申请/专利权人：天津大学

申请日：2019-04-16

公开（公告）日：2020-09-15

公开（公告）号：CN110131738B

主分类号：F23J15/00(20060101)

分类号：F23J15/00(20060101);F23J15/02(20060101);F23J15/06(20060101);F23L15/00(20060101);F01K25/08(20060101)

优先权：

专利状态码：失效-未缴年费专利权终止

法律状态：2022.04.05#未缴年费专利权终止;2019.09.10#实质审查的生效;2019.08.16#公开

摘要：本发明公开了一种ORC烟气脱白处理系统，包括烟气侧设备和有机介质侧设备；烟气侧设备包括空气预热器、蒸发器、脱硫除尘装置、预热器、冷凝器、引风机和烟囱；有机介质侧设备包括螺杆式膨胀机、发电机、储液罐和介质泵，螺杆式膨胀机连接于蒸发器管程出口和冷凝器管程进口之间，发电机与螺杆式膨胀机连接，储液罐和介质泵串连于冷凝器管程出口和预热器管程进口之间，预热器管程出口与蒸发器管程进口通过制冷循环管路连接，制冷循环管路内设置有机介质。本发明不仅能降低烟气的含湿量，消除白色烟羽，满足脱白需求，还能为烟气降湿的同时进行降温，将其热量取出作为ORC发电系统的热源，并将有机介质的冷凝热释放给待排放烟气。

主权项：1.一种ORC烟气脱白处理系统，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7依次连接的空气预热器1、蒸发器2、脱硫除尘装置3、有机介质预热器4、冷凝器5、引风机8和烟囱6；所述有机介质侧设备包括螺杆式膨胀机9、发电机10、储液罐11和介质泵12，所述螺杆式膨胀机9通过制冷循环管路连接于蒸发器2管程出口和冷凝器5管程进口之间，所述发电机10与螺杆式膨胀机9连接，所述储液罐11和介质泵12通过制冷循环管路串连于冷凝器5管程出口和有机介质预热器4管程进口之间，所述有机介质预热器4管程出口与蒸发器2管程进口通过制冷循环管路连接，所述制冷循环管路内设置有用于相变换热的有机介质。

全文数据：ORC烟气脱白处理系统技术领域本发明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ORC烟气脱白处理系统。背景技术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。发明内容本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种ORC烟气脱白处理系统，该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，还能够为烟气降湿的同时进行降温，将其热量取出作为ORC发电系统的热源，并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。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明ORC烟气脱白处理系统，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空气预热器、蒸发器、脱硫除尘装置、预热器、冷凝器、引风机和烟囱；所述有机介质侧设备包括螺杆式膨胀机、发电机、储液罐和介质泵，所述螺杆式膨胀机通过制冷循环管路连接于蒸发器管程出口和冷凝器管程进口之间，所述发电机与螺杆式膨胀机连接，所述储液罐和介质泵通过制冷循环管路串连于冷凝器管程出口和预热器管程进口之间，所述预热器管程出口与蒸发器管程进口通过制冷循环管路连接，所述制冷循环管路内设置有用于相变换热的有机介质。所述蒸发器、预热器和冷凝器均为有机介质-烟气换热器，所述蒸发器、预热器和冷凝器的壳程均与烟道连接。所述预热器的管程进口和管程出口之间连接有流量控制阀门。所述烟气侧工作过程：待处理的高温烟气在空气预热器中完成与锅炉进风的热交换，完成热交换后的145℃烟气通过烟道输送至蒸发器，进行等湿降温后的105℃烟气，进一步输送至脱硫除尘装置，完成脱硫除尘过程后的51℃烟气，继续送入预热器中进行降温除湿，经预热器降温除湿后的20℃烟气在冷凝器中进行等湿升温过程，升温后的51℃烟气由烟囱排放到大气中，整个过程中的烟气输送能量由引风机提供。所述有机介质侧工作过程：有机介质作为烟气热能传递的载体，由介质泵从储液罐中抽出，然后通过制冷循环管路输送至预热器中，吸收烟气中蕴含的大量冷凝热，形成47℃饱和液体，并通过流量控制阀门调节有机介质的流量，从而控制烟气降温幅度，预热后的有机介质进一步送至蒸发器中吸收烟气热量，形成130℃的高温高压过热蒸汽；蒸发器出口的过热态有机介质在螺杆式膨胀机中完成膨胀过程，并带动发电机运转工作，该过程完成后，有机介质转化为55℃的低温乏汽；螺杆式膨胀机出口的乏汽进入冷凝器中冷凝，释放潜热，形成25℃的饱和或过冷液体，液态的机介质返回储液罐中进行下一循环。与现有技术相比，本发明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。采用本发明系统处理的烟气，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。3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，本发明所使用系统为降温除湿法，既降低了烟气的含湿量，又能将烟气热量取出，用于发电，减少向大气环境中排放的废热的同时收获电能。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，本发明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，本发明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。6ORC系统由一台烟气蒸发器来驱动，耗能设备只有一台介质泵，所带来的收益有三：利用了烟气余热，进行烟气脱白治理，收获电能。7本发明系统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是本发明ORC烟气脱白处理系统示意图。附图标记：1空气预热器；2蒸发器；3脱硫除尘装置；4预热器；5冷凝器；6烟囱；7烟道；8引风机；9螺杆式膨胀机；10发电机；11储液罐；12介质泵；a.145℃高温低湿烟气；b.105℃等湿降温后烟气；c.51℃低温高湿烟气；d.20℃降温减湿后烟气；e.加温后的低湿烟气；f.待处理烟气；g.待排放烟气；v1.流量控制阀门。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步的描述。如图1所示，本发明ORC烟气脱白处理系统，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7依次连接的空气预热器1、蒸发器2、脱硫除尘装置3、预热器4、冷凝器5、引风机8和烟囱6。所述蒸发器2、预热器4和冷凝器5均为有机介质-烟气换热器，所述蒸发器2、预热器4和冷凝器5的壳程均与烟道7连接。所述有机介质侧设备包括螺杆式膨胀机9、发电机10、储液罐11和介质泵12，所述螺杆式膨胀机9通过制冷循环管路连接于蒸发器2管程出口和冷凝器5管程进口之间，所述发电机10与螺杆式膨胀机9连接，所述储液罐11和介质泵12通过制冷循环管路串连于冷凝器5管程出口和预热器4管程进口之间，所述预热器4管程出口与蒸发器2管程进口通过制冷循环管路连接，所述制冷循环管路内设置有用于相变换热的载体：有机介质。所述预热器4的管程进口和管程出口之间连接有流量控制阀门v1。烟道7起到传送烟气的作用。烟气侧工作过程：空气预热器1简称空预器，待处理的高温烟气在空气预热器中完成与锅炉进风的热量交换，完成热交换过程后的145℃烟气通过烟道7输送至蒸发器2，进行降温过程，至105℃，由于该过程的下一处理步骤是脱硫除尘，需要烟气降温的同时保持一定含湿量，以减少脱硫工艺的补水量，因此，在蒸发器2中，烟气所含的水蒸气不发生凝结，只释放显热给有机介质。等湿降温后的105℃烟气，进一步输送至脱硫除尘装置3，该步骤完成后的烟气温度下降湿度提高，脱硫除尘装置3置于蒸发器2后，用于给烟气进行湿法脱硫和除尘处理。完成脱硫除尘过程后的51℃烟气，继续送入预热器4中，对冷凝后的有机介质进行预热，将烟气中所含水蒸气的大量潜热释放给有机介质，以达到烟气降温除湿的目的，降温幅度由介质侧的流量来调节。经预热器降温除湿后的20℃烟气在冷凝器5中进行等湿升温过程，升温后的51℃烟气由烟囱6排放到大气中，进一步提升烟气自拔能力和脱白效果。整个过程中的烟气输送能量由引风机8提供。有机介质侧工作过程：有机介质作为烟气热能传递的载体，由介质泵12从储液罐11中抽出，然后通过制冷循环管路输送至预热器4中，吸收烟气中蕴含的大量冷凝热，形成47℃的高温饱和液体，并通过流量控制阀门v1调节有机介质的流量，从而控制烟气降温幅度，预热后的有机介质进一步送至蒸发器2中吸收烟气热量，形成130℃的高温高压过热蒸汽；蒸发器2出口的过热态有机介质进入螺杆式膨胀机9中完成膨胀过程，并带动发电机10运转工作，该过程完成后，有机介质转化为55℃的低温乏汽；螺杆式膨胀机9出口的乏汽进入冷凝器5中冷凝，同时释放大量潜热，形成25℃的饱和或过冷液体，液态的机介质返回储液罐11中进行下一循环。尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

权利要求：1.一种ORC烟气脱白处理系统，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7依次连接的空气预热器1、蒸发器2、脱硫除尘装置3、预热器4、冷凝器5、引风机8和烟囱6；所述有机介质侧设备包括螺杆式膨胀机9、发电机10、储液罐11和介质泵12，所述螺杆式膨胀机9通过制冷循环管路连接于蒸发器2管程出口和冷凝器5管程进口之间，所述发电机10与螺杆式膨胀机9连接，所述储液罐11和介质泵12通过制冷循环管路串连于冷凝器5管程出口和预热器4管程进口之间，所述预热器4管程出口与蒸发器2管程进口通过制冷循环管路连接，所述制冷循环管路内设置有用于相变换热的有机介质。2.根据权利要求1所述的ORC烟气脱白处理系统，其特征在于，所述蒸发器2、预热器4和冷凝器5均为有机介质-烟气换热器，所述蒸发器2、预热器4和冷凝器5的壳程均与烟道7连接。3.根据权利要求1所述的ORC烟气脱白处理系统，其特征在于，所述预热器4的管程进口和管程出口之间连接有流量控制阀门v1。4.根据权利要求1所述的ORC烟气脱白处理系统，其特征在于，所述烟气侧工作过程：待处理的高温烟气在空气预热器1中完成与锅炉进风的热交换，完成热交换后的145℃烟气通过烟道7输送至蒸发器2，进行等湿降温后的105℃烟气，进一步输送至脱硫除尘装置3，完成脱硫除尘过程后的51℃烟气，继续送入预热器4中进行降温除湿，经预热器4降温除湿后的20℃烟气在冷凝器5中进行等湿升温过程，升温后的51℃烟气由烟囱6排放到大气中，整个过程中的烟气输送能量由引风机8提供。5.根据权利要求1所述的ORC烟气脱白处理系统，其特征在于，所述有机介质侧工作过程：有机介质作为烟气热能传递的载体，由介质泵12从储液罐11中抽出，然后通过制冷循环管路输送至预热器4中，吸收烟气中蕴含的大量冷凝热，形成47℃饱和液体，并通过流量控制阀门v1调节有机介质的流量，从而控制烟气降温幅度，预热后的有机介质进一步送至蒸发器2中吸收烟气热量，形成130℃的高温高压过热蒸汽；蒸发器2出口的过热态有机介质在螺杆式膨胀机9中完成膨胀过程，并带动发电机10运转工作，该过程完成后，有机介质转化为55℃的低温乏汽；螺杆式膨胀机9出口的乏汽进入冷凝器5中冷凝，释放潜热，形成25℃的饱和或过冷液体，液态的机介质返回储液罐11中进行下一循环。

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