一种解耦式脱硫浆液负压闪蒸余热提取系统及方法与流程

本发明属于工业余热回收利用，具体涉及一种解耦式脱硫浆液负压闪蒸余热提取系统及方法。

背景技术：

1、燃煤电厂、钢铁厂、水泥厂等工业企业在生产过程中会产生大量含硫烟气，目前普遍采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺进行烟气脱硫处理。该工艺中，脱硫浆液在脱硫塔内与烟气充分接触换热，吸收烟气中的so2同时也吸收了烟气中的大量显热和潜热，使得脱硫浆液温度通常维持在45℃-55℃之间，蕴含着丰富的低品位热能。

2、传统的烟气余热回收技术主要分为烟气侧直接回收和浆液侧间接回收两大类。烟气侧直接回收技术包括喷淋法烟气冷凝余热回收和换热器烟气冷凝余热回收等，这类技术存在以下固有缺陷：一是需要在烟风系统中增设换热设备，显著增加烟道阻力，迫使引风机提高运行功率，导致厂用电率上升，部分抵消了余热回收带来的节能效益；二是换热壁面温度通常低于烟气酸露点，易在设备表面形成低温腐蚀，不仅威胁设备安全运行，还需要采用昂贵的特种防腐材料，大幅增加投资成本；三是系统发生故障时必须停止锅炉运行进行维修，严重影响企业的连续生产。

3、浆液侧间接回收技术主要采用间壁式换热器直接与脱硫浆液进行换热，该技术同样面临诸多技术难题：一是脱硫浆液成分复杂，含有高浓度的cl-、so42-等腐蚀性离子以及石膏颗粒、未反应的石灰石颗粒等固体悬浮物，极易造成换热器的电化学腐蚀和结垢堵塞，导致换热效率急剧衰减，系统维护频率高、成本大；二是余热回收过程中脱硫浆液温度降低，减少了水分的蒸发量，容易破坏脱硫塔的水平衡，导致塔内液位升高、浆液浓度降低，进而影响石膏结晶品质和脱硫效率；三是当换热器发生堵塞或泄漏时，需要停止脱硫系统运行进行检修，同样会影响企业的正常生产。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中传统脱硫余热回收能耗高、易腐蚀结垢、破坏水平衡且检修需停机的问题，提供一种解耦式脱硫浆液负压闪蒸余热提取系统及方法。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提出的一种解耦式脱硫浆液负压闪蒸余热提取系统，包括：

4、脱硫浆液取液与回液模块，从脱硫塔抽取脱硫浆液并送入负压闪蒸相变换热模块，并将负压闪蒸相变换热模块排出的闪蒸后浆液送回脱硫塔；

5、负压闪蒸相变换热模块，分别和脱硫浆液取液与回液模块、真空环境维持与调节模块以及清洁热源梯级利用模块连接，将脱硫浆液取液与回液模块的脱硫浆液水分闪蒸相变产生负压蒸汽，将负压蒸汽的热量传递给待加热介质；

6、真空环境维持与调节模块，与负压闪蒸相变换热模块连接，抽取模块内部不凝性气体以维持并调节负压闪蒸相变换热模块内部的真空度；

7、清洁热源梯级利用模块，接收负压闪蒸相变换热模块送出的热量，分级加热不同温度等级工艺用水后输出至锅炉补水系统；

8、系统水平衡自调控模块，分别与脱硫塔、负压闪蒸相变换热模块和清洁热源梯级利用模块连接，监测脱硫塔液位和系统产水量，调节闪蒸强度以维持脱硫塔水平衡；

9、多参数联动优化控制模块，分别与脱硫浆液取液与回液模块、负压闪蒸相变换热模块、真空环境维持与调节模块、清洁热源梯级利用模块和系统水平衡自调控模块连接，采集各模块的运行参数并向各模块发送控制指令。

10、优选地，所述脱硫浆液取液与回液模块包括取液支管、取液泵、浆液分配器、回液支管、回液泵以及浆液混合器；

11、所述取液支管一端与脱硫塔中上部侧壁连接，另一端与取液泵入口连接；所述取液泵出口与浆液分配器入口连接，所述浆液分配器出口与负压闪蒸相变换热模块的浆液入口连接；所述回液支管一端与负压闪蒸相变换热模块的浆液出口连接，另一端与回液泵入口连接；所述回液泵出口与浆液混合器入口连接，所述浆液混合器出口与脱硫塔喷淋层入口连接。

12、优选地，所述负压闪蒸相变换热模块包括真空壳体、多个独立的蒸发单元、蒸汽收集腔、冷凝换热单元以及冷凝水收集腔；

13、所述真空壳体内部被分隔为下部的蒸发区和上部的蒸汽冷凝区；多个独立的蒸发单元并联布置在蒸发区内，每个蒸发单元均包括浆液分布器、闪蒸室以及气液分离器；所述浆液分布器设置在闪蒸室顶部，所述气液分离器设置在闪蒸室顶部出口处；所述蒸汽收集腔设置在蒸发区与蒸汽冷凝区之间，与各个蒸发单元的气液分离器出口连通；所述冷凝换热单元设置在蒸汽冷凝区内，包括多组并联的换热管束，所述换热管束入口和出口分别与清洁热源梯级利用模块连接；所述冷凝水收集腔设置在蒸汽冷凝区底部。

14、优选地，所述负压闪蒸相变换热模块中，闪蒸产汽量通过以下公式计算：

15、

16、其中，为单位时间内的闪蒸产汽量；为单位时间内进入闪蒸室的脱硫浆液流量；为脱硫浆液的定压比热容；为进入闪蒸室的脱硫浆液温度；为闪蒸后脱硫浆液的温度；为对应闪蒸压力下的水的汽化潜热。

17、优选地，所述真空环境维持与调节模块包括水环真空泵、真空调节阀、真空缓冲罐、压力传感器以及真空度控制器；

18、所述水环真空泵吸气口通过真空管道与负压闪蒸相变换热模块的蒸汽冷凝区顶部连接；所述真空调节阀设置在水环真空泵的吸气管道上；所述真空缓冲罐设置在真空调节阀与水环真空泵之间；所述压力传感器设置在负压闪蒸相变换热模块的蒸汽收集腔内；所述真空度控制器分别与压力传感器和真空调节阀电连接。

19、优选地，所述清洁热源梯级利用模块包括原水预热单元、除盐水加热单元、热水储罐以及供水泵；

20、所述原水预热单元的冷水入口与原水供水管道连接，热水出口与热水储罐的第一入口连接；所述除盐水加热单元的冷水入口与除盐水供水管道连接，热水出口与热水储罐的第二入口连接；所述供水泵入口与热水储罐出口连接，出口与锅炉补水系统连接。

21、优选地，所述系统水平衡自调控模块包括液位传感器、流量传感器、产水量计算单元以及闪蒸强度调节单元；

22、所述液位传感器设置在脱硫塔的浆液池内；所述流量传感器设置在冷凝水收集腔的出口管道上；所述产水量计算单元与流量传感器连接；所述闪蒸强度调节单元分别与液位传感器、产水量计算单元以及多参数联动优化控制模块电连接。

23、优选地，所述系统水平衡自调控模块中，脱硫塔水平衡满足以下关系式：

24、

25、其中，为单位时间内进入脱硫塔的补充水量；为单位时间内随烟气进入脱硫塔的水量；为单位时间内从脱硫塔排出的石膏浆液携带水量；为单位时间内脱硫塔内水分的蒸发量；为单位时间内通过负压闪蒸系统从脱硫浆液中提取的水量。

26、优选地，所述多参数联动优化控制模块包括数据采集单元、数据处理单元、控制策略生成单元以及执行单元；

27、所述数据采集单元分别与系统各部位的传感器连接；所述数据处理单元与数据采集单元连接；所述控制策略生成单元与数据处理单元连接，内置有脱硫效率预测模型和余热回收优化模型；所述执行单元分别与控制策略生成单元以及系统各设备的执行机构连接。

28、本发明提出的一种解耦式脱硫浆液负压闪蒸余热提取系统的提取方法，包括以下步骤：

29、启动真空环境维持与调节模块对负压闪蒸相变换热模块抽真空，使负压闪蒸相变换热模块内部的真空度达到设定值；

30、从脱硫塔抽取脱硫浆液送入负压闪蒸相变换热模块，脱硫浆液在负压环境下闪蒸相变产生负压蒸汽和闪蒸后浆液，将负压蒸汽送至清洁热源梯级利用模块，将闪蒸后浆液送回脱硫塔；

31、清洁热源梯级利用模块接收负压蒸汽的热量，对不同温度等级的工艺用水进行分级加热后送至锅炉补水系统；

32、系统水平衡自调控模块监测脱硫塔液位和系统产水量，根据脱硫塔液位和系统产水量调节闪蒸强度以维持脱硫塔水平衡；

33、多参数联动优化控制模块采集脱硫浆液取液与回液模块、负压闪蒸相变换热模块、真空环境维持与调节模块、清洁热源梯级利用模块和系统水平衡自调控模块的运行参数，根据采集的运行参数向各模块发送控制指令，动态匹配余热供给与锅炉补水加热需求。

34、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

35、本发明提出的一种解耦式脱硫浆液负压闪蒸余热提取系统，系统依靠脱硫浆液取液与回液模块搭建独立浆液循环通路，在脱硫塔壁开孔取送浆液，无需在烟风系统加装换热设备，不会增大烟道阻力、抬高引风机电耗，同时规避烟道低温酸腐蚀问题，且整套系统可单独隔离检修，故障时无需停运锅炉与脱硫主系统，保障连续生产。系统采用负压闪蒸相变换热模块实现介质隔离换热，脱硫浆液仅在闪蒸腔产生洁净负压蒸汽，仅纯净蒸汽与换热面接触，腐蚀性浆液不直接接触换热构件，消除换热器电化学腐蚀、石膏颗粒结垢堵塞问题。设置系统水平衡自调控模块，实时监测脱硫塔液位与闪蒸产水量，自动调节闪蒸强度，匹配烟气蒸发水量减少带来的水量扰动，稳定脱硫塔液位、浆液浓度，保障石膏结晶品质与脱硫效率。多参数联动优化控制模块统筹全部模块运行参数，协同真空环境维持与调节模块、清洁热源梯级利用模块稳定负压与供热工况，在回收浆液低品位余热的同时，兼顾脱硫系统运行稳定，克服传统烟气侧、浆液侧余热回收技术的弊端。