CN102430307A - 板式塔湿法烟气脱硫中促进pm2.5脱除的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明针对板式塔湿法烟气脱硫中塔板间气液不直接接触及烟气含湿量较高的特点,提供一种应用蒸汽相变原理促进PM2.5脱除的方法及装置,其装置由除尘器、板式塔及设置于板式塔塔板间的蒸汽喷嘴组成。其方法为:在塔板间注入适量常压饱和蒸汽并辅以调节塔进口气液温差,使烟气在塔板间及与塔板上的脱硫液接触过程中达到过饱和,过饱和水汽以PM2.5为凝结核发生核化凝结,并同时产生扩散泳和热泳作用,使PM2.5粒度增大、质量增加,然后由塔板上的脱硫液高效捕集。本发明工艺简单,只要在塔板间添加适量蒸汽并辅以调节塔进口气液温差,即可使板式塔湿法烟气脱硫装置具有同时促进PM2.5粒度增大并脱除的功效。
Description
技术领域
本发明属于一种促进燃煤烟道气中PM2.5脱除的技术,特别涉及一种板式塔湿法烟气脱硫工艺中应用蒸汽相变原理促进PM2.5脱除的方法及装置。
背景技术
目前,国际上总颗粒物控制技术虽已达到较高水平,但对于空气动力学直径小于2.5微米的细颗粒物(PM2.5)捕集率却较低,造成大量细颗粒物排入大气环境。如湿法烟气脱硫(WFGD)系统难以捕集PM2.5,但对于3~5微米以上的微粒脱除效率可达70~80%以上;清华大学王珲等测试某300MW燃煤电厂WFGD系统对PM2.5的脱除作用发现,WFGD系统对可吸入颗粒物(PM10)有74.5%的脱除效率,但PM2.5反而增加(《中国电机工程学报》2008年第28卷)。燃煤是PM2.5的主要一次来源,且在今后相当长的时期内,PM2.5作为我国大气首要污染物的基本状况不会改变。因此,控制燃煤PM2.5的污染是国家节能减排战略的重大需求。运用新颖合理的技术原理对现有的烟气污染控制装置加以改进,提高对PM2.5的脱除效率,实现多种污染物的协同高效脱除,是控制燃煤PM2.5的重要技术发展方向;其中,将蒸汽相变预调节技术与现有烟气污染物治理装置结合是最有可能实现工程应用的重要途径之一。依据蒸汽相变促进PM2.5脱除的机理,利用该预调节技术,首先应建立过饱和水汽环境;因此,该技术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,大中型燃煤电厂普遍在除尘装置后安装WFGD系统,脱硫塔主要有喷淋塔、板式塔、填料塔等类型;鉴于板式塔(如旋流板塔、筛板塔)具有良好的气液接触性能,在WFGD系统中应用已逐渐增多,大多为设有降液管的溢流式板式塔。板式塔是一种逐板接触型的气液传质设备,传质通常只发生在塔板上;因此,在板式塔湿法烟气脱硫过程中,烟气主要在塔板上与脱硫液接触并进行SO2传质吸收反应,脱硫液沿降液管流入下一块塔板,塔板间气液基本不发生直接接触,烟气温度、相对湿度等沿塔板作阶跃式变化,烟温可由100~150℃降至45~65℃左右,相对湿度可接近或达到饱和状态,但达不到实现蒸汽相变所需的过饱和水汽环境。此外,安装WFGD系统的燃煤电厂,排入大气环境的细颗粒物除燃煤飞灰外,还包括硫酸雾、脱硫形成的无机盐微粒;荷兰Meij分析发现,石灰石/石膏法脱硫系统出口细颗粒物基本属于PM2.5,除燃煤飞灰外,还含石膏和未反应的石灰石等组分(Fuel Processing Technology,2004,85(6-7):641-656)。
申请号为200710132250.0的发明专利公开了一种湿法烟气脱硫中应用蒸汽相变促进PM2.5脱除的方法,采用在塔进口烟气、脱硫净化烟气中添加蒸汽两种方式,分别使烟气在脱硫洗涤过程中及脱硫净化烟气达到过饱和;但由于脱硫前烟气温度高、含湿量低,欲需烟气在脱硫洗涤过程中达到过饱和蒸汽耗量高,特别是过饱和水汽在PM2.5表面凝结的同时,也会凝结于脱硫液中,进而减弱蒸汽相变效果;塔出口脱硫净化烟气中添加蒸汽需要配置丝网等高效除雾器,但该类除雾器易堵,在WFGD工艺中,大多采用折流板除雾器,其对几十微米的微粒才有较佳捕集效果,而PM2.5难以凝结长大至该尺度的微粒。
发明内容
发明目的:本发明针对板式塔湿法烟气脱硫中塔板间气液不直接接触及烟气含湿量较高的特点,提供一种应用蒸汽相变原理促进PM2.5脱除的方法及装置。
技术方案:一种板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除的方法,燃煤烟气经除尘器脱除粒径≥2.5微米的粗粉尘后,从下塔段的烟气进口进入板式塔内,与中塔段底部塔板上的脱硫液接触后,注入常压饱和蒸汽同时调节塔进口气液温差,以使烟气在中塔段的塔板间及在与塔板上的脱硫液接触过程中达到过饱和状态,过饱和水汽以PM2.5为凝结核发生核化凝结,并同时产生扩散泳和热泳作用,使PM2.5粒度增大、质量增加,然后由后续塔板上的脱硫液捕集。
蒸汽在板式塔中塔段的上部塔节加入,蒸汽添加量以满足烟气过饱和度达到1.10~1.50为止。
蒸汽在板式塔中塔段的底部塔节加入,蒸汽添加量以使烟气达到饱和为止。
蒸汽同时在中塔段底部塔节和上部塔节加入,底部塔节蒸汽添加量以使烟气达到饱和为止,上部塔节蒸汽添加量以使烟气过饱和度达到1.10~1.25为止。
所述中塔段底部塔节所在塔板上的中低温脱硫液温度比进入塔板的饱和烟气的温度低20℃以上。
燃煤烟气在所述板式塔中的空塔气速为1.0~3.5m/s,烟气在塔节单元的停留时间大于水汽在PM2.5表面核化凝结长大所需时间;蒸汽注入处烟气温度≤70℃、相对湿度≥50%;塔进口烟气温度100~150℃,塔进口脱硫液温度30~50℃,比进口烟温低50℃以上。
所述的湿法烟气脱硫工艺是指石灰石-石膏法、双碱法、海水法、钠碱法、氧化镁法、氨法中的任意一种。
一种用于板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除方法的装置,该装置由除尘器、板式塔组成;所述除尘器的烟气出口与板式塔的烟气进口连接;所述板式塔由上至下依次分为上塔段、中塔段和下塔段,所述的上塔段沿烟气流动方向依次设有脱硫液喷淋管、除雾器及净化烟气出口;中塔段由下到上又分为底部塔节和上部塔节,在中塔段还设有蒸汽喷嘴;下塔段设有脱硫液排放口和烟气进口,脱硫液排放口经循环泵与脱硫液喷淋管相连。
所述中塔段的底部塔节和上部塔节各至少包含一个塔节单元,每一塔节单元由2块塔板构成,塔节单元高度≥600mm,蒸汽喷嘴设于塔节单元中部。
所述板式塔为旋流板塔、筛板塔;塔内至少装有3块塔板;所述塔板设有降液管。
有益效果:应用蒸汽相变原理促进PM2.5脱除,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。在板式塔湿法烟气脱硫过程中,一方面,烟温可由100~150℃逐渐降至45~65℃,含湿量可接近或达到饱和状态;另一方面,板式塔是一种逐板接触型的气液传质设备,烟气主要在塔板上与脱硫液接触并进行SO2传质反应,塔板间气液不发生接触。此外,结合现有板式塔WFGD工艺参数,空塔气速大多在1.0~3.5 m/s,板间距在500~1000mm左右,烟气在塔节的停留时间可大于水汽在PM2.5表面核化凝结长大所需时间(约50~200ms)。
本发明充分利用上述工艺特点,采用以下三种方式实现PM2.5凝结长大所需的过饱和水汽环境:
(1)在中塔段(脱硫段)上部塔节注入适量蒸汽,建立过饱和水汽环境,使PM2.5凝并长大,并由后续塔板上的脱硫液捕集;烟气经与脱硫段底部数块塔板上的脱硫液接触后,烟气温度已显著降低(≤55~65℃),相对湿度可增至70~80%以上,此时只要添加少量蒸汽即可建立PM2.5凝并长大所需的过饱和水汽环境。
(2)在中塔段(脱硫段)底部塔节注入适量蒸汽,使烟气达到饱和,并在与后续塔板上的中低温脱硫液接触过程中达到过饱和,使PM2.5凝并长大并由后续多块塔板上的脱硫液捕集;烟气经与塔最底部1~2块塔板上的脱硫液接触后,烟气温度已有较大降低(≤70℃)、相对湿度可增至50~60%以上,且气液温差较大(≥20~30℃);因此,添加少量蒸汽使烟气达到饱和并利用气液温差大的特性,可使烟气在与脱硫液接触过程中达到过饱和,并能借助扩散泳和热泳作用机理。
(3)在中塔段(脱硫段)底部、上部塔节同时注入适量蒸汽,使烟气在底部塔节达到饱和,上部塔节达到过饱和;该方式虽蒸汽添加量较高,但可取得较佳脱除效果;一方面,PM2.5凝并长大后可由后续多块塔板上的脱硫液捕集;同时,经脱硫段底部塔板洗涤脱除后,进入上部塔节时PM2.5浓度明显降低,在可凝结水汽量相同时,凝结于PM2.5表面的水汽量增加,可增长至更大尺寸,进而提高脱除效率。
(4)本发明采用在塔板间添加蒸汽,可使过饱和水汽主要凝结于PM2.5表面,并由后续塔板上的脱硫液捕集,进而避免塔进口烟气中添加蒸汽存在蒸汽耗量高及部分过饱和水汽凝结于脱硫液减弱蒸汽相变效果的不足,而在脱硫净烟气中添加蒸汽则需要另外再配置丝网等高效除雾器,且该类除雾器阻力大,易堵塞。本发明工艺简单,只要在塔板间添加适量蒸汽并辅以优化塔进口气液温差,即可使现有板式塔湿法烟气脱硫装置具有同时促进PM2.5粒度增大并高效脱除的功效,可广泛应用于采用板式塔湿法烟气脱硫工艺的燃煤电厂。
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-除尘器;2-板式塔;3-下塔段;4-蒸汽喷嘴;5-中塔段;51-底部塔节;52-上部塔节;511、512、521、522-塔节单元;6-降液管;7-塔板;8-喷淋管;9-上塔段;10-除雾器;11-循环泵;A-烟气;B-蒸汽;C-净化烟气。
具体实施方式
下面结合附图1~3,对本发明作详细说明:
一种用于板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除的装置,该装置由除尘器、板式塔组成;所述除尘器的烟气出口与板式塔的烟气进口连接;所述板式塔由上中下塔段组成,上塔段依烟气流动方向由下向上依次设有脱硫液喷淋管、除雾器及净化烟气出口;中塔段为脱硫段,包括底部塔节和上部塔节,在中塔段还设有蒸汽喷嘴;下塔段设有脱硫液排放口和烟气进口,脱硫液排放口经循环泵与脱硫液喷淋管相连。
所述中塔段的底部和上部塔节又可包含1个至数个塔节单元,每一塔节单元由2块塔板构成,塔节单元高度不低于600mm,蒸汽喷嘴设于塔节中部。
所述板式塔可以为旋流板塔、筛板塔;塔内至少装有3块塔板;所述塔板设有降液管。
一种板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除的方法,燃煤烟气经除尘器脱除粒径≥2.5微米的粗粉尘后,从下塔段的烟气进口进入板式塔,与中塔段底部塔节的塔板上的脱硫液接触后,注入适量蒸汽并辅以调节塔的进口气液温差,使烟气在塔板间及与塔板上的脱硫液接触过程中达到过饱和,过饱和水汽以PM2.5为凝结核发生核化凝结,并同时产生扩散泳和热泳作用,使PM2.5粒度增大、质量增加,然后由塔板上的脱硫液高效捕集。
蒸汽可采用三种加入方式,第一种蒸汽加入方式是蒸汽在板式塔中塔段的上部塔节加入,蒸汽添加量以使烟气过饱和度达到1.10~1.50确定,建立PM2.5凝并长大所需的过饱和水汽环境,凝并长大的含尘液滴由后续塔板上的脱硫液高效捕集。
第二种蒸汽加入方式是采用蒸汽在板式塔中塔段的底部塔节加入,蒸汽添加量以烟气达到饱和确定,饱和烟气进入后续塔板,与中低温脱硫液逆流接触,烟气被增湿冷却并达到过饱和,过饱和水汽以PM2.5为凝结核发生核化凝结,并同时产生扩散泳和热泳作用,使PM2.5粒度增大、质量增加,然后由后续多块塔板上的脱硫液高效捕集。
最后蒸汽还可以同时在中塔段底部塔节和上部塔节加入,底部塔节蒸汽添加量以烟气达到饱和确定,上部塔节蒸汽添加量以烟气过饱和度达到1.10~1.25确定。
所述中塔段底部塔节所在塔板上的中低温脱硫液温度比进入塔板的饱和烟气温度低20℃以上。
板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除的方法,燃煤烟气在所述板式塔中的空塔气速为1.0~3.5m/s,烟气在塔节的停留时间不少于水汽在PM2.5表面核化凝结长大所需时间(约50~200ms);蒸汽注入处烟气温度≤70℃、相对湿度≥50%;塔进口烟气温度80~150℃,塔进口脱硫液温度30~50℃,比进口烟温低50℃以上。
所述湿法烟气脱硫工艺是指石灰石-石膏法、双碱法、海水法、钠碱法、氧化镁法、氨法中的任意一种。
实施例1:
本发明的板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除的方法如图1所示:燃煤烟气经除尘器1脱除粒径≥2.5微米的粗烟尘后,从板式塔2下塔段3进入塔内,与经循环泵11送入的从喷淋管8喷出的中低温脱硫液逆流接触。燃煤烟气经与中塔段5底部塔节51的数块塔板上的脱硫液接触后,烟温由100~150℃降至55~65℃,相对湿度增至70~80%以上,然后经蒸汽喷嘴4在中塔段5也就是脱硫段的上部塔节52注入适量常压饱和蒸汽以使烟气达到过饱和,过饱和水汽以PM2.5为凝结核在其表面发生核化凝结,并同时产生扩散泳和热泳作用,使PM2.5粒度增大、质量增加,凝并长大的含尘液滴由中塔段5上部塔节52所在塔板上的脱硫液捕集。蒸汽添加量以烟气过饱和度达到1.10~1.50确定,这可以保证PM2.5凝并长大后的粒径在3~5微米以上,同时抑制均质核化现象,使中塔段5的上部塔节52内主要发生以PM2.5为凝结核的异质核化过程。脱硫及脱除PM2.5后的净化烟气经安装于板式塔上塔段9内的除雾器10脱除水雾后从设于塔顶的烟气出口排出。脱除的PM2.5除燃煤飞灰外,还包括硫酸雾滴、脱硫形成的无机盐微粒;烟气在板式塔2中的空塔气速为1.0~3.5m/s,进口脱硫液温度在30~45℃,比进口烟温低50℃以上;湿法烟气脱硫工艺可为石灰石-石膏法、双碱法、海水法、钠碱法、氧化镁法、氨法。
如图1所示,本发明的板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除的装置,主要由除尘器1、板式塔2组成,除尘器1可为电除尘器、布袋除尘器;板式塔2可为旋流板塔、筛板塔,由上中下3段组成,上塔段9沿烟气流动方向依次设有脱硫液喷淋管8、除雾器10及净化烟气出口;中塔段5为脱硫段,包括底部塔节51和上部塔节52;下塔段3设有脱硫液排放口和烟气进口,烟气进口与除尘器1的烟气出口连接,脱硫液排放口经循环泵11与脱硫液喷淋管8相连。中塔段5底部塔节和上部塔节51、52可分别包含511、512与521、522等数个塔节单元,也可以只含一个塔节单元,其中每一塔节单元又由2块塔板构成,塔板设有降液管6,蒸汽喷嘴4设于塔节中部;塔节单元511、512、521、522的高度不低于600mm,以保证烟气在塔节单元的停留时间不少于水汽在PM2.5表面核化凝结长大所需时间(约50~200ms)。
实施例2:
如图2所示,与实施例1不同的是,烟气经与脱硫段5最底部1~2块塔板上的脱硫液接触后,烟温由100~150℃降至70℃以下,相对湿度增至50~60%以上,在脱硫段5底部塔节51注入适量常压饱和蒸汽,使烟气达到饱和,在与后续塔板上的中低温脱硫液接触过程中烟气被增湿冷却,达到过饱和,发生以PM2.5为凝结核的蒸汽相变过程,并产生扩散泳和热泳作用,使PM2.5凝并长大进而由后续多块塔板上的脱硫液捕集;其中,中低温脱硫液温度需比进入塔板的饱和烟气温度低20℃以上;其余同实施例1。
实施例3:
如图3所示,与实施例1不同的是,烟气经与脱硫段5最底部1~2块塔板上的脱硫液接触后,烟温由100~150℃降至70℃以下,相对湿度增至50~60%以上,在脱硫段5底部、上部塔节同时注入适量常压饱和蒸汽,使烟气在底部塔节51达到饱和,上部塔节52达到过饱和。底部塔节51中的饱和烟气在与所在塔板上的中低温脱硫液接触过程中达到过饱和,使PM2.5凝并长大并由底部塔节51所在塔板上的脱硫液一次捕集;其中,中低温脱硫液温度需比进入塔板的饱和烟气温度低20℃以上。已脱除部分PM2.5的饱和或过饱和烟气进入脱硫段上部塔节,再次注入适量蒸汽,建立PM2.5二次凝并长大所需的过饱和水汽环境,并由上部塔节52所在塔板上的脱硫液二次捕集;其余同实施例1。
实施例4:
烟气由全自动燃煤锅炉产生,烟气量为150Nm3/h,脱硫塔采用直径150mm、高4000mm的旋流板塔,内置5块旋流板,板间距600mm,塔出口安装板波纹除雾器,湿法脱硫技术为石灰石-石膏法,空塔气速约3.0m/s,液气比为5 L/Nm3,塔进口烟气温度105℃,脱硫液温度45℃。燃煤锅炉产生的含尘烟气经旋风除尘器脱除粗颗粒后,由旋流板塔下部烟气进口进入塔内,经与塔下部3块旋流板上的脱硫液接触后,烟温降至59℃,相对湿度增至87%;在上部2个塔节中注入常压饱和蒸汽,蒸汽添加量为每Nm3烟气注入0.060kg,所能达到的烟气过饱和度约为1.17。经电称低压冲击器在线测试,添加蒸汽后,除雾器出口PM2.5数浓度由2.04×107个/cm3降至7.26×106个/cm3,数浓度脱除率提高64.41%。
实施例5:
脱硫塔采用直径150mm、高4000mm的筛板塔,内置5块筛板,板间距600mm;烟气量为120Nm3/h,空塔气速约2.5m/s,液气比为3 L/Nm3;其余基本同时实施例4;经电称低压冲击器在线测试,添加蒸汽后,除雾器出口PM2.5数浓度由1.97×107个/cm3降至7.45×106个/cm3,数浓度脱除率提高62.18%。
对比例1:
采用实施例4试验系统,但蒸汽在旋流板塔入口烟气中加入;其余基本同实施例4;经电称低压冲击器在线测试,添加蒸汽后,除雾器出口PM2.5数浓度由2.01×107个/cm3降至1.43×107个/cm3,数浓度脱除率仅提高28.85%。
对比例2:
采用实施例4试验系统,但在旋流板塔塔顶烟气出口处安装蒸汽相变室,蒸汽相变室烟气进出口分别设置板波纹、丝网除雾器,蒸汽在相变室中加入;其余基本同实施例4;经电称低压冲击器在线测试,添加蒸汽后,丝网除雾器出口PM2.5数浓度由2.07×107个/cm3降至1.08×107个/cm3,数浓度脱除率仅提高47.83%。
Claims (10)
1.一种板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除的方法,其特征在于,燃煤烟气经除尘器脱除粒径≥2.5微米的粗粉尘后,从下塔段的烟气进口进入板式塔内,与中塔段底部塔板上的脱硫液接触后,注入常压饱和蒸汽同时调节塔进口气液温差,以使烟气在中塔段的塔板间及在与塔板上的脱硫液接触过程中达到过饱和状态,过饱和水汽以PM2.5为凝结核发生核化凝结,并同时产生扩散泳和热泳作用,使PM2.5粒度增大、质量增加,然后由后续塔板上的脱硫液捕集。
2.根据权利要求1所述的板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除的方法,其特征在于,蒸汽在板式塔中塔段的上部塔节加入,蒸汽添加量以满足烟气过饱和度达到1.10~1.50为止。
3.根据权利要求1所述的板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除的方法,其特征在于,蒸汽在板式塔中塔段的底部塔节加入,蒸汽添加量以使烟气达到饱和为止。
4.根据权利要求1所述的板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除的方法,其特征在于,蒸汽同时在中塔段底部塔节和上部塔节加入,底部塔节蒸汽添加量以使烟气达到饱和为止,上部塔节蒸汽添加量以使烟气过饱和度达到1.10~1.25为止。
5.根据权利要求3或4所述的板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除的方法,其特征在于,所述中塔段底部塔节所在塔板上的中低温脱硫液温度比进入塔板的饱和烟气的温度低20℃以上。
6.根据权利要求1所述的板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除的方法,其特征在于,燃煤烟气在所述板式塔中的空塔气速为1.0~3.5m/s,烟气在塔节单元的停留时间大于水汽在PM2.5表面核化凝结长大所需时间;蒸汽注入处烟气温度≤70℃、相对湿度≥50%;塔进口烟气温度100~150℃,塔进口脱硫液温度30~50℃,比进口烟温低50℃以上。
7.根据权利要求1所述的板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除的方法,其特征在于,所述的湿法烟气脱硫工艺是指石灰石-石膏法、双碱法、海水法、钠碱法、氧化镁法、氨法中的任意一种。
8.一种实现权利要求1所述的板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除方法的装置,该装置由除尘器、板式塔组成;其特征在于,所述除尘器的烟气出口与板式塔的烟气进口连接;所述板式塔由上至下依次分为上塔段、中塔段和下塔段,所述的上塔段沿烟气流动方向依次设有脱硫液喷淋管、除雾器及净化烟气出口;中塔段由下到上又分为底部塔节和上部塔节,在中塔段还设有蒸汽喷嘴;下塔段设有脱硫液排放口和烟气进口,脱硫液排放口经循环泵与脱硫液喷淋管相连。
9.根据权利要求8所述的实现板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除方法的装置,其特征在于,所述中塔段的底部塔节和上部塔节各至少包含一个塔节单元,每一塔节单元由2块塔板构成,塔节单元高度≥600mm,蒸汽喷嘴设于塔节单元中部。
10.根据权利要求8所述的板式塔湿法烟气脱硫中促进PM2.5脱除方法的装置,其特征在于,所述板式塔为旋流板塔或筛板塔;塔内至少装有3块塔板;所述塔板设有降液管。
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