一种生态补水湿地修复碳捕集系统的制作方法

1.本实用新型涉及环境保护领域，具体涉及一种生态补水湿地修复碳捕集系统。


背景技术：

2.我国是一个严重干旱缺水的国家。而且，我国的人均水资源量只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。但是，中国又是世界上用水量最多的国家。仅2002年，全国淡水取用量达到5497亿立方米，大约占世界年取用量的13％，是美国1995年淡水供应量4700亿立方米的约1.2倍。
3.而我国西部地区严重干旱缺水，内蒙古地区2019年的降水量仅为279.5mm，新疆地区降水量174.7mm，同时西部地区资源丰富，生产企业众多、担负西电东送等任务，需要的大量工业用水，环境压力极大。
4.火电属于高耗水行业。2015年全国火电厂的平均发电耗水量是1.4kg/kwh。根据公布的数据，2015年直流火(核)电用水量达到480.5亿m3，占同期工业用水总量的36％。火力发电厂主要用水构成包括：发电厂循环冷却系统补给水、电厂除灰除渣系统、锅炉补给水系统、辅助设备的冷却系统、脱硫系统用水、煤场用水以及电厂生活用水，其中冷却系统对淡水需求最大，冷却用水一般为电厂取水量的90％。空冷系统是以空气而不是水作为媒介进行冷却，从而大大减少了取/耗水量。根据统计，2016年中国已运行煤电机组中，约有18.5％采用空冷，81.5％采用水冷，其中包括56.9％的循环冷却和24.6％的直流冷却。
5.2020年有近50％的燃煤电厂位于高水压力地区，17个省份将同时存在产能过剩和水压力问题。煤电行业预计耗(淡)水量将超过35亿m3，其中超过六成来自于高水压力地区。
6.在北方缺水地区，新建、扩建电厂原则上应建设大型空冷机组，机组耗水指标要控制在0.18m3/(s
·
gw)以下。从而中国电厂开始大规模应用空冷系统。但电厂的烟气净化系统仍消耗大量的工艺水。
7.石灰石-石膏湿法脱硫技术是应用最广泛的最成熟的烟气脱硫工艺，其优点主要体现在投资少，运行费用低，适应范围广等，但需要消耗大量工艺水，尤其是在水资源缺乏地区，这一缺点更为突出。
8.在洗涤过程中，高温烟气降温释放热蒸发大量水，吸收塔出口的净烟气中的水蒸汽达到饱和状态，石膏结晶产物会带有水，还有大约10％的石膏附水；烟气中含有的hcl等污染物在吸收塔内也被洗涤脱除，因此湿法脱硫必然产生一部分废水需要排放。大量的烟气降温蒸发水、石膏带水和废水排放水等，均要求石灰石-石膏湿法脱硫技术必须消耗大量工艺水补充才能保证系统的正常运行，这也成为此工艺在缺水地区应用的瓶颈。
9.我国也面临碳减排压力，全球平均气温较工业化前水平升高需要控制在2摄氏度之内，其中的碳减排是关键措施之一。中国二氧化碳排放要在2030年前达到峰值、2060年前实现碳中和，以及2030年非化石能源占一次能源消费比重达到25％。
10.同时我国还面临较大的生态压力，如西部地区由于近期的大开发，一些湖泊萎缩甚至消失如罗布泊等、河流量减小甚至断流，生态环境破坏严重，生态环境亟需合理开发并
修复。


技术实现要素：

11.本实用新型为了解决上述技术问题中的一个或几个，提供一种生态补水湿地修复碳捕集系统。
12.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种生态补水湿地修复碳捕集系统，包括火力发电厂系统和锅炉烟气脱硫系统，所述锅炉烟气脱硫系统与所述火力发电厂系统的排烟口连通，还包括节水塔和节水塔循环水系统，所述节水塔的烟气进口与所述锅炉烟气脱硫系统的烟气出口连通，所述节水塔循环水系统的两端分别与所述节水塔的节水塔进水口和节水塔出水口连通，所述节水塔循环水系统与补水管路连通，所述补水管路用于生态补水。
13.本实用新型的有益效果是：火力发电厂系统的锅炉采用煤炭燃烧作为热源，烟气经锅炉烟气脱硫系统脱硫后，发生传质传热脱除大部分的so2及颗粒物，降温饱和后的烟气含有大量的水。饱和烟气采用节水塔降温后，节水塔循环水系统回收烟气中大量的水。节水塔具有二次除尘及脱硫效果，节水塔循环水系统中的水可供锅炉使用或者脱硫补水，也可以作为河流、湖泊、湿地的生态补水，同时也可用于农业灌溉等，也可用于速生林等的生产，可补集大气中的co2，实现碳捕集。生产的林木也可用于生物质电厂或者直接作为电厂的辅助燃料。
14.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
15.进一步，所述节水塔循环水系统包括节水塔冷却器、循环水罐和ph值调节装置，所述节水塔出水口与所述节水塔冷却器的热媒进口连通，所述节水塔冷却器的热煤出口、所述循环水罐和所述节水塔进水口依次连通，所述ph值调节装置与所述循环水罐顶部连通，所述循环水罐的溢流口与所述补水管路连通。
16.采用上述进一步方案的有益效果是：经ph值调节装置调节后，循环水罐内的水酸碱中和，可直接用于补水或灌溉。
17.进一步，还包括缓冲水池，所述循环水罐的溢流口与所述缓冲水池连通，所述缓冲水池与所述补水管路连通。
18.采用上述进一步方案的有益效果是：节水塔循环水系统的水可在缓冲水池中暂存，用于丰枯水期的调节以及农业用水、生态补水的低高峰需求的调节。
19.进一步，所述缓冲水池为至少两个，所述循环水罐的溢流口分别与至少两个所述缓冲水池连通。
20.采用上述进一步方案的有益效果是：满足大量储水的需求。
21.进一步，所述节水塔循环水系统还包括节流循环水泵，所述节水塔冷却器的热煤出口、所述循环水罐、所述节流循环水泵和所述节水塔进水口依次连通。
22.采用上述进一步方案的有益效果是：节流循环水泵为节水塔循环水系统内的水循环提供动力。
23.进一步，所述ph值调节装置用于向所述循环水罐输送碱液，所述碱液为naoh、na2co3或者nahco3溶液。
24.进一步，所述节水塔循环水系统还通过管道与所述锅炉烟气脱硫系统的补水口
和/或所述火力发电厂系统的补水口连通。
25.采用上述进一步方案的有益效果是：节水塔循环水系统回收的烟气中的水再补入到锅炉烟气脱硫系统和火力发电厂系统，以减少或避免使用外部补入的净水。
26.进一步，所述节水塔为喷淋塔、填料塔或间壁式冷却塔。
27.进一步，所述火力发电厂系统包括依次连接的汽轮机、发电厂冷却系统、低压加热器、除氧器、高压加热器和锅炉的进水口，所述锅炉的蒸汽出口与所述汽轮机连通，所述锅炉的的排烟口连通至所述锅炉烟气脱硫系统。
28.进一步，所述发电厂冷却系统包括电厂换热器和发电厂空气冷却装置，所述电厂换热器的冷媒进口和冷媒出口分别通过冷媒管路与所述发电厂空气冷却装置连通，所述发电厂空气冷却装置为间接空气换热器、热泵或直接式空气换热器的一种或多种组合。
29.采用上述进一步方案的有益效果是：电厂换热器通过冷媒与锅炉水的换热，为锅炉水降温。冷媒吸热后，发电厂空气冷却装置为冷媒管路中的冷媒降温。发电厂空气冷却装置采用空气冷却，避免采用水冷系统，减少用水。利用热泵的蒸发器起到降温效果，充分利用热泵的冷量。
30.本实用新型的有益效果是：
31.1.节水塔能消除电厂湿法脱硫工艺存在夹带石膏雨的危害，实现污染的二次脱除、出口烟气更为洁净。
32.2.通过节水塔回收的水可以用于河流、湖泊、湿地的生态补水，尤其对西部缺水地区意义重大。
33.3.回收的水还可用于农业灌溉，以及植树造林，实现碳补集。若采用速生林等作物，生成的林木还可以作为锅炉的燃料等，作为可再生资源利用。
34.4.能实现：发电、节水、生态补水及碳补集一体化。
35.5.从锅炉烟气脱硫系统的吸收塔出来的净烟气中凝结出来的凝结水水质好。凝结水中的悬浮物含量50～100mg/l，含有微量的硫酸根等离子，经过简单的物理过滤、ph值调节后即可应用于其他工艺系统作为一般工艺水使用；其中的可溶性含盐量极低，处理后还可应用在纯水制备、锅炉补水等方面，实现真正的水回收。
附图说明
36.图1为本实用新型生态补水湿地修复碳捕集系统的结构图。
37.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
38.1、火力发电厂系统；2、发电厂空气冷却装置；3、锅炉烟气脱硫系统；4、节水塔；5、节水塔冷却器；6、循环水罐；7、ph值调节装置；8、节流循环水泵；9、缓冲水池；10、工艺水补水泵；11、锅炉；12、水处理装置。
具体实施方式
39.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
40.如图1所示，本实施例提供一种生态补水湿地修复碳捕集系统，包括火力发电厂系统1和锅炉烟气脱硫系统3，所述锅炉烟气脱硫系统3与所述火力发电厂系统1的排烟口连
通，还包括节水塔4和节水塔循环水系统，所述节水塔4的烟气进口与所述锅炉烟气脱硫系统3的烟气出口连通，所述节水塔循环水系统的两端分别与所述节水塔4的节水塔进水口和节水塔出水口连通，所述节水塔循环水系统与补水管路连通，所述补水管路用于生态补水。
41.火力发电厂系统1的锅炉采用煤炭燃烧作为热源，以水为介质的朗肯循环系统的冷却装置采用间壁式空气冷却装置，烟气经锅炉烟气脱硫系统3脱硫后，发生传质传热脱除大部分的so2及颗粒物，降温饱和后的烟气含有大量的水。饱和烟气采用节水塔4降温后，节水塔循环水系统回收烟气中大量的水。节水塔具有二次除尘及脱硫效果，节水塔循环水系统中的水可供锅炉使用或者脱硫补水，也可以作为河流、湖泊、湿地的生态补水，同时也可用于农业灌溉等，也可用于速生林等的生产，可补集大气中的co2，实现碳捕集。生产的林木也可用于生物质电厂或者直接作为电厂的辅助燃料。
42.具体的，火力发电厂系统1的锅炉具有所述排烟口，锅炉的排烟口排出的烟气经过锅炉烟气脱硫系统3脱硫除尘。
43.其中，可选的，火力发电厂系统1的锅炉和锅炉烟气脱硫系统3之间还可设置除尘设备，所述除尘设备为管束式除尘器、过滤式除尘器、平板式除雾器、屋脊式除雾器、旋流板除雾器中的一种或多种组合。当除尘设备为上述设备中的多种组合时，具体为两种以上的上述除尘设备串联。
44.其中，可选的，节水塔循环水系统与补水管路之间还可串联设有过滤装置，若节水塔的凝结水中的悬浮物含量较高，可通过过滤装置过滤去除。
45.在上述任一方案的基础上，所述节水塔循环水系统包括节水塔冷却器5、循环水罐6和ph值调节装置7，所述节水塔出水口与所述节水塔冷却器5的热媒进口连通，所述节水塔冷却器5的热煤出口、所述循环水罐6和所述节水塔进水口依次连通，所述ph值调节装置7与所述循环水罐6顶部连通，所述循环水罐6的溢流口与所述补水管路连通。
46.经ph值调节装置7调节后，循环水罐6内的水酸碱中和，可直接用于补水或灌溉。
47.所述节水塔冷却器5的冷媒进口和冷媒出口用于连接冷媒循环管路，冷媒可以采用液冷，例如水，或者冷媒采用空冷，例如低温空气。冷媒的温度只需要低于进入节水塔冷却器5热媒进口的水的温度即可。
48.具体的，循环水罐6内温度较低的冷水进入到节水塔4内并与节水塔4内的高温烟气接触，烟气中的水汽遇冷水凝结成液滴，并从节水塔出水口排出，经过节水塔冷却器5降温后回到循环水罐6，ph值调节装置7调节循环水罐6内的ph。
49.在上述任一方案的基础上，还包括缓冲水池9，所述循环水罐6的溢流口与所述缓冲水池9连通，所述缓冲水池9与所述补水管路连通。
50.节水塔循环水系统的水可在缓冲水池9中暂存，用于丰枯水期的调节以及农业用水、生态补水的低高峰需求的调节。
51.在上述任一方案的基础上，所述缓冲水池9为至少两个，所述循环水罐6的溢流口分别与至少两个所述缓冲水池9连通。
52.循环水罐6内的水可以分别存储到至少两个缓冲水池9，满足大量储水的需求。每个缓冲水池9内的水可以用于不同的使用情景，例如图1所示，其中一个缓冲水池9的水用于农林灌溉，另一个缓冲水池9的水用于河流、湖泊等生态补水。补水管路与缓冲水池9一一对应设置。
53.在上述任一方案的基础上，所述节水塔循环水系统还包括节流循环水泵8，所述循环水罐6、所述节流循环水泵8和所述节水塔进水口依次连通。节流循环水泵8为节水塔循环水系统内的水循环提供动力。
54.在上述任一方案的基础上，所述ph值调节装置7用于向所述循环水罐6输送碱液，所述碱液为naoh、na2co3或者nahco3溶液。
55.在上述任一方案的基础上，所述节水塔循环水系统还通过管道与所述锅炉烟气脱硫系统3的补水口和/或所述火力发电厂系统1的补水口连通。
56.节水塔循环水系统回收的烟气中的水再补入到锅炉烟气脱硫系统3和火力发电厂系统1，以减少或避免使用外部补入的净水。
57.上述与锅炉烟气脱硫系统3的补水口和火力发电厂系统1的补水口连通的管道上均串联有工艺水补水泵10，工艺水补水泵10可以为一个或多个。
58.在上述任一方案的基础上，所述节水塔4为喷淋塔、填料塔或间壁式冷却塔。
59.在上述任一方案的基础上，所述火力发电厂系统1包括依次连接的汽轮机、发电厂冷却系统、低压加热器、除氧器、高压加热器和锅炉的进水口，所述锅炉11的蒸汽出口与所述汽轮机连通，所述锅炉11的的排烟口连通至所述锅炉烟气脱硫系统3。
60.在上述任一方案的基础上，所述发电厂冷却系统包括电厂换热器和发电厂空气冷却装置2，所述电厂换热器的冷媒进口和冷媒出口分别通过冷媒管路与所述发电厂空气冷却装置2连通，所述发电厂空气冷却装置2为间接空气换热器、热泵或直接式空气换热器的一种或多种组合。
61.具体的，如图1所示，汽轮机的出口与电厂换热器的热媒进口连通，电厂换热器的热媒出口与低压加热器的进口连通。电厂换热器通过冷媒与锅炉水的换热，为锅炉水降温。冷媒吸热后，发电厂空气冷却装置2为冷媒管路中的冷媒降温。
62.其中，直接式空气换热器为：空气直接与冷媒接触，并与冷媒换热，使冷媒降温。例如可以为直接冷却器或者凉水塔。
63.其中，间接空气换热器为：空气作为冷却介质，采用风机作为动力，使空气吹过冷媒管路，间接的为冷媒管路内的冷媒减温。
64.其中，热泵是一种从低品位热中获得热量的一种设备，热泵具有工作介质，采用对工作介质的蒸发、压缩、冷却等循环过程从低品位热中取出热量或功。热泵中的蒸发器具有降温作用。采用热泵中的蒸发器为冷媒管路中的冷媒换热降温，充分利用冷量。
65.具体的，当发电厂空气冷却装置2为间接空气换热器、热泵或直接式空气换热器的多种组合时，具体为，在发电厂冷却系统中，多种发电厂空气冷却装置2并联或串联。
66.发电厂空气冷却装置2采用空气冷却，避免采用水冷系统，减少用水。火力发电厂系统1中的水从锅炉的进水口进入锅炉，经过锅炉的加热，变为水蒸汽，从蒸汽出口排出，进入到汽轮机中发电。
67.所述除氧器上设有上述火力发电厂系统1的补水口，与除氧器的补水口连通的管道上还串联有水处理装置12，所述水处理装置12用于锅炉水的深度净化，以满足锅炉用水要求。
68.本实施例的生态补水湿地修复碳捕集系统在岱海地区进行了实验：据林守伟文献记载，岱海湖属于天然补给性的湖泊，湖泊水源来源除了直接降水补给之外，还有盆地周边
地表以及地下径流补给。此外，流入岱海湖湖泊的22条河流大部分是季节性河流，其中包括步量河、天成河、五号河、苜花河等，而这些河流也常会在旱季时发生断流的现象。
69.武乡发电厂拥有2台630mw的发电机组，燃煤经燃烧后每台机组的烟气中含水量约214吨。按年运行5000小时估算，每台机组烟气中含水量107万吨。脱硫系统每小时消耗水量75吨。
70.岱海地区的年平均温度5.1摄氏度，经空冷器降温，可将吸收塔的烟气温度降低至15摄氏度，每台机组可以回收水150吨每小时，两台机组年可回收水量150万吨。
71.节水塔凝结水中的悬浮物含量50～70mg/l，含有微量的硫酸根等离子，经过简单的物理过滤就可以使用，ph值调节后即可应用于锅炉烟气脱硫系统3补水及其他工艺系统作为一般工艺水使用。
72.采用两套生态补水湿地修复碳捕集系统，两套节水塔循环水系统回收的水，除用作fgd脱硫装置的补水外，其余排入两个缓冲水池9，每个缓冲水池9的体积10000m3，经检测合格，符合二类水质后排入到岱海湖中，作为岱海湖的生态补水。作为黄河补水的有益补充。
73.电厂周边的空地上种植速生林，水源采用缓冲水池9的水，生成速生林可以实现碳捕集，速生林长成后可作为岱海发电机组燃料的有益补充。
74.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
75.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
76.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
77.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
78.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安
装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
79.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。