本發(fā)明涉及化工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種回收脫硫煙氣中水分和熱量的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)是世界上最大的煤炭消費(fèi)國(guó)，火電行業(yè)是SO2排放的主要來(lái)源，煙氣脫硫技術(shù)能夠有效對(duì)SO2的排放進(jìn)行控制，有助于保護(hù)環(huán)境。其中石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝因其技術(shù)成熟、脫硫效率高、吸收劑來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、副產(chǎn)品可利用等特點(diǎn)而被廣泛采用，成為目前燃煤電廠脫硫應(yīng)用最廣泛的方法。
濕法脫硫技術(shù)是使煙氣進(jìn)入脫硫裝置的濕式吸收塔，與自上而下噴淋的堿性石灰石漿液霧滴逆流接觸，其中的酸性氧化物SO2以及其他污染物被吸收，煙氣得以充分凈化。常規(guī)的濕法脫硫工藝中，工藝水的使用量巨大，一般情況下經(jīng)過(guò)一次脫硫就隨煙氣排入大氣，而離開(kāi)脫硫塔的廢氣基本接近飽和狀態(tài)，造成了水的嚴(yán)重浪費(fèi)；此外，經(jīng)過(guò)脫硫后排出的煙氣一般溫度在50-60℃，溫度較高，直接排放存在著熱量損失的問(wèn)題。
因此，提出一種方法以很好地回收脫硫煙氣中的水分和熱量，實(shí)現(xiàn)水和熱量的再利用，對(duì)于降低熱電廠的能耗和用水量，具有非常大的現(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的脫硫煙氣直接排放存在的能源浪費(fèi)問(wèn)題，提供一種回收脫硫煙氣中水分和熱量的系統(tǒng)和方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案之一是：
一種回收脫硫煙氣中水分和熱量的系統(tǒng)，包括熱泵裝置，冷凝水回收裝置和排煙裝置；
其中，所述熱泵裝置包括用于析出所述脫硫后煙氣中水分的蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器的煙氣入口與脫硫塔的脫硫煙氣出口相連，所述蒸發(fā)器的煙氣出口與所述排煙裝置相連，所述蒸發(fā)器的冷凝水出口與所述冷凝水回收裝置相連；
所述熱泵裝置還包括依次與所述蒸發(fā)器的制冷劑出口相連的壓縮機(jī)、第一冷凝器和膨脹閥，所述膨脹閥反向連接至所述蒸發(fā)器的制冷劑入口。
本發(fā)明通過(guò)熱泵裝置回收煙氣中的水分和熱量，使系統(tǒng)同時(shí)具備廢熱回收和除濕兩大功能，且回收的冷凝水可以再利用，回收的熱量可用于第一冷凝器中介質(zhì)(如水)的加熱，從而有效降低了水分和熱量的損失，具有節(jié)水和節(jié)能效果。
優(yōu)選地，所述熱泵裝置包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的蒸發(fā)器。
當(dāng)包括多個(gè)串聯(lián)的蒸發(fā)器時(shí)，所述脫硫塔的脫硫煙氣出口與第一個(gè)蒸發(fā)器的煙氣入口相連，所述排煙裝置與最后一個(gè)蒸發(fā)器的煙氣出口相連，各個(gè)蒸發(fā)器的冷凝水出口匯總后與所述冷凝器回收裝置相連。
采用多個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)的方式，能夠最大程度地回收煙氣中的水分和熱量，達(dá)到最佳的節(jié)水和節(jié)能效果。蒸發(fā)器的數(shù)量可依據(jù)例如煙氣的飽和程度，煙氣的溫度等進(jìn)行確定，本發(fā)明不做進(jìn)一步地限定，一般而言，蒸發(fā)器的數(shù)量為1-10個(gè)。
優(yōu)選地，所述冷凝水回收裝置包括將經(jīng)所述蒸發(fā)器冷凝析出的冷凝水導(dǎo)入所述脫硫塔頂部的第一回路；和/或，將所述冷凝水導(dǎo)入所述第一冷凝器的冷凝水入口的第二回路。
進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第二回路上設(shè)置有凈水器。
本發(fā)明對(duì)凈水器的類型和結(jié)構(gòu)不做特殊限制，所述凈水器的作用是脫除析出冷凝水中的剩余硫化物，軟化冷凝水，理想地，使其能夠達(dá)到供熱管網(wǎng)用水要求，能夠發(fā)揮上述作用的凈水器均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
優(yōu)選地，所述排煙裝置包括與所述蒸發(fā)器的煙氣出口相連的第二冷凝器，以及與所述第二冷凝器的煙氣出口相連的排煙塔。
進(jìn)一步優(yōu)選地，所述排煙裝置還包括與所述第二冷凝器并聯(lián)設(shè)置的煙氣旁通管道。
經(jīng)由蒸發(fā)器出來(lái)的煙氣可以直接經(jīng)由煙氣旁通管道和排煙塔排放至大氣中?；蛘?，出來(lái)的煙氣經(jīng)由第二冷凝器加熱后再經(jīng)排煙塔排放至大氣中，由于加熱后的煙氣溫度高，排放高度高，對(duì)空氣的污染程度更小，有利于環(huán)境保護(hù)。
本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選地，加熱煙氣不需要額外消耗能量，直接采用熱泵裝置回收得到的熱量作為熱源。為實(shí)現(xiàn)上述目的，具體可采用如下方案：
所述壓縮機(jī)和第一冷凝器之間的管道上設(shè)置有用于將制冷劑導(dǎo)入所述第二冷凝器的冷凝介質(zhì)入口的管道；所述第二冷凝器的冷凝介質(zhì)出口通過(guò)管道與制冷劑回路相連。
優(yōu)選地，所述第二冷凝器的冷凝介質(zhì)出口通過(guò)管道與第一冷凝器和膨脹閥之間的管道相連。
此種情況能夠自由地切換經(jīng)壓縮機(jī)處理后的制冷劑的流向，例如，可以將其導(dǎo)入第一冷凝器中與冷凝水換熱，也可以將其導(dǎo)入第二冷凝器中與待排放的煙氣換熱；或者可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)冷凝水和待排放煙氣的換熱，從而很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硫煙氣中熱量的回收利用，大大節(jié)約能源，減少空氣污染。
優(yōu)選地，所述第一冷凝器的冷凝水通路通過(guò)管道與供熱水管網(wǎng)的回水管道并聯(lián)。
此種情況下，通過(guò)第一冷凝器可以加熱供熱水管網(wǎng)的回水，提高回水溫度，降低整個(gè)供熱系統(tǒng)的能耗。
作為本發(fā)明最優(yōu)選的方案，本發(fā)明所述的回收脫硫煙氣中水分和熱量的系統(tǒng)，包括：
用于冷凝析出所述脫硫煙氣中水分的蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器上設(shè)有煙氣入口、煙氣出口、冷凝水出口、制冷劑入口和制冷劑出口；
所述煙氣入口與脫硫塔的脫硫煙氣出口相連；
所述煙氣出口依次與第二冷凝器、排煙塔相連；
所述冷凝水出口通過(guò)管道與所述脫硫塔的頂部相連，和/或，通過(guò)管道與第一冷凝器的冷凝水入口相連；
所述制冷劑出口通過(guò)管道依次與壓縮機(jī)、第一冷凝器和膨脹閥相連，所述膨脹閥反向連接至所述制冷劑入口；
所述第二冷凝器上并聯(lián)設(shè)有煙氣旁通管道；
所述壓縮機(jī)和第一冷凝器之間的管道上設(shè)置有用于將制冷劑導(dǎo)入所述第二冷凝器的冷凝介質(zhì)入口的管道；所述第二冷凝器的冷凝介質(zhì)出口通過(guò)管道與所述第一冷凝器和膨脹閥之間的管道相連。
本發(fā)明的技術(shù)方案之二是，提供一種利用上述任意一種系統(tǒng)回收脫硫煙氣中水分和熱量的方法，所述方法具體為：
從脫硫塔排出的脫硫煙氣經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器析出冷凝水，蒸發(fā)器中的制冷劑吸收熱量后沸騰為氣體，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏簹怏w，所述高溫高壓氣體與第一冷凝器中的冷凝水換熱后經(jīng)膨脹閥降溫降壓進(jìn)入蒸發(fā)器循環(huán)，和/或，將所述高溫高壓氣體導(dǎo)入第二冷凝器中作為煙氣的加熱介質(zhì)使用后再導(dǎo)入制冷劑回路；
將所述冷凝水導(dǎo)入脫硫塔頂部作為噴淋水使用，和/或，將其導(dǎo)入第一冷凝器作為冷卻介質(zhì)使用；
經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器后的煙氣直接或經(jīng)第二冷凝器加熱后排入大氣。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以將第一冷凝器中經(jīng)加熱后的冷凝水接入供熱管網(wǎng)，作為供熱管網(wǎng)的回水使用。
所述蒸發(fā)器中的制冷劑為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉，本發(fā)明優(yōu)選氟利昂或二氧化碳。
本發(fā)明涉及到的設(shè)備、組件或裝置均為已知產(chǎn)品，可市購(gòu)獲得。
在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可以相互組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)施例。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖中：1、脫硫塔；2、蒸發(fā)器；3、壓縮機(jī)；4、第一冷凝器；4’、第二冷凝器；5、膨脹閥；6、凈水器；7、排煙塔；8、煙氣旁通管道；9、第一回路；10、第二回路；11、第一截止閥；12、第二截止閥；13、第三截止閥；14、第四截止閥；15、第五截止閥；16、第六截止閥；17、第七截止閥；18、第八截止閥。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。以下實(shí)施例中涉及到的蒸發(fā)器為風(fēng)冷型蒸發(fā)器，蒸發(fā)器中的制冷劑為氟利昂或二氧化碳。
實(shí)施例1
一種回收脫硫煙氣中水分和熱量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)請(qǐng)參考圖1所示結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出：
本發(fā)明的系統(tǒng)包括熱泵裝置、冷凝水回收裝置和排煙裝置；
所述熱泵裝置包括用于析出所述脫硫煙氣中水分的蒸發(fā)器2，所述蒸發(fā)器2上設(shè)有煙氣入口、煙氣出口、冷凝水出口、制冷劑入口和制冷劑出口；
其中，所述煙氣入口與脫硫塔1的脫硫煙氣出口相連；所述煙氣出口依次與第二冷凝器4’和排煙塔7相連，且第二冷凝器4’上并聯(lián)設(shè)有煙氣旁通管道8；
所述冷凝水出口分別設(shè)置有與所述脫硫塔1的頂部相連的第一回路9和與第一冷凝器4的冷凝水入口相連的第二回路10，兩個(gè)回路上分別設(shè)置有第一截止閥11和第二截止閥12；
所述制冷劑出口通過(guò)管道依次與壓縮機(jī)3、第一冷凝器4和膨脹閥5相連，所述膨脹閥5反向連接至所述制冷劑入口。
該實(shí)施例同時(shí)提供了采用上述系統(tǒng)對(duì)脫硫煙氣中的水分和熱量回收的原理，即，從脫硫塔1出來(lái)的煙氣經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器2冷凝析出冷凝水，煙氣經(jīng)由煙氣旁通管道8、排煙塔7排入大氣；或者經(jīng)由第二冷凝器4’加熱后，通過(guò)排煙塔7排入大氣(即圖1中上部粗黑線所代表的部分)；通過(guò)控制第一截止閥11和第二截止閥12的啟閉可以調(diào)控冷凝水的再利用流向(即圖1中粗灰線所代表的部分)；蒸發(fā)器2中的制冷劑吸收煙氣中的熱量后相變?yōu)闅怏w，壓縮機(jī)3吸入這部分氣體，通過(guò)輸入少量的電能推動(dòng)壓縮機(jī)做功，將氣體壓縮為高溫高壓的氣體，高溫高壓的氣體進(jìn)入第一冷凝器4，通過(guò)向其中的介質(zhì)(如水)放熱時(shí)介質(zhì)溫度升高，自身凝結(jié)為液體，經(jīng)過(guò)膨脹閥降溫加壓后，重新回到蒸發(fā)器2重復(fù)上述循環(huán)(即制冷劑回路，圖1中黑細(xì)線代表的部分)。
實(shí)施例2
一種回收脫硫煙氣中水分和熱量的系統(tǒng)，該實(shí)施例涉及到的系統(tǒng)是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上做出的改進(jìn)，所述改進(jìn)為：
所述壓縮機(jī)3和第一冷凝器4之間的管道上設(shè)置有用于將制冷劑導(dǎo)入所述第二冷凝器4’的冷凝介質(zhì)入口的管道；所述第二冷凝器4’的冷凝介質(zhì)出口通過(guò)管道與所述第一冷凝器4和膨脹閥5之間的管道相連。
在壓縮機(jī)3和第一冷凝器4之間的管道上設(shè)置有第四截止閥14，第一冷凝器4和膨脹閥5之間的管路上設(shè)置有第五截止閥15，將制冷劑導(dǎo)入第二冷凝器4’的冷凝介質(zhì)入口的管道上設(shè)置有第三截止閥13，將制冷劑從第二冷凝器4’導(dǎo)入制冷劑回路的管道上設(shè)置有第六截止閥16。
該實(shí)施例同時(shí)提供了該系統(tǒng)的工作原理除了包括實(shí)施例1記載的內(nèi)容外，還包括：通過(guò)第三截止閥13、第四截止閥14、第五截止閥15、第六截止閥16的啟閉可以控制制冷劑的流向，具體而言，打開(kāi)第四截止閥14、第五截止閥15，第一冷凝器4工作；關(guān)閉第四截止閥14、第五截止閥15，打開(kāi)第三截止閥13、第六截止閥16，第二冷凝器4’工作；同時(shí)打開(kāi)四個(gè)截止閥，第一冷凝器4和第二冷凝器4’同時(shí)工作。
實(shí)施例3
一種回收脫硫煙氣中水分和熱量的系統(tǒng)，該實(shí)施例涉及到的系統(tǒng)是在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上做出的改進(jìn)，所述改進(jìn)為：所述第一冷凝器4的冷凝水通路通過(guò)管道與供熱水管網(wǎng)的回水管道并聯(lián)，且第二回路上設(shè)置有凈水器6，冷凝水進(jìn)入凈水器6和流出凈水器的管道上分別設(shè)置第二截止閥12和第七截止閥17，供熱水管網(wǎng)的回水與第一冷凝器4相連的管道上設(shè)置有第八節(jié)水閥18。
該實(shí)施例的技術(shù)方案涵蓋了實(shí)施例1和2的所有技術(shù)特征，還包含上述涉及的區(qū)別技術(shù)特征，為本發(fā)明最優(yōu)選的實(shí)施方式。
該實(shí)施例涉及的系統(tǒng)的工作原理除了包括實(shí)施例1和2記載的內(nèi)容外，還包括：通過(guò)調(diào)控第八截止閥18的啟閉可以控制回水是否加熱。
實(shí)施例4
一種回收脫硫煙氣中水分和熱量的系統(tǒng)，該實(shí)施例涉及到的系統(tǒng)是在實(shí)施例1或2或3的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，所述改進(jìn)在于：蒸發(fā)器2的數(shù)量為3個(gè)，三個(gè)蒸發(fā)器2串聯(lián)，所述脫硫塔1的脫硫煙氣出口與第一個(gè)蒸發(fā)器的煙氣入口相連，所述排煙裝置與最后一個(gè)蒸發(fā)器的煙氣出口相連，各個(gè)蒸發(fā)器2的冷凝水出口匯總后與所述冷凝器回收裝置相連。
該系統(tǒng)的工作原理為：煙氣依次經(jīng)過(guò)三個(gè)蒸發(fā)器冷凝析出冷凝水，能夠更加充分的回收水分和熱量。
實(shí)施例5
一種利用實(shí)施例1-4的裝置回收脫硫煙氣中水分和熱量的方法，具體為：
從脫硫塔1排出的脫硫煙氣經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器2析出冷凝水，蒸發(fā)器2中的制冷劑吸收熱量后沸騰為氣體，經(jīng)壓縮機(jī)3壓縮轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏簹怏w，所述高溫高壓氣體與第一冷凝器4中的冷凝水換熱后經(jīng)膨脹閥5降溫降壓進(jìn)入蒸發(fā)器2循環(huán)，和/或，將所述高溫高壓氣體導(dǎo)入第二冷凝器4’中作為煙氣的加熱介質(zhì)使用后再導(dǎo)入制冷劑回路；
將所述冷凝水導(dǎo)入脫硫塔頂部作為噴淋水使用，和/或，將經(jīng)凈水器6凈化后導(dǎo)入第一冷凝器4作為冷卻介質(zhì)使用；
經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器2后的煙氣直接經(jīng)煙氣旁通管道8通過(guò)排煙塔7排入大氣，或經(jīng)第二冷凝器4’加熱后再經(jīng)排煙塔7排入大氣。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以將第一冷凝器4中經(jīng)加熱后的冷凝水接入供熱管網(wǎng)的回水管路(圖1中最下部黑色粗線所示為供熱管網(wǎng)，自左向右流動(dòng)的為供熱管路；自右向左流動(dòng)的為回水管路)。
雖然，上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明、具體實(shí)施方式及試驗(yàn)，對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。