CN101732977B - 燃煤烟气脱硫工艺中提高细颗粒物脱除的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对燃煤烟气经喷雾干燥、炉内喷钙尾部增湿活化脱硫后相对湿度较高的特点，提供一种应用蒸汽相变原理实现有效脱除SO₂的同时，促使细颗粒物凝并长大并高效脱除的装置及方法。燃煤烟气脱硫工艺中提高细颗粒物脱除的装置，包括脱硫塔或增湿活化器，以及与脱硫塔或增湿活化器依次管道连接的静电除尘器、烟气再热器和引风机，所述蒸汽相变室设有冲洗废液出口、烟气进口和烟气出口，所述烟气进口与静电除尘器烟气出口连接，烟气出口与烟气再热器连接，蒸汽相变室的烟气进口与烟气出口之间依次设有蒸汽喷嘴、除雾器和冲洗水喷嘴，蒸汽相变室内衬具有增进相变效果和防腐双重功效的耐蚀低表面能材料。

Description

燃煤烟气脱硫工艺中提高细颗粒物脱除的装置及方法

一、技术领域

本发明属于一种提高燃煤烟道气中细颗粒物脱除的技术，特别涉及一种燃煤喷雾干燥和炉内喷钙尾部增湿活化烟气脱硫中应用蒸汽相变原理提高细颗粒物脱除的装置及方法。

二、背景技术

可吸入颗粒物(PM₁₀)特别是空气动力学直径小于2.5μm的细颗粒物(PM_2.5)污染已成为我国突出的大气环境问题，并日益引起世界各国的高度重视。主要原因在于PM_2.5细颗粒物比表面积大，易富集各种重金属及化学致癌物质，而常规除尘技术对其难以有效捕集，造成大量细颗粒物排入大气环境。如静电除尘装置的总除尘效率虽可达99％以上，但对PM_2.5细颗粒物的脱除效率并不高，且随粒径减小脱除效率显著下降。燃煤是细颗粒物的主要一次来源，且在今后相当长的时期内，细颗粒物作为我国大气污染的首要污染物的基本状况不会改变。因此，控制燃煤细颗粒物的污染是国家节能减排战略的重大需求。技术发展的主要途径是通过物理或化学作用使细颗粒物长大成较大颗粒后加以清除，运用新颖合理的技术措施提高现有燃煤烟气污染物控制装置对细颗粒物的脱除性能，是控制细颗粒物的重要技术发展方向；其中，将蒸汽相变预处理技术与现有燃煤锅炉烟气脱硫技术结合是最有可能实现工程应用的重要途径之一。蒸汽相变促使细颗粒物长大的机理是：在过饱和水汽环境中，水汽以细颗粒物为凝结核发生相变，使颗粒粒度增大、质量增加，并同时产生扩散泳和热泳的作用，促使细颗粒物迁移运动，相互碰撞接触，进一步促使细颗粒凝并长大。为此，应用蒸汽相变预调节技术，首先应建立过饱和水汽环境，但单纯依靠添加蒸汽使原始水汽含量低、烟温高的燃煤烟气达到过饱和能耗过高，只有与烟气水汽含量较高、烟温较低的过程结合才有实用价值。目前，燃煤电厂喷雾干燥、炉内喷钙尾部增湿活化烟气脱硫技术已越来越成熟与普及，喷雾干燥烟气脱硫是利用喷雾干燥的原理，将Ca(OH)₂浆液雾化成细小雾滴喷入脱硫反应塔，与热烟气接触后，一方面Ca(OH)₂雾滴与烟气中的SO₂发生反应生成亚硫酸钙达到脱硫目的；另一方面，烟气将热量传递给浆液雾滴，使之不断蒸发干燥，同时烟气温度由140～160℃降至50～65℃，含湿量显著增加，脱硫塔出口烟气相对湿度可达50～60％以上。炉内喷钙尾部增湿活化烟气脱硫技术分两步进行，首先石灰石粉喷入炉膛尾部热烟气中，CaCO₃热解生成CaO与烟气中SO₂反应脱除部分SO₂；然后，烟气进入锅炉后部的增湿活化器，通过在活化器内喷入雾化水，使尚未反应的CaO转变成具有较高反应活性的Ca(OH)₂，继续与烟气中SO₂反应，完成脱硫全过程，同时烟气增湿降温，从活化器出来的增湿后的烟气温度在55～60℃，相对湿度可达50～60％以上。脱硫后的烟气均经电除尘器、烟气再热器、引风机进入烟囱排放；因此，对细颗粒物的脱除效果取决于脱硫反应塔或活化器后续的静电除尘装置，捕集效率较低，造成大量细颗粒物排入大气环境。

三、发明内容

发明目的：本发明针对燃煤烟气经喷雾干燥、炉内喷钙尾部增湿活化脱硫后相对湿度较高的特点，提供一种应用蒸汽相变原理实现有效脱除SO₂的同时，促使细颗粒物凝并长大并高效脱除的装置及方法。

技术方案：燃煤烟气脱硫工艺中提高细颗粒物脱除的装置，包括脱硫塔或增湿活化器，以及与脱硫塔或增湿活化器依次管道连接的静电除尘器、烟气再热器和引风机，该装置在静电除尘器与烟气再热器之间设有蒸汽相变室，所述蒸汽相变室设有冲洗废液出口、烟气进口和烟气出口，所述烟气进口与静电除尘器出口连接，烟气出口与烟气再热器连接，蒸汽相变室的烟气进口与烟气出口之间依次设有蒸汽喷嘴、除雾器和冲洗水喷嘴，蒸汽相变室尺寸(体积)以烟气在相变室中的停留时间不少于水汽在细颗粒表面核化凝结长大所需时间50～200ms确定。

燃煤烟气脱硫工艺中提高细颗粒物脱除的装置，所述蒸汽相变室内衬具有增进相变效果和防腐双重功效的低表面能材料，所述材料为聚四氟乙烯、四氟乙烯乙烯基醚共聚物或氟乙烯乙烯基醚共聚物涂料。

燃煤烟气脱硫工艺中提高细颗粒物脱除的装置，所述除雾器为丝网除雾器、板波纹除雾器或旋流板除雾器。

燃煤烟气脱硫工艺中提高细颗粒物脱除的装置，所述蒸汽相变室为卧式或立式。

燃煤烟气脱硫工艺中提高细颗粒物脱除的方法，经脱硫除尘后的高湿低温烟气进入蒸汽相变室，注入蒸汽使烟气达到过饱和，过饱和水汽以细颗粒物为凝结核发生核化凝结，并同时产生扩散泳和热泳作用，使细颗粒粒度增大、质量增加，然后由高效除雾器脱除；所述蒸汽源自电厂的废蒸汽和二次蒸汽，蒸汽过饱和度为1.10～1.50，所述的细颗粒物为空气动力学直径小于2.5μm的PM_2.5，。

燃煤烟气脱硫工艺中提高细颗粒物脱除的方法，所述PM_2.5细颗粒物包括煤飞灰和脱硫反应形成的无机盐气溶胶微粒。

有益效果：利用过饱和水汽在细颗粒物表面核化凝结是促使细颗粒粒度增大的重要措施，首先应建立过饱和水汽环境，但单纯依靠添加蒸汽使原始水汽量较低的燃煤烟气达到过饱和能耗过高，只有与烟气水汽含量较高、烟温较低的过程结合才有实用价值。在喷雾干燥烟气脱硫装置中，需在脱硫反应塔内喷入石灰浆液，浆液蒸发使烟气含湿量增加、烟温降低；而在炉内喷钙尾部增湿活化烟气脱硫装置中，需在增湿活化器喷入雾化水以提高脱硫效果，进而使烟气相对湿度显著增大。本发明充分利用上述两种燃煤脱硫工艺中脱硫净化烟气相对湿度较高的特点，在脱硫系统的静电除尘器烟气出口与烟气再热器间增设蒸汽相变室，注入适量常压饱和蒸汽，建立过饱和水汽环境，促使细颗粒物凝并长大，并由除雾器脱除凝并长大的含尘液滴，与在原始燃煤烟气中添加蒸汽相比，蒸汽耗量可显著降低；不仅可有效脱除燃煤飞灰，还可脱除烟气脱硫形成的细颗粒脱硫产物。以耐蚀的低表面能材料作蒸汽相变室内壁面或壁面衬里、涂料，一方面可促进水汽在细颗粒物表面凝结而抑制其在蒸汽相变室壁面凝结，进而增进相变效果，同时还可解决因酸性污染物结露而导致的腐蚀问题。本发明工艺简单，只要在现有燃煤喷雾干燥或炉内喷钙尾部增湿活化烟气脱硫系统的静电除尘器烟气出口与烟气再热器间增设蒸汽相变室，并辅以添加适量蒸汽，即可使上述燃煤烟气脱硫装置具有同时促进细颗粒物粒度增大并脱除的功效，可广泛应用于现有燃煤电厂喷雾干燥或炉内喷钙尾部增湿活化烟气脱硫装置。

四、附图说明

图1是本发明实施例1的装置结构示意图；

图2是本发明实施例2的装置结构示意图；

图3是本发明实施例3的装置结构示意图。

图中：1-燃煤锅炉；2-脱硫反应塔或增湿活化器；3-静电除尘器；4-蒸汽相变室；5-蒸汽喷嘴；6-除雾器；7-冲洗水喷嘴；8-烟气再热器；9-引风机；A-石灰石粉；B-雾化水或蒸汽；C-蒸汽；D-冲洗废液；E-冲洗水；F-净化烟气；G-石灰浆液。

五、具体实施方式

下面结合图1～3，对本发明作详细说明：

实施例1：

本发明的燃煤喷雾干燥烟气脱硫工艺中应用蒸汽相变提高细颗粒物脱除的方法如图1所示：燃煤锅炉1产生的含尘烟气首先进入脱硫反应塔2，喷入石灰浆液，雾化的石灰浆液与高温烟气接触后，浆液中水分开始蒸发，烟气降温并增湿，烟温由140～160℃降至50～65℃，相对湿度由5～8％增至50～60％以上，近绝热饱和温度为5～15℃。脱硫净化烟气经静电除尘器3脱除粗颗粒后，进入蒸汽相变室4，经蒸汽喷嘴5注入适量常压饱和蒸汽，使烟气达到过饱和态，过饱和度为1.10～1.50，过饱和水汽以细颗粒物为凝结核在细颗粒表面发生核化凝结，并同时产生扩散泳和热泳作用，使细颗粒物粒度增大、质量增加，凝并长大的含尘液滴由置于蒸汽相变室烟气出口处的高效除雾器6脱除。蒸汽添加量以烟气过饱和度增至1.10～1.50确定，使细颗粒凝并长大后的粒径在3～5μm以上，同时抑制均质核化现象。蒸汽相变室内设置除雾器冲洗水系统7，定期对除雾器冲洗，以防止除雾器堵塞导致阻力显著增加，被捕集的细颗粒随冲洗水废液排出。净化烟气经烟气再热器8加热升温至70～80℃，然后由引风机9经烟囱排放到大气中。脱除的细颗粒物除燃煤飞灰外，还包括烟气脱硫形成的细颗粒脱硫产物，如CaSO₃、CaSO₄。

本发明的燃煤喷雾干燥烟气脱硫工艺中应用蒸汽相变提高细颗粒物脱除的装置，包括脱硫塔或增湿活化器，以及与脱硫塔或增湿活化器依次管道连接的静电除尘器、烟气再热器和引风机，其发明点在于对现有燃煤喷雾干燥烟气脱硫装置进行改进，在烟气脱硫工艺的静电除尘器3烟气出口增设蒸汽相变室4；蒸汽相变室4内按烟气流动方向依次安装蒸汽喷嘴5、高效除雾器6及除雾器冲洗水喷嘴7，所选除雾器为丝网除雾器、板波纹除雾器、旋流板除雾器，优选丝网除雾器。蒸汽相变室4尺寸(体积)以烟气在相变室中的停留时间大于水汽在细颗粒物表面核化凝结长大所需时间(约50～200ms)确定。蒸汽相变室4烟气出口与燃煤烟气脱硫工艺系统的烟气加热器8相连接，内衬具有增进相变效果和防腐双重功效的低表面能材料，如聚四氟乙烯、四氟乙烯乙烯基醚共聚物、氟乙烯乙烯基醚共聚物涂料等。

实施例2：

本发明的燃煤炉内喷钙尾部增湿活化烟气脱硫工艺中应用蒸汽相变提高细颗粒物脱除的方法如图2所示，与实施例1不同的是，在燃煤锅炉炉膛1喷入石灰石粉，烟气经第一步脱硫后进入增湿活化器2，喷入雾化水，雾化水迅速蒸发，烟气温度降低、湿度增加，活化器出口烟气温度在55～60℃，相对湿度由5～8％增至50～60％以上；其余同实施例1。

实施例3：

如图3所示，与实施例1、2不同的是，蒸汽相变室立式布置，来自静电除尘器3的烟气由蒸汽相变室4下部进入，经蒸汽喷嘴5从相变室上部喷入蒸汽，与烟气逆流接触，被除雾器6捕集的细颗粒经设于蒸汽相变室底部的冲洗废液出口排出。

实施例4

一种燃煤烟气脱硫工艺中提高细颗粒物脱除的方法，步骤为：

(1)细颗粒物的凝并长大：经脱硫除尘后的燃煤烟气(烟温：50～65℃，相对湿度：≥50～60％)引入蒸汽相变室，注入常压饱和蒸汽，使烟气过饱和度达到1.10～1.50，过饱和水汽以细颗粒物为凝结核发生相变，同时产生扩散泳和热泳作用，使细颗粒粒度增大、质量增加，烟气在蒸汽相变室中的停留时间大于水汽在细颗粒表面核化凝结长大所需时间(约50～200ms)；

(2)凝并长大的含尘液滴脱除：凝并长大的含尘液滴由置于蒸汽相变室烟气出口处的除雾器脱除，并由除雾器冲洗水系统对除雾器定期洗涤，以防除雾器堵塞，导致阻力增大，被捕集的细颗粒物随冲洗水废液排出。

一种燃煤烟气脱硫工艺中提高细颗粒物脱除的装置，包括脱硫塔或增湿活化器，以及与脱硫塔或增湿活化器依次管道连接的静电除尘器、烟气再热器和引风机，蒸汽相变室设于燃煤烟气脱硫工艺的静电除尘器出口，蒸汽相变室内安装蒸汽喷嘴、高效除雾器及除雾器冲洗水系统，所选除雾器为丝网除雾器、板波纹除雾器、旋流板除雾器，优选丝网除雾器。蒸汽相变室烟气出口与燃煤烟气脱硫工艺系统的烟气加热器相连接，内衬具有增进相变效果和防腐双重功效的低表面能材料，如聚四氟乙烯、四氟乙烯乙烯基醚共聚物、氟乙烯乙烯基醚共聚物涂料等。

实施例5：

烟气由全自动燃煤锅炉产生，烟气量为100Nm³/h，烟气脱硫技术为喷雾干燥法。从脱硫反应塔顶喷入粒径约50μm的雾化Ca(OH)₂浆液用于脱除烟气中的SO₂，经脱硫后烟气温度由148℃降至52℃，近绝热饱和温度为9℃。脱硫净化烟气经除尘器脱除粗颗粒后，进入蒸汽相变室，蒸汽相变室烟气出口处安装丝网除雾器，每Nm³烟气注入0.10kg蒸汽，过饱和度约为1.26；经电称低压冲击器实时在线测量，除尘器、除雾器出口细颗粒物数浓度分别为3.50×10⁷个/cm³、1.26×10⁷个/cm³，数浓度脱除率为64％。

实施例6：

采用炉内喷钙尾部增湿活化烟气脱硫技术，增湿活化器内喷入粒径约50μm的雾化水以提高脱硫效率，活化器出口烟温为56℃，近绝热饱和温度为8℃，其余同实施例4；经电称低压冲击器实时在线测量，除尘器、除雾器出口细颗粒物数浓度分别为3.36×10⁷个/cm³、1.13×10⁷个/cm³，数浓度脱除率为66％。

对比例1：

采用实施例5试验系统，但蒸汽相变室内不注入蒸汽；经电称低压冲击器实时在线测量，除尘器、除雾器出口细颗粒物数浓度分别为3.52×10⁷个/cm³、2.73×10⁷个/cm³，数浓度脱除率仅为22％。

对比例2：

采用实施例5试验系统，但脱硫反应塔不喷入Ca(OH)₂浆液，烟气经脱硫塔含湿量不变且温度没有明显降低，蒸汽相变室入口烟温135℃，无法通过添加蒸汽使烟气达到过饱和；经电称低压冲击器实时在线测量，除尘器、除雾器出口细颗粒物数浓度分别为3.43×10⁷个/cm³、2.76×10⁷个/cm³，数浓度脱除率仅为19％。

Claims (3)

1.燃煤烟气脱硫工艺中提高细颗粒物脱除的装置，包括脱硫塔或增湿活化器，以及与脱硫塔或增湿活化器依次管道连接的静电除尘器、烟气再热器和引风机，其特征在于该装置在静电除尘器与烟气再热器之间设有蒸汽相变室(4)，所述蒸汽相变室(4)设有冲洗废液出口、烟气进口和烟气出口，所述烟气进口与静电除尘器烟气出口连接，烟气出口与烟气再热器连接，蒸汽相变室(4)的烟气进口与烟气出口之间依次设有蒸汽喷嘴(5)、除雾器(6)和冲洗水喷嘴(7)，蒸汽相变室(4)尺寸以烟气在相变室中的停留时间不少于水汽在细颗粒表面核化凝结长大所需时间50～200ms确定，内衬具有增进相变效果和防腐双重功效的耐蚀低表面能材料。

2.根据权利要求1所述的燃煤烟气脱硫工艺中提高细颗粒物脱除的装置，其特征在于所述除雾器(6)为丝网除雾器、板波纹除雾器或旋流板除雾器。

3.根据权利要求1所述的燃煤烟气脱硫工艺中提高细颗粒物脱除的装置，其特征在于所述蒸汽相变室(4)为卧式或立式。

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