一种脱硫海水耦合烟气余热利用制备多品类卤水的方法及装置系统与流程

本技术属于海水资源化利用，涉及一种脱硫海水耦合烟气余热利用制备多品类卤水的方法及装置系统。

背景技术：

1、目前，部分沿海燃煤电厂采用海水脱硫工艺对烟气进行脱硫，该工艺以天然海水为脱硫吸收剂，利用海水天然碱性脱除烟气中的so2，具有运行成本低、无药剂消耗、系统稳定的优势。

2、常规的海水脱硫工艺流程为：燃煤锅炉产生的高温烟气经除尘后进入脱硫塔，与喷淋海水逆向接触反应，烟气中so2被海水吸收生成亚硫酸盐、硫酸盐等物质，脱硫净化后的低温烟气经烟囱排放，脱硫反应后的含盐海水经曝气处理后直接排海。但传统的海水脱硫工艺存在烟气余热浪费、脱硫海水资源浪费的问题。具体来说，燃煤电厂进入脱硫系统的原烟气温度通常为120-160℃，具备优质低温余热资源，现有工艺直接将高温烟气通入脱硫塔喷淋降温，大量余热被海水吸收后随废水流失，无余热回收利用环节，能源利用率极低；脱硫后的海水保留了天然海水全部有价盐组分，仅酸碱度、微量离子组分和温度发生微调，仍具备极高的化工利用价值，但现有工艺全部直接排海，不仅造成海洋盐资源浪费，还易引发局部海域盐度、水质波动，产生生态环保风险。

3、目前行业内燃煤电厂海水脱硫系统与海水化工资源化利用相互独立，主流技术仅聚焦于脱硫海水达标排放、简单减量处理，少数资源化技术仅针对脱硫海水进行单一盐分提取，无法根据工业需求灵活制备多品类化工卤水，工艺适配性差、资源综合利用率低，无规模化工业应用价值；且采用的卤水制备工艺主要为天然滩晒、机械强制蒸发浓缩，其中滩晒法占地面积大、受天气气候影响极大、生产效率低，无法实现连续化工业生产；机械强制蒸发法需配套蒸汽锅炉、电加热设备，能耗高、运行成本高昂，大幅限制了海水化工的经济效益。

4、基于此，亟需开发一种能够同时实现烟气余热回收与脱硫海水制多品类卤水的耦合工艺方法。

5、申请内容

6、针对现有技术存在的不足，本技术的目的在于提供一种脱硫海水耦合烟气余热利用制备多品类卤水的方法及装置系统，通过回收利用脱硫入口高温原烟气低温余热，对脱硫海水进行梯度蒸发浓缩，可低成本制备符合工业标准的多品类卤水，实现电厂脱硫海水的资源化利用、烟气余热高效回收以及海洋化工原料的低成本量产。

7、为达到此申请目的，本技术采用以下技术方案：

8、第一方面，本技术提供了一种脱硫海水耦合烟气余热利用制备多品类卤水的方法，包括如下步骤：

9、对除尘后的烟气进行分流，形成主路烟气与辅路热源烟气，控制所述主路烟气与海水逆流接触进行脱硫，得到净烟气与脱硫海水；

10、对所述脱硫海水进行预处理，并对经过预处理后的脱硫海水进行三级蒸发浓缩处理；其中，在所述三级蒸发浓缩处理过程中，根据预设的换热参数，通入所述辅路热源烟气与所述脱硫海水进行逆向换热，制备得到对应的目标卤水，所述目标卤水至少包括制碱预浓缩卤水、提钾卤水或提溴卤水中的一种；

11、控制换热后的烟气与主路烟气汇合后进行排放。

12、本技术提供的脱硫海水耦合烟气余热利用制备多品类卤水的方法，摒弃传统烟气直接喷淋脱硫、脱硫海水直接排海的模式，将脱硫入口高温原烟气分流，主路烟气直接进行烟气脱硫净化，辅路热源烟气利用高温烟气余热为唯一热源，对脱硫海水进行三级蒸发浓缩处理；通过精准控制蒸发温度、浓缩倍率、盐度阈值等参数，可选择性制备适配纯碱/烧碱生产的制碱预浓缩卤水、适配钾盐提取的提钾卤水、适配溴素提取的提溴卤水，浓缩后的达标卤水直接输送至海水化工生产线。其中，经三级蒸发浓缩处理换热降温后的辅路热源烟气全部回流汇入主路烟气侧，统一进行完全脱硫净化，实现100%烟气全量脱硫，同时最大化回收烟气余热，达成了余热、海水资源双回收的技术效果。

13、在某些实施方式中，所述除尘后的烟气的温度为120-160℃，例如可以是120℃、130℃、140℃、150℃或160℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

14、在某些实施方式中，以除尘后的烟气总体积为100%计，所述主路烟气的体积占比为70%-80%，辅路热源烟气的体积占比为20%-30%。

15、本技术中主路烟气与辅路热源烟气的分流比例可根据机组负荷、海水温度、制卤需求动态调节。

16、所述主路烟气的体积占比为70%-80%，例如可以是70%、72%、75%、78%或80%，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

17、所述辅路热源烟气的体积占比为20%-30%，例如可以是20%、22%、25%、28%或30%，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

18、在某些实施方式中，所述海水包括天然海水和/或海水淡化后浓排水。

19、在某些实施方式中，所述脱硫海水的ph值为6.5-7.5，例如可以是6.5、6.8、7、7.2或7.5，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

20、海水与主路烟气逆向充分接触，烟气中so2、少量nox等酸性污染物与海水中碳酸盐、氢氧化物发生中和反应，完成烟气脱硫净化；充分反应后的脱硫海水排出，受烟气蒸发影响，此时脱硫海水盐度相比天然海水略有提高，脱硫海水的ph值控制在6.5-7.5，可实现源头工况主动控腐，且无重金属超标，保留全部有价盐组分。

21、在某些实施方式中，所述预处理包括依次进行的曝气处理、沉淀以及除杂。

22、在某些实施方式中，所述沉淀的过程中控制水体的ph值为7-7.3，例如可以是7、7.1、7.2或7.3，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

23、所述曝气处理能够完成脱硫海水中亚硫酸盐的充分氧化，随后沉淀除去悬浮颗粒物，并水体的ph值稳定至7-7.3，最后通过除杂截留细微悬浮物，出水悬浮物≤10mg/l，得到洁净待浓缩的脱硫海水。

24、在某些实施方式中，所述三级蒸发浓缩处理所用浓海水还包括海水淡化后浓排水。

25、本技术中进行三级蒸发浓缩处理的浓海水，可以是被烟气浓缩后的脱硫海水，也可以是脱硫海水与海水淡化后浓排水的混合液。

26、在某些实施方式中，所述三级蒸发浓缩处理包括依次进行的50-70℃低温海水预热、70-90℃中温海水初次浓缩以及80-110℃高温海水精细化调浓。

27、预处理后的洁净脱硫海水或洁净脱硫海水与海水淡化后浓排水的混合液，与分流引入的辅路热源烟气进行逆流换热，利用烟气余热实现梯度蒸发；洁净脱硫海水或洁净脱硫海水与海水淡化后浓排水的混合液，自低温向高温逐级流过三段蒸发腔体，辅路热源烟气从高温段入口通入，与海水完全逆向换热释放余热。其中，第一段为50-70℃低温海水预热，海水最先进入本段，低温初步升温、脱去表层游离水，盐度小幅提升；烟气在此完成最终放热；第二段为70-90℃中温海水初次浓缩，海水持续蒸发脱水，盐分稳步富集，完成基础浓缩；第三段为80-110℃高温海水精细化调浓，卤水最终定型浓缩倍率，依靠本段停留时间、烟气通入量，精准调控盐度与离子浓度。换热降温后的全部辅路热源烟气回流与原始的主路烟气混合后统一进行深度脱硫净化。

28、所述低温预热的温度为50-70℃，例如可以是50℃、55℃、60℃、65℃或70℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

29、所述中温初次浓缩的温度为70-90℃，例如可以是70℃、75℃、80℃、85℃或90℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

30、所述高温精细化调浓的温度为80-110℃，例如可以是80℃、90℃、100℃、105℃或110℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

31、在某些实施方式中，所述换热后的烟气的温度≥55℃，例如可以是55℃、58℃、60℃、65℃或70℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

32、本技术中严格控制换热后的烟气的出口温度≥55℃，以高于烟气酸露点，从而杜绝酸雾冷凝液相腐蚀。

33、在某些实施方式中，所述制碱预浓缩卤水的浓缩倍率为1.3-1.5倍，总盐度为42.9‰-49.5‰，氯化钠质量分数为3.72%-4.29%。

34、本技术所得制碱预浓缩卤水，输送至纯碱厂后仅需添加少量固体原盐，即可调配至25%左右饱和精制盐水，大幅降低了碱厂化盐、加热能耗；卤水留存钾、溴离子，可灵活分流提钾、提溴。

35、所述制碱预浓缩卤水的浓缩倍率为1.3-1.5倍，例如可以是1.3倍、1.35倍、1.4倍、1.45倍或1.5倍，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

36、所述制碱预浓缩卤水的总盐度为42.9‰-49.5‰，例如可以是42.9‰、43‰、45‰、46.2‰、48‰或49.5‰，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

37、所述制碱预浓缩卤水的氯化钠质量分数为3.72%-4.29%，例如可以是3.72%、3.85%、4.01%、4.15%或4.29%，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

38、在某些实施方式中，所述提钾卤水的浓缩倍率为1.8-2.2倍，总盐度为59.4‰-72.6‰，氯化钾浓度为1.25-1.52g/l。

39、本技术所得提钾卤水高倍率富集钾元素，杂质含量低，能够满足海水提钾行业进料标准。

40、所述提钾卤水的浓缩倍率为1.8-2.2倍，例如可以是1.8倍、1.9倍、2倍、2.1倍或2.2倍，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

41、所述提钾卤水的总盐度为59.4‰-72.6‰，例如可以是59.4‰、60‰、62‰、65‰、68‰或72.6‰，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

42、所述提钾卤水的氯化钾浓度为1.25-1.52g/l，例如可以是1.25g/l、1.3g/l、1.38g/l、1.4g/l或1.52g/l，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

43、在某些实施方式中，所述提溴卤水的浓缩倍率1.2-1.4倍，总盐度为39.6‰-46.2‰，溴离子浓度为26.53-30.95mg/l。

44、本技术利用低温工况杜绝溴损耗，轻度浓缩提升溴离子浓度，适配溴素提取工艺要求。

45、所述提溴卤水的浓缩倍率1.2-1.4倍，例如可以是1.2倍、1.25倍、1.3倍、1.35倍或1.4倍，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

46、所述提溴卤水的总盐度为39.6‰-46.2‰，例如可以是39.6‰、40‰、42‰、44‰或46.2‰，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

47、所述提溴卤水的溴离子浓度为26.53-30.95mg/l，例如可以是26.53mg/l、27mg/l、28.7mg/l、29mg/l或30.95mg/l，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

48、在某些实施方式中，所述提溴卤水的制备中控制三级蒸发浓缩处理的蒸发温度≤80℃，例如可以是80℃、75℃、70℃、60℃或50℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

49、本技术在生产提溴卤水时，系统整体锁温≤80℃，可以避免溴离子受热挥发流失。需要说明的是，生产提溴卤水时也可以直接从70-90℃中温海水初次浓缩的工艺段结束后引出。

50、在某些实施方式中，所述净烟气进行排放。

51、所述换热后的烟气与主路烟气汇合后，与海水逆流接触进行脱硫，得到的净烟气进行排放。

52、在某些实施方式中，还包括：将所述三级蒸发浓缩处理过程中产生的水蒸气经冷凝后形成软化水进行收集回用，将所述三级蒸发浓缩处理过程中析出的盐渣进行收集回用。

53、本技术中蒸发产生的水蒸气经冷凝转化为软化水，可全部回用于脱硫塔补水、机组循环冷却水系统；浓缩过程析出的微量无机盐结晶盐渣，统一收集外运作为工业原料盐；浓缩制备的各类卤水经储槽稳压储存，按需输送至化工生产线。

54、第二方面，本技术提供了一种脱硫海水耦合烟气余热利用制备多品类卤水的装置系统，所述装置系统通过第一方面所述的脱硫海水耦合烟气余热利用制备多品类卤水的方法运行，所述装置系统包括沿海水流向依次连接的海水脱硫单元、海水预处理单元、三级蒸发浓缩单元以及卤水储存单元，所述三级蒸发浓缩单元连接有可调烟气分流单元，所述可调烟气分流单元连接有除尘单元；所述装置系统还包括plc智能控制系统。

55、本技术提供的脱硫海水耦合烟气余热利用制备多品类卤水的装置系统，采用可调烟气分流单元联动机组负荷、海水温度、制卤需求自动调节分流比例，保证余热利用率与卤水产率双向稳定，避免分流过多影响设备稳定性、分流过少余热利用不足和卤水产率不足；通过三级蒸发浓缩单元中分段式的温度精准控制，匹配不同卤水的制备需求，解决传统蒸发工艺温度不可控、盐分损耗、溴素挥发的问题，兼顾浓缩效率与卤水品质；通过plc智能控制系统联动蒸发温度、浓缩倍率、停留时间等参数，可一键切换制碱、提钾、提溴三种制卤模式，适配不同工业生产需求。

56、在某些实施方式中，所述海水脱硫单元包括沿海水流向依次连接的海水储存装置、海水提升装置以及海水脱硫塔。

57、在某些实施方式中，所述海水储存装置包括海水储存池。

58、在某些实施方式中，所述海水提升装置包括海水提升泵。

59、在某些实施方式中，所述海水预处理单元包括沿海水流向依次连接的曝气调节装置、沉淀装置以及精准过滤器。

60、在某些实施方式中，所述曝气调节装置包括曝气调节池。

61、在某些实施方式中，所述沉淀装置包括沉淀池。

62、在某些实施方式中，所述三级蒸发浓缩单元包括三级蒸发浓缩器，所述三级蒸发浓缩器包括沿海水流向依次设置的低温预热段腔体、中温浓缩段腔体以及高温精细化调浓段腔体。

63、在某些实施方式中，所述低温预热段腔体的烟气侧设置有干风吹扫模块。

64、所述低温预热段腔体设置的干风吹扫模块可以抑制酸雾积聚，从源头工况实现主动控腐。

65、在某些实施方式中，所述低温预热段腔体所用材质为不透性石墨复合材料，所述中温浓缩段腔体所用材质为904l超级奥氏体不锈钢，所述高温精细化调浓段腔体所用材质为2507双相不锈钢；所述三级蒸发浓缩器的外壳所用材质为碳钢；内壁喷涂有厚度≥1.2mm的halar ectfe氟素涂层。

66、所述三级蒸发浓缩器内腔采用三段分区差异化耐腐选材，外壳采用碳钢基体复合防腐结构，兼顾结构强度与建设经济性；内壁喷涂halar ectfe氟素涂层，耐温200℃以上；此外，焊缝、流体冲刷死角可采用高分子复合材料加厚补强。

67、所述halar ectfe氟素涂层的厚度≥1.2mm，例如可以是1.2mm、1.3mm、1.5mm、1.8mm或2mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

68、在某些实施方式中，所述三级蒸发浓缩器中设置有管束，所述管束为弹性自补偿结构。

69、本技术中管束采用弹性自补偿结构，可抵消高低温交变热应力，防止涂层开裂。本技术对弹性自补偿结构不作具体限定，例如可以是u型管，但不限于此，本领域技术人员可以根据实际应用场景进行适应性选择。

70、在某些实施方式中，所述三级蒸发浓缩器的低温预热段腔体入口连接有浓排水储存装置。

71、在某些实施方式中，所述浓排水储存装置包括浓排水储存池。

72、在某些实施方式中，所述可调烟气分流单元包括主路烟气管路、辅路热源烟气进气管路以及辅路热源烟气出气管路，所述主路烟气管路上设置有第一烟气分流装置，所述辅路热源烟气进气管路上设置有第二烟气分流装置；所述主路烟气管路与所述海水脱硫塔的烟气进口连接，所述辅路热源烟气进气管路与所述三级蒸发浓缩器的烟气进口连接，三级蒸发浓缩器的烟气出口通过所述辅路热源烟气出气管路与主路烟气管路连接。

73、在某些实施方式中，所述第一烟气分流装置与第二烟气分流装置分别独立地包括电动可调分流挡板。

74、在某些实施方式中，所述除尘单元包括沿烟气流向依次连接的除尘器与引风装置，所述引风装置与所述可调烟气分流单元连接。

75、在某些实施方式中，所述引风装置包括引风机。

76、在某些实施方式中，所述卤水储存单元包括分区式卤水储存装置。

77、在某些实施方式中，所述分区式卤水储存装置包括分区式卤水储存槽。

78、在某些实施方式中，所述装置系统还包括水汽冷凝回收装置，所述水汽冷凝回收装置与所述三级蒸发浓缩单元连接。

79、在某些实施方式中，所述水汽冷凝回收装置包括水汽冷凝回收池。

80、在某些实施方式中，所述装置系统还包括盐渣收集装置，所述盐渣收集装置通过连续排污口与所述三级蒸发浓缩单元连接。

81、所述连续排污口的设置可避免高盐腐蚀介质局部堆积。

82、在某些实施方式中，所述盐渣收集装置包括盐渣收集槽。

83、在某些实施方式中，所述装置系统还包括腐蚀在线监测模块，所述腐蚀在线监测模块与所述plc智能控制系统电性连接，用于实时在线监测装置系统的腐蚀工况参数。

84、本技术所述腐蚀在线监测模块中设置有温度传感器、湿度传感器以及电导率传感器，在整个装置系统中全域布设，数据接入plc智能控制系统；此外，通过定期开展涂层电火花检测、管壁腐蚀余量校验，能够实现腐蚀风险前置管控；plc智能控制系统能够自动调整吹扫、排污频次，实现长效防腐运行。

85、本技术中，针对辅路热源烟气含稀硫酸、亚硫酸、高盐雾、温变交替的强腐蚀特性，以及脱硫海水高氯盐、微酸性的双重腐蚀工况，配套专属防腐防控工艺，从源头工况控腐、分区材质选型、涂层防护、结构优化、智能运维五个维度，彻底解决了三级梯度蒸发设备腐蚀、结垢、冲刷破损的问题，保障系统长期稳定运行，其中，源头工况控腐为全程维持换热壁温高于烟气酸露点，海水保持中性ph，低温段设置干风吹扫模块抑制酸雾凝结；分区材质按照流体流向依次选用不透性石墨复合材料、904l超级奥氏体不锈钢、2507双相不锈钢；设备内壁喷涂厚度≥1.2mm的halar ectfe 氟素重防腐涂层；管束采用弹性自补偿结构抵消温变热应力；全域布设温湿度、电导率传感器实时预警腐蚀风险。

86、本技术所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

87、相对于现有技术，本技术具有以下有益效果：

88、一、实现烟气余热高效回收，大幅降低制卤能耗。本技术完全利用电厂脱硫入口高温烟气余热作为海水浓缩的唯一热源，无需额外电能、蒸汽加热，相比传统机械蒸发制卤工艺，能耗降低55%以上，彻底解决了传统化工卤水制备高能耗、高成本的痛点，大幅降低海水化工原料生产成本。

89、二、实现脱硫海水资源化利用与烟气零污染排放，双重消除环保风险。本技术摒弃脱硫海水直接排海的传统模式，将脱硫后海水转化为高价值工业卤水，减少甚至彻底解决了沿海电厂脱硫海水排海引发的海域水质、盐度波动问题；同时采用辅路烟气换热后全量回流脱硫的闭环工艺，使全部含硫烟气均经过海水脱硫塔深度净化，全程稳定满足火电超低排放指标，环保可靠性极高。

90、三、多品类卤水精准制备，资源利用率大幅提升。本技术通过梯度温控、倍率可调工艺，可灵活制备制碱、提钾、提溴多种标准化工业卤水，解决现有资源化技术单一化、适配性差的缺陷，充分挖掘脱硫海水的盐资源价值，实现火电环保与海洋化工的产业耦合。

91、四、系统耦合性强，改造成本低、适配性广。本技术基于现有燃煤电厂海水脱硫系统改造，同样适用于海水淡化系统产生的浓排水制卤，无需大幅改动原有脱硫设备，仅增设烟气分流、多级蒸发、智能控制单元，适配所有沿海燃煤机组海水脱硫装置和采用海水淡化装置的其他类型机组，可直接对接现有纯碱、钾盐、溴素化工生产线，工业化落地难度低。

92、五、副产物全回收，实现闭环生产。本技术产生的蒸发冷凝水可回用于电厂生产补水，结晶残渣可回收工业盐，全过程无废弃物排放，构建“电厂脱硫-余热回收-海水制卤-副产回用”的闭环生产体系，兼具节能、环保、增收多重效益。

93、六、工艺合理，选材精准。本技术采用平缓升温逆流结构不易结垢堵塞；采用的一体化防腐体系杜绝露点腐蚀、氯离子点蚀、热应力开裂问题，换热设备使用寿命显著延长，系统连续运行稳定性提升；采用分级选材兼顾防腐性能与设备投资成本，长效防腐降低了检修、更换频次，运维成本下降。

技术实现思路