CN108561230A - 烟气回收节水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟气回收节水系统，包括：余热锅炉以及分别与余热锅炉连接的燃气轮机机组、蒸汽轮机机组和换热机组，所述换热机组包括与余热锅炉连接的换热器，设于换热器底部且与换热器连通的水箱，与水箱连接的排水支路，设于排水支路上的排水阀门，以及与换热器连接的烟囱。本实施方式保证收集凝结水的同时，换热效率高，烟气的温度达到水露点温度以下再排出，提高了余热利用率的同时，排出的烟气温度更低，对环境更加友好，整体联合循环实际热效率高。

Description

烟气回收节水系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，更具体地，涉及一种烟气回收节水系统。

背景技术

传统的烟气回收节水系统是将烟气排放烟囱设置为喷淋塔与烟囱一体化的设备，在前端喷淋塔中利用喷水，与锅炉燃烧后进入的尾部烟气混合换热，降低烟气温度回收水蒸气的气化潜热和水介质。由于传统的烟气回收节水系统为烟气与水的混合式换热，对于烟气侧换热阻力非常大，若作为在联合循环电厂尾部烟气的回收利用方式，则会大幅度降低燃气轮机的做功能力和效率，更使得尾部烟气无法排出烟囱，甚至无法在喷淋塔内顺畅地自下而上流动换热，导致无法实现尾部烟气的降温和余热深度利用。若在烟道上增加引风机，由于所必须克服的阻力非常大，则增加的引风机电功率将十分大，导致电厂自耗功率较大，整体联合循环实际热效率降低。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的烟气回收节水系统整体联合循环实际热效率降低的缺陷，提供一种烟气回收节水系统。

其技术方案如下：

一种烟气回收节水系统，包括：余热锅炉以及分别与余热锅炉连接的燃气轮机机组、蒸汽轮机机组和换热机组，所述换热机组包括与余热锅炉连接的换热器，设于换热器底部且与换热器连通的水箱，与水箱连接的排水支路，设于排水支路上的排水阀门，以及与换热器连接的烟囱。

本技术方案的烟气回收节水系统在运行时，空气进入燃气轮机机组燃烧产生烟气做功发电，烟气做功完后的高温乏气进入余热锅炉。蒸汽轮机机组汽水循环系统里冷凝下来的凝结水输送至余热锅炉内，被燃气轮机机组做功完成的高温乏气加热，变成高温高压蒸汽再回到蒸汽轮机机组中做功发电。余热锅炉内的高温乏气被蒸汽轮机机组换热完后排放至换热器中，烟气在换热器内被低温除盐水冷却，使得烟气的温度达到水露点温度以下，此时水分从烟气中完全析出凝结，流入用于收集凝结水的水箱中。一方面，换热器内的低温除盐水被烟气加热后温度升高，可供用热用户使用；另一方面，烟气被冷却析出所有水分后变成干烟气，通过烟囱对空排出。水箱内收集到的烟气凝结水根据用户的需求，通过排水阀门排出利用。本技术方案无需通过喷淋塔进行换热和水分收集，换热阻力小，且本技术方案换热效率高，烟气的温度达到水露点温度以下再排出，提高了余热利用率的同时，排出的烟气温度更低，对环境更加友好，整体联合循环实际热效率高。

在其中一个实施例中，所述换热器通过烟囱与所述余热锅炉连接，且所述烟囱包括被可开闭的挡板分隔的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体壁上设有与第一腔体连通的第一进烟口和第一出烟口，所述第二腔体壁上设有与第二腔体连通的第二进烟口和第二出烟口，所述第一进烟口与所述余热锅炉连接，所述第一出烟口与所述换热器的进气口连接，且所述第一出烟口与所述进气口之间设有第一调节阀门；所述第二进烟口与所述换热器的出气口连接，所述第二出烟口与大气连通。

在其中一个实施例中，所述第一调节阀门与所述换热器的进气口之间设有引风机。

在其中一个实施例中，所述引风机与所述换热器的进气口之间设有第二调节阀门。

在其中一个实施例中，所述余热锅炉通过第一支路与所述换热器的进气口连接，所述换热器的出气口与所述烟囱连接；所述余热锅炉通过第二支路与所述烟囱连接，且所述第二支路上设有第三调节阀门。

在其中一个实施例中，所述第一支路上设有引风机，且所述引风机与所述余热锅炉之间设有第四调节阀门。

在其中一个实施例中，所述换热器的出气口与所述烟囱之间设有第五调节阀门。

在其中一个实施例中，还包括用于监测水箱内液体液位的液位测量装置，以及用于监测水箱内水质的水质监测装置。

在其中一个实施例中，所述排水支路包括第一排水支路、第二排水支路和第三排水支路，所述排水阀门包括第一排水阀门、第二排水阀门和第三排水阀门，所述第一排水阀门、第二排水阀门和第三排水阀门分别设于第一排水支路、第二排水支路和第三排水支路上。

在其中一个实施例中，所述第一排水支路上还设有水处理装置，且所述第一排水阀门位于所述水处理装置与所述水箱之间。

附图说明

图1为本发明的烟气回收节水系统的实施例一的示意图；

图2为本发明的烟气回收节水系统的实施例二的示意图。

附图标记说明：

10、余热锅炉；20、燃气轮机机组；21、压气机；22、燃烧室；23、透平；30、蒸汽轮机机组；31、蒸汽轮机；32、凝汽器；33、凝结水泵；40、换热机组；41、换热器；411、进气口；412、出气口；42、水箱；43、排水支路；431、第一排水支路；432、第二排水支路；433、第三排水支路；44、排水阀门；441、第一排水阀门；442、第二排水阀门；443、第三排水阀门；45、烟囱；451、挡板；452、第一腔体；453、第二腔体；454、第一进烟口；455、第一出烟口；456、第二进烟口；457、第二出烟口；458、热位移膨胀节；51、第一调节阀门；52、第二调节阀门；53、第三调节阀门；54、第四调节阀门；55、第五调节阀门；60、引风机；70、液位测量装置；80、水质监测装置；90、水处理装置；100、输送泵；111、第一支路；112、第二支路。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

实施例一

如图1所示的一种烟气回收节水系统，包括：余热锅炉10以及分别与余热锅炉10连接的燃气轮机机组20、蒸汽轮机机组30和换热机组40，所述换热机组40包括与余热锅炉10连接的换热器41，设于换热器41底部且与换热器41连通的水箱42，与水箱42连接的排水支路43，设于排水支路43上的排水阀门44，以及与换热器41连接的烟囱45。

本实施方式中，所述燃气轮机机组20包括依次连接的压气机21、燃烧室22和透平23，当烟气回收节水系统在运行时，空气进入压气机21压缩，压缩后的空气再进入燃烧室22与燃料一起燃烧，产生的烟气推动透平23做功发电，烟气做功完后的高温乏气进入余热锅炉10。所述蒸汽轮机机组30包括蒸汽轮机31、凝汽器32和凝结水泵33，高温高压蒸汽进入蒸汽轮机31做功，其能量传递给发电机发电，蒸汽做功完成后形成乏气进入凝汽器32，通过凝汽器32内的循环冷却水冷却乏气为凝结水，凝结水通过凝结水泵33输送至余热锅炉10内被燃气轮机机组20做功完成后的高温乏气加热，变成高温高压蒸汽再回到蒸汽轮机31中做功发电。

余热锅炉10内的高温乏气被蒸汽轮机机组20换热完后排放至换热器41中，烟气在换热器41内被换热器41中的低温除盐水冷却，使得烟气的温度达到水露点温度以下，此时水分从烟气中完全析出凝结，流入用于收集凝结水的水箱42中。一方面，换热器41内的低温除盐水被烟气加热后温度升高，可供用热用户使用；另一方面，烟气被冷却析出所有水分后变成干烟气，通过烟囱对空排出。水箱42内收集到的烟气凝结水根据用户的需求，通过排水阀门44排出利用。本实施方式无需通过喷淋塔进行换热和水分收集，换热阻力小，且本实施方式保证收集凝结水的同时，换热效率高，烟气的温度达到水露点温度以下再排出，提高了余热利用率的同时，排出的烟气温度更低，对环境更加友好，整体联合循环实际热效率高。

所述换热器41通过烟囱45与所述余热锅炉10连接，且所述烟囱45包括被可开闭的挡板451分隔的第一腔体452和第二腔体453，其中第一腔体452为高温段，第二腔体453为低温段。所述第一腔体452壁上设有与第一腔体452连通的第一进烟口454和第一出烟口455，所述第二腔体453壁上设有与第二腔体453连通的第二进烟口456和第二出烟口457，所述第一进烟口454与所述余热锅炉10连接，接收所述余热锅炉10内排出的烟气；所述第一出烟口455与所述换热器41的进气口411连接，且所述第一出烟口455与所述进气口411之间设有第一调节阀门51；将余热锅炉10内排出的烟气经第一腔体452后输送至换热器41中；所述第二进烟口456与所述换热器41的出气口412连接，将经过换热器41换热后的烟气输送至第二腔体453中，而后通过与大气连通的第二出烟口457排至大气中，此时烟气已被换热器41中的低温除盐水换热，烟气温度降低至水露点温度以下，此时水分从烟气中完全析出凝结，落入水箱42中进行收集，并根据用户需要开闭排水阀门44，而换热器41内的低温除盐水换热后变为中温除盐水供给至用热用户。即烟气流经第一腔体452时还未被换热，此时第一腔体452作为高温段，但当烟气输送至第二腔体453时，此时烟气已经降温，此时第二腔体453作为低温段。

由于烟囱45采用高温段和低温段一体化结构，即烟气在被余热利用前和利用后都流经同一个烟囱45，且由于高温段和低温段之间设有可开闭的挡板451，当燃气轮机机组20正常高负荷运行时，整套烟气回收节水系统投入运行，需将挡板451关闭，并开启第一调节阀门51，烟气才能顺利通过整套系统最终排至低温段中排入大气，否则会烟气流经第一腔体452时会泄漏至第二腔体453排至空气中而影响整套系统的正常工作；反之，当燃气轮机机组20启动时或者低负荷运行时，燃气轮机机组20背压相对较低，无法克服后续的换热阻力，烟气流量也较小，烟气回收不经济，耗能较大的同时还影响机组本身运行效率，即整套烟气回收节水系统运行经济性较差，此时可通过将挡板451开启，使得第一腔体452与第二腔体453连通，同时关闭第一调节阀门51，烟气的运行方式则与常规系统的运行方式一样，直接通过烟囱45对空排放。本实施方式同一个烟囱45实现了两种不同的运行方式，经济性较好。

另外，由于烟囱45的低温段和高温段具有不同的热膨胀，如果采用常规的硬连接，将使高低温连接处即挡板451所在处拉裂，导致烟气泄漏，为了保证烟囱45的正常运行，在高低温连接处设置热位移膨胀节458的柔性连接，所述热位移膨胀节458吸收两端膨胀的热位移，避免烟囱本体拉裂。并且，由于烟气中含有酸性污染物，为了防止设备出现低温腐蚀，至少在所述第二腔体453内壁额外设置一层防腐保护层。

本实施方式中所述第一调节阀门51与所述换热器41的进气口411之间设有引风机60。所述引风机60为变速转动设备，可以通过改变传动轴转速来满足不同机组负荷下的烟气流量，所述引风机60可为变频离心风机、静叶可调轴流风机或动叶可调轴流风机。

所述引风机60与所述换热器41的进气口411之间设有第二调节阀门52。即所述引风机60的前后各有一个调节烟气流量用的阀门，第一调节阀门51和第二调节阀门52配合使用，用于引风机60在非正常状态下协助调节烟气的流通流量。具体地，当换热机组40投入使用时，所述第二调节阀门52全开，所述第一调节阀门51根据需要调控开闭程度。

为了减少烟气阻力对燃气轮机机组20的影响以及降低引风机60的自身耗能，所述换热器41的换热介质即低温除盐水在换热器41的管侧流动，而烟气则在换热器41的壳体内流动。由于烟气含有酸性污染物，为了防止换热器41出现低温腐蚀，在换热器41的壳侧内壁和管侧外壁均设置防腐蚀保护层。

本实施方式还包括用于监测水箱42内液体液位的液位测量装置70，以及用于监测水箱内水质的水质监测装置80，所述水质监测装置80为PH在线监测装置。当水箱42内水位过高时，将排水阀门44打开，将水排至用户侧使用或用于储存或排至废水处理厂回收；当水质符合要求时，将水箱42内的水排至用户侧或用于储存，当水质较差时，则将水排出至废水处理厂回收。

具体地，所述排水支路43包括与高品质除盐水用户连通的第一排水支路431、与普通水用户连通的第二排水支路432和与废水处理厂连通的第三排水支路433，所述排水阀门44包括第一排水阀门441、第二排水阀门442和第三排水阀门443，所述第一排水阀门441、第二排水阀门442和第三排水阀门443分别设于第一排水支路431、第二排水支路432和第三排水支路433上，开启相应的阀门，即可使水箱42内的水排至不同渠道进行利用。

另外，为了保证高品质除盐水用户的用水质量，在所述第一排水支路431上还设有水处理装置90，且所述第一排水阀门441位于所述水处理装置90与所述水箱42之间。在开启第一排水阀门441后，水箱42内的水输送至水处理装置90进行化学处理，得到更高品质的除盐水供给至相应用户。另外，为了保证水流顺利进入水处理装置90并供给至用户，本实施方式在所述水处理装置90与所述第一排水阀门441之间设有输送泵100。

整套系统都是低温低压介质运行，因此设备和管道材质耐温耐压要求较低，造价成本相对较低，运行安全可靠性高。

实施例二

如图2所示，本实施例的结构和工作原理与实施例一的结构和工作原理相似，区别在于，本实施例的余热锅炉10通过第一支路111与所述换热器41的进气口411连接，所述换热器41的出气口411与所述烟囱45的进烟口连接；所述余热锅炉10通过第二支路112与所述烟囱连接，且所述第二支路112上设有第三调节阀门53。本实施例采用常规烟囱而不是如实施例1所述的分段烟囱，只有一个进烟口和一个出烟口，并将设于实施例一中烟囱内部的挡板451替换为设于第二支路112上的第三调节阀门53。当燃气轮机机组20正常高负荷运行时，整套烟气回收节水系统投入运行，需将第三调节阀门53关闭，使烟气通过第一支路111进入至换热器41中换热后再由烟囱45排出；反之，当燃气轮机机组20启动时或者低负荷运行时，整套烟气回收节水系统运行经济性较差，此时通过开启第三调节阀门53，烟气的运行方式则与常规系统的运行方式一样，直接进入烟囱45的进烟口通过烟囱45对空排放。本实施例中，烟囱45的结构更为简单。

所述第一支路上111设有引风机60，且所述引风机60与所述余热锅炉10之间设有第四调节阀门54。所述引风机60为变速转动设备，可以通过改变传动轴转速来满足不同机组负荷下的烟气流量，所述引风机60可为变频离心风机、静叶可调轴流风机或动叶可调轴流风机。

所述换热器41的出气口412与所述烟囱45之间设有第五调节阀门55。所述第四调节阀门54和第五调节阀门55配合使用，用于引风机60在非正常状态下协助调节烟气的流通流量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种烟气回收节水系统，其特征在于，包括：余热锅炉以及分别与余热锅炉连接的燃气轮机机组、蒸汽轮机机组和换热机组，所述换热机组包括与余热锅炉连接的换热器，设于换热器底部且与换热器连通的水箱，与水箱连接的排水支路，设于排水支路上的排水阀门，以及与换热器连接的烟囱。

2.根据权利要求1所述的烟气回收节水系统，其特征在于，所述换热器通过烟囱与所述余热锅炉连接，且所述烟囱包括被可开闭的挡板分隔的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体壁上设有与第一腔体连通的第一进烟口和第一出烟口，所述第二腔体壁上设有与第二腔体连通的第二进烟口和第二出烟口，所述第一进烟口与所述余热锅炉连接，所述第一出烟口与所述换热器的进气口连接，且所述第一出烟口与所述进气口之间设有第一调节阀门；所述第二进烟口与所述换热器的出气口连接，所述第二出烟口与大气连通。

3.根据权利要求2所述的烟气回收节水系统，其特征在于，所述第一调节阀门与所述换热器的进气口之间设有引风机。

4.根据权利要求3所述的烟气回收节水系统，其特征在于，所述引风机与所述换热器的进气口之间设有第二调节阀门。

5.根据权利要求1所述的烟气回收节水系统，其特征在于，所述余热锅炉通过第一支路与所述换热器的进气口连接，所述换热器的出气口与所述烟囱连接；所述余热锅炉通过第二支路与所述烟囱连接，且所述第二支路上设有第三调节阀门。

6.根据权利要求5所述的烟气回收节水系统，其特征在于，所述第一支路上设有引风机，且所述引风机与所述余热锅炉之间设有第四调节阀门。

7.根据权利要求6所述的烟气回收节水系统，其特征在于，所述换热器的出气口与所述烟囱之间设有第五调节阀门。

8.根据权利要求1-7任一项所述的烟气回收节水系统，其特征在于，还包括用于监测水箱内液体液位的液位测量装置，以及用于监测水箱内水质的水质监测装置。

9.根据权利要求8所述的烟气回收节水系统，其特征在于，所述排水支路包括第一排水支路、第二排水支路和第三排水支路，所述排水阀门包括第一排水阀门、第二排水阀门和第三排水阀门，所述第一排水阀门、第二排水阀门和第三排水阀门分别设于第一排水支路、第二排水支路和第三排水支路上。

10.根据权利要求9所述的烟气回收节水系统，其特征在于，所述第一排水支路上还设有水处理装置，且所述第一排水阀门位于所述水处理装置与所述水箱之间。