CN110440239B - 一种电站锅炉排烟余热与水分的深度回收装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电站锅炉排烟余热与水分的深度回收装置及方法，深度回收装置包括：陶瓷膜管吸收器、储液罐、真空泵、循环泵、发生器、高温冷凝器、低温冷凝器、节流阀、汽化器、水水换热器、储水罐；本发明既可以减少传统燃煤火电厂锅炉烟气***排放低温烟气造成的热损失，降低发电煤耗，又可以清洁高效回收烟气中水分，节省水资源。

Description

一种电站锅炉排烟余热与水分的深度回收装置及方法

技术领域

本发明涉及火电厂节能减排技术领域，特别是涉及电站锅炉排烟余热与水分的深度回收装置及方法。

背景技术

截止2018年底，全国电力总装机容量19亿千瓦，其中火电11.44亿千瓦，占60.2％，火电装机容量同比增长3％；2018年发电量69940亿千瓦时，其中火电49231亿千瓦时，占70.39％，火电发电量同比增长7.3％。与此同时，2017年我国水资源总量为28761.2亿立方米，人均水资源2074.5立方米，同比下降11.91％，水资源的短缺也逐渐引起全社会的广泛关注。火力发电作为我国电力行业的中流砥柱，电站锅炉排放烟气附带造成的损失占锅炉全部损失的50％，约占锅炉输入燃料热量的3％-6％；如有效降低锅炉烟气排放温度15℃，可实现锅炉效率提高1％。同时，燃煤等以化石能源为燃料的锅炉，燃烧过程会产生大量的水分，以采用湿法脱硫的330MW燃煤锅炉为例，每小时随烟气排放的水蒸气高达112t。目前，电站锅炉空气预热器后烟气温度约在130℃-150℃，距烟气露点有一定的温差，可以进一步回收烟气显热；并且湿法脱硫喷淋塔后烟气相对湿度较高，水蒸气含量几乎达到饱和状态，含有大量的潜热及水分可以回收利用。

公知的溴化锂吸收式热泵利用溴化锂在水中不同温度下具有不同溶解度的特性，使制冷剂在较低的温度和压力下被吸收剂吸收，同时又使它在较高的温度和压力下从溶液中蒸发，完成闭式循环实现制冷剂吸收与再生的。吸收式热泵***中冷凝器、节流阀以及蒸发器与压缩蒸汽制热循环的相同。实际运行中，受低温热源温度较低的影响，一类溴化锂吸收式热泵易出现低温启动困难、制热量衰减严重等问题，严重时热泵COP仅仅为1。同时，采用传统的冷凝法回收电站锅炉烟气中水分，水质较差，水温较低，回收代价较高，利用困难。

因此希望有一种电站锅炉排烟余热与水分的深度回收装置及方法能够解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明公开了一种电站锅炉排烟余热与水分的深度回收装置，所述深度回收装置包括：陶瓷膜管吸收器、储液罐、真空泵、循环泵、发生器、高温冷凝器、低温冷凝器、节流阀、汽化器、水水换热器、储水罐；

陶瓷膜管吸收器的管程出口通过稀溶液管路连接储液罐入口，储液罐出口通过溴化锂稀溶液管路连接发生器的溶液入口，发生器的溶液出口通过溴化锂溶液管路连接节流阀的入口，节流阀的出口通过溴化锂溶液管路连接汽化器的溶液入口，汽化器的溶液出口通过溴化锂浓溶液管路连接循环泵的入口，循环泵的出口通过溴化锂浓溶液管路连接陶瓷膜管吸收器的管程入口；

高温冷凝器的冷凝水出口通过冷凝水管路连接水水换热器的热介质侧入口，水水换热器的热介质侧出口通过冷凝水管路连接储水箱的入口；

低温冷凝器的冷凝水出口通过冷凝水管路连接储水箱的入口，所述储水箱底部装有冷凝水再利用管路；

所述低温冷凝器凝结水出口通过凝结水管路连接水水换热器冷介质侧入口，所述水水换热器冷介质侧出口通过凝结水管路连接高温冷凝器的冷凝水入口。

优选地，所述发生器与所述高温冷凝器集成布置，在所述发生器与所述高温冷凝器的集成装置的中部布置有第一分隔板，第一分隔板垂直设置在所述发生器与所述高温冷凝器的集成装置底部，第一分隔板用于阻挡所述发生器内的溴化锂溶液与所述高温冷凝器内的冷凝水混合，第一分隔板顶部留有气体通道，用以流通水蒸气；所述汽化器与所述低温冷凝器集成布置，在所述汽化器与所述低温冷凝器的集成装置的中部布置有第二分隔板，第二分隔板垂直设置在所述汽化器与所述低温冷凝器的集成装置底部，第二分隔板用于阻挡所述汽化器内的溴化锂溶液与所述低温冷凝器内的冷凝水混合，第二分隔板顶部留有气体通道，用以流通水蒸气。

优选地,在所述发生器内布置第一溴化锂溶液喷淋头，第一溴化锂溶液喷淋头的顶端连接所述发生器的溶液入口，第一溴化锂溶液喷淋头低于所述第一分隔板的顶端设置，每个第一溴化锂溶液喷淋头安装有次级节流阀；在所述汽化器内布置第二溴化锂溶液喷淋头，第二溴化锂溶液喷淋头的顶端连接所述汽化器的溶液入口，第二溴化锂溶液喷淋头低于所述第二分隔板的顶端设置，每个第二溴化锂溶液喷淋头安装有次级节流阀。

优选地，所述储液罐顶部的不凝性气体出口通过不凝性气体管路和所述真空泵连接电站锅炉尾部烟道。

优选地，所述发生器内布置有高温烟道，经空气预热后烟气从所述发生器的驱动热源入口进入高温烟道，作为所述发生器的驱动热源。

优选地，所述陶瓷膜管吸收器内设置有陶瓷膜管和导向板，导向板垂直于陶瓷膜管设置，所述陶瓷膜管吸收器的一侧安装有管程出口，管程出口安装在所述陶瓷膜管吸收器的侧顶部，而另一侧的管程进口安装在所述陶瓷膜管吸收器的侧底部，所述陶瓷膜管吸收器的壳程底部安装有疏水阀。

一种电站锅炉排烟余热与水分的深度回收装置的方法，所述回收方法包括以下步骤：

步骤1：浓度为55％-60％溴化锂溶液进入所述陶瓷膜管吸收器的管程，其与湿法脱硫后低温饱和烟气选择性逆流传热传质，依据水蒸气分压力的不同，吸收水分后的溴化锂溶液进入所述储液罐，通过所述真空泵排出不凝性气体，随后溴化锂稀溶液进入所述发生器吸热产生水蒸气，再经所述节流阀减压汽化降温，紧接着在所述汽化器内实现汽液分离，形成的溴化锂稀溶液开始下一个循环；

步骤2：高温烟气作为所述发生器的驱动热源，加热溴化锂稀溶液产生的水蒸气被所述高温冷凝器的凝结水降温冷凝，形成的高温冷凝器的冷凝水再经所述水水换热器降温后，进入所述储水箱以待再利用；同时，所述汽化器内分离得到的低温水蒸气被所述低温冷凝器的凝结水降温冷凝，形成的低温冷凝器的冷凝水也进入所述储水箱以待再利用。

本发明提出了一种电站锅炉排烟余热与水分的深度回收装置及方法，本发明既可以减少传统燃煤火电厂锅炉烟气***排放低温烟气造成的热损失，降低发电煤耗，又可以清洁高效回收烟气中水分，节省水资源。同时基于陶瓷膜管吸收器吸收烟气中水分时放热的机理，烟气经过陶瓷膜管集成器时会被适当加热，提高烟气的饱和湿度，有效缓解当前电厂普遍存在的“白色烟羽”问题。

附图说明

图1是电站锅炉排烟余热与水分的深度回收装置示意图。

图2是图1中真空泵3***与低温烟气***结构示意图。

图3是图1中高温、低温冷凝器37、38与低加***结构示意图。

图4是图1中陶瓷膜管吸收器8内部结构示意图。

图5是图1中汽化器7与低温冷凝器38内部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：一种电站锅炉排烟余热与水分的深度回收装置包括：陶瓷膜管吸收器、储液罐、真空泵、发生器、节流阀、汽化器、高温冷凝器、低温冷凝器、水水换热器、储水箱、溴化锂溶液管路、水管路及烟道。

电站锅炉排烟余热与水分的深度回收方法包括以下步骤：电站锅炉尾部脱硫装置后烟气首先经陶瓷膜管吸收器回收余热与水分，同时会对烟气进行一定的加热，脱硫装置烟气出口与陶瓷膜管吸收器壳程进口连接，陶瓷膜管吸收器壳程出口与烟囱烟道进口连接，吸收了烟气中水分的溴化锂浓溶液变为稀溶液后进入储液罐，排出不凝性气体，陶瓷膜管管程出口与储液罐进口连接，储液罐顶部不凝性气体出口与真空泵进口连接，真空泵出口与烟囱烟道进口连接，溴化锂稀溶液经空气预热器后烟气加热产生水蒸气，进而变为浓溶液，水蒸气经高温冷凝器凝结水降温冷凝，冷凝水进一步降温后回收，空气预热器烟道出口与发生器驱动热源进口连接，发生器驱动热源出口与除尘器烟道进口连接，高温冷凝器凝结水进口与水水换热器冷介质出口或7#低压加热器出口连接，高温冷凝器凝结水出口与5#低压加热器入口连接，高温冷凝器冷凝水出口与水水换热器热介质进口连接，水水换热器热介质出口与储水箱进口连接，加热后的溴化锂浓溶液经节流阀降压后会分离出一定的水蒸气，溶液浓度进一步升高，水分进一步回收，发生器溶液出口与节流阀进口连接，节流阀出口与汽化器溶液进口连接，低温冷凝器凝结水进口与凝汽器凝结水出口连接，低温冷凝器凝结水出口与水水换热器冷介质进口连接，水水换热器冷介质出口与高温冷凝器凝结水进口或7#低压加热器进口连接，经过加热气化和减压气化后的溴化锂浓溶液具有很强的吸湿性，开始下一个循环，汽化器溶液出口与陶瓷膜管吸收器管程进口连接，进而开始下一个循环。实施例中发生器回收空气预热器后烟气显热，该部分热量品质较高作为发生器的驱动热源；湿法脱硫后的湿烟气处于饱和状态，具有大量的汽化潜热，但该部分热量品位较低，溴化锂浓溶液依据水蒸气压力不同，吸收烟气中水分，同时产生大量的溶解热，一方面提高的该部分热量的品位，另一方面对烟气具有一定的加热作用，可以有效缓解电厂中普遍存在的“白色烟羽”问题；汽化器利用节流阀的降压作用，实现部分水分的气化及溶液温度的降低，提高溶液的吸湿性；发生器的水蒸气被高温冷凝器凝结水降温冷凝为液态，再进一步经低温冷凝器中凝结水降温后与低温冷凝器中的冷凝水一同回收，以待再利用；该装置可以有效回收电站锅炉排烟余热与水分，降低发电煤耗、节约水资源。

如图1-5所示，1.储液罐，2.不凝性气体，3.真空泵，4.循环泵，5.发生器，6.节流阀，7.汽化器，8.陶瓷膜管吸收器，9.溴化锂稀溶液，10.低温烟气出口，11.溴化锂浓溶液，12.高温烟道，13.水再利用管路，14.喷淋头，15.高温冷凝器凝结水，16.分隔板，17.低温冷凝器凝结水，18.高温冷凝器冷凝水，19.低温冷凝器冷凝水，20.水水换热器，21.储水罐，22.导向板，23.陶瓷膜管，24.疏水阀，25.低温烟气入口，26.次级减压阀，27.5#低压加热器，28.6#低压加热器，29.7#低压加热器，30.8#低压加热器，31.凝汽器，32.进口阀门,33.出口阀门,34.旁路阀门，35.水侧压力表，36.气侧压力表，37.高温冷凝器，38.低温冷凝器。

如图1所示，一种电站锅炉排烟余热与水分的深度回收装置及方法，燃煤火电厂锅炉将燃料的化学能转化为热能，并进一步传递给循环工质，产生的烟气经一系列处理后经低温烟气入口25进入陶瓷膜管吸收器8，烟气与陶瓷膜管23内溴化锂浓溶液11进行逆流传热传质后，从低温烟气出口10排出。陶瓷膜管吸收器8、储液罐1、发生器5、节流阀6、汽化器7及循环泵4顺次连接，形成溴化锂溶液循环回路。储液罐1顶部与真空泵3通过不凝性气体2管路连接，不断抽取并排出溴化锂稀溶液6中的不凝性气体2。空气预热器后烟气与高温烟道12连接，作为发生器5的驱动热源。低温冷凝器38、水水换热器20及高温冷凝器37通过低温冷凝器凝结水17管路、高温冷凝器凝结水15管路串联连接。高温冷凝器37、水水换热器20及储水箱21通过高温冷凝器冷凝水18管路连接。

如图2所示，储液罐1的不凝性气体2排放管路与陶瓷膜管吸收器8的低温烟气出口10并联，两股气流汇合后共同经烟囱排放。

如图3所示，低温冷凝器凝结水17管路进口与凝汽器31凝结水管路出口连接，低温冷凝器凝结水17管路出口与水水换热器20冷介质进口连接，水水换热器20冷介质出口与高温冷凝器凝结水15管路进口连接，高温冷凝器凝结水15管路出口与5#低压加热器27凝结水进口连接，水水换热器20冷介质出口与7#低压加热器凝结水入口连接，高温冷凝器凝结水15管路进口与7#低压加热器29凝结水出口连接，同时，凝结水管路上安装有旁路阀门34、进口阀门32及出口阀门33。低温冷凝器凝结水17与高温冷凝器凝结水15可实现并联与串联两种连接，串联时旁路阀门34开启、进口阀门32与出口阀门33关闭；并联时旁路阀门34关闭、进口阀门32与出口阀门33开启。

如图4所示，电站锅炉尾部低温烟气由低温烟气入口25进入陶瓷膜管吸收器8壳程，烟气与陶瓷膜管23内溴化锂浓溶液11逆流传热与选择性传质后，从低温烟气出口10排出。低温烟气入口25烟道稍突出陶瓷膜管吸收器8的箱体，同时陶瓷膜管吸收器8底部安装有疏水阀24，溴化锂浓溶液11管路安装在管程进口腔室最高处，溴化锂稀溶液9管路安装在管程出口腔室最低处，同时陶瓷膜管吸收器8管程出口腔室安装有水侧压力表35，壳程安装有气侧压力表36，通过控制管程与壳程的压力差更好的实现水分与余热的回收。

如图5所示，节流阀6出口与汽化器7溶液进口连接，同时喷淋头14前装有次级节流阀26，以便于控制喷淋溶液的气相率及温度。

本发明依据的主要原理如下：

溴化锂溶液的饱和蒸汽压远低于相同温度下纯水的饱和蒸汽压，陶瓷膜管采用纳米级或微米级孔径，依据分子筛、毛细冷凝与努森扩散作用，陶瓷膜管与烟气之间进行传热与选择性传质，同时释放出大量的溶解热。陶瓷膜管吸收器、储液罐、发生器、汽化器、高温冷凝器、低温冷凝器以及水水换热器均遵循能量守恒及质量守恒基本规律。

1.能量守恒方程：

2.质量守恒方程：

3.制热性能系数：

4.根据等效焓降原理：

ΔH＝q₄η_j/D

δη_i＝ΔH/(ΔH+H)

以上式中：分别为各设备部件的物流进口质量流量、焓值；/>分别为各设备部件的物流出口质量流量、焓值；q₁、q₂、q₃、q₄分别为高温冷凝器凝结水吸热量、低温冷凝器凝结水吸热量、水水换热器冷介质吸热量及蒸汽发生器驱动热源换热量；H、ΔH分别为新蒸汽焓降、等效焓降；η_j、D分别为能级j的抽汽效率、主蒸汽流量，本实施例为第二低压加热器j＝6；/>为发电煤耗；/>为发电煤耗降低值。

本发明应用在330MW燃煤发电机组中，该机组采暖期排烟温度高达130℃，非采暖期高达150℃，采用该发明可以深度回收电站锅炉排烟余热30MW，进而排挤第二低压加热器抽汽，有效降低火电厂发电煤耗5g/(kW·h)，回收烟气中水量22t/h，具有良好的节能减排效果。

本发明可以减少传统燃煤火电厂锅炉烟气***排放低温烟气附带的热量损失及水分损失，回收的热量用于加热凝结水，减少抽汽量，降低发电煤耗。同时根据所采用的陶瓷膜管孔径的大小，回收的水分可以用于热网补水或循环水补水等

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种电站锅炉排烟余热与水分的深度回收装置，其特征在于，所述深度回收装置包括：陶瓷膜管吸收器、储液罐、真空泵、循环泵、发生器、高温冷凝器、低温冷凝器、节流阀、汽化器、水水换热器、储水罐；

陶瓷膜管吸收器的管程出口通过稀溶液管路连接储液罐入口，储液罐出口通过溴化锂稀溶液管路连接发生器的溶液入口，发生器的溶液出口通过溴化锂溶液管路连接节流阀的入口，节流阀的出口通过溴化锂溶液管路连接汽化器的溶液入口，汽化器的溶液出口通过溴化锂浓溶液管路连接循环泵的入口，循环泵的出口通过溴化锂浓溶液管路连接陶瓷膜管吸收器的管程入口；

高温冷凝器的冷凝水出口通过冷凝水管路连接水水换热器的热介质侧入口，水水换热器的热介质侧出口通过冷凝水管路连接储水箱的入口；

低温冷凝器的冷凝水出口通过冷凝水管路连接储水箱的入口，所述储水箱底部装有冷凝水再利用管路；

所述低温冷凝器凝结水出口通过凝结水管路连接水水换热器冷介质侧入口，所述水水换热器冷介质侧出口通过凝结水管路连接高温冷凝器的凝结水入口；

所述发生器与所述高温冷凝器集成布置，在所述发生器与所述高温冷凝器的集成装置的中部布置有第一分隔板，第一分隔板垂直设置在所述发生器与所述高温冷凝器的集成装置底部，第一分隔板用于阻挡所述发生器内的溴化锂溶液与所述高温冷凝器内的冷凝水混合，第一分隔板顶部留有气体通道，用以流通水蒸气；所述汽化器与所述低温冷凝器集成布置，在所述汽化器与所述低温冷凝器的集成装置的中部布置有第二分隔板，第二分隔板垂直设置在所述汽化器与所述低温冷凝器的集成装置底部，第二分隔板用于阻挡所述汽化器内的溴化锂溶液与所述低温冷凝器内的冷凝水混合，第二分隔板顶部留有气体通道，用以流通水蒸气；

所述陶瓷膜管吸收器内设置有陶瓷膜管和导向板，导向板垂直于陶瓷膜管设置，所述陶瓷膜管吸收器的一侧安装有管程出口，管程出口安装在所述陶瓷膜管吸收器的侧顶部，而另一侧的管程进口安装在所述陶瓷膜管吸收器的侧底部，所述陶瓷膜管吸收器的壳程底部安装有疏水阀。

2.根据权利要求1所述的电站锅炉排烟余热与水分的深度回收装置，其特征在于：在所述发生器内布置第一溴化锂溶液喷淋头，第一溴化锂溶液喷淋头的顶端连接所述发生器的溶液入口，第一溴化锂溶液喷淋头低于所述第一分隔板的顶端设置，每个第一溴化锂溶液喷淋头安装有次级节流阀；在所述汽化器内布置第二溴化锂溶液喷淋头，第二溴化锂溶液喷淋头的顶端连接所述汽化器的溶液入口，第二溴化锂溶液喷淋头低于所述第二分隔板的顶端设置，每个第二溴化锂溶液喷淋头安装有次级节流阀。

3.根据权利要求1所述的电站锅炉排烟余热与水分的深度回收装置，其特征在于：所述储液罐顶部的不凝性气体出口通过不凝性气体管路和所述真空泵连接电站锅炉尾部烟道。

4.根据权利要求1所述的电站锅炉排烟余热与水分的深度回收装置，其特征在于：所述发生器内布置有高温烟道，经空气预热后烟气从所述发生器的驱动热源入口进入高温烟道，作为所述发生器的驱动热源。

5.一种使用如权利要求1所述的电站锅炉排烟余热与水分的深度回收装置的方法，其特征在于，所述回收方法包括以下步骤：

步骤1：浓度为55％-60％溴化锂溶液进入所述陶瓷膜管吸收器的管程，其与湿法脱硫后低温饱和烟气选择性逆流传热传质，依据水蒸气分压力的不同，吸收水分后的溴化锂溶液进入所述储液罐，通过所述真空泵排出不凝性气体，随后溴化锂稀溶液进入所述发生器吸热产生水蒸气，再经所述节流阀减压汽化降温，紧接着在所述汽化器内实现汽液分离，形成的溴化锂稀溶液开始下一个循环；

步骤2：高温烟气作为所述发生器的驱动热源，加热溴化锂稀溶液产生的水蒸气被所述高温冷凝器的凝结水降温冷凝，形成的高温冷凝器的冷凝水再经所述水水换热器降温后，进入所述储水箱以待再利用；同时，所述汽化器内分离得到的低温水蒸气被所述低温冷凝器的凝结水降温冷凝，形成的低温冷凝器的冷凝水也进入所述储水箱以待再利用。