部设置有热泵冷冻水喷淋装置（10），热泵冷冻水喷淋装置（10）的上部设置有烟气湿度调节装置（11），烟气湿度调节装置（11）的上部与烟气出口段（26）相通，烟气出口段（26）的出烟口处的超低温净烟气（Q）与大气或烟囱进烟口相通，所述的全热空预器（1）设置有空气塔底水池（20），空气塔底水池（20）的上部为空气加热加湿段（19），空气加热加湿段（19）的进风口与环境空气（A）相通，空气加热加湿段（19）的上部与空气喷淋装置（17）相通，空气喷淋装置（17）的上部设置有空气湿度调节装置（16），空气湿度调节装置（16）的上部与空气出口段（21）相通，空气出口段（21）的出口处的升温加湿空气（C），经过送风机（103）与锅炉（101）的锅炉进风（D）的进口相通，锅炉（101）的出烟口处的炉内排烟（E），经炉后烟气处理设备（102）与高温换热段（4）的侧向进烟口处的高湿烟气（F）相通，所述的烟气塔底水池（3）的高温余热水出口与高温出水管段（22）的进口相连，高温出水管段（22）的出口经高温水循环泵（13）与热网水预热板换（15）的加热侧进口相连，热网水预热板换（15）的加热侧出口分别经中温电动阀（23）与中温喷淋装置（5）的进水口相连、经空气喷淋电动阀（18）与空气喷淋装置（17）的进水口相连、与外排水（P1）的排水管相通，所述的空气塔底水池（20）的出水口与低温余热水泵（12）的进水口相连，低温余热水泵（12）的出水口分别与辅助热泵（14）的冷冻水进口相连、经低温电动阀（24）与低温喷淋装置（8）的进口相连，辅助热泵（14）的冷冻水出口经冷冻水电动阀（25）与热泵冷冻水喷淋装置（10）的进口相连，凝结水余热法零排放及分盐结晶资源化模块（A4）中的外排水电动阀（30）的出口与废水预处理装置（31）的料液进口相连，废水预处理装置（31）还设置有预处理料液（P2）的出口、药剂（M）的进口、渣料（S1）的出口，其中预处理料液（P2）的出口与余热蒸发浓缩结晶器（32）的进料口相连，余热蒸发浓缩结晶器（32）还设置有净化凝结水（PN）的出水口、结晶固形物（S2）的出料口、二次蒸汽（QP）的排汽口、蒸发加热热源进水/汽（J3）的进口、蒸发加热热源出水（J4）的出口，其中二次蒸汽（QP）的排汽口与二次蒸汽热回收器（33）的进汽口相连，二次蒸汽热回收器（33）还设置有二次凝结水（QN）的出水口、冷却进水（J1）的进口、冷却出水（J2）的出口，其中冷却进水（J1）的进口与热网回水（H）的回水干管（35）相连，回水干管（35）还分别与辅助热泵（14）的冷凝器进水口、热网水预热板换（15）的被加热侧进口及回水调节阀（28）的进口相连，回水调节阀（28）的出口与二级回水干管（36）相连，二级回水干管（36）还分别与二次蒸汽热回收器（33）的冷却出水（J2）的出口、余热蒸发浓缩结晶器（32）的蒸发加热热源出水（J4）的出口、辅助热泵（14）的冷凝器出水口、热网水预热板换（15）的被加热侧出口和热网加热器（29）的低温侧进口相连，热网加热器（29）的低温侧出口与热网供水（G）的供水干管（34）相连，供水干管（34）还与余热蒸发浓缩结晶器（32）的蒸发加热热源进水/汽（J3）的进口相连。
2.如权利要求1所述的一种烟气极深度余热供热、除霾治理及凝结水零排放系统，其特征在于所述的全热空预器（1）竖向设置于烟气喷淋换热器（7）下方或上方，两者之间设置有风烟隔板（2）。
3.如权利要求1所述的一种烟气极深度余热供热、除霾治理及凝结水零排放系统，其特征在于所述的高温水循环泵（13）进口段还与水质调节装置（27）及其水质调节剂（K）的进口相通。
4.如权利要求1所述的一种烟气极深度余热供热、除霾治理及凝结水零排放系统，其特征在于所述的高温换热段（4）、低温换热段（6）、超低温换热段（9）、空气加热加湿段（19）为烟气或空气与喷淋水组成竖向布置的逆流换热结构，其中内部采用空段或填料结构。
5.如权利要求1所述的一种烟气极深度余热供热、除霾治理及凝结水零排放系统，其特征在于所述的中温喷淋装置（5）、低温喷淋装置（8）、热泵冷冻水喷淋装置（10）和空气喷淋装置（17）采用单层槽盘式布水结构或由N层喷淋结构组成的布水结构，其中N大于等于1。
6.如权利要求1所述的一种烟气极深度余热供热、除霾治理及凝结水零排放系统，其特征在于所述的热泵辅助式热网回水取热模块（A3）中的热网水预热板换（15）、水质调节装置（27）、高温水循环泵（13）、低温余热水泵（12）及其之间的连接管与管件，组成一个整体的撬装机组结构，所述的辅助热泵（14）设置于撬装机组结构的内部或外部。
7.如权利要求1所述的一种烟气极深度余热供热、除霾治理及凝结水零排放系统，其特征在于所述的余热蒸发浓缩结晶器（32）采用单级或多级余热驱动的蒸发浓缩器和蒸发分盐结晶器组件。
8.如权利要求1所述的一种烟气极深度余热供热、除霾治理及凝结水零排放系统，其特征在于所述的余热蒸发浓缩结晶器（32）还包括前置的膜浓缩器。
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| CN202320904671.5U CN219640236U (zh) | 2023-04-20 | 2023-04-20 | 一种烟气极深度余热供热、除霾治理及凝结水零排放系统 |
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