一种用于烟气脱白治理的机械压缩式热泵系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于烟气脱白治理的机械压缩式热泵系统，包括烟气侧设备和有机介质侧设备；烟气侧设备包括烟气除尘装置、脱硫装置、取热器、再热器、引风机和烟囱；有机介质侧设备包括压缩机、二级冷凝器和节流装置，压缩机连接于取热器管程出口和再热器管程进口之间，再热器管程出口和二级冷凝器管程进口相连，节流装置连接于取热器管程进口和二级冷凝器管程出口之间，二级冷凝器壳程与锅炉给水管路连接，制冷循环管路内设置有机介质。本发明专利技术不仅能够降低烟气的含湿量，消除白色烟羽，满足脱白需求，还能够利用有机介质回收烟气所含水蒸气的潜热，通过热泵系统提升能质，最后将有机介质的冷凝热释放给待排放烟气。

A mechanical compression heat pump system for flue gas white removal

【技术实现步骤摘要】
一种用于烟气脱白治理的机械压缩式热泵系统
本专利技术涉及化工厂及热电厂的烟气处理领域，还包括能源利用、环保领域，更具体的说，是涉及一种用于烟气脱白治理的机械压缩式热泵系统。
技术介绍
湿法脱硫由于其效率高的特点，已被广泛应用于热电厂、化工厂及各类工厂的烟气处理过程，由于该工艺会增加烟气含湿量，使其接近甚至达到饱和状态，因此，在大气环境温度相对较低的条件下，湿烟气排放过程中将产生水蒸气的凝结现象，形成白色烟羽。环境温度越低，相对湿度越大，白色烟羽则越长。目前烟气脱白的技术路径大多是对脱硫后的烟气采取直接加热的方式，仅从视觉上消除白色烟羽，而没有从本质上降低烟气含湿量，由此带来的不利影响包括：1.排烟比重大，自拔能力弱，增加引风机能耗；2.排烟在大气中不易扩散；3.换热器、引风机等其他金属设备内部的腐蚀及堵塞现象，引发设备老化和传热性能降低等问题；4.烟囱内部的腐蚀问题。5.烟气脱硫工艺要求加入外部水源用于喷淋，这部分水最终以气态形式排放到大气中。排烟的含湿量越大，一方面意味着脱硫过程耗水量越大，增加企业用水费用支出；另一方面意味着向环境中排放的水蒸气越多，这不仅与全球气候变暖息息相关，也是一种能源浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于烟气脱白治理的机械压缩式热泵系统，不仅能够降低烟气的含湿量，消除白色烟羽，满足脱白需求，还能够利用有机介质回收烟气所含水蒸气的潜热，通过热泵系统提升能质，最后将有机介质的冷凝热释放给待排放烟气，进一步巩固烟气的脱白效果。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术用于烟气脱白治理的机械压缩式热泵系统，包括烟气侧设备和有机介质侧设备；所述烟气侧设备包括通过烟道依次连接的烟气除尘装置、脱硫装置、取热器、再热器、引风机和烟囱；所述有机介质侧设备包括压缩机、二级冷凝器和节流装置，所述压缩机通过制冷循环管路连接于取热器管程出口和再热器管程进口之间，所述再热器管程出口和二级冷凝器管程进口通过制冷循环管路相连，所述节流装置通过制冷循环管路连接于取热器管程进口和二级冷凝器管程出口之间，所述二级冷凝器壳程与锅炉给水管路连接，所述制冷循环管路内设置有用于相变换热的有机介质。所述取热器为有机介质蒸发吸收烟气热量的换热器；所述再热器为有机介质冷凝释放热量给烟气的换热器；所述二级冷凝器为有机介质冷凝释放热量用于预热锅炉给水的换热器。所述取热器的壳程与烟道连接，所述再热器的壳程与烟道连接。所述烟气除尘装置用于分离并收集燃烧后的烟气中所含的粉尘，脱硫装置用浆液喷淋方式给除尘后烟气进行湿法脱硫处理，从脱硫装置内完成脱硫过程后的50-55℃饱和湿烟气，经过取热器进行降温降湿过程，同时烟气中所含的大量水蒸气发生凝结，以达到烟气除湿的目的；完成降温降湿过程后的45-50℃饱和湿烟气进入到再热器中，吸收有机介质的冷凝热，实现等湿升温过程；经再热过程处理的75-80℃烟气经引风机从烟囱排出。所述有机介质作为烟气热能传递的载体，首先经过取热器吸收烟气中所含水蒸气的大量潜热，蒸发形成温度为40-45℃的低压过热蒸汽；取热器出口的有机介质具备一定过热度2-3℃，再进入压缩机中完成机械式压缩过程，形成90-95℃的高温高压过热蒸汽；高压过热蒸汽状态的有机介质下一步进入再热器中，进行冷凝放热过程，使烟气升温，该过程完成后，有机介质冷凝为70-75℃的气液两相混合物；再热器出口的有机介质由于没有完全液化，仍然具备放热能力，将在二级冷凝器中对锅炉给水进行预热；二级冷凝器出口的有机介质呈过冷液态，温度为64-69℃，通过节流装置进行调节，降压降温至37-42℃，节流后的有机介质呈气液两相，进入取热器进行下一循环。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：(1)经脱硫除尘后不经任何处理时，湿烟气在接近饱和状态下排放，并与低于烟气温度的环境空气接触混合，此过程中必然有一部分水蒸汽发生凝结，肉眼下呈雾状漂浮在空中，即所谓的白色烟羽。为使烟气脱白，必须使烟气状态点尽量远离饱和状态，避免烟气与大气接触时的混合过程产生水蒸气凝结。目前最广泛使用的烟气脱白方法是上文提及的烟气直接升温方法，烟气温度升高后，排烟与大气混合接触后不穿过饱和状态曲线，因此该方法可消除烟气排放的白色烟羽，但烟气含湿量并没有实质性变化,当室外环境参数发生变化时，白色烟羽仍有存在可能。采用本专利技术系统处理的烟气，在经过再热器处理后，其湿度和温度都有所下降，不仅解决了烟气脱白的视觉层面问题，更深层次的是使烟气含湿量有了明显下降，这部分水在烟气排放规模较大的场所，可明显减少脱硫除尘装置的用水量，投资建设前期如果加以合理设计，可节省一笔非常可观的设备费用支出。降温除湿后的烟气进一步在再热器中进行升温，则可进一步远离饱和状态，即使在室外环境参数发生变化时，仍可以将白色烟羽的形成概率保持在低位。(2)对于烟气的除湿，目前使用较为广泛的是等湿升温法或升温除湿法，本专利技术所使用方法为降温除湿法，既降低了烟气的含湿量，又能将烟气热量取出，用于预热锅炉给水，减少向大气环境中排放的废热的同时降低煤耗。(3)由于烟气含湿量下降，脱硫除尘后如：引风机、烟囱等装置内部的腐蚀和堵塞问题将得到有效改善。(4)传统的烟气换热器中的取热介质通常是液态水，受制于水的热物性质，在取热量相等的条件下，本专利技术所采用的相变取热方法，充分利用了有机介质潜热大的特点，从而很大程度缩小换热器的换热面积，节省投资的同时也节省了换热器的占用空间。(5)目前在热电厂中使用较多的烟气-水换热器中，由于内部的腐蚀所引起的焊点渗漏会导致烟气中的固体颗粒与水混合，使换热流道截面缩小甚至堵塞，本专利技术所使用的有机介质不会腐蚀换热器，且在换热器中以气态形式存在，即使发生渗漏，也会立即随烟气排出。(6)有机介质侧的热泵系统由一台压缩机来驱动，所带来的收益有三：利用了烟气余热，进行烟气脱白治理，降低煤耗。(7)本专利技术的取热载体是有机介质，取热的使用方式灵活多样附图说明图1是本专利技术用于烟气脱白治理的机械压缩式热泵系统示意图。附图标记：1烟气除尘装置；2脱硫装置；3取热器；4再热器；5引风机；6烟囱；7压缩机；8二级冷凝器；9节流装置；10锅炉给水管路；a.除尘后烟气；b.脱硫后温度50-55℃饱和湿烟气；c.降温降湿后45-50℃的饱和湿烟气；d.经再热过程处理的75-80℃烟气。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。如图1所示，本专利技术用于烟气脱白治理的机械压缩式热泵系统，涉及工作介质的受热蒸发和冷凝放热两个相变过程，主要包括烟气侧设备和有机介质侧设备。所述烟气侧设备包括通过烟道依次连接的烟气除尘装置1、脱硫装置2、取热器3、再热器4、引风机5和烟囱6。所述取热器3为有机介质蒸发吸收烟气热量的换热器；所述再热器4为有机介质冷凝释放热量给烟气的换热器；所述取热器3的壳程与烟道连接，所述再热器4的壳程与烟道连接。所述烟气除尘装置1简称除尘器，用于分离并收集燃烧后的烟气中所含的粉尘；脱硫装置2位于烟气除尘装置1后，用浆液喷淋方式给除尘后烟气进行湿法脱硫处理；从脱硫装置2内完成脱硫过程后的50-55℃饱和湿烟气，经过取热器3进行降温降湿过程，同时烟气中所含的大量水蒸气发生凝结，以达到烟气除湿的目的；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于烟气脱白治理的机械压缩式热泵系统，其特征在于，包括烟气侧设备和有机介质侧设备；所述烟气侧设备包括通过烟道依次连接的烟气除尘装置(1)、脱硫装置(2)、取热器(3)、再热器(4)、引风机(5)和烟囱(6)；所述有机介质侧设备包括压缩机(7)、二级冷凝器(8)和节流装置(9)，所述压缩机(7)通过制冷循环管路连接于取热器(3)管程出口和再热器(4)管程进口之间，所述再热器(4)管程出口和二级冷凝器(8)管程进口通过制冷循环管路相连，所述节流装置(9)通过制冷循环管路连接于取热器(3)管程进口和二级冷凝器(8)管程出口之间，所述二级冷凝器(8)壳程与锅炉给水管路(10)连接，所述制冷循环管路内设置有用于相变换热的有机介质。

【技术特征摘要】
1.一种用于烟气脱白治理的机械压缩式热泵系统，其特征在于，包括烟气侧设备和有机介质侧设备；所述烟气侧设备包括通过烟道依次连接的烟气除尘装置(1)、脱硫装置(2)、取热器(3)、再热器(4)、引风机(5)和烟囱(6)；所述有机介质侧设备包括压缩机(7)、二级冷凝器(8)和节流装置(9)，所述压缩机(7)通过制冷循环管路连接于取热器(3)管程出口和再热器(4)管程进口之间，所述再热器(4)管程出口和二级冷凝器(8)管程进口通过制冷循环管路相连，所述节流装置(9)通过制冷循环管路连接于取热器(3)管程进口和二级冷凝器(8)管程出口之间，所述二级冷凝器(8)壳程与锅炉给水管路(10)连接，所述制冷循环管路内设置有用于相变换热的有机介质。2.根据权利要求1所述的用于烟气脱白治理的机械压缩式热泵系统，其特征在于，所述取热器(3)为有机介质蒸发吸收烟气热量的换热器；所述再热器(4)为有机介质冷凝释放热量给烟气的换热器；所述二级冷凝器(8)为有机介质冷凝释放热量用于预热锅炉给水的换热器。3.根据权利要求1所述的用于烟气脱白治理的机械压缩式热泵系统，其特征在于，所述取热器(3)的壳程与烟道连接，所述再热器(4)的壳程与烟道连接。4.根据权利要求1所述的用于烟气脱白治理的机械压缩式热泵系统，其特征在于，所述烟气除尘装置(1)用于分离并收集燃烧后...

【专利技术属性】
技术研发人员：张于峰，赵茂中，王晓燕，田野，姚胜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12