一种垃圾焚烧系统烟气余热回收装置
阅读说明:本技术 一种垃圾焚烧系统烟气余热回收装置 (Waste incineration system flue gas waste heat recovery device ) 是由 凌佩武 叶龙祥 张维辉 郝琦 徐晓芳 于 2021-08-25 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种垃圾焚烧系统烟气余热回收装置,包括垃圾焚烧处理装置、具有喷射器的吸收塔和具有喷淋装置的溶液发生塔,溶液发生塔与吸收塔的喷射器相连通。经垃圾焚烧处理装置焚烧处理后的烟气分别进入吸收塔和溶液发生塔,喷射器喷出高浓度液体吸湿剂吸收烟气中的水蒸汽而变成低浓度溶液,低浓度溶液通过热交换装置将热量传导给热水管网;此时的低浓度溶液由溶液发生塔内的喷淋装置向下喷出,与溶液发生塔内的烟气接触换热,低浓度溶液升温蒸发掉水分而变成高浓度的液体吸湿剂,高浓度的液体吸湿剂重新进入吸收塔吸湿。本发明可充分回收烟气中的余热,并降低烟气露点温度,避免烟气结露腐蚀烟囱,可提高垃圾发电厂的热效率。(The invention discloses a flue gas waste heat recovery device of a waste incineration system, which comprises a waste incineration treatment device, an absorption tower with an ejector and a solution generation tower with a spraying device, wherein the solution generation tower is communicated with the ejector of the absorption tower. The flue gas incinerated by the garbage incineration device respectively enters an absorption tower and a solution generation tower, a high-concentration liquid hygroscopic agent is sprayed by an ejector to absorb water vapor in the flue gas and change the water vapor into a low-concentration solution, and the low-concentration solution transmits heat to a hot water pipe network through a heat exchange device; the low-concentration solution is sprayed downwards by a spraying device in the solution generating tower and contacts with the flue gas in the solution generating tower to exchange heat, the low-concentration solution is heated to evaporate water to become a high-concentration liquid moisture absorbent, and the high-concentration liquid moisture absorbent enters the absorption tower again to absorb moisture. The invention can fully recover the waste heat in the flue gas, reduce the dew point temperature of the flue gas, avoid the flue gas from dewing and corroding a chimney and improve the heat efficiency of a garbage power plant.)
技术领域
本发明生活垃圾焚烧烟气处理及余热回收技术领域,具体涉及一种垃圾焚烧系统烟气余热回收装置。
背景技术
垃圾焚烧处理因其无害化程度高、减容量大、可回收热能(发电、供热)、处理及时等一系列优点而备受关注,许多城市均建设垃圾焚烧发电厂对生活垃圾进行处理。在现有技术中,人们通常先使垃圾在垃圾焚烧锅炉中焚烧产生高温烟气,高温烟气在余热锅炉中进行回收利用,温度降低的烟气进入烟气净化系统净化处理,处理后的烟气即可向外排出。目前,经过净化处理后的烟气温度一般在130-160℃之间,烟气中的含水量在28%左右,也就是说,此时的烟气尚有大量的“余热”存在,如果直接排放烟气,将造成热能的浪费,与此同时,含水量高的烟气在排放时会形成大量的白色烟羽。净化处理后烟气中的余热主要包括烟气显热和水蒸汽液化潜热两部分,而现有的余热回收利用技术对于水蒸汽液化潜热的回收率极低。特别是,当烟气温度降低至露点以下时,烟气冷凝水会造成设备及烟囱腐蚀。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种垃圾焚烧系统烟气余热回收装置,可充分回收烟气中的余热,同时可降低烟气露点温度,以避免因余热利用造成烟气结露腐蚀烟囱,在提高垃圾发电厂热效率的同时,有效地消除白色烟羽的产生。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种垃圾焚烧系统烟气余热回收装置,包括用于焚烧垃圾的垃圾焚烧炉、用于将烟气的热量转换成蒸汽进行发电的余热锅炉、对烟气进行净化处理的后处理装置、用于提供热水的热水管网、包括供热端和吸热端的热交换装置,所述热交换装置的吸热端连接在热水管网上,还包括通过管路与后处理装置并联的吸收塔和溶液发生塔,所述吸收塔内设有喷射器,所述溶液发生塔内设有喷淋装置,吸收塔通过第一输出管道与热交换装置的供热端相连通,热交换装置的供热端通过供热管路与溶液发生塔内的喷淋装置相连通,所述溶液发生塔通过第二输出管路与吸收塔的喷射器相连通,余热回收装置工作步骤如下:
a.垃圾先在垃圾焚烧炉内焚烧,以形成高温烟气,高温烟气进入余热锅炉释放热量,产生用于发电的蒸汽;
b.烟气经过后处理装置的净化处理后,一部分进入吸收塔,另一部分进入溶液发生塔;
c.吸收塔内的喷射器喷出高浓度的液体吸湿剂,高浓度的液体吸湿剂吸收进入吸收塔的烟气中的水蒸汽和热量,从而变成温度升高的低浓度溶液,低浓度溶液通过第一输出管道进入热交换装置的供热端散发热量,热交换装置的吸热端将热量传导给热水管网以增加热水管网的温度;
d.从热交换装置流出的温度变低的低浓度溶液进入溶液发生塔内,并通过喷淋装置向下喷出,温度变低的低浓度溶液与进入溶液发生塔内的烟气充分接触换热,烟气的温度降低,而温度变低的低浓度溶液升温,低浓度溶液中的水分蒸发成水蒸汽,继而变成高浓度的液体吸湿剂,高浓度的液体吸湿剂再通过第二输出管路进入吸收塔,并通过喷射器向下喷出,从而实现液体吸湿剂的循环流动。
我们知道,高浓度的液体吸湿剂具有良好的除湿效果,从而变成低浓度的液体吸湿剂。当低浓度的液体吸湿剂受热蒸发后,又会变成高浓度的液体吸湿剂,从而恢复其良好的除湿效果。本发明巧妙地利用了液体吸湿剂的这一特性,先向吸收塔内喷射高浓度的液体吸湿剂,以吸收进入吸收塔的烟气中的水蒸汽,吸收水蒸汽后的液体吸湿剂浓度降低、温度升高,变成温度升高的低浓度溶液。然后低浓度溶液通过热交换装置将热量传递给热水管网,以充分利用烟气的余热。接着,温度降低的低浓度溶液进入溶液发生塔内通过喷淋装置向下喷出,与进入溶液发生塔内的烟气充分接触换热,使烟气的温度降低,低浓度溶液升温,此时,低浓度溶液中的水分蒸发成水蒸汽,低浓度溶液重新变成高浓度的液体吸湿剂,并通过第二输出管路重新进入吸收塔内。
也就是说,本发明使液体吸湿剂在吸收塔和溶液发生塔之间循环流动,即可有效地利用烟气的余热,提升热能的利用率,又可有效地去除烟气中的水蒸汽含量,避免烟气结露腐蚀烟囱,进而有利于消除烟气向外排放时白色烟羽的产生。
作为优选,在第一输出管道上设有第一循环泵:在第二输出管道上设有第二循环泵,从而可提升第一输出管道、第二输出管道内液体的流速,继而加快烟气处理的效率,并可避免液体出现滞留现象。
作为优选,所述液体吸湿剂为溴化锂溶液。
高浓度的溴化锂溶液具有良好的吸湿效果,并且溴化锂溶液毒性较低。尤其是,通过管道在吸收塔和溶液发生塔内部循环流动的溴化锂溶液中的含氧量较低,因而对金属的腐蚀性不高。
作为优选,在连接后处理装置与溶液发生塔的管路上设有烟气阀门。
烟气阀门可有效地控制进入溶液发生塔的烟气量。也就是说,我们可根据实际需要,使大部分的烟气进入吸收塔,少部分的烟气则有控制地进入溶液发生塔,以实现两个塔内烟气的均衡匹配,最大限度地提升烟气余热的利用效率。
作为优选,还包括冷凝塔,所述冷凝塔通过设置在中部的管路与溶液发生塔的上部相连通,所述冷凝塔通过设置在顶部的管路与连接吸收塔和后处理装置的管路相连通,冷凝塔底部设有冷凝水出口,冷凝塔内设有喷射器;
在步骤d中,溶液发生塔内的烟气及水蒸汽进入冷凝塔,与冷凝塔内从喷射器喷出的低温冷凝水换热,烟气和部分没有冷凝的水蒸汽进入吸收塔,从而继续步骤c,由水蒸汽冷凝形成的冷凝水则通过冷凝水出口向外输出。
在本方案中,进入到溶液发生塔内的烟气、以及由低浓度溶液蒸发形成的水蒸汽可通过管路进入冷凝塔内,冷凝塔内的冷凝水通过喷射器向下喷出,继而与烟气及水蒸汽发生充分接触换热,大部分的水蒸汽冷凝成冷凝水,而少部分未冷凝的水蒸汽连通烟气一起回到吸收塔内重新开始前述的循环步骤。此时,冷凝水通过冷凝水出口向外输出,从而有效地消除由烟气中的水分转换而成的水蒸汽,进一步避免烟气结露腐蚀烟囱,并有利于消除烟气向外排放时白色烟羽的产生。
作为优选,所述冷凝水出口通过管路与另一个热交换装置的供热端相连通,该交换装置的吸热端连接在热水管网上。
可以理解的是,冷凝塔内喷射出的低温冷凝水在冷凝水蒸汽、并形成的冷凝水温度较原有的低温冷凝水温度会有所升高,为此,本发明将该冷凝水通过另一个热交换装置为热水管网供热升温,从而可进一步利用烟气的余热,提升热效率。与此同时,换热后的冷凝水温度有所降低,从而成为冷凝水蒸汽的低温冷凝水。
也就是说,通过一个热交换装置,既可有效地提升烟气余热的充分利用,又可实现冷凝水的循环重复利用。当然,我们可在冷凝水出口旁通设置一个外排阀门,当冷凝塔内的冷凝水过多时,可通过外排阀门向外排出部分多余的冷凝水,以确保冷凝塔的正常循环使用。
作为优选,所述热交换装置为水-溶液板式换热器。
我们知道,水-溶液板式换热器具有换热效率高、耐高温、占用空间少,阻力小等优点,因此,当其用于本发明时,可最大限度地提升烟气余热的利用,并有利于热水管网的快速升温。
因此,本发明具有如下有益效果:可充分回收烟气中的余热,同时可降低烟气露点温度,以避免因余热利用造成烟气结露腐蚀烟囱,在提高垃圾发电厂热效率的同时,有效地消除白色烟羽的产生。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图中:1、垃圾焚烧炉 2、余热锅炉 31、中和塔 32、除尘器 4、热水管网 5、热交换装置 51、供热端 52、吸热端 6、吸收塔 61、喷射器 62、第一输出管道 63、第一循环泵 7、溶液发生塔 71、喷淋装置 72、第二输出管路 73、第二循环泵 74、烟气阀门 8、冷凝塔 81、冷凝水出口 9、烟囱 91、引风机。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所示,一种垃圾焚烧系统烟气余热回收装置,包括垃圾焚烧处理装置和烟气余热回收装置,其中的垃圾焚烧处理装置包括用于焚烧垃圾的垃圾焚烧炉1、用于将烟气的热量转换成蒸汽进行发电的余热锅炉2、对烟气进行净化处理的后处理装置。当然,本发明还包括用于提供热水的热水管网4、包括供热端51和吸热端52的热交换装置5,所述热交换装置的吸热端连接在热水管网上,所述热交换装置的供热端将本发明中有烟气产生的余热与吸热端进行热交换,继而将热量通过所述热交换装置的吸热端传导给热水管网,以使热水管网的热水升温,供下游用户使用。
此外,烟气余热回收装置包括通过管路与后处理装置并联的吸收塔6和溶液发生塔7,所述吸收塔内设有喷射器61,所述溶液发生塔内设有喷淋装置71,吸收塔通过第一输出管道62与第一个热交换装置的供热端相连通,热交换装置的供热端通过供热管路与溶液发生塔内的喷淋装置相连通,所述溶液发生塔通过第二输出管路72与吸收塔的喷射器相连通,
需要说明的是,其中的后处理装置包括和余热锅炉通过管路相连接的中和塔31、通过管路和中和塔相连接的除尘器32,中和塔内设有消石灰喷射装置,在连接中和塔与除尘器的管路上设有活性炭喷射装置,而垃圾焚烧炉通过管路和余热锅炉相连接,余热锅炉通过管路和后处理装置中的中和塔相连接,本发明的烟气余热回收装置则设置在除尘器的后面。
当垃圾在垃圾焚烧炉内焚烧并产生高温烟气后,高温烟气流通到余热锅炉处产生用于发电的蒸汽,并使烟气的温度有所降低。然后烟气进入中和塔内,与消石灰喷射装置喷出的粉末状消石灰反应而消除烟气中的酸性污染物。接着烟气通过管路进入除尘器,设置在管路上的活性炭喷射装置所喷出的活性炭可吸收烟气中的二噁英污染物。然后,除尘器可将脱除进入除尘器的烟气中的粉尘,以净化烟气。此时,烟气的温度降低至130-160℃之间,烟气中的含水量大约在28%左右。
下面,详细描述一下本发明的工作步骤:
a.垃圾先在垃圾焚烧炉内焚烧,以形成高温烟气,高温烟气进入余热锅炉释放热量,产生用于发电的蒸汽。其中,高温烟气的温度大致在180-240℃之间;
b.烟气经过后处理装置的净化处理后,变成净化的烟气,该净化的烟气一部分进入吸收塔,另一部分进入溶液发生塔;
c.吸收塔内的喷射器喷出高浓度的液体吸湿剂,高浓度的液体吸湿剂吸收进入吸收塔的烟气中的水蒸汽和热量,从而变成温度升高的低浓度溶液(即稀释后的液体吸湿剂),低浓度溶液通过第一输出管道进入第一个热交换装置的供热端散发热量,第一个热交换装置的吸热端将热量传导给热水管网以增加热水管网的温度;
d.从第一个热交换装置流出的温度变低的低浓度溶液进入溶液发生塔内,并通过喷淋装置向下喷出,温度变低的低浓度溶液与进入溶液发生塔内的烟气充分接触换热,烟气的温度降低,而温度变低的低浓度溶液升温,此时,低浓度溶液中的水分被蒸发成水蒸汽,相应地,低浓度溶液因脱水而变成高浓度的液体吸湿剂,该高浓度的液体吸湿剂再通过第二输出管路进入吸收塔,并通过喷射器向下喷出,从而实现液体吸湿剂的循环流动。
我们知道,高浓度的液体吸湿剂具有良好的除湿效果,从而变成低浓度的液体吸湿剂。当低浓度的液体吸湿剂受热蒸发后,又会变成高浓度的液体吸湿剂,从而恢复其良好的除湿效果。本发明巧妙地利用了液体吸湿剂的这一特性,先向吸收塔内喷射高浓度的液体吸湿剂,以吸收进入吸收塔的烟气中的水蒸汽,吸收水蒸汽后的液体吸湿剂浓度降低、温度升高,变成温度升高的低浓度溶液。然后低浓度溶液通过热交换装置将热量传递给热水管网,以充分利用烟气的余热。接着,温度降低的低浓度溶液进入溶液发生塔内通过喷淋装置向下喷出,与进入溶液发生塔内的烟气充分接触换热,使烟气的温度降低,低浓度溶液升温,此时,低浓度溶液中的水分蒸发成水蒸汽,低浓度溶液重新变成高浓度的液体吸湿剂,并通过第二输出管路重新进入吸收塔内。
也就是说,本发明使液体吸湿剂在吸收塔和溶液发生塔之间循环流动,即可有效地利用烟气的余热,提升热能的利用率,又可有效地去除烟气中的水蒸汽含量,避免烟气结露腐蚀烟囱,进而有利于消除烟气向外排放时白色烟羽的产生。
需要说明的是,我们还可在吸收塔和溶液发生塔之间设置第二个热交换装置,第二个热交换装置的供热端设置在第二输出管路上,第二个热交换装置的吸热端设置在连接第一个热交换装置的供热端与喷淋装置的管路上。这样,经过第一个热交换装置换热降温的低浓度溶液可先和在第二输出管路中流动的温度较高的高浓度的液体吸湿剂进行热交换,以预先提升低浓度溶液的温度,便与其在溶液发生塔内受热而蒸发点其中的水分。
优选地,液体吸湿剂为溴化锂溶液。我们知道,高浓度的溴化锂溶液具有良好的吸湿效果,并且溴化锂溶液毒性较低。尤其是,通过管道在吸收塔和溶液发生塔内部循环流动的溴化锂溶液中的含氧量较低,因而对金属的腐蚀性不高,有利于长时间的使用。
进一步地,我们还可在第一输出管道上设置第一循环泵63:在第二输出管道上设置第二循环泵73,从而可提升第一输出管道、第二输出管道内液体的流速,便于低浓度溶液从喷淋装置呈雾化状向下喷出,有利于低浓度溶液与烟气的充分接触,继而加快烟气处理的效率,并可避免液体出现滞留现象。
为了合理地调节进入吸收塔和溶液发生塔中烟气的比例,我们可在连接后处理装置与溶液发生塔的管路上设置烟气阀门74,以精确控制进入溶液发生塔的烟气量,继而调节进入吸收塔和溶液发生塔中烟气的比例。可以理解的是,我们可根据实际需要,使大部分的烟气进入吸收塔,少部分的烟气则有控制地进入溶液发生塔,以实现两个塔内烟气的均衡匹配,最大限度地提升烟气余热的利用效率。
作为一种优选方案,本发明还包括冷凝塔8,所述冷凝塔通过设置在中部的管路与溶液发生塔的上部相连通,所述冷凝塔通过设置在顶部的管路与连接吸收塔和后处理装置的管路相连通。此外,在冷凝塔底部设置冷凝水出口81,冷凝塔内设置用于喷射低温冷凝水的喷射器。
这样,在步骤d中,溶液发生塔内的烟气及水蒸汽进入冷凝塔,与冷凝塔内从喷射器喷出的低温冷凝水换热,此时,烟气中大部分的水蒸汽被冷凝形成冷凝水,由水蒸汽冷凝形成的冷凝水通过冷凝水出口向外输出,而烟气中部分没有冷凝的水蒸汽以及烟气则进入吸收塔,从而继续前述的步骤c。
在本方案中,进入到溶液发生塔内的烟气、以及由低浓度溶液蒸发形成的水蒸汽通过管路进入冷凝塔内,冷凝塔内的冷凝水通过喷射器向下喷出,继而与烟气及水蒸汽发生充分接触换热,大部分的水蒸汽冷凝成冷凝水,而少部分未冷凝的水蒸汽连通烟气一起回到吸收塔内重新开始前述的循环步骤。此时,冷凝水通过冷凝水出口向外输出,从而有效地消除由烟气中的水分转换而成的水蒸汽,进一步避免烟气结露腐蚀烟囱,并有利于消除烟气向外排放时白色烟羽的产生。
进一步地,所述冷凝水出口通过管路与第三个热交换装置的供热端相连通,第三个交换装置的吸热端连接在热水管网上。
可以理解的是,冷凝塔内喷射出的低温冷凝水在冷凝水蒸汽并形成冷凝水时,其温度较原有的低温冷凝水温度会有所升高,为此,本发明将该冷凝水通过第三个热交换装置为热水管网供热升温,从而可进一步利用烟气的余热,提升热效率。与此同时,与第三热交换装置换热后的冷凝水温度会有所降低,从而成为冷凝水蒸汽的低温冷凝水,实现冷凝水的循环利用。
也就是说,通过第三个热交换装置,既可有效地提升烟气余热的充分利用,又可实现冷凝水的循环重复利用。当然,我们可在冷凝水出口旁通设置一个外排阀门,当冷凝塔内的冷凝水过多时,可通过外排阀门向外排出部分多余的冷凝水,以确保冷凝塔的正常循环使用。另外,在连接冷凝水出口与第三个热交换装置的供热端的管路上上可设置一个循环泵。
需要说明的是,本发明中的热交换装置可采用水-溶液板式换热器。由于水-溶液板式换热器具有换热效率高、耐高温、占用空间少,阻力小等优点,因此,当其用于本发明时,可最大限度地提升烟气余热的利用,并有利于热水管网的快速升温。
最后,我们还需要在吸收塔上部设置与烟囱9连通的管路,并在管路上设置引风机91,引风机可将降温除湿后的烟气输送至烟囱,并通过烟囱向外排出。当然,与后处理装置连接的管路应设置在吸收塔的下部,一方面便于进入吸收塔的烟气与液体吸湿剂进行充分的接触,另一方面,避免刚刚进入吸收塔的烟气直接被引风机输送到烟囱向外排出。
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