申请日2018.08.06
公开(公告)日2019.01.04
IPC分类号F01K25/08; F01K21/00; F01K17/02; F01K27/00
摘要
本发明公开了一种利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统和方法。其中，该系统包括：热管换热器，其蒸发段与生物质高温燃气管道相连通，冷凝段与再循环烟气管道相连通;热管换热器用于将生物质高温燃气降温冷却，并将再循环烟气升温;降温冷却后的生物质中温燃气进入燃煤机组燃烧发电;升温后的再循环烟气进入喷雾干燥塔后与喷雾干燥塔内喷出的脱硫废水混合，之后进入除尘器入口的烟道与燃煤机组空预器出口的烟气汇合后进入除尘器中除尘;所述再循环烟气管道与除尘器除尘后的管道相连通。本发明利用废弃的生物质气的显热来脱除脱硫废水中的有害物质，既节能又环保，而且副产品盐结晶的纯度高、附加值高。
权利要求书
1.一种利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统，其特征在于，包括：热管换热器，其蒸发段与生物质高温燃气管道相连通，冷凝段与再循环烟气管道相连通;
所述热管换热器用于将生物质高温燃气降温冷却，并将再循环烟气升温;降温冷却后的生物质中温燃气进入燃煤机组燃烧发电;升温后的再循环烟气进入喷雾干燥塔后与喷雾干燥塔内喷出的脱硫废水混合，之后再循环烟气进入除尘器入口的烟道与燃煤机组空预器出口的烟气汇合后进入除尘器中除尘;所述再循环烟气管道与除尘器除尘后的管道相连通。
2.如权利要求1所述的一种利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统，其特征在于，所述除尘器通过引风机与脱硫岛相连，所述再循环烟气管道从引风机后的烟道引出，且再循环烟气管道通过烟气再循环风机接至热管换热器。
3.如权利要求1所述的一种利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统，其特征在于，所述除尘器通过引风机与脱硫岛相连，所述再循环烟气管道从除尘器后且引风机前的烟道上引出，且再循环烟气管道通过烟气再循环风机接至热管换热器。
4.如权利要求1所述的一种利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统，其特征在于，所述热管换热器采用至少两根热管并联构成。
5.如权利要求1所述的一种利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统，其特征在于，热管换热器采用重力热管，再循环烟气管道位于生物质高温燃气管道的上方。
6.如权利要求1所述的一种利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统，其特征在于，所述利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统还包括脱硫废水储罐，其用于暂存燃煤机组产生的脱硫废水，当生物质气化炉投产时，再将脱硫废水储罐中的脱硫废水喷入喷雾干燥塔中。
7.如权利要求1所述的一种利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统，其特征在于，所述利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统还包括空预器旁路烟道，其从燃煤机组空预器前的烟道上引出并接入喷雾干燥塔，从空预器旁路烟道来的旁路烟气与脱硫废水混合后发生蒸发结晶过程;当生物质气化炉正常运行时，空预器旁路烟道上的风门关闭，空预器旁路烟道不运行。
8.如权利要求1所述的一种利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统，其特征在于，所述喷雾干燥塔内设有脱硫废水的喷头，脱硫废水通过喷头喷入喷雾干燥塔，并与再循环热烟气混合后发生蒸发结晶过程。
9.如权利要求1所述的一种利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统，其特征在于，喷雾干燥塔底部设有灰斗和仓泵，脱硫废水蒸发结晶产生的颗粒被收集到灰斗，灰斗中的颗粒积累到预设高度后通过仓泵排出。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统的工作方法，其特征在于，包括：
热管换热器将生物质高温燃气降温冷却，并将再循环烟气升温;
降温冷却后的生物质中温燃气进入燃煤机组燃烧发电;
升温后的再循环烟气进入喷雾干燥塔后与喷雾干燥塔内喷出的脱硫废水混合，实现对脱硫废水的蒸发结晶，析出的盐结晶颗粒大部分通过自然沉降进入喷雾干燥塔的灰斗;
从喷雾干燥塔出来的烟气进入除尘器入口的烟道与燃煤机组空预器出口的烟气汇合后进入除尘器中除尘;除尘后的烟气接至引风机。
说明书
利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统和方法
技术领域
本发明属于燃煤耦合生物质发电领域，尤其涉及一种利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统和方法。
背景技术
燃煤耦合生物质耦合发电技术可破解秸秆田间直焚等社会治理难题，可克服生物质资源能源化利用污染物排放水平偏高的缺点，可促进电力行业特别是煤电的低碳清洁发展。其中，生物质气化耦合是重要的耦合发电途径。
生物质循环流化床气化是在气化炉内通过生物质氧化燃烧、还原和热分解等反应，包括部分原料与空气中的氧进行燃烧，提供还原和热分解反应所需要的能量，大部分原料在高温缺氧状态下进行热分解，产生温度超过700℃燃气。如果超过700℃燃气直接输送到被耦合的燃煤锅炉中燃烧的话，由于同等压力下高温燃气的比容积较大，与低温燃气相比，需要更大截面的燃气管道去输送，而且，高温燃气管道的热膨胀和热位移都比低温燃气管道大，应力状态比低温燃气管道更恶劣，更加不安全;另一方面，超过700℃燃气直接输送到燃烧器中，对燃烧器的冷却保护不利，容易造成燃烧器的烧损。因此，通常把气化产生的高温燃气冷却下来再输送到燃煤锅炉中燃烧。
生物质气还有另一种特性，就是含有大量的焦油。高温燃气在冷却过程中焦油沉积容易导致换热冷却失效。而且，一旦因焦油沉积导致换热冷却失效，就要把气化炉及燃气输送管道停炉后来检修导热油换热器，而这也成为制约生物质气体再燃发电技术发展的主要因素之一。
现有技术CN203741285U公开了一种生物质热燃气冷却系统，先用导热油冷却高温燃气，再用凝结水去冷却导热油。然而，导热油存在泄漏风险，一旦泄漏容易着火引发火灾，而且导热油换热器是串联型的换热器，即使一根管损坏，也需要把气化炉及燃气输送管道停炉后来检修导热油换热器，因导热油换热器故障导致的停炉经济损失巨大。
脱硫废水通常是在锅炉烟气湿法脱硫过程中，吸收塔内产生的排放水，在具体的作业过程中，为了保持脱硫装置中浆液循环系统物质稳定在某个平衡状态，以免烟气中的可溶物质超过相关规范的要求，并保证石膏质量，进而将系统中的水排放一部分，成为废水，也就是说石膏脱水和清洗系统等的共同作用产生了脱硫废水。在废水中含有大量的硫酸盐及重金属等等，且有相当一部分为国家环保规定要必须进行排放控制的物质，因此要对脱硫废水进行一定的处理，最终实现零排放的目的。脱硫废水零排放是多项综合用水、节水技术的采用，最后才能实现的。各项节水技术贯穿于生产工艺的过程中，单独谈某一项节水技术是很难实现零排放。
就燃煤电厂脱硫废水处理的实际情况来看，大多以混凝沉淀和总额和处理方式对脱硫废水进行处理，但其仅仅能够除去排放标准中的相关物质，其钙离子和钠离子等仍留存于废水中，实际处理工序复杂，且处理效果并不十分理想。常规废水零排放处理方法即为常规的多效蒸发结晶工艺。蒸发系统分为4个单元:热输入单元、热回收单元、结晶单元、附属系统单元。热输入单元即从主厂区接入蒸汽，经过减温减压后成为低压蒸汽，再将蒸汽送至加热室对废水进行加热处理。热交换后的冷凝液则进到冷凝水箱中。常规处理后的脱硫废水排水，经多级蒸发室的加热浓缩后送至盐浆箱，由盐浆泵输送至旋流器，将大颗粒的盐结晶进行旋流并进入离心机，分离出盐结晶体，然后再经螺旋输送机送往各类干燥床干燥塔进行干燥。旋流器和离心机分离出的浆液返回至加热系统中再进行蒸发浓缩，最终干燥出的盐结晶包装运输出厂。但该处理工艺极高的能耗限制了其在脱硫废水零排放领域的推广
目前还有一种正在推广的技术，即烟道蒸发法。烟道蒸发法又分为空预器后的低温烟气蒸发和空预器旁路的高温烟气蒸发。现有技术CN107129094A公开了一种利用空预器前的高温烟气，通过独立设置的蒸发塔对脱硫废水进行蒸发结晶的系统。然而，空预器一般位于20米高以上的高度，若从空预器前引出高温烟气到零米，则会造成烟道长度较长，弯头较多，由于在空预器前还没有经过除尘器，故容易在弯头处造成积灰;若为了减少烟道长度而从空预器前引出高温烟气到在锅炉钢架上搭建的独立蒸发塔，则会造成给锅炉钢架新增较大的荷载，特别是对于改造工程来讲，在原有锅炉钢架上增加较大荷载一般是需要经过加固处理的，而加固处理一般需要增加较大的费用。
综上所述，现有的燃煤耦合生物质发电系统和脱硫废水减排系统存在以下缺陷：
(1)脱硫废水中有害物质多，目前的脱硫废水减排工艺耗能大，而且副产品盐结晶的纯度低。
(2)现有的燃煤耦合生物质发电系统的热利用介质是凝结水，而生物质气的热量具有不稳定的特点，采用加热凝结水的方法来利用生物质气的热量，对燃煤机组的热力系统参数的稳定性影响较大，给运行增加了复杂性。
(3)由于焦油析出等原因造成的导热油换热器损坏进而导致整个燃煤耦合生物质发电系统瘫痪，检修时间长且检修人工成本高。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统，其能够充分利用燃煤耦合生物质发电系统中生物质气的显热，并用来脱除燃煤机组脱硫废水中的有害物质，既节能又环保，而且副产品盐结晶的纯度高、附加值高。
本发明的一种利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统，包括：热管换热器，所述热管换热器包括蒸发段和冷凝段，其中，蒸发段与生物质高温燃气管道相连通，用于吸收生物质高温燃气的热量;冷凝段与再循环烟气管道相连通，用于向再循环烟气放热;
所述热管换热器用于将生物质高温燃气降温冷却，并将再循环烟气升温;降温冷却后的生物质中温燃气进入燃煤机组燃烧发电;升温后的再循环烟气进入喷雾干燥塔后与喷雾干燥塔内喷出的脱硫废水混合，之后进入除尘器入口的烟道与燃煤机组空预器出口的烟气汇合后进入除尘器中除尘;所述再循环烟气管道与除尘器除尘后的管道相连通。
进一步的，所述除尘器通过引风机与脱硫岛相连，所述再循环烟气管道从引风机后的烟道引出，且再循环烟气管道通过烟气再循环风机接至热管换热器。
进一步的，所述除尘器通过引风机与脱硫岛相连，所述再循环烟气管道从除尘器后且引风机前的烟道上引出，且再循环烟气管道通过烟气再循环风机接至热管换热器。
进一步的，所述热管换热器采用至少两根热管并联构成。
其产生的效果为：
当其中一根热管被焦油沉积过厚或各种原因故障损坏时，不影响其他热管的正常工作。
进一步的，热管换热器采用重力热管，再循环烟气管道位于生物质高温燃气管道的上方。
其产生的效果为：
热管换热器中被生物质高温燃气加热的传热介质向上方流动到热管换热器的冷凝段，并在冷凝段中对再循环烟气放热，放热后的热管传热介质受重力作用向下流动到热管换热器的蒸发段，并在蒸发段中再一次被生物质高温燃气加热，如此反复。
进一步的，所述利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统还包括脱硫废水储罐，其用于暂存燃煤机组产生的脱硫废水，当生物质气化炉投产时，再将脱硫废水储罐中的脱硫废水喷入喷雾干燥塔中。
进一步的，所述利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统还包括空预器旁路烟道，其从燃煤机组空预器前的烟道上引出并接入喷雾干燥塔，在喷雾干燥塔中，从空预器旁路烟道来的旁路烟气与脱硫废水混合后发生蒸发结晶过程;当生物质气化炉正常运行时，空预器旁路烟道上的风门关闭，空预器旁路烟道不运行。
进一步的，所述喷雾干燥塔内设有脱硫废水的喷头，脱硫废水通过喷头喷入喷雾干燥塔，并与再循环热烟气混合后发生蒸发结晶过程。
进一步的，喷雾干燥塔底部设有灰斗和仓泵，脱硫废水蒸发结晶产生的颗粒被收集到灰斗，灰斗中的颗粒积累到预设高度后通过仓泵排出。
本发明的第二目的是提供一种利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统的工作方法，其能够脱除脱硫废水中的有害物质，既节能又环保，而且副产品盐结晶的纯度高、附加值高。
本发明的一种利用生物质气显热和烟气蒸发减排脱硫废水的系统的工作方法，包括：
热管换热器将生物质高温燃气降温冷却，并将再循环烟气升温;
降温冷却后的生物质中温燃气进入燃煤机组燃烧发电;
升温后的再循环烟气进入喷雾干燥塔后与喷雾干燥塔内喷出的脱硫废水混合，实现对脱硫废水的蒸发结晶，析出的盐结晶颗粒大部分通过自然沉降进入喷雾干燥塔的灰斗;
从喷雾干燥塔出来的烟气进入除尘器入口的烟道与燃煤机组空预器出口的烟气汇合后进入除尘器中除尘;除尘后的烟气接至引风机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明利用废弃的生物质气的显热来脱除脱硫废水中的有害物质，既节能又环保，而且本发明利用的是从除尘器出口的烟气经再循环和受生物质气加热形成的热烟气，与传统采用除尘器入口前的热烟气相比，烟气的原始含尘量低，从而副产品盐结晶的纯度高、附加值高。
(2)本发明的利用生物质气显热的系统检修维护方便：当焦油沉积或各种原因导致的单根热管损坏时，其余热管仍能正常工作。与传统导热油换热器相比，热管换热器的各根热管可相对独立工作，具有对焦油沉积不敏感的优点，而且传统导热油换热器清理沉积的焦油时，需要对每根管道机械铲除焦油，而热管换热器只需快速抽出损坏的热管，然后换上新的热管即可，大大节省了检修时间和检修人工成本。
(3)本发明与现有技术中利用生物质气的显热来加热凝结水相比，由于加热凝结水对燃煤机组的热力系统影响较大，而由于生物质的产量和来源具有季节性、气化炉的故障率较高等因素，生物质气化炉的投运时间不稳定，也就是说，能利用生物质气的显热来加热凝结水的工况不是常态的工况，而且生物质气的热量具有不稳定的特点，采用加热凝结水的方法来利用生物质气的热量，对燃煤机组的热力系统参数的稳定性影响较大，给运行增加了复杂性。在优化热力系统时，如果设计点选择的是不利用生物质气的显热来加热凝结水，那么在利用生物质气的显热来加热凝结水时，能耗和火用损失达不到最低;而如果设计点选择的是利用生物质气的显热来加热凝结水，那么在不利用生物质气的显热来加热凝结水时，能耗和火用损失达不到最低。而本发明对热力系统无影响，热力系统可以按能耗和火用损失最低来设计;另一方面，无论生物质的来源是否稳定、制气是否稳定，都可以实现对脱硫废水的减排，甚至零排放。归根结底的原因在于，凝结水的加热是与电能生产紧密联系的过程，是连续的过程，而对脱硫废水的蒸发结晶是允许断续的过程，比如可以采用储存脱硫废水的方式完成时间上的断续。
