脱硫浆液余热回收系统的制作方法

1.本发明涉及节能环保与烟气脱硫余热利用领域，具体涉及一种脱硫浆液余热回收系统。


背景技术：

2.煤电的大规模应用为经济社会发展提供了能源保障，同时也给节能减排、环境治理提出了挑战。
3.为了降低燃煤造成的环境污染，需要对燃煤锅炉进行烟气排放处理，最常见的烟气处理工艺是石灰石-石膏湿法脱硫工艺，石灰石-石膏湿法脱硫工艺的基本原理是： 120℃-150℃的高温原烟气进入脱硫塔后，与喷淋而下的吸收剂(即脱硫浆液)逆向接触，原烟气经吸收剂洗涤后，烟气中的含硫气体等被除去，烟气温度降低至50℃左右，经烟囱排出。在烟气处理过程中，烟气中的大部分余热在与脱硫浆液接触中热交换，浆液中水被汽化进入烟气，烟气温度减低而水汽增加，最终一起排入大气。烟气余热没有得到有效回收利用，并且，为了提高脱硫效率、减少污染物排放，在湿法烟气脱硫过程中，常有对脱硫浆液进行冷却的工艺系统，由此进一步造成了能源的多重浪费。如何有效地回收排烟余热成为领域内亟待解决的问题。
4.实践中对湿法烟气脱硫浆液的余热利用开展了多种形式的探索，余热利用技术可分为以下几种方式：(1)采用热交换技术，将浆液中的余热通过热交换方式取出，供给到需求端；(2)采用液固分离技术，将液相中的余热取出，供给到需求端；(3)采用闪蒸技术，将浆液中的水闪蒸为蒸汽，供给到需求端；(4)采用热泵技术，将浆液中的余热取出，供给到需求端。其中，热交换技术因工艺路线简单而得到了应用。然而，受制于多种因素的影响，余热利用的效率并不理想。存在的主要技术问题如下：(1)脱硫浆液中含有石膏等颗粒物，对于余热回收系统中的设备存在堵塞、磨损及腐蚀等安全隐患问题；(2)脱硫浆液余热回收系统的热平衡问题；(3)脱硫浆液系统的水平衡问题。
5.为了解决上述问题，cn21043429u公开了一种利用浆液换热器全通量回收浆液余热的系统，采用无触点的直通道浆液换热器结构，解决了浆液堵塞、传热效率、压力降等问题，经脱硫和降温后的净烟气通过烟囱排出，其中暖风器利用脱硫浆液的余热对空气等加热，不仅实现脱硫浆液的余热回收，而且具有系统简单，占地面积小的优点。但是，该专利仍存在一些需要改进的技术问题：
6.(1)烟气脱硫过程中，烟温及烟气含湿量往往是动态变化的，烟温及烟气含湿量等因素的变化会造成浆液余热回收量的波动，进而导致暖风器对空气进行预热时空气温升幅度不稳定，存在空气温升效果达不到设计值的情况；
7.(2)浆液余热回收系统为了满足整个冬季的应用需求，通常要按照极寒期暖风器需求的最大热负荷来设计，以满足极寒期环境温度条件下的暖风器需求，过多的回收浆液余热会造成从烟气中冷凝下来的冷凝水过多，这些冷凝水进入脱硫塔后，会导致脱硫塔内液位无法维持在一定范围，破坏了脱硫塔系统水平衡，反之在不破坏脱硫塔系统水平衡前
提下，通常从浆液中回收的余热量又无法满足暖风器冬季极寒期的热量需求，因此原专利存在极寒期浆液余热回收热负荷与暖风器需求热负荷不匹配的问题；
8.(3)在第(2)点的基础上，如浆液余热回收系统设备按极寒期暖风器需求进行配置，而又由于冬季初、末寒期所需要的热负荷仅为极寒期需求热负荷的20％～50％，且极寒期天数较少，由此会导致，整个系统长期在低负荷工况运行，存在“大马拉小车”的情况，系统回收余热无法被充分利用，余热利用率低；
9.(4)该专利所公开的浆液余热回收系统所回收的浆液余热，冬季极寒期，仅能满足加热一次风暖风器或二次风暖风器，无法同时满足一次风和二次风暖风器，为了保证一次暖风器及二次暖风器的加热需求，仍需要保留一套常规的蒸汽暖风系统，由此导致同时存在余热暖风器系统和常规的蒸汽暖风系统，两套系统共存，系统结构复杂；同时，所回收的浆液余热在冬季初、末寒期大部分未被利用，余热利用率低，投资回报期长，可实施性低。
10.因此，如何进一步优化脱硫浆液余热回收系统的工艺路线，既不破坏脱硫塔水平衡又能充分利用浆液余热，提升投资回报，系统简单、可实施性高，仍然是本领域十分关注的问题。


技术实现要素：

11.本发明的目的是提供一种优化的脱硫浆液余热回收系统，所述脱硫浆液余热回收系统增设有补热器(补热系统)，进一步所述系统还可以包括热媒介质流量调节装置，本发明巧妙地解决了脱硫浆液余热回收系统在使用过程中存在的系统可靠性差、系统结构复杂、环境适应性差、余热利用率低、投资回报率低的问题。
12.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
13.一种脱硫浆液余热回收系统，其特征在于，所述系统包括：脱硫塔、多根浆液管、浆液换热器、补热器及暖风器，其中：
14.所述脱硫塔的底部设置有浆液池，脱硫塔的上部设置有多层喷淋管；所述喷淋管依次通过多根浆液管与浆液池相连通；
15.所述浆液换热器设置于所述多根喷淋管的部分管路或全部管路上，浆液换热器包括浆液流道以及与浆液流道换热的热媒介质流道；
16.所述暖风器包括热媒介质流道以及与热媒介质流道换热的空气介质流道；
17.所述浆液换热器的热媒介质流道与所述暖风器的热媒介质流道通过热媒介质管路连通，以实现热媒介质在暖风器与浆液换热器之间的循环流动；
18.所述浆液换热器与所述暖风器之间的热媒介质管路上设置有补热器，用于对流通于浆液换热器及暖风器之间的热媒介质进行补热。
19.可选的，在与所述多层喷淋管的最顶层、次顶层和/或第三层相连接的浆液管上设置浆液换热器。可选的，在与所述多层喷淋管的最顶层和次顶层相连接的浆液管上分别设置有浆液换热器。进一步可选的，在与所述多层喷淋管的最顶层相连接的浆液管上设置有浆液换热器。
20.优选的，所述浆液换热器设置于浆液管的竖直管段上。
21.优选的，所述浆液换热器是全焊接板式热交换器；
22.进一步优选的，所述浆液换热器是具有直通道结构的全焊接板式热交换器。其所
采用的传热元件为波纹板片，每两张波纹板片对扣形成一个板对，多个板对叠落后成为板束，并在板片两侧交替形成浆液流道与热媒介质流道，所述浆液流道内两张板片均有向浆液流道侧凸起的波纹，凸起波纹的高度之和小于浆液流道间距；所述直通道浆液换热器的浆液进口大小头、板束的浆液流道、出口大小头均与浆液的流动方向基本上在同一条轴线上。
23.可选的，所述暖风器为一套，用于对一次风和/或二次风进行加热。进一步可选的，所述暖风器为两套，包括第一暖风器和第二暖风器，分别用于对一次风和二次风进行加热。在实际应用中，每套暖风器可以是一台设备，也可以是多台设备并用。
24.优选的，所述暖风器为全焊接板式换热器。
25.可选的，所述热媒介质管路上还设置有热媒介质补充装置，用以维持热媒系统的稳定。本发明对所述热媒介质补充装置没有特别限定，只要能实现补充热媒介质的作用即可。所述热媒介质补充装置可以是闭式热媒介质补充装置或开式热媒介质补充装置，常见的闭式热媒介质补充装置包括膨胀箱、高位箱或热媒介质补充泵等。所述开式热媒介质补充装置是指与大气连通的热媒介质箱。
26.在所述浆液换热器与所述暖风器之间的热媒介质管路上设置有补热器，所述补热器利用高温热源对流通于所述浆液换热器及暖风器之间的热媒介质进行补热，以满足暖风器的用热需求。
27.本发明对补热器没有特别的限定，只要能实现对流通于浆液换热器及暖风器之间的热媒介质进行补热即可。所述补热器可以是常规的管式或板式换热器,也可以开式补热设备，所述开式补热设备是指与大气联通的热媒介质补热箱。所述高温热源为常见的导热介质，例如高温蒸汽或热水等。
28.所述补热器在脱硫浆液余热回收系统中的工作原理如下：
29.浆液换热器的热媒介质从脱硫浆液中吸收热后温度升高，升温后的热媒介质通过热媒介质管路流入补热器；
30.根据流入暖风器的冷空气温度及热负荷需求判断是否需要通过补热器对热媒介质补热。如暖风器需求的热负荷大于浆液换热器回收热负荷，则开启补热器，对热媒介质进行补热，通过补热器满足暖风器热负荷需求；
31.热媒介质通过补热器之后流入暖风器，并与流经暖风器的冷空气进行热交换，空气温度升高后进入空气预热器，而换热后的热媒介质温度降低并再次循环流入浆液换热器。
32.可选的，所述浆液余热回收系统的热媒介质管路上设置热媒介质流量调节装置，用以调节浆液换热器和/或暖风器内热媒介质的流量。
33.本发明对所述的热媒介质流量调节装置没有特别限定，常见的热媒介质流量调节装置包括热媒介质旁路和/或热媒介质泵和/或阀门。所述热媒介质旁路可以是连通浆液换热器热媒介质进出口之间的管路、阀门，和/或连通暖风器热媒介质进出口之间的管路、阀门，和/或连通热媒介质泵进出口之间的管路、阀门。所述热媒介质泵可以是变频泵。
34.所述热媒介质流量调节装置在脱硫浆液余热回收系统中的工作原理如下：
35.浆液换热器的热媒介质从脱硫浆液中吸收热后温度升高，如暖风器需求的热负荷小于浆液换热器回收热负荷，则开启热媒介质流量调节装置，调节热媒介质流量，减少浆液
换热器和/或暖风器的热媒介质流量，进而满足暖风器热负荷需求。
36.本发明的有益效果：
37.(1)通过补热器对流通于浆液换热器及暖风器之间的热媒介质补热，巧妙地解决了浆液脱硫系统因烟温波动、含湿量波动等因素造成浆液余热回收量的波动，进而导致暖风器空气温升幅度不稳定的问题，提升了暖风器系统的可靠性；
38.(2)通过补热系统进行调峰补热，实现了一套加热设备同时满足一次风、二次风加热的需求，系统结构简单；在维持脱硫塔系统水平衡的前提下，最大限度回收并利用浆液余热，节省蒸汽减少燃煤消耗，扣除自身运行能耗，折算标煤，发电煤耗降低1.5～ 4.5g/kw
·
h(折全年发电量)，与无补热工艺相比，节能效果提升20％～45％；
39.(3)利用补热器和热媒介质流量调节装置控制浆液余热回收热负荷，可以实现与脱硫系统连控，根据脱硫塔的液位情况，动态调节浆液余热回收系统浆液余热回收热负荷，可以有效避免由于极寒期暖风器需求热负荷大，导致浆液余热回收热负荷过大，脱硫塔内烟气凝水量过多，破坏脱硫系统水平衡，实现对脱硫系统水平衡的控制。控制回收浆液余热，适量的烟气冷凝水进入脱硫塔内，脱硫塔水耗可以减少30％～60％，水资源节约效果显著；
40.(4)由于暖风器系统冬季初、末寒期所需的热负荷仅为极寒期所需热负荷的20％～ 50％，所需热负荷变化很大；增设补热系统后，系统操作弹性高，完全适应暖风器热负荷变化大的操作要求，初末寒期充分利用浆液余热，极寒期适当补热满足热负荷需求，余热利用率大幅提高，环境适用性强，可以避免“大马拉小车”工况，能很好地适用于冬季极寒期与初末寒期环境气温差异大的状况；
41.(5)冬季初、末寒期时，暖风器热负荷需求小，利用热媒介质流量调节装置调节浆液换热器和/或暖风器内热媒介质流量，减少浆液换热器余热回收量，适应暖风器低负荷操作工况；
42.(6)本发明的系统设计，与不补热工艺相比，系统投资增加10％～15％，而每年回收效益提升20％～45％，大大降低投资回收期；
43.(7)采用直通道全焊接板式换热器，避免堵塞，减少占地面积及能耗。
附图说明
44.图1：本发明实施例1所示的一种脱硫浆液余热回收系统示意图
45.图2：本发明实施例2所示的一种脱硫浆液余热回收系统示意图
46.图3：本发明实施例3所示的一种脱硫浆液余热回收系统示意图
47.图4：本发明实施例4所示的一种脱硫浆液余热回收系统示意图
48.图5：用于本发明的浆液换热器的流道截面示意图
49.图6：用于本发明的浆液换热器的波纹板片结构示意图
50.图7：用于本发明的浆液换热器的结构示意图
51.图8：本发明实施例5所示的一种脱硫浆液余热回收系统示意图
52.图9：本发明实施例6所示的一种脱硫浆液余热回收系统示意图
53.附图标记说明：
54.脱硫塔1；浆液池101；喷淋管102；浆液管2；浆液换热器3；补热器4；暖风器5；第一
暖风器51；第二暖风器52；原烟气a；净烟气b；脱硫浆液m；热媒介质n；高温热源e；一次风空气f；二次风空气g；波纹板片7；支撑波纹701；承压波纹702；传热波纹703；板束301；进口大小头303；出口大小头302；竖直管段201；浆液流道c；热媒介质流道d；热媒介质泵8；热媒介质补充装置9；热媒介质旁路10；阀门11。
具体实施方式
55.现在结合附图对本发明作进一步的说明，但下述实施方式不构成对本发明的限制。
56.实施例1
57.图1示出了本发明提供的一种脱硫浆液余热回收系统，所述系统包括：脱硫塔1、多根浆液管2、浆液换热器3、补热器4及暖风器5，其中，
58.所述脱硫塔1的底部设置有浆液池101，脱硫塔的上部设置有多层喷淋管102；所述多层喷淋管102依次通过多根浆液管2与浆液池101相连通；
59.在与喷淋管102的最顶层和次顶层相连接的浆液管2上分别设置一个浆液换热器3；浆液换热器3具有浆液流道及与浆液流道换热的热媒介质流道。
60.优选的，浆液换热器设置于浆液管2的竖直管段上。
61.优选的，所述浆液换热器3是全焊接板式热交换器，申请人在cn210434297u专利中披露的全焊接板式热交换器适用于本发明。具体来讲，所述浆液换热器3为具有直通道结构的全焊接板式热交换器，具体结构见图5-7。
62.如图5、图6所示，所述浆液换热器3中的传热元件为波纹板片7，波纹板片7包括等间距凸起的支撑波纹701、下凹的承压波纹702、凸起的传热波纹703，波纹板片7两两对构成板对，在波纹板片的两侧分别形成浆液流道c与热媒介质流道d，下凹的承压波纹在热媒介质流道内形成触点，凸起的支撑波纹高度之和等于浆液流道高度，凸起的传热波纹向浆液流道内突出，浆液流道两侧的波纹凸起高度即浆液流道一侧波纹凸起高度 h2与浆液流道另一侧波纹凸起高度h3之和小于浆液流道高度h1，即h1＞h2+h3，相应的，浆液流道内传热波纹无法形成触点，即脱硫浆液在无触点的通道内流动，解决了管式与常规板式换热器流动场驻点的问题，脱硫浆液中的颗粒不易积聚，进而解决了堵塞问题，同时由于传热元件是波纹板片，与管式浆液换热器相比，传热效率高，冷端温差小，同等冷源条件下，脱硫浆液的出口温度更低。
63.进一步的，参见图7，多个由波纹板片7组成的板对叠落后组成板束301，板束301 的进出口两端分别与进口大小头303和出口大小头302相连通，脱硫浆液的流动方向基本上在同一条轴线上，并且基本与浆液管路的竖直管段201的中心轴线基本重合，从而进一步降低脱硫浆液堵塞浆液流道的概率。
64.需要说明的是，图5-7仅展示了其中一种结构的浆液换热器结构，其他具有直通道结构的浆液换热器3也在本专利保护范围内。
65.所述暖风器5具有热媒介质流道以及与热媒介质流道换热的空气介质流道，图1中暖风器5为两套，包括第一暖风器51和第二暖风器52，分别用于对一次风空气f及二次风空气g进行加热，升温后的空气进入空气预热器。可选的，所述暖风器也可以为一套，用于对一次风和/或二次风进行加热。在实际应用中，每套暖风器可以是一台设备，也可以是多台设
备并用。
66.所述浆液换热器3的热媒介质流道与暖风器5的热媒介质流道通过热媒介质管路相连通，以实现热媒介质在暖风器与浆液换热器之间的循环流动；
67.优选的，所述暖风器5采用全焊接板式换热器，利用板式换热器紧凑与高效的特点，解决了常规换热器体积大、占地面积大的问题。
68.所述浆液换热器3与所述暖风器5之间的热媒介质管路上设置补热器4，补热器4 通过高温热源e对流通于浆液换热器3及暖风器5之间的热媒介质进行补热，以满足暖风器的用热需求。
69.本发明对补热器4没有特别的限定，只要能实现对流通于浆液换热器及暖风器之间的热媒介质进行补热即可。优选的，所述补热器是管式换热器或板式换热器,所述补热器也可以开式补热设备，所述开式补热设备是指与大气连通的热媒介质补热箱。所述高温热源e为常见导热介质，例如高温蒸汽或热水等。
70.所述脱硫浆液余热回收系统的基本原理如下：
71.浆液换热器的热媒介质从脱硫浆液中吸收热之后温度升高，升温后的热媒介质通过热媒介质管路流进补热器；
72.根据进入暖风器的冷空气温度及热负荷需求判断是否需要通过补热器对热媒介质进行补热；如果需要补热，则开启补热器，对热媒介质进行温度调节，以满足暖风器的热交换需求；
73.热媒介质通过补热器之后流入暖风器，并与流经暖风器的冷空气进行热交换，升温后的空气进入空气预热器，而换热后的热媒介质温度降低，并再次循环进入浆液换热器。
74.实施例2
75.图2示出了本发明另一种脱硫浆液余热回收系统，与实施例1相比，二者的区别在于，实施例2中仅在与喷淋管102的最顶层相连接的浆液管2上设置了一个浆液换热器3，其他结构与实施例1相同。
76.实施例3
77.图3示出了本发明另一种脱硫浆液余热回收系统，与实施例2相比，二者的区别在于，实施例3中仅设置了一个暖风器5，用于对一次风和/或二次风进行加热。其他结构与实施例2相同。
78.实施例4
79.图4示出了本发明又一种脱硫浆液余热回收系统，与实施例1相比，二者的区别在于，实施例4仅设置了一个暖风器5，用于对一次风和/或二次风进行加热。
80.实施例5
81.图8示出了本发明又一种脱硫浆液余热回收系统，与实施例1相比，二者的区别在于，在热媒介质管路上设置有热媒介质补充装置9，用以维持热媒系统的稳定。
82.本发明对所述热媒介质补充装置9没有特别限定，只要能实现补充热媒介质的作用即可。所述热媒介质补充装置9可以是闭式热媒介质补充装置或开式热媒介质补充装置。常见的闭式热媒介质补充装置包括膨胀箱、高位箱或热媒介质补充泵等。所述开式热媒介质补充装置是指与大气连通的热媒介质箱。
83.实施例6
84.图9示出了本发明又一种脱硫浆液余热回收系统，与实施例3相比，二者的区别在于，在热媒介质管路上设置有热媒介质流量调节装置，所述热媒介质流量调节装置包括热媒介质旁路10、阀门11和热媒介质泵8，用以调节热媒介质流量，从而调节浆液换热器和/或暖风器内的热媒介质流量。如果暖风器需求的热负荷小于浆液换热器回收热负荷，可以开启热媒介质流量调节装置，调节热媒介质流量，减少浆液换热器和/或暖风器的热媒介质流量，满足暖风器的需求。
85.特别说明的是，本发明并不限定热媒介质流量调节装置是否同时包括热媒介质旁路 10、阀门11、热媒介质泵8，浆液余热回收系统中设置的热媒介质流量调节装置可以是热媒介质旁路10和/或阀门11和/或热媒介质泵8。
86.此外，本发明虽然仅在实施例6中展示了热媒介质流量调节装置，但热媒介质流量调节装置适用于本发明所有的实施方式。
87.本发明实施例的有益效果：
88.(1)通过补热器对流通于浆液换热器及暖风器之间的热媒介质补热，解决了浆液脱硫系统因烟温波动、含湿量波动等因素造成的浆液余热回收量波动，进而导致暖风器空气温升幅度不稳定的问题，提升了暖风器系统的可靠性；
89.(2)通过补热系统进行调峰补热，实现了一套加热设备同时满足一次风、二次风加热的需求，系统结构简单，在维持脱硫塔系统水平衡前提下，最大限度回收并利用浆液余热，节省蒸汽减少燃煤消耗，扣除自身运行能耗，折算标煤，发电煤耗可降低1.5～ 4.5g/kw
·
h；与无补热工艺相比，节能效果提升20％～45％；
90.(3)利用补热器和热媒介质流量调节装置控制浆液余热回收热负荷，可以实现与脱硫系统连控，根据脱硫塔的液位情况，动态调节浆液余热回收系统浆液余热回收热负荷，可以有效避免由于极寒期暖风器需求热负荷大，导致浆液余热回收热负荷过大，脱硫塔内烟气凝水量过多，破坏脱硫塔系统水平衡，实现对脱硫塔系统水平衡的控制。控制回收浆液余热，适量的烟气冷凝水进入脱硫塔内，脱硫水耗可以减少30％～60％，水资源节约效果显著；
91.(4)由于暖风器系统冬季初、末寒期所需的热负荷仅为极寒期所需热负荷的20％～ 50％，系统所需热负荷变化很大；增设补热系统后，系统操作弹性高，完全适应暖风器热负荷变化大的操作要求，初末寒期充分利用浆液余热，极寒期适当补热满足热负荷需求，余热利用率大幅提高，环境适用性强，可以避免“大马拉小车”工况，能很好地适用于冬季极寒期与初末寒期环境气温差异大的状况；
92.(5)冬季初、末寒期时，暖风器热负荷需求小，利用热媒介质流量调节装置调节热媒介质流量，减少浆液换热器余热回收量，适应暖风器低负荷操作工况；
93.(6)本发明的系统设计，与不补热工艺相比，系统投资增加10％～15％，而每年回收效益提升20％～45％，大大降低投资回收期；
94.(7)采用新型直通道全焊接板式换热器，避免堵塞，减少占地面积及能耗。
95.以上对本发明所提供的脱硫浆液余热回收系统进行了详尽介绍，说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施的说明只是用于帮助理解本发明，说明书内容不应理解为对本发明的限制。