一种基于换热吸收塔的锅炉烟气余热回收系统及方法
发明领域
本发明涉及一种烟气余热回收技术，特别是涉及一种基于换热吸收塔的锅炉烟气余热回收系统及方法。
背景技术
随着社会经济的不断发展，能源需求日趋紧张，环境保护要求越来越高。锅炉作为主要的热能动力装备，而烟气则是锅炉浪费能量的主要途径，现在的工业锅炉使用中普遍存在能量利用率低，排烟温度过高，以及烟气内污染成分过高等问题。
现有锅炉烟气余热回收系统一般包括锅炉、省煤器、空气预热器和脱硫脱硝装置，工艺流程较为复杂，设备投资成本大；同时，现有技术中，省煤器往往和冷水水管直接连接，冷水进入省煤器后由于温差较大，发生低温腐蚀而影响省煤器的使用寿命。
中国发明专利申请2017103848586公开了一种深度利用锅炉烟气余热以及污染物脱除的系统，包括锅炉(1)、烟囱(10)以及依次联通在锅炉(1)和烟囱(10)之间形成烟气通路的二级省煤器(2)、脱硝催化器(18)、一级省煤器(11)、SO3初脱装置(8)、电除尘器(7)和脱硫系统(9)；所述一级省煤器(11)与SO3初脱装置(8)之间联通有高温换热器(12)；所述SO3初脱装置(8)与电除尘器(7)之间依次联通有空气预热器(5)和低温换热器(15)；所述高温换热器(12)的凝结水管路旁通一回热系统高温加热器(13)；所述低温换热器(15)的凝结水管路旁通一回热系统低温加热器(16)；外部空气经空气预热器(5)预热通入锅炉(1)进气口中。该深度利用锅炉烟气余热以及污染物脱除的系统能有效利用锅炉烟气余热，提高能源利用率，并可协同提高脱硫、脱硝以及除尘设备的脱除效率。该发明可以深度利用锅炉烟气余热，但是其存在如下缺点：该工艺需要经过多级省煤器处理，多级脱硫，还需要进行空气预热器处理，流程复杂，换热及附属设备较多，投资成本较大；该技术的脱硝催化器工作温度较高，限制了流程结构，增大了脱硝费用；该技术的喷氨系统和SO3预脱装置钙基吸收剂喷射系统均为直接将吸收剂喷射到烟气中，吸收剂与烟气中气体反应生成的固体颗粒容易进入脱硝催化器、省煤器及换热器中，造成催化剂催化活性降低和换热效率下降，并造成管道堵塞；该技术将除尘装置设置在烟道尾部，不利于烟气中粉尘颗粒的脱除，造成省煤器及换热器中粉尘颗粒堆积；该技术烟气与省煤器及换热器之间的换热系数较低，不能充分的回收烟气热量，以至于设置较多数量的换热器；脱硫系统过于复杂，不易于实施。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以省去一级省煤器以及高低温换热器的，烟气余热回收效率高的，流程简单、成本低、节能环保的基于换热吸收塔的锅炉烟气余热回收系统与方法。
针对锅炉系统能量利用率低、排放烟气不达标、工艺流程复杂、设备投资成本大，省煤器低温腐蚀等问题，本发明通过设置换热吸收塔，集脱硫脱硝和换热于一体，增加烟气与换热器传热系数，提高传热效率，提高省煤器进水温度，省去脱硫装置，并且利用氨水吸收副产氮肥，结晶装置废水进入氨溶液加料装置循环使用；经换热吸收塔后的烟气中主要污染物为NO，对该烟气进行部分循环，与新鲜空气直接混合预热，从而省去空气预热器，并抑制炉膛内的氮氧化物浓度，使得脱硝装置负荷降低。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于换热吸收塔的锅炉烟气余热回收系统，包括锅炉、静电除尘器、省煤器、增压风机、换热吸收塔、氨溶液加料装置、结晶装置、除水器、空气混合器、引风机、分流器、脱硝装置和烟囱；其特征在于，所述的换热吸收塔内部设置换热盘管；换热吸收塔的塔釜分别设有进烟口和进水口，塔釜底部设有出料口，塔顶分别设有出烟口和进料口；锅炉出烟口和静电除尘器进烟口连通，静电除尘器出烟口和省煤器进烟口连通，省煤器出烟口和换热吸收塔的进烟口连通，换热吸收塔的出烟口和除水器进烟口连通，除水器出烟口与分流器连通，分流器分别与脱硝装置和空气混合器连接；空气混合器与引风机连通后与锅炉底部的进风口连接；脱硝装置与烟囱连通；氨溶液加料装置与换热吸收塔的进料口连通，换热吸收塔的出料口连接结晶装置，结晶装置通过循环水管道与氨溶液加料装置连接，换热吸收塔的进水口与进水管连通，换热吸收塔的进水口与换热盘管进口连通，换热盘管的出口通过管道与省煤器连通，省煤器出水口通过管道与锅炉连通。
为进一步实现本发明目的，优选地，在所述的省煤器和换热吸收塔连接的管路上设置有增压风机。
优选地，所述的氨溶液加料装置为一个配料罐，配料罐设有两个进口和一个出口，其中一个进口通过循环水管道与结晶装置连接，另一个进口与氨溶液进料管连接；两个进口的管路上分别设有计量阀；出口与换热吸收塔的进料口连通；出口管路上设置有控制阀。
优选地，所述的静电除尘器采用DWS系列；所述的结晶装置采用DTB型连续冷却结晶设备。
优选地，所述的结晶装置底部设有氮肥出口。
优选地，所述的所述除水器为活性炭或分子筛。
优选地，所述的脱硝装置采用低温催化脱硝装置。
优选地，所述的氨溶液加料装置配制氨水浓度为5～20％wt。
应用所述系统的锅炉烟气余热回收方法：来自锅炉出烟口的温度为450～550℃的高温烟气依次进入静电除尘器、省煤器和换热吸收塔；氨溶液通过喷淋方式从换热吸收塔顶部喷入，烟气从换热吸收塔底部进入，烟气与换热吸收塔内氨水溶液反应并放出热量，加热换热盘管内进水，与换热吸收塔连通的进水管进水温度为15～25℃，在换热盘管内被加热至60～80℃；在省煤器中，经过省煤器换热后烟气温度为180～240℃，换热吸收塔换热后的进水与省煤器中烟气进行热交换，进水被加热至100～130℃，进水进入锅炉中；换热吸收塔出口的烟气温度为70～90℃，换热吸收塔出口的烟气通过除水器进入分流器，分流器将除水器出烟口的烟气体积的90-95％通入脱硝装置，5～10％烟气进入空气混合器，进入空气混合器的烟气与来自引风机12的新鲜空气均匀混合后进入锅炉底部。
优选地，保持氨溶液的液位没过换热盘管，为换热吸收塔高度的1/2～2/3，氨溶液稳定吸收烟气中酸性气体，吸收烟气中酸性气体的氨溶液通过出料口进入结晶装置，结晶装置离心后的废水循环至氨溶液加料装置，结晶装置离心后的产物氮肥通过氮肥出口出料。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1)本发明通过设置换热吸收塔，集脱硫脱硝和换热于一体，烟气直接与氨水接触并加热换热盘管中的锅炉进水可增加传热系数，提高传热效率，提高省煤器进水温度，减少省煤器低温腐蚀，省去脱硫装置，并且利用氨水吸收副产氮肥，结晶装置废水进入氨溶液加料装置循环使用。
2)本发明设置静电除尘器在省煤器之前可有效防止省煤器灰尘堆积导致的传热效率下降，降低省煤器维护成本；经换热吸收塔后的烟气中主要污染物为NO，对该烟气进行部分循环，与新鲜空气直接混合加热，从而省去空气预热器，并抑制炉膛内的氮氧化物浓度，降低脱硝装置负荷。
3)本发明将脱硝塔设置在烟囱前面，配合换热吸收塔的运行，可以最大可能的回收烟气余热。
4)本发明通过设置除水器可除去烟气中水蒸汽，减少设备腐蚀，同时进一步吸收酸性气体。
5)本发明通过设置空气混合器，可将部分含氮烟气循环燃烧，抑制锅炉中氮的氧化反应，同时利用该部分烟气余热对新鲜空气进行预热，提高传热效率，省去空气预热器。
6)本发明较中国发明专利申请2017103848586可大大简化工艺流程，烟气余热回收充分，具有流程简单、节能环保、经济效益高的优点，易于工业实施。
7)本发明采用烟气循环技术，可进一步回收烟气余热并省去空气预热器，通过循环部分烟气抑制氮氧化物的生成，降低脱硝装置负荷。
附图说明
图1为本发明一种基于换热吸收塔的锅炉烟气余热回收系统的结构示意图。
图中示出：锅炉1、静电除尘器2、省煤器3、换热吸收塔4、氨溶液加料装置5、结晶装置6、除水器7、空气混合器8、脱硝装置9、增压风机10、分流器11、引风机12、烟囱13、进水管14、氨水进口管15、空气进口16、循环水管道17、氮肥出口18。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限如此。
如图1所示，一种基于换热吸收塔的锅炉烟气余热回收系统，包括锅炉1、静电除尘器2、省煤器3、增压风机10、换热吸收塔4、氨溶液加料装置5、结晶装置6、除水器7、空气混合器8、引风机12、分流器11、脱硝装置9和烟囱13；换热吸收塔4内部设置换热盘管；换热吸收塔4的塔釜分别设有进烟口和进水口，塔釜底部设有出料口，塔顶分别设有出烟口和进料口；锅炉1出烟口和静电除尘器2进烟口连通，静电除尘器2出烟口和省煤器3进烟口连通，省煤器3出烟口和换热吸收塔4的进烟口连通，换热吸收塔4的出烟口和除水器7进烟口连通，除水器7出烟口与分流器11连通，分流器11分别与脱硝装置9和空气混合器8连接；空气混合器8与引风机12连通后与锅炉1底部的进风口连接；脱硝装置9与烟囱13连通；氨溶液加料装置5与换热吸收塔4的进料口连通，换热吸收塔4的出料口连接结晶装置6，结晶装置6通过循环水管道17与氨溶液加料装置5连接，结晶装置6离心后的废水循环至氨溶液加料装置5；换热吸收塔4的进水口与进水管14连通，换热吸收塔的进水口与换热盘管进口连通，换热盘管的出口通过管道与省煤器3连通，省煤器3出水口通过管道与锅炉1连通。
换热吸收塔4为内部设置换热盘管的吸收塔。进水管14进水温度为15～25℃，经换热吸收塔4中热盘管热交换，被加热至60～80℃；锅炉1烟气出口温度为450～550℃，经过省煤器3换热后烟气温度为180～240℃，可将从换热吸收塔4换热后的锅炉进水加热至100～130℃。氨溶液通过喷淋方式换热吸收塔4顶部喷入，保持换热吸收塔液位在换热吸收塔高度的1/2～2/3，可稳定吸收烟气中酸性气体，氨溶液加料和结晶可实现连续操作。结晶装置6通过循环水管道17与氨溶液加料装置5连接；结晶装置6离心后的废水循环至氨溶液加料装置5。换热盘管里内流入锅炉进水，烟气从换热吸收塔底部进入，与塔内氨水溶液反应并放出热量，从而加热换热盘管内锅炉进水，与直接用烟气加热盘管相比可提高传热系数，提高换热效率，并且可以省去后续的脱硫装置，得到副产亚硫酸铵、硝酸铵等氮肥。
氨溶液加料装置5为一个配料罐，配料罐设有两个进口和一个出口，其中一个进口通过循环水管道17与结晶装置6连接，另一个进口与氨溶液进料管连接；两个进口的管路上分别设有计量阀，通过一定的比例进行加料氨水和循环水；出口与换热吸收塔4的进料口连通；出口管路上设置有控制阀；氨溶液加料装置5通过新鲜水或结晶装置循环水配制适宜浓度的氨水溶液加入到换热吸收塔中。
静电除尘器2优选为广东居峰环保科技有限公司生产DWS系列。通过在锅炉1烟气通道出口处设置静电除尘器2，可有效降低烟气中粉尘颗粒含量，减少省煤器中粉尘颗粒堆积，提高省煤器换热效率和降低设备维护成本。
省煤器3为锅炉进水加热器，锅炉烟气通过省煤器可以对锅炉进水进行预加热，回收烟气热量，节约煤炭用量，省煤器生产厂家优选为山东旭东热力设备有限公司。
结晶装置6将换热吸收塔的塔釜溶液进行离心等操作得到氮肥，循环水去往氨溶液加料装置，结晶装置与氨溶液加料装置为连续操作过程，以维持换热吸收塔中液位在一定高度。结晶装置6优选采用成都程德化工科技有限责任公司DTB型连续冷却结晶设备。
除水器7优选采用广州鑫瓷环保材料有限公司中空玻璃分子筛。除水器7也可采用活性炭。经过除水器7出烟口的烟气大部分通入脱硝装置9，少部分进入空气混合器8与来自引风机12的新鲜空气均匀混合后进入锅炉1底部，可减少锅炉进气中N2含量，含NO循环烟气可以使炉膛内氮氧化物生成反应平衡向左移动，抑制氮氧化物的生成。优选地，进入空气混合器8的循环烟气量占除水器7出烟口烟气体积的5～10％。
通过设置除水器7可除去烟气中水蒸汽，减少设备腐蚀，同时进一步吸收酸性气体；通过设置空气混合器8，可将部分含氮烟气循环燃烧，抑制锅炉中氮的氧化反应，同时利用该部分烟气余热对新鲜空气进行预热，提高传热效率，省去空气预热器；通过设置脱硝装置9，可对烟气进一步脱硝。
脱硝装置9优选采用成都国化环保科技有限公司低温催化脱硝装置，该装置可在低温烟气条件下进行催化脱硝操作，将烟气中NO与NH3气化混合在催化剂作用下生成N2和H2O。
通过设置换热吸收塔4，可以吸收烟气中的SO2、NO2等溶于水的酸性气体，同时对一次管网进水进行预热，相比用烟气直接加热可提高传热系数，从而提高传热效率(根据传热系数公式可知，总传热系数接近于传热系数较小的一侧，而水的传热系数较空气大，所以采用液液相换热较气液相换热的传热系数高；并且氨水与酸性气体的化学反应为放热反应，能够提供额外的热量，从而提高总传热效率。)，同时利用氨水中和吸收可减少设备腐蚀，并得到副产氮肥。
优选的，在所述省煤器3和换热吸收塔4连通的管道上设置有增压风机10。
优选的，所述氨溶液加料装置5配制氨水浓度为5～20％wt。
优选的，结晶装置6底部设有氮肥出口18。
一种基于换热吸收塔的锅炉烟气余热回收方法：来自锅炉出烟口的温度为450～550℃的高温烟气依次进入静电除尘器2、省煤器3和换热吸收塔4；氨溶液通过喷淋方式从换热吸收塔4顶部喷入，烟气从换热吸收塔底部进入，烟气与换热吸收塔4内氨水溶液反应并放出热量，加热换热盘管内进水，保持氨溶液的液位没过换热盘管，为换热吸收塔高度的1/2～2/3，氨溶液稳定吸收烟气中酸性气体，吸收烟气中酸性气体的氨溶液通过出料口进入结晶装置6，结晶装置6离心后的废水循环至氨溶液加料装置5，结晶装置6离心后的产物氮肥通过氮肥出口18出料；与换热吸收塔4连通的进水管14进水温度为15～25℃，在换热盘管内被加热至60～80℃；在省煤器3中，经过省煤器3换热后烟气温度为180～240℃，换热吸收塔4换热后的进水与省煤器3中烟气进行热交换，进水被加热至100～130℃，进水进入锅炉1中；换热吸收塔4出口的烟气温度为70～90℃，换热吸收塔4出口的烟气通过除水器7进入分流器11，分流器11将除水器7出烟口的烟气体积的90-95％通入脱硝装置9，5～10％烟气进入空气混合器，进入空气混合器的烟气与来自引风机12的新鲜空气均匀混合后进入锅炉1底部。
相对于中国发明专利申请2017103848586，本发明将静电除尘器2设置在烟气通道出口，从烟气上游降低烟气中粉尘颗粒含量，减少省煤器粉尘颗粒堆积，提高省煤器换热效率和降低设备维护成本，同时将脱硝塔设置在烟囱前面，可以最大可能的回收烟气余热。
本发明较中国发明专利申请2017103848586可大大简化工艺流程，烟气余热回收充分，经济效益显著，节能环保，易于工业实施。本发明设置换热吸收塔4，通过烟气与氨水的直接接触吸收并加热换热盘管中锅炉进水，可以提高换热吸收塔的换热系数，提高锅炉进水的换热效率，从而减少省煤器低温腐蚀，省去不必要的一级省煤器以及高低温换热器，并且利用氨水化学吸收烟气中的SO2、NO2等酸性气体副产氮肥，保持换热吸收塔中液位在一定范围，氨水采用喷淋方式，可有效吸收SO2、NO2等酸性气体，省去后续脱硫装置；尤其是本发明采用烟气循环技术，可进一步回收烟气余热并省去空气预热器，通过循环部分烟气抑制氮氧化物的生成，降低脱硝装置负荷。
本发明通过设置除水器可除去烟气中水蒸汽，减少设备腐蚀，同时进一步吸收酸性气体。
本发明通过设置空气混合器，可将部分含氮烟气循环燃烧，抑制锅炉中氮的氧化反应，同时利用该部分烟气余热对新鲜空气进行预热，提高传热效率，省去空气预热器。
本发明与现有技术相比，通过设置换热吸收塔，集脱硫脱硝和换热于一体，烟气直接与氨水接触并加热换热盘管中的锅炉进水可增加传热系数，提高传热效率，提高省煤器进水温度，减少省煤器低温腐蚀，省去脱硫装置，并且利用氨水吸收副产氮肥，结晶装置废水进入氨溶液加料装置循环使用；设置静电除尘器在省煤器之前可有效防止省煤器灰尘堆积导致的传热效率下降，降低省煤器维护成本；经换热吸收塔后的烟气中主要污染物为NO，对该烟气进行部分循环，与新鲜空气直接混合加热，从而省去空气预热器，并抑制炉膛内的氮氧化物浓度，降低脱硝装置负荷。本发明具有流程简单、节能环保、经济效益高的优点。
上述实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
