烟气余热回收用于电厂烟气超净排放和废水零排放的系统的制作方法

本实用新型涉及燃煤发电厂节能减排技术领域，尤其涉及一种烟气余热回收用于电厂烟气超净排放和废水零排放的系统。

背景技术：

水利部联合国家发展和改革委员会等部位联合颁发的《实施最严格的水资源管理制度考核工作实施方案》(水资源【2014】61号)，落实国办发〔2013〕2号文考核办法，对贯彻执行最严格的水资源管理制度提出了一系列严格的考评办法。2015年4月16日，国务院正式印发《水污染防治行动计划》(以下简称《水十条》)，进一步明确了水治理目标和行动计划，作为当前和今后一个时期全国水污染防治工作的行动指南。另一方面，随着国家对环保标准越来越严格，社会上对执行火力发电厂废水零排放的呼声也日益高涨；同时，国家环保规定，无论新建电厂还是现已投运的在役电厂，今后再不批准水力除灰系统及湿灰场，故脱硫废水将面临无处回用的新形势，电厂末端高浓含盐废水处理技术将成为能否实现火电厂完全意义的废水零排放的关键。要实现电厂废水零排放，热法蒸发/蒸干工艺是唯一可行的技术路线，而热法工艺需要消耗大量的热能。

电厂实现废水零排放，热法蒸发/蒸干是唯一可行的技术路线，目前普遍认可主要采用两种技术路线：(1)烟道喷雾法；(2)多效蒸发法或MVR蒸发浓缩结晶法；其中后一种方法来源于化工工艺，通过间壁式蒸发器加热高盐废水，浓缩到过饱和后进入结晶分离器进行固液分离，该方法的特点是能耗较高，但结晶盐可以作为工业盐资源化利用；前一种方法目前主要是利用了廉价的锅炉尾部烟气余热，废液蒸发后的固形物则通过除尘器收集到烟灰中，该方法的最大优势是投资及运行成本低。目前蒸发结晶法技术相对较成熟，应用范围最广，系统可靠性高，但蒸发能耗和运行费用大。烟道喷雾法因其成本优势越来越受到火电行业关注，但随着环保标准趋严，从长远考虑，该方法对固形物的处置是否恰当还是有些争议。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种烟气余热回收用于电厂烟气超净排放和废水零排放的系统，该系统以间壁式换热设备回收锅炉尾部低温烟气余热，用于消白烟和电厂末端高盐废水喷雾零排放的方法，降低废水零排放处理的综合成本，并与火电厂超净改造和消白烟技术耦合(超净排放低温烟气再热系统联合运行)；利用余热解决电厂消白烟和废水零排放能耗问题，达到电厂节能环保和可持续发展的发展目标。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：烟气余热回收用于电厂烟气超净排放和废水零排放的系统，包括干式电除尘器、低温湿式电除尘器、脱硫塔、喷雾干燥塔、空气烟气换热器、中间热媒烟气/烟气换热器、中间热媒烟气/空气换热器、布袋除尘收集装置、烟囱、第一增压风机、第二增压风机和循环泵；所述中间热媒烟气/烟气换热器包括烟气降温换热器和烟气再热器，所述中间热媒烟气/空气换热器包括空气再热器和与第二增压风机相连的暖风器；所述空气烟气换热器与烟气降温换热器采用烟气侧串联形式连接于所述干式电除尘器与所述低温湿式电除尘器之间，所述第一增压风机设置在所述干式电除尘器与所述空气烟气换热器之间，所述烟气再热器设置在所述脱硫塔与所述烟囱之间；所述喷雾干燥塔的干热空气入口通过烟道与所述空气烟气换热器相连，所述喷雾干燥塔的热湿空气出口与所述空气再热器的气体入口接管相连通，所述空气再热器的气体出口与所述布袋除尘收集装置的入口连通；所述烟气降温换热器通过热媒水输送管和所述循环泵分别与所述烟气再热器、暖风器和空气再热器连通；所述喷雾干燥塔的顶部设有高盐废水喷雾器，其底部连接有储仓，所述储仓通过管道与流化干燥床相接；所述布袋除尘收集装置的下端通过管路接入所述储仓及流化干燥床之间的管路。

来自锅炉尾部烟气先通过干式电除尘器后，再通过空气烟气换热器，烟温降低5℃左右释放部分余热后再进入烟气降温换热器继续降温至90～85℃左右后进入低温湿式电除尘器和脱硫塔；环境空气先通过暖风器加热至60℃左右再进入空气烟气换热器，在空气烟气换热器吸收余热后温度升至105～110℃再进入喷雾干燥塔蒸发废水，吸收废水的热空气就地排放或汇入脱硫塔后的烟气水回收装置；废水中的固形物则大部分进入喷雾干燥塔底部的储仓收集，少部分通过布袋除尘收集装置收集，收集的固形物再进行外运处置或资源化利用；热媒水进入烟气降温换热器吸收烟气余热后温度升至85～90℃左右后分成三股，大部分进入脱硫塔出口的烟气再热器，少部分进入烟气降温换热器前的暖风器和喷雾干燥塔出口的空气再热器，释放热量后再回到烟气降温换热器；本装置将废水零排放技术与电厂烟气超净排放和烟气消白技术相结合，基于烟气超净排放需要更低的烟气温度的要求，通过回收低温烟气余热用于排烟再热消白和高盐废水喷雾蒸发，同时兼顾了排烟和废水零排放的环保要求。

所述喷雾干燥塔选用双旋流喷雾式结构的双旋流喷雾干燥塔；所述喷雾干燥塔采用环境空气作为蒸发载体；环境空气自所述喷雾干燥塔顶部周向汇入，与顶部中间所述高盐废水喷雾器的旋流雾化喷液呈双流旋转雾化。喷雾干燥塔采用了环境空气作为蒸发载体，避免直接用烟气蒸发和废水中固形颗粒物混入烟尘中带来的对湿电除尘安全运行和烟尘资源化利用造成的负面影响。

所述喷雾干燥塔内双流旋转雾化的雾滴的直径小于100微米，所述高盐废水喷雾器为耐酸耐腐蚀材质制成的喷雾器。

还包括烟气水回收装置，所述布袋除尘收集装置的上端与所述烟气水回收装置相连，所述布袋除尘收集装置的上端还连接有引风机。

所述空气烟气换热器、暖风器、空气再热器、烟气再热器均采用高比表面的高效换热管。采用高比表面的高效换热管，有利于降低换热器重量和造价，减小换热器的体积。

所述烟气降温换热器采用耐酸腐蚀的复合管或氟塑料管制成。

所述空气烟气换热器采用ND钢材料制成；所述烟气再热器采用ND钢材料制成；所述暖风器、空气再热器采用304不锈钢或316不锈钢材质制成。空气烟气换热器采用ND钢材料制成，采用近露点壁温控制和空气变流量策略等手段，确保烟气侧温度控制高于酸露点温度；采用304不锈钢或316不锈钢材质，可降低投资和减少体积。

所述复合管为高比表面搪瓷复合管。由于烟气降温换热器因大部分换热段处于酸露点以下，因此考虑采用高比表面搪瓷复合管材料制成。

所述烟气降温换热器的出口烟温控制在85～90℃。

与现有技术对比，本实用新型的优点在于：本系统初投资和运行费用更低，废水前处理工艺选择更灵活，系统可靠性更高，建设周期更短；与烟道喷雾蒸发相比，尽管提高了初投资费用，但系统可靠性和环保水平更高，更符合可持续发展要求，不会对湿电除尘系统造成不良影响；在不影响电厂超净改造后的烟气再热消白烟的前提下，达到低成本和高可靠性处理电厂高盐废水零排放的要求。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图中附图标记含义：1、干式电除尘器；2、空气烟气换热器；3、烟气降温换热器；4、烟气再热器；5、低温湿式电除尘器；6、脱硫塔；7、喷雾干燥塔；8、布袋除尘收集装置；9、烟囱；10、第一增压风机；11、第二增压风机；12、循环泵；13、储仓；14、暖风器；15、空气再热器；A、来自锅炉烟气；B、空气；C、高盐废水；D、固形物至流化干燥床；E、放散或回到烟气水回收装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。

实施例

本实施例中涉及的一些名词为：

空气烟气换热器2：空气/烟气换热器，Air flue gas heat exchanger,简称AGH；

中间热媒烟气/烟气换热器，又称热媒体气气换热装置，Intermediate heat medium flue gas/flue gas heat exchanger，简称MGGH，本申请中，中间热媒烟气/烟气换热器包括烟气降温换热器3(MGGH1)和烟气再热器4(MGGH2)；

中间热媒烟气/空气换热器，Intermediate heat medium air/flue gas heat exchanger，简称MAGH，本申请中，中间热媒烟气/空气换热器包括暖风器14(MAGH1)和空气再热器15(MAGH2)。

参阅图1，为一种烟气余热回收用于电厂烟气超净排放和废水零排放的系统，包括干式电除尘器1、低温湿式电除尘器5、脱硫塔6、喷雾干燥塔7、空气烟气换热器2、中间热媒烟气/烟气换热器、中间热媒烟气/空气换热器、布袋除尘收集装置8、烟囱9、第一增压风机10、第二增压风机11和循环泵12；中间热媒烟气/烟气换热器包括烟气降温换热器3和烟气再热器4，中间热媒烟气/空气换热器包括空气再热器15和与第二增压风机11相连的暖风器14；空气烟气换热器2与烟气降温换热器3采用烟气侧串联形式连接于干式电除尘器1与低温湿式电除尘器5之间，第一增压风机10设置在干式电除尘器1与空气烟气换热器2之间，烟气再热器4设置在脱硫塔6与烟囱9之间；喷雾干燥塔7的干热空气入口通过烟道与空气烟气换热器2相连，喷雾干燥塔7的热湿空气出口与空气再热器15的气体入口接管相连通，空气再热器15的气体出口与布袋除尘收集装置8的入口连通；烟气降温换热器3通过热媒水输送管和循环泵12分别与烟气再热器4、暖风器14和空气再热器15连通；喷雾干燥塔7的顶部设有高盐废水喷雾器，其底部连接有储仓13，储仓13通过管道与流化干燥床相接；布袋除尘收集装置8的下端通过管路接入储仓13及流化干燥床之间的管路。

本实施例中，图中有五个箭头，表示烟气或空气的流向，其代表的信息如下：A、来自锅炉烟气；B、空气；C、高盐废水；D、固形物至流化干燥床；E、放散或回到烟气水回收装置。

来自锅炉尾部烟气先通过干式电除尘器1后，再通过空气烟气换热器2，烟温降低5℃左右释放部分余热后再进入烟气降温换热器3继续降温至90～85℃左右后进入低温湿式电除尘器5和脱硫塔6；环境空气先通过暖风器14加热至60℃左右再进入空气烟气换热器2，在空气烟气换热器2吸收余热后温度升至105～110℃再进入喷雾干燥塔7蒸发废水，吸收废水的热空气就地排放或汇入脱硫塔6后的烟气水回收装置；废水中的固形物则大部分进入喷雾干燥塔7底部的储仓13收集，少部分通过布袋除尘收集装置8收集，收集的固形物再进行外运处置或资源化利用；热媒水进入烟气降温换热器3吸收烟气余热后温度升至85～90℃左右后分成三股，大部分进入脱硫塔6出口的烟气再热器4，少部分进入烟气降温换热器3前的暖风器14和喷雾干燥塔7出口的空气再热器15，释放热量后再回到烟气降温换热器3；本装置将废水零排放技术与电厂烟气超净排放和烟气消白技术相结合，基于烟气超净排放需要更低的烟气温度的要求，通过回收低温烟气余热用于排烟再热消白和高盐废水喷雾蒸发，同时兼顾了排烟和废水零排放的环保要求。

喷雾干燥塔7选用双旋流喷雾式结构的双旋流喷雾干燥塔7；喷雾干燥塔7采用环境空气作为蒸发载体；环境空气自喷雾干燥塔7顶部周向汇入，与顶部中间高盐废水喷雾器的旋流雾化喷液呈双流旋转雾化。喷雾干燥塔7采用了环境空气作为蒸发载体，避免直接用烟气蒸发和废水中固形颗粒物混入烟尘中可能导致的对湿电除尘安全运行和烟尘资源化利用造成的负面影响。

喷雾干燥塔7内双流旋转雾化的雾滴的直径小于100微米，高盐废水喷雾器为耐酸耐腐蚀材质制成的喷雾器。

还包括烟气水回收装置，布袋除尘收集装置8的上端与烟气水回收装置相连，布袋除尘收集装置8的上端还连接有引风机。

空气烟气换热器2、暖风器14、空气再热器15、烟气再热器4均采用高比表面的高效换热管。采用高比表面的高效换热管，有利于降低换热器重量和造价，减小换热器的体积。

烟气降温换热器3采用耐酸腐蚀的复合管或氟塑料管制成。

空气烟气换热器2采用ND钢材料制成；烟气再热器4采用ND钢材料制成；暖风器14、空气再热器15采用304不锈钢或316不锈钢材质制成。空气烟气换热器2采用ND钢材料制成，采用近露点壁温控制和空气变流量策略等手段，确保烟气侧温度控制高于酸露点温度；采用304不锈钢或316不锈钢材质，可降低投资和减少体积。

复合管为高比表面搪瓷复合管。由于烟气降温换热器3因大部分换热段处于酸露点以下，因此考虑采用高比表面搪瓷复合管材料制成。

烟气降温换热器3的出口烟温控制在85～90℃。

本实用新型提供一种利用空气间接吸收烟气余热升温后为废水喷雾处理提供热源的工艺方法，相对于直接利用余热的烟道喷雾法，废液蒸发后的固形物仍可以保留其原有成份性质，便于资源化利用；而热源利用了廉价的余热资源，运行成本较蒸发结晶法大大降低，且系统可靠性更高。

目前我国电厂锅炉尾部排烟温度一般在120～150℃，而低温湿电除尘适宜的烟气温度是85～90℃，因此，为了满足超净除尘系统的烟温要求，目前普遍的做法是通过低温省煤器或热媒体气气换热装置(MGGH)降低电除尘器入口烟气温度。这部分低温余热回收后有三种利用方式，一种是用于预热凝汽器出口的锅炉给水；第二种是用于将脱硫塔6后的烟气进行再热，提高进入烟囱9的烟温，继而扩大烟气排放的扩散范围，减少烟囱9“冒白烟”现象；第三种是用于预热进入空预器的空气。考虑到改造和运行成本，以及现场空间布置条件和超净系统余热需求与可利用余热量匹配情况，目前的超净电厂普遍采用了前两种利用方式相结合的方式，即锅炉尾部烟气回收的余热优先用于脱硫后烟气再热，多余部分用于预热凝结水。

近年来，随着环保问题的越来越受社会关注，火电厂末端高盐废水零排放技术越来越受到重视，热法是实现零排放唯一可行的技术思路；开发一种以回收锅炉尾部低温烟气，用于电厂末端高盐废水零排放系统，将大大降低废水零排放系统的高品质能量消耗(蒸汽能和电能)，降低废水零排放系统的运行成本；同时，由于电厂废水零排放需要的余热量仅占锅炉尾部低温烟气可回收余热量的一小部分，不会影响到超净系统脱硫后烟气的再热需求，可以与超净系统很好的耦合，提供了超净改造余热利用的另一种形式选择，且相对于加热脱硫后烟气与预热凝结水的组合，本方法提供了电厂锅炉烟气超净改造和废水零排放的电厂两大环保升级改造的热能解决方案，更适合于燃煤电厂的超净和零排放改造，因此是已建电厂进行节能环保升级改造成近零排放电厂的最佳技术方式。

本实用新型从降低废水零排放运行能耗成本入手，通过对电厂可利用的低品位余热资源进行优化回收利用，采用AGH空气/烟气换热器回收锅炉尾部烟气高温段余热，并与MGGH系统结合联合运行回收烟气余热，其中MGGH中间热媒烟气/烟气换热器采用热媒水，回收的热量用于脱硫后的烟气再热；AGH空气烟气换热器2采用空气做热媒介，空气受热升温后用于电厂废水零排放系统的高盐废水喷雾蒸发，废水中的固形物通过布袋除尘收集装置8收集，避免含污染物的结晶盐进入烟尘；当高盐废水经过合适的前处理工艺去除重金属污染物和悬浮物后，还可以考虑将收集的结晶盐资源化利用；通过对锅炉尾部烟气余热资源的利用方式进行优化的同时，实现为废水零排放系统提供廉价能量，达到提高电厂节能减排水平的目的。

从AGH空气烟气换热器2出来的热空气进入喷雾干燥塔7后将喷雾废液中的水份蒸发，空气则降焓加湿变成近饱和空气后进入喷雾干燥塔7出口的空气再热器15，温度升高10℃～15℃左右后进入布袋除尘收集装置8中，将携带的部分固形物捕捉后再通过引风机就地放散，或回到脱硫塔6后的烟气水回收装置；喷雾干燥塔7中废液蒸发后产生的固形物，除了空气携带部分进布袋除尘收集装置8捕集后，大部分进入喷雾干燥塔7塔底的沉降室，再进流化床进行干燥，干燥后的固形物(主要是结晶盐)和布袋除尘收集装置8收集的固形物一起进行固废处置或资源化回用(是否能资源化回用需视废水预处理工艺而定)。

本实施例采用了回收低温烟气余热作为超净改造后脱硫烟气的再热热源和废水零排放系统的喷雾蒸发热源，整体解决电厂环保升级改造的废气废水治理能耗问题，其中烟气余热回收换热设备高温段采用无翅片高比表面换热ND钢管，低温段采用复合材料或氟塑料等耐酸腐蚀材质；喷雾干燥塔7的喷雾蒸发采用了环境空气而不是直接用烟气，同时回收废液中的固形物的工艺兼顾了固形物资源化利用，也避免了废液中的有害物扩散至烟气收尘系统。相对于传统多效蒸发浓缩系统，本实用新型采用了廉价的废热，降低了能耗费用；部分采用了高比表面换热管，降低了换热器整体造价，总体上与废水零排放系统相关的换热设备总造价与MVR蒸发浓缩系统换热器造价相当，但结垢堵塞风险大大降低，系统可靠性大大提高；相对于目前兴起的烟道直接烟气喷雾蒸发零排放系统，废液中的固形物得到了很好的处置，更符合环保和可持续发展要求。

本实施例的操作流程如下：

来自锅炉尾部的烟气先流经干式电除尘器1进行除尘，出来时烟温一般为120℃～150℃，这里为了便于说明，先假定125℃，经过AGH空气烟气换热器2后温度降至120℃(研究表明，仅需要回收干电除尘出口烟气可利用余热的10％左右即可满足电厂高盐废水蒸发耗热需求)，再经过MGGH1烟气降温换热器3进一步降至90℃后依次进入低温湿式电除尘器5和脱硫塔6后，温度降至55℃并变成高湿烟气，再经过MGGH2烟气再热器4将温度升至75℃～80℃排放，在确保低温湿式电除尘器5高效除尘适宜温度的同时确保消除冒白烟现象。

环境空气先经过MAGH1暖风器14升温至60℃以上，再通过第二增压风机11进入AGH空气烟气换热器2中吸收烟气余热后温度升至110℃，再进入双旋流喷雾干燥塔7对雾化的高盐废水进行干燥去湿，变成近饱和空气后自喷雾干燥塔7下侧流出，此时空气减焓增湿后变成75℃左右的高湿空气，再进入MAGH2空气再热器15，利用热媒水进行再热，温度升高15℃后进入布袋除尘收集装置8，将携带的固形颗粒物收集后就地放散或进入脱硫塔6后的烟气水回收装置。

来自预处理系统的高盐废水经过旋流高盐废水喷雾器雾化后形成100微米以下的小液滴，吸收热空气的热量并利用空气的水分子分压差作为驱动力产生蒸发现象，变成高湿空气后流出喷雾干燥塔7；废水中的固形物析出并收集到喷雾干燥塔7底部的储仓13中，并与布袋除尘收集装置8收集的固形物一起进入后面的流化床干燥系统干燥后处置或资源化利用。

为了防止AGH空气烟气换热器2产生酸腐蚀，采用近露点壁温控制和变流量调节系统调节空气流量，并在空气鼓风机入口增设MAGH1暖风器14，利用MGGH1暖风器14产生的热水对入口空气先加热至60℃以上再进入AGH空气烟气换热器2继续加热。

本实用新型的一种烟气余热回收用于电厂烟气超净排放和废水零排放系统，相对于传统多效蒸发结晶系统或MVR蒸发结晶系统，换热器可采用相对廉价的ND钢和304或316不锈钢而不是钛材，虽然换热器面积增大，但换热器总投资相当，而能耗费用降低一半；不需要蒸汽压缩机而采用空气增压机(鼓风机)和旋流喷雾器，采用喷雾干燥方式，对预处理系统要求大大降低，同时系统大大可靠性提高。相对于直接烟气蒸发方式，废水中的固形物未受烟尘影响，便于集中收集和资源化利用，同时避免了废水中的固形物对湿电除尘器安全运行造成不利影响，也不会影响到烟尘的资源化利用，符合可持续发展要求。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。