锅炉烟气加热海水的浓缩液制盐工艺研究

摘要：针对中国华电巴厘岛电厂（简称巴厘岛电厂）的特定环境，深入探讨利用锅炉高温尾气加热海水淡化系统产生的海水浓缩液，以制备海盐的可行性。研究内容涵盖了烟气特性分析、高浓度海水淡化浓缩液的性质探究，以及海盐制备工艺流程的详细设计与优化。通过综合评估该技术在巴厘岛电厂的实际应用，论证了其适用性、经济性和环境效益。研究结果表明，该工艺不仅技术上可行，而且具有显著的经济效益和环保优势，为巴厘岛电厂的能源利用与资源回收提供了新的解决方案。

关键词：锅炉高温尾气；海水淡化浓缩液；海盐制备；巴厘岛电厂

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）08-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.011

Research on the Salt Production Process of Concentrated Liquid Heating Seawater with Boiler Flue Gas

YUAN Baoquan

（China Huadian Engineering Co.， Ltd.， Beijing 100000， China）

Abstract： In response to the specific environment of China Huadian Bali Power Plant （referred to as Bali Power Plant）， this study explores the feasibility of using high-temperature exhaust gas from boilers to heat seawater concentrate produced by seawater desalination systems for the preparation of sea salt. The research includes an analysis of the characteristics of flue gas， the properties of high-concentration seawater concentrate， and the detailed design and optimization of the sea salt extraction process. A comprehensive evaluation of the practical application of this technology at the Bali Power Plant demonstrates its applicability， economic viability， and environmental benefits. The results indicate that this process is technically feasible and offers significant economic and environmental advantages， providing a new solution for energy utilization and resource recovery at the Bali Power Plant.

Keywords： boiler high-temperature exhaust gas; concentrated seawater desalination solution; preparation of sea salt; Bali Power Plant

巴厘岛电厂拥有3台142 MW机组，所需淡水依靠电厂内部的海水淡化系统提供，从而减少了对当地淡水资源的消耗。然而，电厂内海水淡化系统产生的高浓度废水尚未得到充分利用。此外，电厂锅炉排放的高温尾气中含有大量热能，如何高效利用这些热能以增加其实际应用价值，是一个急待解决的问题。

探索一种创新工艺，利用锅炉高温尾气加热海水淡化系统产生的高浓度海水，从中提取海盐。通过这种方法，不仅可以实现能源的高效利用，还能将废弃物资源化，具有较好的经济效益和环境效益。

1 研究现状

目前，锅炉烟气余热回收技术已得到广泛开发，其中烟气换热器是常见手段，能有效回收废气中的余热，实现能量回收和再利用[1-3]。在海水淡化过程中，产生的高浓度海水（浓缩液）通常含有丰富的盐分和溶解物质。目前，沿海地区已有利用海水淡化浓缩液生产海盐的实例，取得了经济效益。

然而，对于将火电厂高温烟气与海水淡化系统产生的高浓度海水结合利用，目前国内外仍处于探索阶段。该技术若能得到优化和应用，不仅有助于提高能源利用率，还能实现资源的循环利用，具有较高的经济价值。

2 高温烟气与高浓度海水分析

2.1 锅炉高温尾气特性分析

锅炉高温尾气是电厂运行过程中产生的废弃物之一，巴厘岛电厂的锅炉高温烟气具有以下3个特点。第一，稳定的高温特性。锅炉尾气温度稳定在140～150 ℃，为热能回收提供了良好的条件。第二，成分稳定。锅炉高温烟气主要包含氮气、二氧化碳等，还含有少量二氧化硫、氮氧化物、烟尘等成分，经简单处理后适用于加热过程。第三，流动特性。烟气流速稳定，流量巨大，便于进行热能回收和传输。

2.2 高浓度海水淡化浓缩液分析

巴厘岛电厂自用的海水淡化系统产生的浓缩液具有高盐分浓度、复杂的化学成分等特性。海水淡化系统产生的海水浓缩液盐分浓度为56%，浓缩液的盐分浓度远高于普通海水，使其成为制备海盐的优质原料。除了氯化钠外，还含有多种有益矿物质和微量元素，如镁、钾、钙等。高浓度海水温度约为25 ℃，海水温度与高温烟气温度差异明显，有利于热交换。流量稳定在95 m3/h左右，资源充足。

3 海盐制备工艺流程设计

设计一种创新的海盐制备工艺流程，如图1所示。海水浓缩液制备海盐工艺流程，主要包括4个步骤。

3.1 高温尾气收集与预处理

从锅炉中引出的高温尾气需要经过除尘等装置进行预处理，以减少尾气中的颗粒物和有害物质，确保后续加热过程的清洁和安全。

3.2 热能回收与交换

预处理后的高温尾气随后进入热交换蒸发结晶器，与海水淡化系统产出的海水浓缩液进行热能交换。海水浓缩液的温度约为25 ℃，高温烟气的温度为140～150 ℃，二者之间有足够的热值差，无法保证热交换率。板式换热器具有换热效率高、紧凑设计、灵活性强等特点。采用高效板式热交换器，确保了高效的热能传递。尾气中的热能通过这种高效热交换技术，传递给海水浓缩液，从而显著提升其温度。完成热交换后的尾气，温度已大幅降低，随后返回电厂的烟气处理系统，进行进一步的处理。

加热后的浓缩液在热交换蒸发结晶器中进行蒸发浓缩。在这个设备里，通过精确控制温度和压力条件，浓缩液开始蒸发结晶。随着水分的持续蒸发，溶液中的盐分逐渐达到过饱和状态，并开始结晶析出。同时，蒸发出的水蒸气用于预热新的海水浓缩液。当这些水蒸气经过海水浓缩液时，会被冷凝并转化为淡水，随后汇入电厂的淡水系统。

3.3 固液分离、干燥与筛分

第一，固液分离。海盐晶体在热交换蒸发结晶器中结晶后，通过离心机或压滤机将海盐晶体与母液分离，获得纯净的海盐晶体。母液则回到海水浓缩液系统循环使用。第二，干燥处理。分离出的海盐晶体进行干燥处理，去除多余水分和杂质。干燥过程利用热交换蒸发结晶器产生的热能，节能环保。通过控制干燥温度和时间，确保海盐晶体达到适宜的干燥程度。第三，筛分与分类。干燥后的海盐晶体会经过筛分设备，按照市场需求筛分出不同粒度的海盐产品，以满足不同市场需求。

3.4 废气与水蒸气处理

在制备海盐的过程中，产生的尾气可返回电厂烟气处理系统，通过除尘、脱硫等技术手段进行净化，确保排放达标。而制盐过程只会产生水蒸气，不会影响环境。

4 工艺优化与技术创新

为了提高海盐制备工艺的效率和质量，可以进行以下优化和创新。

4.1 改进热交换技术

4.1.1 采用高效热交换器

选择具有高热传导性能的材料制作热交换器，如紫铜或不锈钢等，以提高热能传递效率。设计合理的流道和翅片结构，增加热交换面积，从而增强热交换效果。

4.1.2 采用智能控制系统

引入先进的控制系统，如比例-积分-微分（Proportion Integration Differentiation，PID）控制器，以精确控制加热过程。通过传感器实时监测热交换器的进出口温度、流量等参数，确保加热过程的稳定性和安全性。

4.2 优化结晶技术

4.2.1 改进蒸发结晶器结构

设计合理的结晶器内部结构，如增加搅拌装置和导流板等，以提高溶液在结晶器内的流动性和混合均匀性。优化结晶器的加热方式和温度分布，确保整个结晶器内的温度稳定。

4.2.2 优化操作参数

通过试验和模拟分析确定最佳的进料速度、蒸发速度、冷却速度等操作参数，以提高结晶速度和晶体质量。实时监测和调整溶液的温度、浓度等关键指标，确保结晶过程顺利进行。

4.2.3 采用自动控制系统

引入自动化控制系统，实时监测和调整结晶条件，以获得最佳的海盐晶体形态和粒度分布。通过图像识别技术实时分析和评估晶体，及时发现并解决结晶过程中可能出现的问题。自动记录和分析结晶过程中的关键数据，为后续的工艺优化提供有力支持。

5 经济效益与环境效益评估

5.1 经济效益评估

新工艺将锅炉高温尾气和海水淡化产生的浓缩液转化为海盐产品，并回收淡水。这种创新的资源再利用方式提高了资源利用效率，增加了企业经济收益。

5.2 环境效益评估

第一，减少污染排放。新工艺通过处理尾气，净化尾气，降低有害物质排放，改善空气质量，减轻环境污染压力。第二，节约淡水资源。利用海水淡化过程中产生的浓缩液制备海盐，并回收蒸发的水蒸气制备淡水，提供可持续的水资源解决方案，尤其适用于巴厘岛等水资源紧缺地区。第三，推动循环经济。新工艺体现了循环经济理念，通过废弃物的循环和资源化利用，能够提高资源利用率，促进经济实现可持续发展。

6 结论

通过深入分析锅炉高温尾气和海水淡化浓缩液的特性，设计一种创新的海盐制备工艺流程。经过综合评估和技术优化，该工艺在技术上可行、经济上合理且环境友好。该工艺能够实现能源的高效利用和废弃物的资源化利用，为巴厘岛电厂提供了一种新的能源和资源综合利用方案。

参考文献

1 刘英龙.火力发电厂锅炉尾部烟气余热利用技术的实践分析[J].现代工业经济和信息化，2023（10）：305-307.

2 蒋军成，胡 政.燃煤电站中锅炉燃烧烟气余热节能分析[J].能源与环保，2023（2）：173-179.

3 THIYAGU S，NAVEEN T K，SIDDHARTHAN B，et al.

Numerical investigation and performance enhancement of 210 MW boiler by utilization of waste heat in flue gas[J].Materials Today：Proceedings，2020，33：756-762.