一种冷凝减排收水加热烘干消除烟羽的系统的制作方法

文档序号：11390225阅读：239来源：国知局

本发明涉及一种冷凝减排收水加热烘干消除烟羽的系统，属于火力发电领域。

背景技术：

燃煤电厂向来是用水大户，由于其脱硫方式多采用石灰石-石膏湿法脱硫，脱硫塔出口烟气会携带大量水汽，传统方式，烟气直接排入大气，造成系统的水耗大幅上升，对于我国北方缺水地区，降低水耗一直是燃煤火力发电厂面临的重大课题和难题。若无GGH等烟气烘干措施，湿烟气直排，则会出现石膏雨等现象，对烟囱周围一定的区域造成严重影响。

近年来，我国大气污染治理形式愈发严峻，特别是雾霾大范围频发，PM级微细颗粒物的脱除治理引起了广泛关注，基于此，我国2014年7月1日开始实施被誉为史上标准最严的《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2014，作为主要大气污染物的重要排放源之一的燃煤电厂，任重而道远。

并且，部分地区要求在满足最新污染物排放标准的同时更要消除烟囱出口的白色烟羽，现有的（类）MGGH和GGH技术皆是在烟气进入脱硫塔前回收烟气余热而后用此热量加热离开脱硫塔之后的湿烟气，进而烘干烟气，从而消除白色烟羽。但（类）MGGH和GGH技术都没能降低系统水耗且都没有减少排入大气的污染物总量，同时，采用（类）MGGH、GGH和直接加热烟气消除白烟的技术时，由于脱硫塔出口烟气温度较高、烟气总含湿量较高，因此，加热所需热量较多，对于（类）MGGH和GGH技术相当于耗费了烟气余热利用的收益。

因此，本发明致力于开发一种节水减排、低能耗消除白色烟羽的系统。

技术实现要素：

鉴于如今严峻的环境形式和传统消除白烟方法的不足或缺陷，本发明提供了一种冷凝减排收水加热烘干消除烟羽的系统，该系统至少包括脱硫吸收塔、除雾器、烟气冷凝换热装置、烟气加热换热装置、烟囱，以及连接所述脱硫吸收塔、所述除雾器、所述烟气冷凝换热装置、所述烟气加热换热装置、所述烟囱的烟道，所述脱硫吸收塔出口的烟气先经过所述冷凝换热装置冷却析出水分，后经过所述烟气加热换热装置烘干，最后排入大气。

上述方案中，其特征在于，所述烟气冷凝换热装置至少为1个，所述烟气加热换热装置至少为1个，所述脱硫吸收塔出口的除雾器至少为1级。

上述方案中，其特征在于，所述烟气冷凝换热装置的冷源为水或液氨。

可选的，其特征在于，所述烟气加热换热装置为混合式换热器。

可选的，其特征在于，所述烟气加热换热装置为表面式换热器。

进一步的，其特征在于，所述混合式换热器的烟气加热换热装置的热源为热风。

可选的，其特征在于，所述表面式换热器的烟气加热换热装置的热源为热水、蒸汽、热风或来自所述烟气冷凝换热装置的冷源侧出口工质。

上述方案中，其特征在于，所述烟气加热换热装置安装在所述烟气冷凝换热装置和所述除雾器之后的烟道内部或烟囱内部。

上述方案中，具体地，除雾器为1级，则所述烟气冷凝换热装置可布置在脱硫吸收塔与所述除雾器之间的烟道内，或所述除雾器之后的烟道内；

上述方案中，具体地，除雾器为多级，则所述烟气冷凝换热装置可布置在脱硫吸收塔与多级所述除雾器之间的烟道内，或多级所述除雾器之后的烟道内，或多级所述除雾器之间的烟道内。

本发明具有以下优点和效果：

1)采用本发明的方法，可大幅降低烟囱出口的总烟气的含湿量，节水效果显著，烟气中析出的含酸蒸馏水亦可回收并进行中和处理后用作脱硫浆液水、系统的闭式冷却水等，这对于缺水地区意义重大；

2)烟气中的水蒸气在烟气冷凝换热装置中被冷凝、收集过程中，可有效脱除烟气中K、Na、Ca、SO₄^2-及剩余的SO₂/SO₃等多种物质，从而可大幅降低烟囱的腐蚀程度；同时，亦可进一步降低粉尘排放量；

3)采用本发明的方法，可有效消除烟囱出口的“白色烟羽”现象，与采用（类）MGGH、直接加热烟气等消除白色烟羽的方法相比，本发明通过先冷却烟气析出水分后加热烟气的方法，由于烟气被冷凝析出水分后，温度降低后的烟气中水蒸汽的分压力降低，在获得相同视觉效果的烟羽形态下，采用冷凝析出水分后再加热，对烟气的温升要求要比直接加热法低得多，而且由于烟气中的已凝结液态水已排出，再加热时的加热工质已较原先直接加热要少，因此加热所需的热量要更少一些。因此本发明所需的能耗相对要低得多；

4)此外，采用本发明的方法，经再加热后烟气与大气环境温度的温差相对要小，这可有效减缓烟囱出口水蒸汽冷凝速度（即白色烟羽的产生速度），随着烟气在大气中的不断扩散，烟气中水蒸气的分压力不断降低，部分已析出的细小水滴会再次气化，当水蒸气的分压力对应的饱和温度降至雾状水滴的温度之下（再蒸发点）时，所有的细小水滴都会气化，白色烟羽即消失不见。

综上，采用本发明，可最终实现在节水减排、低能耗前提下消除白色烟羽。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步地说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图 1是现有脱硫烟气系统示意图。

图2是本发明方法和直接加热法消除白烟原理分析图。

图 3、图 4、图 5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20、图21、图22、图23、图24、图25、图26是本发明的具体实施例的系统示意图；

图中标记：1. 烟道；2. 脱硫吸收塔；3. 除雾器；4.烟气冷凝换热装置；5.烟囱；6.烟气加热换热装置；

具体实施方式

实施例1

图3所示，它是本发明的一种冷凝减排收水加热烘干消除烟羽的系统的第一具体实施例。它主要包括脱硫吸收塔2、除雾器3的第一级和第二级、烟气冷凝换热装置4、烟囱5及烟气加热换热装置（热源直接输入烟囱5，因此热源和烟囱5内部的烟气直接混合换热，构成一个混合式换热器的烟气加热换热装置，以提高烟气温度），以及连接烟气依次流经的脱硫吸收塔、第一级除雾器、烟气冷凝换热装置、第二级除雾器、烟气加热换热装置、烟囱之间的烟道1。其中，针对烟气冷凝换热装置，对于临河、临江、临海的电厂，可选择河水、江水、海水作为冷却冷源；对于缺水地区，可选择冷却塔里收集的水作为冷却冷源。同时，也可选择液氨作为冷却冷源。

针对烟气加热换热装置，可选择热风作为热源，其中，热风可来自机组热一/二次风或其与冷一/二次风的混合。

烟气冷凝换热装置中的冷凝水亦可进行回收并进行处理后用作脱硫浆液水、系统的闭式冷却水等。

将烟气冷凝换热装置安装在第一级除雾器与第二级除雾器之间，烟气流经冷凝换热装置后再次流经除雾器，可除去烟气流经冷凝换热装置而携带的大部分水滴，从而进一步地降低烟气总的含湿量，可减少后续所需的加热热量。

烟气通过冷凝换热装置，烟气中的水蒸气被冷凝收集，节水能力巨大。以某1000MW机组满负荷为例，河水为冷却冷源，烟气量按4,030,690kg/h计算，环境温度15℃，冷却水水温15.3℃进行计算，析出冷凝水约为54.4吨/小时。

同时，可有效去除多污染物，实现K、Na、Ca、SO₄^2-及剩余的SO₂/SO₃等多种物质联合脱除，进一步地降低粉尘排放量且大幅降低烟囱的腐蚀程度。根据年平均析出水量45t/h的冷凝水进行推算，安装烟气冷凝换热装置后，年利用小时数5000小时，可减排多污染物（含可溶性盐分）约108吨。

烟气被冷凝后，其温度降低，最终导致烟囱出口烟气与大气环境温度的温差减小，这将有效减缓烟囱出口水蒸汽冷凝速度（即白色烟羽的产生速度）。

采用本发明的方法，可有效降低烟气温度且大幅降低烟气总的含湿量，使加热所需热量大大降低。本发明技术和直接加热法消除白烟原理分析图见图2。假定环境温度为15℃、相对湿度为50%，即图2中B₂点，脱硫塔出口烟气温度为50℃，即图2中A点。若采用（类）MGGH、直接加热烟气法，则至少需将烟气加热至A'，被加热后，干烟气离开烟囱沿直线A'B₂变化至B₂，烟气扩散冷却的过程处在白烟出现的临界状态；若采用本发明先冷却后加热的方法，先将饱和湿烟气从A冷却到A₁，这时烟气中的大量水汽就会凝结成液态水，将凝结的液态水排出后，再将烟气加热，只需加热至图2中的A₁'点（A₁点沿温度上升方向与A'B₂连线的相交点），即能达到和（类）MGGH、直接加热法相同的消除白烟效果。显然，本发明中的方法需要对烟气的加热温度要比（类）MGGH、直接加热法低得多，而且由于烟气中的已凝结液态水已排出，再加热时的加热工质已较原先直接加热要少，因此加热所需的热量要更少一些。并且，若将烟气温度降低到A₂，则加热所需的热量会更少，进一步地，若冷源温度足够低，可将烟气温度降低到临界点A₃，则不需后续加热即可达到消除白烟效果。因此，该发明是一种耗能较少的消除白色烟羽方式。

采用（类）MGGH、直接加热法和本发明技术消除白烟的经济性对比如下表：

上表中已经清晰的表明：为了达到同样的基本消除烟囱白羽视觉效果,采用本发明方案所需要花费的烟气加热代价明显低于采用（类）MGGH和直接加热法。

实施例2

如图4所示，它是本发明的一种冷凝减排收水加热烘干消除烟羽的系统的第二具体实施例。它主要包括脱硫吸收塔、除雾器、烟气冷凝换热装置、烟气加热换热装置、烟囱，以及连接烟气依次流经的脱硫吸收塔、除雾器、烟气冷凝换热装置、烟气加热换热装置、烟囱之间的烟道。加热热源和烟气直接在烟囱内部混合构成混合式换热器的烟气加热换热装置，以提高烟气温度。

其中，冷却冷源和加热热源的选择、烟气冷凝换热装置中的冷凝水的回收利用同实施例一。

相比实施例一，本实施例只需采用一级除雾器，因此相对目前传统的除雾器配置来说，可不需再改动原有除雾器，工程量相对较小。

实施例3

如图5所示，它是本发明的一种冷凝减排收水加热烘干消除烟羽的系统的第三具体实施例。它主要包括脱硫吸收塔、除雾器、烟气冷凝换热装置、烟气加热换热装置、烟囱，以及连接烟气依次流经的脱硫吸收塔、除雾器、烟气冷凝换热装置、烟气加热换热装置、烟囱之间的烟道。加热热源和烟气直接在烟囱内部混合构成混合式换热器的烟气加热换热装置，以提高烟气温度，借以提高烟气温度。

其中，冷却冷源和加热热源的选择、烟气冷凝换热装置中的冷凝水的回收利用同实施例一。

相比实施例二，本实施例中烟气冷凝换热装置布置空间更为宽裕，便于施工。

实施例4

如图6所示，它是本发明的一种冷凝减排收水加热烘干消除烟羽的系统的第四具体实施例。它主要包括脱硫吸收塔、除雾器的第一级和第二级、烟气冷凝换热装置、烟气加热换热装置、烟囱，以及连接烟气依次流经的脱硫吸收塔、除雾器的第一级、烟气冷凝换热装置、除雾器的第二级、烟气加热换热装置、烟囱之间的烟道。加热热源和烟气直接在除雾器的第二级出口的烟道内部混合构成混合式换热器的烟气加热换热装置，以提高烟气温度。

其中，冷却冷源和加热热源的选择、烟气冷凝换热装置中的冷凝水的回收利用同实施例一。

相比实施例一，本实施例中烟气加热换热装置，由于其热源是设在烟囱前面的烟道内部，因此其安装施工更为灵活且工程量相对较小。

实施例5

如图7所示，它是本发明的一种冷凝减排收水加热烘干消除烟羽的系统的第五具体实施例。它主要包括脱硫吸收塔、除雾器、烟气冷凝换热装置、烟气加热换热装置、烟囱，以及连接烟气依次流经的脱硫吸收塔、烟气冷凝换热装置、除雾器、烟气加热换热装置、烟囱之间的烟道。加热热源和烟气直接在除雾器出口的烟道内部混合构成混合式换热器的烟气加热换热装置，以提高烟气温度。

其中，冷却冷源和加热热源的选择、烟气冷凝换热装置中的冷凝水的回收利用同实施例一。

相比实施例四，本实施例不需改动原有除雾器，工程量相对较小。

实施例6

如图8所示，它是本发明的一种冷凝减排收水加热烘干消除烟羽的系统的第六具体实施例。它主要包括脱硫吸收塔、除雾器、烟气冷凝换热装置、烟气加热换热装置、烟囱，以及连接烟气依次流经的脱硫吸收塔、除雾器、烟气冷凝换热装置、烟气加热换热装置、烟囱之间的烟道。加热热源和烟气直接在烟气冷凝换热装置出口的烟道内部混合构成混合式换热器的烟气加热换热装置，以提高烟气温度。其中，冷却冷源和加热热源的选择、烟气冷凝换热装置中的冷凝水的回收利用同实施例一。

相比实施例五，本实施例中烟气冷凝换热装置布置空间更为宽裕，便于施工。

实施例7

如图9所示，它是本发明的一种冷凝减排收水加热烘干消除烟羽的系统的第七具体实施例。它主要包括脱硫吸收塔、除雾器、烟气冷凝换热装置、烟气加热换热装置、烟囱，以及连接烟气依次流经的脱硫吸收塔、烟气冷凝换热装置、除雾器、烟气加热换热装置、烟囱之间的烟道。烟气加热换热装置布置在除雾器出口的烟道内。

其中，冷却冷源的选择和烟气冷凝换热装置中的冷凝水的回收利用同实施例一。对于加热热源，可选择辅助蒸汽、汽轮机抽汽、高温凝结水作为加热热源。烟气加热换热装置出口的加热热源重回相应系统，进行工质和热量的利用。

相比实施例五，本实施例的工程量增加，但加热热源的选择更为灵活多变。

实施例8

如图10所示，它是本发明的一种冷凝减排收水加热烘干消除烟羽的系统的第八具体实施例。它主要包括脱硫吸收塔、除雾器、烟气冷凝换热装置、烟气加热换热装置、烟囱，以及连接烟气依次流经的脱硫吸收塔、除雾器、烟气冷凝换热装置、烟气加热换热装置、烟囱之间的烟道。烟气加热换热装置布置在烟气冷凝换热装置出口的烟道内。