梯级利用烟气废热浓缩溶液的水电联产系统论文和设计-童乐

全文摘要

本实用新型公开了一种梯级利用烟气废热浓缩溶液的水电联产系统，属于能源与动力领域。其特征在于：该系统无机盐稀溶液（2）在加热器（9）中吸收烟气（1）热量，实现废热回收。加热后的稀溶液进入到加湿塔（10），与低温干空气（3）传热传质，空气（3）温度升高，含湿量增大，再进入换热器（13）与有机工质（4）传热传质，空气（3）温度降低，析出水分，低温空气（3）进入气液分离器（14）分出的空气经风机（15）再次进入加湿填料塔（10）开始下一轮循环。该系统利用空气在不同温度下载湿能力的差异，通过加湿塔内空气‑稀溶液直接接触进行传热传质，实现无机盐稀溶液的浓缩。实现能量的梯级利用，利用率高，节能效果好。

主设计要求

1.一种梯级利用烟气废热浓缩溶液的水电联产系统，其特征在于：该系统包括溶液泵（8），加热器（9），加湿塔（10），分流器（11），浓溶液罐（12），换热器（13），气液分离器（14），风机（15），淡水罐（16），透平（17），冷凝器（18），泵（19）；加热器（9）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；加湿塔（10）包括稀溶液进口、稀溶液出口、空气进口和空气出口；分流器（11）包括浓溶液进口、第一出口和第二出口；换热器（13）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口、冷侧出口和纯水出口；气液分离器（14）包括气液混合物入口，第一出口和第二出口；加热器（9）热侧进口接高温烟气（1），热侧出口排出低温烟气；加热器（9）冷测出口与加湿塔（10）稀溶液进口相连，加湿塔（10）溶液出口与分流器（11）浓溶液入口相连，分流器（11）第一出口与浓溶液罐（12）相连；分流器（11）第二出口以及外部无机盐稀溶液（2）同时通过溶液泵（8）与加热器（9）冷测入口相连；加湿塔（10）气体出口与换热器（13）热侧进口相连；换热器（13）热侧出口与气液分离器（14）入口相连，气液分离器（14）第一出口经风机（15）与加湿塔（10）干空气入口相连，第二出口与淡水罐（16）相连；泵（19）出口与换热器（13）冷测进口相连，换热器（13）冷测出口经透平（17）与冷凝器（18）热侧进口相连，冷凝器（18）热侧出口与泵（19）进口相连；冷凝器（18）冷测进口接冷却水（5），冷测出口排出高温冷却水（5）。

设计方案

1.一种梯级利用烟气废热浓缩溶液的水电联产系统，其特征在于：

该系统包括溶液泵（8），加热器（9），加湿塔（10），分流器（11），浓溶液罐（12），换热器（13），气液分离器（14），风机（15），淡水罐（16），透平（17），冷凝器（18），泵（19）；

加热器（9）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；

加湿塔（10）包括稀溶液进口、稀溶液出口、空气进口和空气出口；

分流器（11）包括浓溶液进口、第一出口和第二出口；

换热器（13）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口、冷侧出口和纯水出口；

气液分离器（14）包括气液混合物入口，第一出口和第二出口；

加热器（9）热侧进口接高温烟气（1），热侧出口排出低温烟气；

加热器（9）冷测出口与加湿塔（10）稀溶液进口相连，加湿塔（10）溶液出口与分流器（11）浓溶液入口相连，分流器（11）第一出口与浓溶液罐（12）相连；分流器（11）第二出口以及外部无机盐稀溶液（2）同时通过溶液泵（8）与加热器（9）冷测入口相连；加湿塔（10）气体出口与换热器（13）热侧进口相连；换热器（13）热侧出口与气液分离器（14）入口相连，气液分离器（14）第一出口经风机（15）与加湿塔（10）干空气入口相连，第二出口与淡水罐（16）相连；

泵（19）出口与换热器（13）冷测进口相连，换热器（13）冷测出口经透平（17）与冷凝器（18）热侧进口相连，冷凝器（18）热侧出口与泵（19）进口相连；

冷凝器（18）冷测进口接冷却水（5），冷测出口排出高温冷却水（5）。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种梯级利用烟气废热浓缩溶液的水电联产系统，属于能源与动力领域。

背景技术

工业排烟温度较高，是一种高品位的中低温热源。对烟气废热进行回收利用实现能量的梯级利用可以起到很好的节能效果。

无机盐溶液的浓缩的方法有蒸馏法、冷冻法、电渗析法和反渗透法,能在工程上大规模使用技术为蒸馏法和反渗透法，其中蒸馏法又分为多级闪蒸和多效蒸馏，且以多效蒸馏为主。但是对于一些有腐蚀性的盐溶液来说，难以用简单的方法进行溶液浓缩。

鉴于目前溶液浓缩的方法存在的问题以及浓缩具有腐蚀性盐溶液存在的问题，有必要提出一种可以对一些具有腐蚀性的无机盐溶液进行浓缩的方法，并同时可以达到提取纯水的目的解决水资源短缺问题。鉴于目前能源紧缺问题，有必要对工业排烟热量实现梯级利用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种能够对废热实现梯级利用，且换热效率高，同时可以对外输出电的梯级利用烟气废热浓缩溶液的水电联产系统及方法。

该系统包括溶液泵，加热器，加湿塔，分流器，浓溶液罐，换热器，气液分离器，风机，淡水罐，透平，冷凝器，泵；加热器包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；加湿塔包括稀溶液进口、稀溶液出口、空气进口和空气出口；分流器包括浓溶液进口、第一出口和第二出口；换热器包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口、冷侧出口和纯水出口；气液分离器包括气液混合物入口，第一出口和第二出口；加热器热侧进口接高温烟气，热侧出口排出低温烟气；加热器冷测出口与加湿塔稀溶液进口相连，加湿塔溶液出口与分流器浓溶液入口相连，分流器第一出口与浓溶液罐相连；分流器第二出口以及外部无机盐稀溶液同时通过溶液泵与加热器冷测入口相连；加湿塔气体出口与换热器热侧进口相连；换热器热侧出口与气液分离器入口相连，气液分离器第一出口经风机与加湿塔干空气入口相连，第二出口与淡水罐相连；泵出口与换热器冷测进口相连，换热器冷测出口经透平与冷凝器热侧进口相连，冷凝器热侧出口与泵进口相连；冷凝器冷测进口接冷却水，冷测出口排出高温冷却水。

本实用新型所述的梯级利用烟气废热浓缩溶液热电联产系统工作方法包括以下过程：烟气进入加热器，加热无机盐稀溶液后，由加热器排出；无机盐稀溶液经溶液泵输送至加热器冷测，被其热侧的烟气加热后，进入加湿塔，在加湿塔中与低温干空气直接接触传热传质，加热空气，并被带走水分，无机盐稀溶液被浓缩后经分流器分为两部分，一部分储存在浓溶液罐中，另一部分重新经熔液泵进入加热器以进入下一循环；低温干空气经风机进入加湿塔，在加湿塔中被无机盐稀溶液加热加湿后进入换热器，高温空气在换热器中被有机工质冷却除湿后进入气液分离器，分离出来的空气经风机进入加湿塔开始下一轮循环，分离出来的纯水储存在淡水罐中；

有机工质经过泵加压后进入换热器热侧，被高温空气加热后进入透平膨胀做功，从透平出来的有机工质进入冷凝器热侧，被冷却后经泵重新进入换热器开始下一轮的有机朗肯循环；冷却液进入冷凝器冷测，冷却有机工质后，由冷凝器排出。

该系统利用空气在不同温度下载湿能力的差异，通过加湿塔内空气-稀溶液直接接触进行传热传质，换热器内空气-有机工质间接接触进行传热传质，空气在高温海水中吸热并吸收水分，在低温有机工质中降温除湿，达到溶液浓缩的目的。相比常规的溶液浓缩系统，上述系统的优势主要体现在以下五个方面：

第一，设备安全性高。利用空气高温载湿能力强，低温载湿能力弱的特点，空气在加湿塔中被高温稀溶液加热，吸收稀溶液中的水分，在换热器中被低温有机工质冷却，冷凝出水分，可在常温常压下操作。

第二，该系统实现了能量的梯级利用，提高了能源利用率。

第三，系统结构紧凑，成本低。采用加湿塔，相比间接接触式换热器单位体积换热面积大，结构紧凑，而且换热效率高。

第四，系统耗能不高。有机朗肯循环系统中泵消耗少量的功，但可以在透平中得到较大的机械功，相比直接供热的方式不仅耗能低，还可以输出机械功进行发电。并且该系统中有机朗肯循环中冷凝器中排出的冷凝热将热量提供给稀溶液，提高溶液温度，进而提高加湿填料塔中的空气温度，使空气能携带更多水分；降低了单位产水耗能。

第五，该系统不仅可用于腐蚀性溶液的低温浓缩和结晶，根据工艺要求得到满足要求的浓溶液或是晶浆混合物，也可用于海水淡化。并且此系统还可以产生功，对外发电。

附图说明

图1是本实用新型提出的一种梯级利用烟气废热浓缩溶液水电联产系统；

图中标号名称：1、烟气，2、稀溶液，3、空气，4、有机工质，5、冷却液，6、纯水，7、浓溶液，8、溶液泵，9、加热器，10、加湿塔，11、分流器，12、浓溶液罐，13、换热器，14、气液分离器，15、风机，16、淡水罐，17、透平，18、冷凝器，19、泵。

具体实施方式

下面参照附图说明梯级利用烟气废热浓缩溶液热电联产系统的工作过程。

首先，依次启动溶液泵8，风机15，泵19；

烟气1进入加热器9，加热稀溶液2后，由加热器9排出。

稀溶液2经溶液泵8输送至加热器9冷测，被其热侧的烟气1加热后，进入加湿塔10，在加湿塔10中与低温干空气3直接接触传热传质，加热空气3，并被带走水分，稀溶液2被浓缩后经分流器11分为两部分，一部分进入浓溶液罐12中，另一部分重新进入加热器9进入下一循环。

低温干空气3经风机15进入加湿塔10，在加湿塔10中被稀溶液2加热加湿后进入换热器13，高温空气3在换热器13中被有机工质4冷却除湿后进入风机15开始下一轮循环。

有机工质4经过泵19 加压后进入换热器13热侧，被高温空气3加热后进入透平17膨胀做功，从透平出来的有机工质4进入冷凝器18热侧，被冷却后经泵19重新进入换热器13开始下一轮的有机朗肯循环。

冷却液5进入冷凝器18冷测，冷却有机工质5后由冷凝器18排出。

系统停机时，依次关闭泵19，风机15，溶液泵8。

设计图

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