一种烟气收水与余热利用耦合系统以及工艺的制作方法

本发明属于节能环保，尤其是一种烟气收水与余热利用耦合系统，还涉及一种烟气收水与余热利用耦合工艺。

背景技术：

1、由于烟气中携带了大量有害气体，在经过环保处理，尤其是脱硫脱硝后，烟气已经达到了排放标准，理论上可以直接排放。但是，由于湿法脱硫工序后，烟气中携带了大量的水，这类水以水蒸气的形式存在，在干旱少雨的地区，有必要将这部分水资源进行回收利用。同时，伴随这些湿热烟气带走的还有烟气余热，由于这部分烟气均为饱和湿烟气，因此该部分热量的总量相当可观。

2、目前烟气收水的工艺原理，主要是通过降低脱硫后饱和湿烟气的温度，使得水蒸气凝结为液态，然后富集和回收。但目前大部分项目在寒冷季节都能运行良好，收水效益良好，但是也逐渐显现了一个运行缺陷，在夏季或者温度偏高的地区，系统运行基本收不到水，原因是缺乏有效的冷源。而与此同时，烟气中的余热也未得到合理应用而白白浪费掉了。因而，需要开发一种技术，在提取烟气余热的同时，同步达到收水的目的，将能收到很大的经济和社会效益。

技术实现思路

1、为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种节能环保的烟气收水与余热利用耦合系统以及工艺，利用液体膨胀机代替传统制冷循环的节流阀，增大了工质的吸热能力，减少了循环工质的循环量，降低了工质压缩机的能耗，同时液体膨胀机输出电能，使得收水过程的电耗成本极低，在运行得当时，在完成收水的同时，还有电能结余。而且，该循环还能够伴随创造一个高质量热源，可以用于制造高温热水，节约厂内蒸汽制造成本，或者加热厂内其他需要加热的液体或气体。综合而已，该系统具有烟气收水、余热制热、余热发电等三项功能，具有很好的节能环保效益。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种烟气收水与余热利用耦合系统，包括，

3、收水塔：包括设在其上端部上的烟气出口、设在其下端部上的烟气进口、其底部的回收水导出口；

4、凝水器：设置在收水塔内，利用间接换热原理，内部通过参与热力循环的低温工质，外部与湿热烟气直接接触并使其降温，并使得过饱和水蒸气在其上凝结为液态水；

5、压缩机：将经过凝水器换热后的气体工质进行压缩；

6、热回收单元：通过间接换热器将压缩机后高温工质对冷水进行加热，实现制取热回收的目的；

7、液体膨胀机：将散热冷却后的液态工质进行膨胀做功，回收电能。

8、作为优选的实施方案，凝水器、压缩机、热回收单元、液体膨胀机内的介质采用常规制冷剂。

9、作为优选的实施方案，凝水器采用导热性优良而又耐腐蚀的材料制作，凝水器的换热盘管充满整个收水塔截面，防止未经脱水的烟气直接短流逃逸。

10、作为优选的实施方案，热回收单元采用导热性优良且耐腐蚀的材料，在散热过程中，制冷剂变为高压低温状态，在此过程中制冷剂部分或全部液化。

11、作为优选的实施方案，液体膨胀机，可以利用部分或全部液化状态的高压工质推动转子，实现压能与电能的转化。

12、作为优选的实施方案，热回收单元，采用间接换热器形式，热侧为压缩后的高温高压工质，冷侧为水，热侧与冷侧流体采取错流的方式，以提高其换热效果。

13、作为优选的实施方案，凝水器、压缩机、热回收单元、液体膨胀机所组成的热力循环系统中，低温高压工质经过液体膨胀机后，转变为低温低压状态，液体膨胀机的最终压力需要进行控制，防止工质膨胀后温度过低，防止因凝水器内温度低于0℃而导致凝水器表面结冰的情况发生。

14、作为优选的实施方案，热力循环可采用亚临界、跨临界或超临界循环。

15、一种烟气收水与余热利用耦合工艺，包括以下步骤：

16、步骤一、经过湿法脱硫的湿热烟气由收水塔的烟气进口进入收水塔，与凝水器盘管的外壁面接触，由于凝水器内工质为低温低压状态，温度接近0℃，湿热烟气接触时，烟气得到降温，过饱和水蒸气以液态水滴的形式凝结出来，达到收水的目的；

17、步骤二、循环工质在烟气中吸热，并通过压缩机压缩做功后，变为高温高压状态，然后通过热回收单元，将需要加热的流体进行加热，实现部分热转移；

18、步骤三、工质逐步变为高压低温状态，然后再通过液体膨胀机，高压工质在巨大压力差的作用下，推动转子做功，实现了剩余余热向电能的转化；

19、步骤四、工质本身又变为低温低压状态，又可以作为优质冷源重新进入收水塔进行热回收和水回收。

20、与现有技术相比，本发明的技术效果和优点：

21、该烟气收水与余热利用耦合系统以及工艺，使用的热力循环本质上类似于传统的热泵循环，但差别是用液体膨胀机代替了节流阀。在传统制冷循环过程中，节流阀处的节流膨胀过程是一个近似的等焓过程，高压低温工质本身的内能没有通过做功输出到外界，使得节流膨胀后，工质的吸热能力降低。在采用液体膨胀机代替节流阀时，该膨胀过程为一个近似的等熵过程，工质内能以机械能（最终转化为电能）的方式输出，工质焓值降低，大大增加了工质的吸热能力，因而可以减少循环工质的流量，在压缩机功耗不变的情况下，压缩机的功率因工质流量降低而降低，更重要的，在液体膨胀机做功过程中，能够回收电能，在运行得当时，该回收的电能完全能够补贴压缩机的功耗，甚至还有结余，所以使得整个收水过程的收水成本变得极低，是传统制冷循环所做不到的。

22、该烟气收水与余热利用耦合系统以及工艺，利用液体膨胀机代替传统制冷循环的节流阀，增大了工质的吸热能力，使压缩机的能耗降低，同时液体膨胀机输出电能，使得收水过程的电耗成本极低，在运行得当时，在完成收水的同时，还有电能结余。而且，该循环还能够伴随创造一个高质量热源，可以用于制造高温热水，节约厂内蒸汽制造成本，或者加热厂内其他需要加热的液体或气体。综合而已，该系统具有烟气收水、余热制热、余热发电等三项功能，具有很好的节能环保效益。

23、该烟气收水与余热利用耦合系统以及工艺，具有烟气收水、余热制热、余热发电等三项功能，具有很好的节能环保效益。

技术特征：

1.一种烟气收水与余热利用耦合系统，其特征在于：包括，

2.根据权利要求1所述的一种烟气收水与余热利用耦合系统，其特征在于：所述凝水器（4）、压缩机（6）、热回收单元（7）、液体膨胀机（8）内的介质采用常规制冷剂。

3.根据权利要求1所述的一种烟气收水与余热利用耦合系统，其特征在于：所述凝水器（4）采用导热性优良而又耐腐蚀的材料制作，凝水器（4）的换热盘管充满整个收水塔（1）截面，防止未经脱水的烟气直接短流逃逸。

4.根据权利要求2所述的一种烟气收水与余热利用耦合系统，其特征在于：所述热回收单元（7）采用导热性优良且耐腐蚀的材料，在散热过程中，制冷剂变为高压低温状态，在此过程中制冷剂部分或全部液化。

5.根据权利要求2所述的一种烟气收水与余热利用耦合系统，其特征在于：所述液体膨胀机（8），可以利用部分或全部液化状态的高压工质推动转子，实现压能与电能的转化。

6.根据权利要求2所述的一种烟气收水与余热利用耦合系统，其特征在于：所述热回收单元（7），采用间接换热器形式，热侧为压缩后的高温高压工质，冷侧为水，热侧与冷侧流体采取错流的方式，以提高其换热效果。

7.根据权利要求2所述的一种烟气收水与余热利用耦合系统，其特征在于：所述凝水器（4）、压缩机（6）、热回收单元（7）、液体膨胀机（8）所组成的热力循环系统中，低温高压工质经过液体膨胀机（8）后，转变为低温低压状态，液体膨胀机（8）的最终压力需要进行控制，防止工质膨胀后温度过低，防止因凝水器（4）内温度低于0℃而导致凝水器（4）表面结冰的情况发生。

8.根据权利要求7所述的一种烟气收水与余热利用耦合系统以及工艺，其特征在于：所述热力循环可采用亚临界、跨临界或超临界循环。

9.一种权利要求1-8任意一项所述的烟气收水与余热利用耦合工艺，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种烟气收水与余热利用耦合系统以及工艺，属于节能环保技术领域，包括，收水塔：包括设在其上端部上的烟气出口、设在其下端部上的烟气进口、其底部的回收水导出口；凝水器：设置在收水塔内，利用间接换热原理，内部通过参与热力循环的低温工质，外部与湿热烟气直接接触并使其降温，并使得过饱和水蒸气在其上凝结为液态水；压缩机：将经过凝水器换热后的气体工质进行压缩；热回收单元：通过间接换热器将压缩机后高温工质对冷水进行加热，实现制取热回收的目的；液体膨胀机：将散热冷却后的液态工质进行膨胀做功。该烟气收水与余热利用耦合系统以及工艺，具有烟气收水、余热制热、余热发电等三项功能，具有很好的节能环保效益。技术研发人员：宋端阳,采有林,梁凤,刘丹丹受保护的技术使用者：北京清新环境技术股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/3/27