本发明涉及燃煤发电脱硫工艺中烟气回收用的节能环保装置及方法技术领域，尤其涉及一种用于烟气脱白的自循环装置及方法。
背景技术：
燃煤发电是我国主要的发电形式，脱硫工艺消耗大量的水资源，因此，回收烟气中的水分成为燃煤电站节能减排的关键。经过脱硫之后的烟气中含有大量的水蒸汽，除去烟气中水蒸汽的过程俗称“脱白”。如何减少脱硫后水蒸汽及余热的排放，减少电厂排烟损失，从根本上解决“白烟”问题成为燃煤电厂面临的难题。
目前常用的脱白方法包括冷凝法、吸收法和膜法。冷凝法是利用冷却水吸收水蒸汽的潜热，从而使水蒸汽冷凝的方法，该方法不能充分回收利用烟气中水蒸汽的潜热，而且设备投资较大；吸收法是以具有吸湿性能的溶液作为除湿剂，完成水蒸汽潜热的释放和吸收，相比于冷凝法，该法回收水分及余热的潜力更大，且缺点在于须配套溶液再生及处置系统；膜法虽然能够实现水蒸汽与烟气的分离，但完全不能回收利用水蒸汽的潜热，造成能量的浪费。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供了一种用于烟气脱白的自循环装置及方法，实现高效脱白的同时，还能有效回收利用热能和水资源，并将回收的资源循环利用在烟气脱白流程中，以提高资源利用率。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于烟气脱白的自循环装置，包括脱白室和烟气换热器，所述脱白室内分别设有高压区和低压区，所述高压区和低压区之间通过蒸馏膜分隔，所述蒸馏膜用于在压差作用下、将所述高压区内的高温烟气中的水蒸汽选择性的过滤至所述低压区内；所述高压区和低压区分别与所述烟气换热器连接，所述烟气换热器用于回收利用所述水蒸汽的潜热，以使经过所述烟气换热器的低温烟气吸热升温为所述高温烟气。
进一步的，所述烟气换热器包括烟气通道和水汽通道，所述烟气通道和水汽通道分别与所述高压区和低压区连通，所述低温烟气在烟气通道内与经过所述水汽通道内的水蒸汽之间产生换热作用，以使所述低温烟气吸热升温为所述高温烟气，并使所述水蒸汽降温为冷凝水。
进一步的，所述烟气通道的进气口连通有烟气源，所述烟气通道的出气口与所述高压区连通。
进一步的，所述水汽通道的入口与所述低压区连通，所述水汽通道的出口连通有冷凝水处理装置。
进一步的，所述冷凝水处理装置通过冷凝水换热器连接供暖系统。
进一步的，所述冷凝水处理装置通过混水器连接供暖系统。
进一步的，所述脱白室的低压区与烟气换热器之间通过蒸汽压缩机连接。
进一步的，所述蒸馏膜上均匀的排布有多个滤过孔。
进一步的，所述滤过孔的孔径为1微米至1.5微米之间。
本发明还提供了一种用于烟气脱白的自循环方法，是基于如上所述的用于烟气脱白的自循环装置提出的；该方法包括以下步骤：
通过脱白室内的蒸馏膜将所述高温烟气内的水蒸汽由高压区过滤至低压区；
通过烟气换热器回收利用过滤后的所述水蒸汽的潜热，以使经过所述烟气换热器内的低温烟气吸热升温为所述高温烟气。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明所述的用于烟气脱白的自循环装置包括脱白室和烟气换热器，脱白室内分别设有高压区和低压区，高压区和低压区之间通过蒸馏膜分隔，蒸馏膜用于在压差作用下、将高压区内的高温烟气中的水蒸汽选择性的过滤至低压区内；高压区和低压区分别与烟气换热器连接，烟气换热器用于回收利用水蒸汽的潜热，以使经过烟气换热器的低温烟气吸热升温为高温烟气；并基于该装置提出了一种用于烟气脱白的自循环方法。该装置及方法既能利用水蒸汽的潜热加快烟气升温的过程，提高脱白效率，又能将烟气中被过滤剥离的水蒸汽的潜热充分回收再利用，并将回收的资源循环利用在烟气脱白流程中，以提高资源利用率。
附图说明
图1为本发明实施例的用于烟气脱白的自循环装置的结构示意图；
其中，1、脱白室；2、蒸馏膜；3、蒸汽压缩机；4、烟气换热器；5、冷凝水处理装置；a1、烟气通道的进气口；a2、烟气通道的出气口；b1、水汽通道的入口；b2、水汽通道的出口；c、高压区；d、低压区。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
针对烟气“脱白”过程中水资源的大量消耗及热量的浪费问题，本实施例提出了一种适用于电厂烟气脱白的自循环装置，以实现自烟气中过滤出水蒸汽，以实现水蒸汽与烟气的分离，同时利用过滤出的水蒸汽中含有的余热(潜热)提高过滤前的烟气温度，为膜蒸馏过程提供更充足的动力，并在此基础上实现水资源及其携带的热量的完全回收利用。
如图1所示，本实施例提供的用于烟气脱白的自循环装置包括脱白室1和烟气换热器4，其中，脱白室1作为水蒸汽自烟气中分离的场所，脱白室1内分别设有高压区c和低压区d，高压区c和低压区d之间通过蒸馏膜2分隔，由于烟气在烟气换热器4中被加热升温，其温度升高的同时压力升高，因此，进入脱白室1的高温烟气在蒸馏膜2的一侧形成高压区c，而与之相对的蒸馏膜2的另一侧为低压区d，由于蒸馏膜2具有选择性——仅水蒸汽可以通过，因此，本实施例的蒸馏膜2用于在膜两侧的压差作用下、将高压区c内的高温烟气中的水蒸汽选择性的过滤至低压区d内，换言之，在膜两侧的压差及蒸馏膜2选择性的作用下，烟气中的水蒸汽由高压区c内通过蒸馏膜2被过滤至低压区d内。
脱白室1的高压区c和低压区d分别与烟气换热器4连接，烟气换热器4用于回收利用水蒸汽的潜热，以使经过烟气换热器4的低温烟气自水蒸汽的潜热中吸热升温后成为高温烟气，从而既能利用水蒸汽的潜热作为低温烟气的升温动力源之一，以加快烟气升温的过程，进一步提高高压区c内的烟气温度和压力，进而提高脱白效率，又能将高温烟气中被过滤剥离的水蒸汽的潜热充分回收再利用，并将回收的资源循环利用在烟气脱白流程中，形成一套自循环流程，以提高资源利用率。
优选的，蒸馏膜2上均匀的排布有多个滤过孔，滤过孔用于对水蒸汽起到节流作用。需要说明的是：如果滤过孔的孔隙过小，会造成透过后的水蒸汽压力过低，而且会影响水蒸汽的透过率；如果滤过孔的孔隙过大，会造成膜两侧的压差过小，同样会影响水蒸汽的透过率，因此，为了保证蒸馏膜2的水蒸汽透过率，并能保证膜两侧的压力差以及低压区d内的压力稳定，优选滤过孔的孔径为1微米至1.5微米之间。
为了便于排出过滤后的脱白烟气，优选在脱白室1的高温区连通有排气通道，当水蒸汽通过蒸馏膜2自烟气中分离后，高温区内余下的脱白烟气经由排气通道排出脱白室1，以便进入后续的烟气处理流程中。
本实施例中，为了促进脱白室1内的水蒸汽与烟气的分离效率，在烟气源和脱白室1之间设有烟气换热器4。一方面，利用烟气换热器4使得过滤前的烟气温度得到有效提升，确保脱白室1内的高压区c压力稳定，并保证膜两侧的压力差稳定；另一方面，利用烟气换热器4回收水蒸汽的潜热，将过滤后的水蒸汽的潜热充分应用在与烟气之间的热交换中，无需增设多余的动力设备即可实现烟气升温升压的过程，该热交换过程既经济又环保无污染。
优选的，烟气换热器4包括烟气通道和水汽通道，烟气通道和水汽通道分别与脱白室1的高压区c和低压区d连通，来自燃煤电厂的待升温的烟气可视为低温烟气，该低温烟气经过烟气通道内时在烟气通道内与经过水汽通道内的水蒸汽之间产生换热作用，以使低温烟气吸热升温为高温烟气，并使水蒸汽降温为冷凝水。
具体的，烟气通道的进气口a1连通有烟气源，烟气通道的出气口a2与高压区c连通；水汽通道的入口b1与低压区d连通，水汽通道的出口b2连通有冷凝水处理装置5，则来自脱白室1的低压区d内的水蒸汽从水汽通道的入口b1进入烟气换热器4的水汽通道内，在其中释放潜热后从水汽通道的出口b2流出；与此同时，低温烟气从烟气通道的进气口a1进入烟气换热器4内，低温烟气在烟气通道中与经过水汽通道内的水蒸汽之间产生热交换作用，以使得低温烟气吸收水蒸汽的潜热后温度升高形成高温烟气，高温烟气从烟气通道的出气口a2排出。优选的，为了进一步提高烟气与水蒸汽之间的热交换效率，将烟气通道与水汽通道交错成螺旋状排布、或者将烟气通道与水汽通道互成s形排列。
为了提高烟气换热器4内的水蒸汽与烟气之间的换热效率，并保证该自循环装置的可靠运行，优选在脱白室1的低压区d与烟气换热器4之间通过蒸汽压缩机3连接，该蒸汽压缩机3用于提高过滤后的水蒸汽的温度和压力，既是本装置的能源补充元件，也是本装置中唯一的耗能元件。
具体的，蒸汽压缩机3连接在低压区d的排气口与烟气换热器4的水汽通道的入口b1之间，经过蒸馏膜2过滤后的水蒸汽可视为低压水蒸汽，低压水蒸汽自脱白室1的低压区d进入蒸汽压缩机3内，蒸汽压缩机3将电能转化为水蒸汽的焓，使得低压水蒸汽的温度及压力均升高，从而转变为高温高压的水蒸汽，使得水蒸汽与烟气换热时能够进一步为烟气升温提供充足的热量，加快烟气升温的效率。
需要说明的是，该蒸汽压缩机3的能耗与其压比(即压缩机的出口总压与进口总压之比)直接相关，为降低能耗，优选该蒸汽压缩机3的压比范围为1.6-2.5。
本实施例中，水蒸汽在烟气换热器4内放热降温冷凝后转变为冷凝水，冷凝水进入冷凝水处理装置5内以便进入后续的冷凝水处理流程中。本实施例中的冷凝水由冷凝水处理装置5引入市政供暖系统中，从而将回收的资源和能源进行进一步的充分利用。优选的，冷凝水处理装置5通过冷凝水换热器或者混水器与供暖系统连接，当冷凝水处理装置5通过冷凝水换热器连接供暖系统时，冷凝水内残留的余热与市政供暖回水之间进行换热，从而为市政供暖提供热量；同理的，当冷凝水处理装置5通过混水器连接供暖系统时，直接将冷凝水混入市政供暖回水中，从而实现更高效的混水换热，以使能量的利用率更高。经过以上流程，不仅实现了烟气的高效脱白、充分回收了水蒸汽的潜热使之为水蒸汽脱离烟气的过程提供了动力，还进一步完全回收利用了水蒸汽产生的冷凝水以及其携带的热量。
基于如上所述的自循环装置，本实施例还提出了一种用于烟气脱白的自循环方法，该方法既能利用水蒸汽的潜热加快烟气升温的过程，提高脱白效率，又能将烟气中被过滤剥离的水蒸汽的潜热充分回收再利用，并将回收的资源循环利用在烟气脱白流程中，以提高资源利用率。具体的，该方法包括以下步骤：
s10、通过脱白室1内的蒸馏膜2将高温烟气内的水蒸汽由高压区c过滤至低压区d；
s20、通过烟气换热器4回收利用过滤后的水蒸汽的潜热，以使经过烟气换热器4内的低温烟气吸热升温为高温烟气。
进一步的，在上述的步骤s10和步骤s20的基础上，为了保证烟气脱白的循环稳定，该方法还包括：
s30、重复步骤s10至步骤s20，直至所述烟气全部脱白或者所述水蒸汽的潜热全部耗尽。
进一步的，为了保证本方法能够可持续的实现烟气脱硫自循环，优选在步骤s10和步骤s20之间还包括：
s15、通过蒸汽压缩机3将过滤后的所述水蒸汽升温，以提高所述过滤后的水蒸汽的潜热。
综上所述，本实施例的用于烟气脱白的自循环装置包括脱白室1和烟气换热器4，脱白室1内分别设有高压区c和低压区d，高压区c和低压区d之间通过蒸馏膜2分隔，蒸馏膜2用于在压差作用下、将高压区c内的高温烟气中的水蒸汽选择性的过滤至低压区d内；高压区c和低压区d分别与烟气换热器4连接，烟气换热器4用于回收利用水蒸汽的潜热，以使经过烟气换热器4的低温烟气吸热升温为高温烟气；并基于该装置提出了一种用于烟气脱白的自循环方法。该装置及方法既能利用水蒸汽的潜热加快烟气升温的过程，提高脱白效率，又能将烟气中被过滤剥离的水蒸汽的潜热充分回收再利用，并将回收的资源循环利用在烟气脱白流程中，以提高资源利用率。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。