CN102225309B - 一种燃煤烟气两级棒栅水膜除尘装置及除尘方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前后两级棒栅水膜烟气除尘装置和除尘方法。该烟气除尘装置主要包括湿式棒栅水膜塔(1)和烟囱(2)，棒栅水膜塔(1)和烟囱(2)中均设有棒栅层(3)，棒栅层(3)中每3个棒栅呈品字形排列，在棒栅层上方设置有布水器(4)。本发明通过用棒栅代替填料层并充分利用烟囱(2)内的闲置空间，不仅实现了高效除尘的同时避免了填料塔的结垢问题，还实现了烟气的二次除尘。本发明的前后两级棒栅水膜烟气除尘装置和除尘方法尤其适用于燃煤烟气的净化。

Description

一种燃煤烟气两级棒栅水膜除尘装置及除尘方法

技术领域

本发明涉及一种湿式除尘器及烟气除尘方法，具体的说，涉及一种前后两级棒栅水膜除尘装置及前后两级棒栅水膜烟气除尘方法，更具体的说，涉及一种用于燃煤烟气的前后两级类似于填料塔的高效棒栅水膜除尘器及前后两级棒栅水膜除尘方法。

背景技术

烟气，特别是燃煤电厂排出的烟气，包含大量烟尘。烟尘如不经处理，则排放到大气中易形成浮尘和落灰，严重污染环境。

目前，国内和国际对于烟尘的排放要求越来越严格。1980年之前，火电厂执行的《工业“三废”排放试行标准》(GBJ 4-1973)规定，烟尘排放量按烟囱高度限制，利用高烟囱排放对策除尘效率为80％～90％即可达标。1991年的《燃煤电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-1991)规定，烟尘浓度则要达到2000mg/Nm³。1996年的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-1996)将排尘浓度限值提高到200～600mg/Nm³。2003年的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2003)进一步提高了排放标准，其规定新建火电机组排尘浓度执行50mg/Nm³标准。北京市地方标准DB11/139-2002《(锅炉污染物综合排放标准》规定，新建燃煤锅炉排尘浓度执行30mg/Nm³标准。面对越来越严格的烟尘排放标准，如何发展高效除尘的工艺，成了本领域的迫切需求。

目前的除尘方法主要有干式除尘和湿式除尘两大类，干式除尘又主要包括袋式除尘和静电除尘两大类。

袋式除尘利用滤袋过滤粉尘。袋式除尘器是一种干式滤尘装置，它适用于捕集细小、干燥、非纤维性粉尘。滤袋采用纺织的滤布或非纺织的毡制成，利用纤维织物的过滤作用对含尘气体进行过滤，当含尘气体进入袋式除尘器时，颗粒大、比重大的粉尘，由于重力的作用沉降下来，落入灰斗，含有较细小粉尘的气体在通过滤料时，粉尘被阻留，使气体得到净化。但随着粉尘在滤料表面的积聚，会使除尘器的阻力过高，从而导致除尘系统的风量显著下降。因此，除尘器的阻力达到一定数值后，要及时清灰，同时清灰时不能破坏初层，否则除尘效率会下降，这就导致除尘操作不能连续进行。同时，由于烟尘高速运动产生摩擦力，同时烟气包含硫氧化物和氮氧化物呈酸性，导致对设备产生腐蚀，因此袋式除尘器一般3年更换一次滤袋，5年更换一次龙骨，导致设备运营成本增大。

静电除尘的工作原理是利用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘荷电在电场作用下与气流分离。静电除尘器的负极由不同断面形状的金属导线制成，叫放电电极，正极由不同几何形状的金属板制成，叫集尘电极。静电除尘器的性能受粉尘性质、设备构造和烟气流速等三个因素的影响。粉尘的比电阻是评价导电性的指标，它对除尘效率有直接的影响。比电阻过低，尘粒难以保持在集尘电极上，致使其重返气流，比电阻过高，到达集尘电极的尘粒电荷不易放出，在尘层之间形成电压梯度会产生局部击穿和放电现象，这些情况都会造成除尘效率下降，因此静电除尘器对设备要求比较严格。

无论是袋式除尘还是静电除尘，其处理对象只能是单一的烟尘，不能对烟气中的硫氧化物、氮氧化物和重金属进行脱除，同时，其需要单独占用空间，不能与其他单元集成在一起，因此在旧设备改造时受限较大。

湿式除尘俗称“水除尘”，它是使含尘气体与液体(水)密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其他作用捕集颗粒或使颗粒增大的装置。根据湿式除尘器的净化机理，可将其大致分成七类：(1)重力喷雾洗涤器，(2)旋风洗涤器，(3)自激喷雾洗涤器，(4)板式洗涤器，(5)填料洗涤器，(6)文丘里洗涤器，(7)机械诱导喷雾洗涤器。

湿式除尘器中对洗涤液的使用，要么是通过布水器或喷淋管直接喷淋，其产生液滴与烟尘颗粒碰撞聚集，不能产生具有更高效率的液膜，洗涤液的利用率低，导致能耗增大；要么是如填料洗涤器一样，通过填料介质增大烟气与洗涤液的接触表面，有效增加了烟尘的洗涤效率，但由于填料层中局部有静液区存在，在该区域内，洗涤液流动缓慢甚至静止，而烟尘是高温灰尘，其性能类似水泥，在与水接触时会生成于类似混凝土的固体物质，粉尘在该静液区内会积聚凝结，形成积垢附着在填料上，随着运行时间的增长，该积垢层厚度增大，造成填料层堵塞，进而影响烟尘的处理效率。

因此，如何获得一种结构简单而又具有接近填料洗涤效率的除尘器，是所属技术领域面对的技术难题。

同时，现有的烟气除尘工艺，都是单独设计一个除尘单元。由于设备空间的限制，往往导致洗涤深度不够理想，洗涤后的烟气中烟尘含量仍然较大。或者为满足烟尘处理深度的要求，加大设备的尺寸以增大洗涤强度或延长洗涤时间，其缺点是对空间要求苛刻的旧工艺改造不适用。

在该领域中，出于设备占用空间和投资成本的考虑，一般不会设置二级除尘单元。主要考虑是，在实现相同的烟尘除尘要求时，二级除尘单元的占地面积、投资都要大于单独的增大尺寸的除尘单元，因此现有技术在设计中要避免采用二级除尘单元。

在现有的烟气处理工艺中，都需要将烟气排放到高空的烟囱。烟囱的作用仅仅是将烟气排放到高空，其内部的空间，特别是直径3米甚至5米以上烟囱的巨大空间，没有充分利用，造成空间的巨大浪费。

因此，本发明针对现有技术的不足，提出一种以效率接近填料的棒栅为填充物，同时利用烟囱的巨大空间的燃煤烟气前后两级棒栅水膜除尘装置和前后两级棒栅水膜除尘方法。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种前后两级棒栅水膜燃煤烟气除尘装置。该燃煤烟气除尘装置主要包括湿式棒栅水膜塔1和烟囱2，棒栅水膜塔1和烟囱2中均设有棒栅层3，棒栅层3中每3个棒栅呈品字形排列，在棒栅层上方设置有布水器4。

作为优选技术方案，所述棒栅层3与布水器4自下而上可做棒栅层/布水器/棒栅层/布水器的重复设置，重复数为2-7，优选2-4。

棒栅水膜塔1和烟囱2底部与循环液池5流体连通，循环液池5通过循环泵6连接布水器4。棒栅水膜塔1和烟囱2连接相同或不同的循环液池5。

棒栅的材料可采用玻璃钢、橡胶、陶瓷或经过防腐处理的金属材料等，优选玻璃钢。棒栅呈品字形排列，棒栅与棒栅之间的间距，可根据现场工艺条件和具体工艺要求进行设定，所属技术领域的技术人员具有确定棒栅间距的技术能力，因此本发明不再对所述间距进行限定。

为实现操作的自动化管理或远程管理，优选在棒栅水膜塔1和烟囱2的烟气入口和烟气出口处分别设置烟尘浓度传感器7，所述传感器7与中央控制计算机相连。

在烟囱的顶部设置有除雾器9，以除去烟气中夹带的水汽。为定期清洗除雾器9，可在除雾器9下方设置冲洗水10。

本发明的另一个目的是，提供一种前后两级棒栅水膜燃煤烟气除尘方法。其工艺步骤为：(1)烟气进入棒栅水膜塔1，自下而上穿过棒栅水膜塔1内的棒栅层3，在棒栅层3中与洗涤液逆流接触，烟气自棒栅水膜塔1烟气出口离开；(2)经处理的烟气进入烟囱2，自下而上穿过烟囱2内的棒栅层3，在棒栅层3中与洗涤液逆流接触，烟气排入大气；所述棒栅层3中每3个棒栅呈品字形排列。

在上述步骤(1)和步骤(2)之间，还可以进行脱硫、脱硝和/或脱重金属(特别是汞)操作。

烟气在排入大气前，优选通过烟囱2顶部的除雾器9脱除烟气中的水汽、雾沫。由于除雾器9在运行一段时间后，会聚集结垢，可以通过除雾器9下方的冲洗水10冲洗除雾器9，以除去其表面的结垢。

洗涤液与烟气逆流接触后，自烟气水膜塔1和烟囱2的底部进入循环液池5，经过可选的除杂、再生或添加新鲜洗涤液后，经过循环泵6泵入布水器4，从而完成洗涤液的循环。

设置在棒栅水膜塔1和烟囱2烟气进口的烟尘浓度传感器7，监测烟气中烟尘的浓度，并将该浓度传输到中央控制计算机，中央控制计算机根据该浓度，通过循环泵6分别控制棒栅水膜塔1和烟囱2的洗涤液供应量，从而控制除尘率。

设置在棒栅水膜塔1和烟囱2烟气出口的烟尘浓度传感器7，分别监测离开棒栅水膜塔1和烟囱2的烟尘的浓度，并将该浓度传输到中央控制计算机，中央控制计算机根据该浓度，分别对棒栅水膜塔1和烟囱2的洗涤液供应量进行调整。

本发明的有益技术效果之一是，利用独特的棒栅设置，在烟气除尘时，烟气与洗涤液逆流接触，洗涤液借助与棒栅的碰撞，在棒栅层中产生液网、液膜或液滴，烟气与所述液网、液膜或液滴碰撞，进行传质和传热并发生化学反应，从而达到接近填料塔除尘效果。同时，由于采用棒栅结构，棒栅与棒栅之间呈品字形排列，棒栅互不接触，这种结构形式有效避免了填料塔的静液区的形成，从而避免了填料塔的结垢缺陷。即，该棒栅除尘塔具有接近填料塔的除尘效率，却没有填料塔易结垢的固有缺陷。

本发明的有益技术效果更在于，克服技术偏见或技术习惯，利用现有技术从未利用的烟囱内部空间，进行湿式棒栅除尘操作，实现了烟气中烟尘的二次脱除，不仅有效增加了烟气除尘的效果和处理深度，同时还在保证烟气除尘达标的前提下，可以减小前级棒栅水膜塔的大小，有效节省了烟气除尘装置的占地面积。

附图说明

图1为本发明的前后两级湿式棒栅除尘的工艺流程图

具体实施方式

如图1所示，本发明的前后两级湿式棒栅除尘器主要包括棒栅水膜塔1(前级除尘装置)和烟囱2(后级除尘装置)，棒栅水膜塔1底部具有烟气入口，顶部具有烟气出口，在烟气入口和烟气出口之间的空间内具有棒栅层3，棒栅层3中每3个棒栅呈品字形排列，棒栅层3上方设置有布水器4。棒栅水膜塔1底部与循环液池5流体连通，循环液池5通过循环泵6连接布水器4。

在棒栅水膜塔1(前级除尘装置)和烟囱2(后级除尘装置)之间，可以根据需要自由设置烟气脱硫、脱硝和/或脱重金属等单元，图1中以虚线表示。该部分设置均是所属技术领域的已知技术，本发明对此不再赘述。

作为优选技术方案，棒栅层3与布水器4自下而上可做棒栅层/布水器/棒栅层/布水器的重复设置，重复数为2-7，优选2-4。

棒栅的材料可采用玻璃钢、橡胶、经过防腐处理的金属材料等，优选玻璃钢。棒栅呈品字形排列，棒栅与棒栅之间的间距，可根据现场工艺条件和具体工艺要求进行设定，所属技术领域的技术人员具有确定棒栅间距的技术能力，因此本发明不再对所述间距进行限定。

为实现操作的自动化管理或远程管理，优选在烟气入口4和烟气出口5处设置烟尘浓度传感器7，传感器7与中央控制计算机相连。

在烟囱的顶部设置有除雾器9，以除去烟气中夹带的水汽。为定期清洗除雾器9，可在除雾器9下方设置冲洗水10。

在烟气除尘时，来自燃煤锅炉等的烟气，自棒栅水膜塔1的烟气入口进入棒栅水膜塔1，烟气自下而上穿过棒栅层3，与布水器4中喷淋而下的洗涤液逆流接触。烟气中的烟尘在与洗涤液接触时不断聚集，颗粒逐步增大并进入洗涤液，经过洗涤的烟气自棒栅水膜塔1的烟气出口离开进入下一步处理工序。

与烟气逆流接触的洗涤液借助与棒栅的碰撞，在棒栅层3中产生液网、液膜或液滴，烟气与所述液网、液膜或液滴碰撞，进行传质和传热并发生化学反应，将烟气中的烟尘颗粒洗脱以后，进入烟气水膜塔1底部并排入循环液池5，循环液经过可选的除杂、再生或添加新鲜洗涤液后，经过循环泵6泵入布水器4，从而完成洗涤液的循环。

自棒栅水膜塔1烟气出口排出的烟气，根据需要，可自由进行脱硫、脱硝和/或脱重金属(脱汞)操作。所述脱硫、脱硝和脱汞工艺，均是所属技术领域的已知工艺，其具体工艺和流程均是已知技术，本发明不再就此限定。

经过可选的脱硫、脱硝和/或脱重金属处理后的烟气，经过烟机8后，自烟囱2的烟气入口进入烟囱。与棒栅水膜塔1的烟气洗涤相同，烟气自下而上穿过棒栅层3，与布水器4中喷淋而下的洗涤液逆流接触。烟气中的烟尘在与洗涤液接触时不断聚集，颗粒逐步增大并进入洗涤液，经过洗涤的烟气自烟囱2的沿烟囱向上，经过设置在烟囱2顶部的除雾器9，除去烟气中夹带的水汽、雾沫，洁净的烟气排入大气。

与烟气逆流接触的洗涤液借助与棒栅的碰撞，在棒栅层3中产生液网、液膜或液滴，烟气与所述液网、液膜或液滴碰撞，进行传质和传热并发生化学反应，将烟气中的烟尘颗粒洗脱以后，进入烟囱2底部并排入循环液池5，循环液经过可选的除杂、再生或添加新鲜洗涤液后，经过循环泵6泵入布水器4，从而完成二级除尘的洗涤液的循环。

棒栅水膜塔1和烟囱2可以共用同一个循环液池5，也可以各自单独设置循环液池5，其具体设置可由本领域技术人员根据现场条件和/或具体工艺要求自由设定。

经过一段时间运行以后，除雾器9上面会积累污垢，从而影响除雾效果，因此需要定期用冲洗水10冲洗除雾器9，以除去上面的污垢。

为实现操作的自动化管理或远程管理，在棒栅水膜塔1的烟气入口设置的烟尘浓度传感器7监测得到烟气中烟尘的初始浓度，将该初始浓度传输到中央控制计算机，中央控制计算机根据预设程序，通过循环泵6控制洗涤液的供应量，从而控制烟尘的洗涤效果。

在棒栅水膜塔1烟气出口设置的烟尘浓度传感器7监测得到洗涤后烟气中烟尘的浓度，将该浓度传输到中央控制计算机，中央控制计算机根据该浓度，对洗涤液的供应量进行修正。

烟尘浓度传感器6与中央控制计算机联合使用后，可根据烟气中的烟尘浓度，精确控制烟尘的洗脱效果和调节洗涤液的喷淋量，从而在保证除尘效果的同时节省能量和洗涤液。

本发明通过在棒栅水膜塔1和烟囱2设置棒栅层3，实现了烟气湿式除尘时，洗涤液与棒栅表面碰撞产生液网、液膜或液滴，达到填料塔的洗涤效果，同时由于每个棒栅是独立存在，棒栅层没有像填料层那样的静液区，烟尘形成的混凝土类似物在棒栅上无法积聚，克服了填料塔的缺陷。

更进一步，本发明克服本领域的技术习惯，在烟囱2内设置棒栅层3，利用烟囱的空闲空间，实现了二级棒栅水膜除尘。在棒栅水膜塔1(前级除尘)处理能力、尺寸和占地面积不变时，提供了额外的二级除尘，增加了烟气的除尘效果；在保证烟气除尘达标的前提下，由于在烟囱2中实现了二级棒栅水膜除尘，因此前级棒栅水膜塔1的处理能力可相应缩小，因此其占地面积和尺寸可相应缩小。对于燃煤电厂等烟气排放单位，在已有的烟气除尘升级改造时，由于现场空间的限制，不能采用增大单级除尘设备的尺寸从而增大其处理能力的方式改造，此时本发明的两级棒栅水膜除尘方法特别适用。

本发明采用上述方式进行详细描述，但不意味着本发明必须依赖上述详细设置才能实施。基于所属技术领域技术人员的理解，任何技术手段的等效替换或具体方式的选择，均落在本发明公开范围之内。

Claims (14)

1.一种前后两级棒栅水膜燃煤烟气除尘装置，其特征在于，所述燃煤烟气除尘装置主要包括湿式棒栅水膜塔(1)和烟囱(2)，棒栅水膜塔(1)和烟囱(2)中均设有棒栅层(3)，棒栅层(3)中每3个棒栅呈品字形排列，在棒栅层上方设置有布水器(4)。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，棒栅层(3)与布水器(4)自下而上呈棒栅层/布水器/棒栅层/布水器的重复设置，重复数为2-7。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述重复数为2-4。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，棒栅的材料采用玻璃钢、橡胶、陶瓷或经过防腐处理的金属材料。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，棒栅的材料采用玻璃钢。

6.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，棒栅水膜塔(1)和烟囱(2)底部与循环液池(5)流体连通，循环液池(5)通过循环泵(6)连接布水器(4)，棒栅水膜塔(1)和烟囱(2)连接相同或不同的循环液池(5)。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，烟囱的顶部设置有除雾器(9)，在除雾器9下方设置冲洗水(10)。

8.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，分别在棒栅水膜塔(1)和烟囱(2)的烟气入口和烟气出口处设置烟尘浓度传感器(7)，所述传感器(7)与中央控制计算机相连。

9.一种前后两级棒栅水膜燃煤烟气除尘方法，其工艺步骤为：

(1)烟气进入棒栅水膜塔(1)，自下而上穿过棒栅水膜塔(1)内的棒栅层(3)，在棒栅层(3)中与洗涤液逆流接触，烟气自棒栅水膜塔(1)烟气出口离开；

(2)经处理的烟气进入烟囱(2)，自下而上穿过烟囱(2)内的棒栅层(3)，在棒栅层(3)中与洗涤液逆流接触，烟气排入大气；

所述棒栅层(3)中每3个棒栅呈品字形排列。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤(1)和步骤(2)之间，进行脱硫、脱硝和/或脱重金属处理。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述脱重金属为脱汞。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，洗涤液与烟气逆流接触后，自烟气水膜塔(1)和烟囱(2)的底部进入循环液池(5)，经过除杂、再生和/或添加新鲜洗涤液后，经过循环泵(6)泵入布水器(4)，从而完成洗涤液的循环。

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，设置在棒栅水膜塔(1)和烟囱(2)烟气进口的烟尘浓度传感器(7)，分别监测进入棒栅水膜塔(1)和烟囱(2)的烟尘浓度，并将该浓度传输到中央控制计算机，中央控制计算机根据该浓度，通过循环泵(6)分别控制棒栅水膜塔(1)和烟囱(2)的洗涤液供应量，从而控制除尘率；设置在棒栅水膜塔(1)和烟囱(2)烟气出口的烟尘浓度传感器(7)，分别监测离开棒栅水膜塔(1)和烟囱(2)的烟尘浓度，并将该浓度传输到中央控制计算机，中央控制计算机根据该浓度，分别对棒栅水膜塔(1)和烟囱(2)的洗涤液供应量进行调整。

14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，烟气在排入大气前，通过烟囱(2)顶部的除雾器(9)脱除烟气中的水汽、雾沫，通过除雾器(9)下方的冲洗水(10)冲洗除雾器(9)，以除去其表面的结垢。

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