一种火电厂烟气-污泥-太阳能综合梯级利用系统及方法与流程

本发明涉及烟气余热利用与污泥处理，具体涉及一种火电厂烟气- 污泥-太阳能综合梯级利用系统及方法。

背景技术：

1、随着能源需求的日益增长，亟需推动能源结构体系改革，发展新型环保节能技术并对已有能源转化技术进行节能环保改造升级。火电厂是能源生产及消耗的大户，而在火电厂锅炉的各项热损失指标中，排烟热损失占比最大，约为 50％。这主要是由于锅炉排烟单位温降的放热量大于锅炉送风单位温升的吸热量，这就导致在空气预热器烟气出口侧的烟气仍有较高温度(可高达150℃)，大量的热量被白白浪费。通过合适的技术手段实现对这部分烟气能量的有效利用，将有利于提高火电厂的热利用率并提升节能环保水平。

2、另一方面，污泥的无害化处理已成为当前环保研究的重要课题，对环境保护以及生态安全具有重要意义。而污泥具有污染和资源的双重属性，将污泥高干脱水后与煤粉进行协同燃烧，不仅可以利用污泥自身热值，降低煤耗，还可以通过高温焚烧的方式，完全处理掉污泥其中的致病微生物，实现污泥的无害化处理。

3、近年来火电厂锅炉掺烧污泥已受到广泛关注，但现有技术主要集中在利用锅炉排烟或高温蒸汽对污泥进行干化处理后协同燃烧的可行性，所提出的系统仍存在一定的不足：

4、1)直接利用锅炉约250℃的高温排烟对湿污泥进行干化，在该温度下污泥中会有大量有机物挥发分恶臭气体产生，造成大气污染。

5、2)干化过程中高温排烟与低温污泥存在较大的换热温差，不可逆损失较大。

6、3)系统的能量梯级利用水平较低，高温烟气中的大量热量无法被有效地利用，造成热能的浪费。

7、4)仅对湿污泥进行一级干燥，进行一级干燥后的湿污泥中还会存在水分，将其直接通入至锅炉内进行燃烧时燃烧效率低下。并且对湿污泥进行干燥还需单独采用热源，需要额外消耗燃煤。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中系统的能量梯级利用水平较低以及仅对湿污泥进行一级干燥而造成燃烧效率低下的缺陷，以提升火电厂环保节能性，本发明从温度对口、品位匹配的原则出发，通过结合烟气余热梯级利用，污泥掺烧，太阳能集热，储热等能源技术，提供一种火电厂烟气- 污泥-太阳能综合梯级利用系统及方法，从而实现火电厂能源系统多能互补与污泥的无害化处理，提高系统的综合能源利用率与经济环保性。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种火电厂烟气-污泥-太阳能综合梯级利用系统，包括：

4、锅炉，用于为火电厂提供热能；所述锅炉上设置有高温烟气排出口和原料入料口；

5、空气预热器，通过主烟道与所述锅炉的高温烟气排出口相连通，用于利用所述锅炉排出的高温烟气余热预热空气；

6、吸收式热泵，通过旁路烟道连通设置在所述主烟道侧部，用于将少量高品位的高温烟气热量转化为大量低品位的循环热风热量以及冷水冷量；

7、太阳能加热系统，用于收集太阳热能并将太阳能转化为热能；

8、污泥干化系统，包括至少两级依次串联的污泥干化机，各级污泥干化机依次干化并传输污泥；一级污泥干化机通过所述吸收式热泵对污泥进行加热，各次级污泥干化机分别通过所述太阳能加热系统对污泥进行加热，位于尾部的次级污泥干化机能够将干燥后的污泥输入至所述锅炉内进行焚烧。

9、可选的，所述吸收式热泵包括：

10、发生器，内部设置为腔体状并设置有与旁路烟道相连通的烟气管网；

11、吸收器，内部设置为腔体状并设置有第一循环热风管网，第一循环热风管网与一级污泥干化机的热风出口相连通；所述发生器的内腔与所述吸收器的内腔之间通过稀吸收溶液循环系统相连通；

12、冷凝器，内部设置为腔体状并设置有与第一循环热风管网相连通的第二循环热风管网，第二循环热风管网与一级污泥干化机的热风入口相连通；所述发生器的高温蒸汽出口与所述冷凝器的内腔相连通；

13、蒸发器，内部设置为腔体状并设置有通入冷水的冷水管网；所述冷凝器的冷凝水出口与蒸发器的内腔相连通，所述蒸发器的低温低压水蒸气出口与所述吸收器的内腔相连通。

14、可选的，所述一级循环热风系统包括：

15、一级循环热风出风管，一端与所述第二循环热风管网的热风出口相连通，另一端与一级污泥干化机相连通；

16、一级循环热风入风管，一端与一级污泥干化机相连通，另一端与所述第一循环热风管网的热风入口相连通；

17、第一干燥管，设置在一级循环热风入风管上，用于对从一级污泥干化机输出的一级循环风进行干燥；

18、第一循环泵，设置在一级循环热风入风管上。

19、可选的，一级污泥干化机上连通设置有输入污泥的湿污泥输送机构。

20、可选的，所述太阳能加热系统包括：

21、二级循环热风管，循环封闭连接设置在次级污泥干化机上，用于输送二级循环热风；所述二级循环热风管上设置有关断阀和第一流量调节阀；

22、太阳能空气集热器，设置在二级循环热风管上，用于收集中高温太阳热能并对二级循环热风进行加热；

23、第二循环泵，设置在所述二级循环热风管上；

24、第二干燥管，设置在所述二级循环热风管上，用于对二级循环热风进行干燥。

25、可选的，所述二级循环热风管上并联连通设置有二级循环热风分管，二级循环热风分管上设置有：

26、储热设备，能够在太阳能资源丰富时储存多余热量，并在夜间太阳能资源不足时释放热量；

27、第三循环泵；

28、第二流量调节阀，用于调节输入至所述储热设备的二级循环热风量。

29、可选的，所述储热设备的内部设置有中温相变材料。

30、可选的，还包括：

31、尾气处置系统，用于对从所述空气预热器及所述吸收式热泵排出的尾气进行处理。

32、可选的，所述尾气处置系统包括：

33、除尘器，与所述空气预热器的出气端及烟气管网的出气端相连通，用于对烟气除尘；

34、烟气脱硫脱硝装置，与所述除尘器的出气端相连通，用于对烟气脱硫脱硝；

35、排气管路，与所述烟气脱硫脱硝装置的出气端相连通；

36、引风机，设置在所述排气管路上；

37、烟囱，连通设置在所述排气管路末端，用于将尾气排空。

38、一种火电厂烟气-污泥-太阳能综合梯级利用方法，所述方法基于所述的一种火电厂烟气-污泥-太阳能综合梯级利用系统进行，包括以下步骤：

39、s1.锅炉产生的高温烟气分为两部分：一部分高温烟气通过主烟道进入空气预热器与空气换热，另一部分高温烟气通过旁路烟道进入吸收式热泵的发生器；

40、s2.吸收式热泵以旁路烟道高温烟气为高温驱动热源，以冷水为低温热源，通过吸收高温烟气和冷水的热量，对一级循环热风进行加热；冷水通入吸收式热泵的蒸发器中降温后进入冷却塔为机组降温；

41、s3.污泥在湿污泥输送机构的输送下依次进入各级污泥干化机进行逐级干化升温，最终输入到锅炉中与煤混合后进行燃烧；

42、其中，一级污泥干化机通过吸收式热泵对污泥进行加热；各次级污泥干化机分别通过太阳能加热系统对污泥进行加热。

43、可选的，所述步骤s3中，一级污泥干化机通过吸收式热泵对污泥进行加热的步骤为：

44、在一级污泥干化机中，利用来自吸收式热泵中冷凝器的一级循环热风对污泥进行干化及升温；从一级污泥干化机出口的热风经过第一干燥管干燥后再次进入吸收式热泵中的吸收器，以获取热量。

45、可选的，所述步骤s3中，各次级污泥干化机分别通过太阳能加热系统对污泥进行加热的步骤为：

46、从次级污泥干化机热风出口的二级循环热风进入第二干燥管进行干燥，并在第二循环泵的作用下进入太阳能空气集热器获取热量，再返回至次级污泥干化机热风入口；

47、或从次级污泥干化机热风出口的二级循环热风进入第二干燥管进行干燥，并在第三循环泵的作用下再次进入储热设备获取热量，再返回至次级污泥干化机热风入口。

48、可选的，还包括尾气处置步骤：

49、从吸收式热泵及空气预热器烟气出口出来的烟气汇聚后依次通过除尘器及烟气脱硫脱硝装置，在达到排放标准后在引风机的作用下从烟囱中排放到大气环境中。

50、本发明技术方案，具有如下优点：

51、1.本发明提供的一种火电厂烟气-污泥-太阳能综合梯级利用系统，在传统火电厂能源系统的基础上，通过新引入的太阳能加热系统、污泥干化系统、吸收式热泵间的协同作用，实现了对烟气余热的梯级利用及对污泥的无害化处理，不仅系统的能量利用率及效率得以提高，而且可降低循环冷水及燃煤的消耗量，从而提高火电厂能源系统的经济性、环保性。

52、本发明提升了火电厂环保节能性，从温度对口，品位匹配的原则出发，通过结合烟气余热梯级利用，污泥掺烧，太阳能集热，储热等能源技术，实现了火电厂能源系统多能互补与污泥的无害化处理，提高了系统的综合能源利用率与经济环保性。

53、2.本发明提供的一种火电厂烟气-污泥-太阳能综合梯级利用系统，通过旁路烟道将部分烟气抽出并作为吸收式热泵的驱动高温热源，有利于更好地匹配锅炉排烟时单位温降的放热量与锅炉送风时单位温升的吸热量，从而减少空气预热器中的不可逆损失。

54、3.本发明提供的一种火电厂烟气-污泥-太阳能综合梯级利用系统，吸收式热泵通过吸收高温烟气和冷水中的热量，从而对一级循环热风进行加热。通过这种方式，少量高品位的高温烟气热量转化为大量低品位的一级循环热风热量以及冷水冷量，不仅可避免高温烟气直接干化污泥所造成的巨大换热温差损以及大气污染，还可提升系统能量利用率，用于污泥干化的一级循环热风供热量增大的同时冷水温度降低，因此在满足相同冷却负荷的需求下冷却塔所消耗的冷水量减少，有利于提高系统经济性及环保性。

55、4.本发明提供的一种火电厂烟气-污泥-太阳能综合梯级利用系统，通过耦合光热及储热设备，减少了干化污泥所消耗的能量，并实现了污泥全天候连续干化。

56、5.本发明提供的一种火电厂烟气-污泥-太阳能综合梯级利用系统，通过多级污泥干化的方式，实现了污泥的逐级干化及升温，使其换热过程温度对口，换热温差所造成的不可逆损失减少，有利于提高系统的效率及节能性；并且通过多级污泥干化的方式，大大降低湿污泥中存在的水分，提高污泥燃烧效率，因利用太阳能对污泥进行干燥，对污泥的干燥无需额外消耗燃煤。