CN103041690A - 协同脱硫及脱除烟气中pm2.5的脱除塔及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔及方法，脱除塔内由上至下依次设置有：烟气出口烟道、除雾装置、相变凝结区、浆液喷淋层、第一烟气增湿装置及浆液池，浆液池通过浆液管路及循环泵连通到浆液喷淋层，浆液喷淋层与第一烟气增湿装置之间设置有烟气入口烟道；浆液池内由上至下依次设有氧化隔离装置、氧化空气布气装置和搅拌器；相变凝结区包括第二烟气增湿装置和多个具有弯折的挡板。该脱除塔既包括用于脱硫的结构，又包括脱除PM_2.5的结构，两种结构分布在同一个脱除塔内，利用蒸汽相变技术，可以同时实现脱硫及脱除PM_2.5，提高了对烟气的净化效率，另外脱除塔的整体结构简单，节省占地面积，减少运行费用。

Description

协同脱硫及脱除烟气中PM2.5的脱除塔及方法

技术领域

本发明涉及烟气净化技术领域，特别涉及一种协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔及方法。

背景技术

PM_2.5指空气动力学直径小于2.5μm的微细颗粒，是导致大气能见度降低、阴霾天气、酸雨和全球气候变化等环境问题的重要因素。目前PM_2.5污染已成为我国突出的大气环境问题。PM_2.5的排放主要来自化石燃料如煤炭、石油等及生物质的燃烧，由于其比表面积很大，容易富集重金属元素，是影响人类身体健康最主要的污染物之一，而现有常规除尘技术对PM₁₀及以下的微细颗粒难以有效捕集。就目前控制燃烧源微细颗粒的技术发展趋势来看，将蒸汽相变技术与现有燃煤锅炉湿法烟气脱硫技术相结合是最有可能实现工程应用的重要途径之一。

蒸汽相变技术原理为：在过饱和蒸汽环境中，蒸汽以微细颗粒为凝结核发生相变，颗粒粒度增大，同时颗粒间相互接触碰撞发生凝并现象，使微细颗粒粒径和质量均显著增大。

目前，国内大部分燃煤电站已安装湿法脱硫装置，用于脱除排放烟气中所含的硫化物气体。在现有的湿法脱硫装置中，高温烟气与低温脱硫喷淋液相接触，发生传热传质过程，烟气被部分汽化，含湿量显著增大，可接近或达到过饱和状态，可产生蒸汽相变从而促进微细颗粒凝结长大，被喷淋浆液部分脱除。因此，在湿法脱硫装置中应用蒸汽相变技术实现PM_2.5有效脱除是可行的。但是现有技术中尚没有出现在脱硫的同时可以协同脱除烟气中PM_2.5的脱除塔装置及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔及方法，可以在现有脱硫装置的基础上协同脱除烟气中的PM_2.5。

为了达到上述目的，本发明提出了一种协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔，所述脱除塔内由上至下依次设置有：烟气出口烟道、除雾装置、相变凝结区、浆液喷淋层、第一烟气增湿装置及浆液池，所述浆液池通过浆液管路及循环泵连通到所述浆液喷淋层，所述脱除塔塔身上还设置有烟气入口烟道,所述烟气入口烟道位于所述浆液喷淋层与所述第一烟气增湿装置之间；

所述浆液池内由上至下依次设置有氧化隔离装置、氧化空气布气装置和搅拌器；

所述相变凝结区包括水平设置的第二烟气增湿装置，及设置于所述第二烟气增湿装置上方的多个具有弯折的挡板；

所述第一烟气增湿装置及所述第二烟气增湿装置用于喷洒增湿剂。

进一步优选地，所述烟气入口通道为倾斜向下设置；所述烟气入口通道与水平面呈15～20°夹角；所述第一烟气增湿装置包括与所述烟气入口通道垂直的第一增湿单元，及与所述第一增湿单元上端相连接的水平设置的第二增湿单元。

进一步优选地，所述氧化空气布气装置包括沿所述脱除塔径向延伸的氧化空气主管，所述氧化空气主管上还连通多个以所述脱除塔中心为圆心的环形氧化空气支管；

所述氧化空气主管的氧化空气入口端连接到氧化风机，所述脱除塔内氧化空气主管的直径由氧化空气入口端到氧化空气出口端逐渐减小。

进一步优选地，所述氧化空气主管的氧化空气入口端设置有减温供水管；所述氧化空气支管上设置有喷嘴及自控式流量调节阀。

进一步优选地，所述氧化隔离装置为多个水平方向平行排列且截面为菱形的管道。

进一步优选地，所述搅拌器为射流搅拌器。

进一步优选地，所述浆液喷淋层中的喷淋浆液为脱硫剂溶液，所述脱硫剂为白泥、石灰石、生石灰或电石渣。

进一步优选地，所述增湿剂为雾化热水，或添加有润湿剂或增聚剂的雾化溶液。

本专利还公开了一种协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的方法，包括如下步骤：

(a)第一烟气增湿装置向待净化烟气喷洒增湿剂进行增湿；

(b)浆液喷淋层对增湿后的烟气喷洒脱硫剂浆液进行脱硫并部分脱除微细颗粒；

(c)第二烟气增湿装置对烟气再次增湿,使脱硫后烟气中的PM_2.5在相变凝结区发生蒸汽相变；

(d)除雾装置对发生蒸汽相变凝结长大的微细颗粒进行脱除；

(e)排放已脱硫和脱除微细颗粒的净烟气。

上述方法中，所述步骤(a)中向待净化烟气喷洒增湿剂进行增湿包括：烟气通过所述烟气入口烟道，与所述第一烟气增湿装置喷洒的增湿剂接触，使烟气湿度增大，接近或达到过饱和；

所述步骤(b)中对增湿后的烟气喷洒脱硫剂浆液进行脱硫并部分脱除微细颗粒包括：采用白泥、石灰石、生石灰或电石渣中的一种作为脱硫剂制成浆液，所述浆液喷淋层对烟气喷洒所述浆液进行脱硫并脱除烟气中发生蒸汽相变凝结的部分微细颗粒；

所述步骤(c)中PM_2.5发生蒸汽相变是指：脱硫后的烟气进入所述相变凝结区，与所述第二烟气增湿装置喷洒的增湿剂接触，并通过多个具有弯折的挡板，使烟气中的PM_2.5发生蒸汽相变和碰撞而凝结。

本发明的效果在于：

本发明提供的协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔，由于脱除塔既包括用于脱硫的结构，又包括脱除PM_2.5的结构，两种结构分布在同一个脱除塔内，利用蒸汽相变技术，可以同时实现脱硫及脱除PM_2.5，提高了对烟气的净化效率，且脱除塔的整体结构简单；

本发明提供的协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的方法，在现有的烟气脱硫技术基础上，通过脱硫前对烟气增湿，使烟气中部分PM_2.5等微细颗粒发生蒸汽相变，在对烟气脱硫的同时脱除部分微细颗粒，脱硫后再对烟气增湿，使烟气中剩余的以及脱硫过程新产生的PM_2.5等微细颗粒发生蒸汽相变凝结长大，而后通过除雾装置脱除，这样可以在对烟气进行脱硫的同时实现对烟气中PM_2.5等微细颗粒的脱除，提高了烟气净化效率，减少了大气污染。

附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1为本发明一实施例协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔的结构示意图；

图2为图1中第一烟气增湿装置的俯视结构示意图；

图3为图1中氧化空气布气装置的俯视结构示意图；

图4为图1中氧化隔离装置的俯视结构示意图。

图中标号如下：

1、烟气出口烟道             2、除雾装置              3、相变凝结区

301、第二烟气增湿装置       302、具有弯折的挡板      4、浆液喷淋层

5、第一烟气增湿装置         501、第一增湿单元        502、第二增湿单元

6、浆液池                   601、浆液管路            602、循环泵

7、烟气入口烟道             8、氧化空气布气装置      801、氧化空气主管

802、环形氧化空气支管       803、自控式流量调节阀    804、减温供水管

805、氧化风机               9、搅拌器                901、射流泵

10、氧化隔离装置

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明一实施例协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的一种协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔，脱除塔内由上至下依次设置有：烟气出口烟道1、除雾装置2、相变凝结区3、浆液喷淋层4、第一烟气增湿装置5及浆液池6，浆液池6内由上至下依次设置有氧化隔离装置10、氧化空气布气装置8及搅拌器9。浆液池6通过浆液管路601及循环泵602连通到浆液喷淋层4，浆液喷淋层4与烟气增湿装置之间的脱除塔的塔身上还设置有烟气入口烟道7。如图1中所示，图中的箭头方向即为烟气在脱除塔中净化过程的流动方向。待净化的烟气经烟气入口烟道7通入脱除塔内，经第一烟气增湿装置5增湿后，由浆液喷淋层4对其喷洒含有脱硫剂的浆液脱除烟气中的二氧化硫及部分PM_2.5微细颗粒，而后进入相变凝结区3。

相变凝结区3包括水平设置的第二烟气增湿装置301，及设置于第二烟气增湿装置301上方的多个具有弯折的挡板302。相变凝结区3设在浆液喷淋层4的上部，脱硫后的烟气经过第二烟气增湿装置301后进一步达到过饱和，烟气中原有以及脱硫过程新产生的PM_2.5等微细颗粒发生蒸汽相变凝结长大，此外，在具有弯折的挡板302的作用下微细颗粒相互碰撞凝并，颗粒粒度增大，足可被位于相变凝结区3上方的除雾装置2除去。除雾装置2脱除烟气中的微细颗粒和雾滴后，净烟气通过烟气出口烟道1可以由例如鼓风机引出。

挡板302可以为图1中所示的具有一道弯折的挡板，也可以是有多重弯折的挡板，多个挡板302并列设置。

本实施例中的第一烟气增湿装置5及第二烟气增湿装置301用于喷洒增湿剂。本实施例中第二烟气增湿装置301既可以是如图1中所示的位于同一平面的均匀分布的多个喷嘴，也可以为成空间分布的多层的喷嘴组成，或者是喷嘴在空间中以某种规律均匀分布，目的在于充分对烟气进行增湿，从而使烟气中的微细颗粒发生蒸汽相变。

本实施例中提供的脱除塔既包括用于脱硫的结构，又包括脱除PM_2.5的结构，两种结构分布在同一个脱除塔内，可以同时实现脱硫及脱除PM_2.5，提高了对烟气的净化效率，另外脱除塔的整体结构简单，节省占地面积，减少运行费用。

图2为图1中第一烟气增湿装置的俯视结构示意图，结合图1及图2所示，本实施例中，烟气入口通道7为倾斜向下设置，第一烟气增湿装置5包括与烟气入口通道7垂直的第一增湿单元501，及与第一增湿单元501上端相连接的水平设置的第二增湿单元502。第一烟气增湿装置5设置于脱除塔内烟气入口通道7处，烟气初入脱除塔时由于惯性仍保持倾斜向下的流动状态，在烟气入口通道7下方与初入塔烟气流动方向垂直的位置设第一增湿单元501，增湿剂由第一增湿单元501的喷嘴均匀喷出，与烟气入口通道7通入的待净化烟气进行首次接触，烟气湿度增大；烟气经过斜向下流动缓冲后垂直向上流动，在塔内水平位置再设第二增湿单元502，对上行烟气进行再次增湿，由此完成烟气入口通道7处二次湿度调节过程。经过对待净化烟气的二次湿度调节，使烟气接近或达到过饱和状态，能够在脱硫过程中以部分PM_2.5微细颗粒为凝结核发生蒸汽相变，达到部分脱除微细颗粒的目的。

本发明在对烟气进行第一次增湿时，根据烟气的流动特性合理设计第一烟气增湿装置5的结构，对烟气进行了二次湿度调节，提高了增湿效率及烟气中微细颗粒发生蒸汽相变凝结的比例。当然，为了提高烟气中微细颗粒的蒸汽相变比例，也可以对结构进行适当的改进，例如，增加多层增湿结构，从而多次为烟气进行增湿。

作为上述技术方案的优选，烟气入口通道7与水平面呈15～20°夹角。

作为上述技术方案的优选，浆液池6中设置有氧化空气布气装置8。图3为图1中氧化空气布气装置的俯视结构示意图，图3中氧化空气气流方向如图3中箭头所示，结合图1及图3所示，氧化空气布气装置8包括沿脱除塔径向延伸的氧化空气主管801，氧化空气主管801上还连通多个以脱硫塔中心为圆心的环形氧化空气支管802；氧化空气主管801的氧化空气入口端连接到氧化风机805，塔内的氧化空气主管801的直径由氧化空气入口端到氧化空气出口端逐渐减小。如图3中所示，氧化空气主管801将各圆形支管分为两个半圆形，氧化空气自接近氧化空气主管801气流入口端处分别流入两边的环形氧化空气支管802，之后从接近主管气流出口端处返回氧化空气主管801上。氧化空气支管802上设置有喷嘴及自控式流量调节阀803。氧化空气由喷嘴均匀喷出，与吸收浆液接触，对脱硫副产物进行氧化。调整喷嘴密度和分布，可使整个塔内包括塔壁处的浆液均能与氧化空气均匀接触，提高氧化效果，改善副产物品质。

作为上述技术方案的优选，氧化空气主管801的氧化空气入口端设置有减温供水管804。减温水经此减温供水管804进入氧化空气主管801，由减温供水管804末端设置的喷嘴喷出，将氧化空气温度降至与浆液池温度相当，以避免浆液蒸干结垢。

作为上述技术方案的优选，浆液池6中还设置有氧化隔离装置10，氧化隔离装置10位于氧化空气布气装置8的上方。图4为图1中氧化隔离装置的俯视结构示意图，结合图1及图4所示，氧化隔离装置10为多个水平方向平行排列的截面为菱形的管道。两个菱形管道之间浆液流动空间从上到下先逐渐减小，至菱形水平对角线位置再逐渐增大，此处可产生“文丘里效应”提高浆液流动速度。氧化隔离器10的设置可使浆液池6上方保持在适于脱硫反应的pH值范围。

为了进一步保证浆液池6中的浆液均匀不结块，提高浆液的流动速度，所述浆液池的底部还设置有搅拌器9，该搅拌器9优选为射流搅拌器，射流搅拌器连接到外部的射流泵901。

作为上述技术方案的优选，浆液喷淋层4中的喷淋浆液为脱硫剂溶液，优选的脱硫剂为白泥、石灰石、生石灰或电石渣。目前我国造纸行业多采用草浆造纸法，为了减少造纸废液对环境的污染，一般要对废液进行回收处理，但因回收工艺产生大量残渣，即白泥，造成严重的二次污染，每吨粗浆可产生0.5吨白泥，全国每年产生白泥约300万吨，是环保一大难题。白泥呈碱性或强碱性，主要成分为CaCO₃或CaO，选择活性较高的白泥作为湿法脱硫系统的脱硫剂，不仅能够解决上述污染难题，省去白泥处置的相关费用，还可降低湿法脱硫的成本。

作为上述技术方案的优选，增湿剂为雾化热水，或添加有润湿剂或增聚剂的雾化溶液。润湿剂可选水性有机硅、乳化剂OP-10、聚醚改性有机硅等。

本发明又一实施例提供的协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的方法包括：

步骤1：向待净化烟气喷洒增湿剂增湿，对烟气喷洒增湿剂进行增湿可以使烟气接近或达到过饱和状态。

步骤2：对增湿后的烟气喷脱硫剂浆液进行脱硫，并脱除烟气中发生蒸汽相变凝结的部分微细颗粒。

步骤3：使脱硫后烟气中的PM_2.5发生蒸汽相变，脱硫后的烟气还存在部分PM_2.5，需要再次对烟气中的PM_2.5等微细颗粒进行处理，使其发生蒸汽相变凝结，从而使微细颗粒凝结变大，以便对其进行脱除。

步骤4：对微细颗粒发生蒸汽相变凝结的烟气进行除雾，脱除凝结后的微细颗粒。微细颗粒在发生蒸汽相变凝结后，可由除雾装置充分脱除。

步骤5：排放已脱硫和脱除微细颗粒的净烟气。

本实施例提供的协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的方法，在现有的烟气脱硫技术基础上，通过脱硫前对烟气进行增湿，使烟气中部分PM_2.5等微细颗粒发生蒸汽相变，在对烟气脱硫的同时，脱除部分微细颗粒，在脱硫后，再对烟气增湿，使烟气中剩余的以及脱硫过程新产生的PM_2.5等微细颗粒发生蒸汽相变凝结长大，并通过具有弯折的挡板使微细颗粒发生碰撞凝并，而后通过除雾装置脱除，这样可以在对烟气进行脱硫的同时实现对烟气中PM_2.5等微细颗粒的脱除，提高了烟气净化效率，减少了大气污染。

作为上述技术方案的优选，步骤1对待净化烟气喷增湿剂增湿具体包括：烟气通过如上述实施例中所述的协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔中的烟气入口烟道，与第一烟气增湿装置喷洒的增湿剂接触，使烟气中微细颗粒发生第一次蒸汽相变凝结。通过对待净化烟气第一次增湿，使得烟气中的部分微细颗粒发生凝结，可以在后续的脱硫工艺中进行脱除。另外在本实施例中对烟气的第一次蒸汽相变凝结步骤中，可以通过多次对烟气进行喷洒增湿剂来提高凝结的效率。例如上述实施例中根据烟气的流动特性，设置与倾斜式烟气入口烟道相匹配的弯折形增湿装置实现一次性对烟气的二次增湿作用。当然对于烟气的增湿不限于上述实施例的方法，也可以通过设置多个增湿装置对烟气进行多次增湿以提高烟气中微细颗粒的蒸汽相变凝结效果。

步骤2中对增湿后的烟气喷脱硫剂浆液进行脱硫具体包括：采用白泥、石灰石、生石灰或电石渣中的一种作为脱硫剂制成浆液，浆液喷淋层4对烟气喷洒浆液进行脱硫并脱除烟气中的部分凝结的微细颗粒。若选用白泥或电石渣作为脱硫剂既可以有效脱除烟气中的二氧化硫，又可以有效利用白泥和电石渣，减少其对环境的污染。在这一步中，烟气中的二氧化硫被脱除，同时，烟气中发生部分蒸汽相变的微细颗粒也可被脱除。

步骤3使脱硫后的烟气中的PM_2.5蒸汽相变中具体包括：脱硫后的烟气进入相变凝结区3，与第二烟气增湿装置喷洒的增湿剂接触，并通过多个具有弯折的挡板，使烟气中微细颗粒发生第二次凝结。在烟气脱硫结束后，需要对烟气中的微细颗粒进行脱除。具体的方法则是再次对烟气进行加湿，可以通过一个或多个增湿装置对烟气进行增湿，再让烟气通过一个可供烟气中微细颗粒发生碰撞的区域，进一步促进烟气中微细颗粒的凝并，这样就能充分实现微细颗粒的凝结长大，从而在步骤4中完全脱除。

需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在本发明的上述指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔，其特征在于，所述脱除塔内由上至下依次设置有：烟气出口烟道、除雾装置、相变凝结区、浆液喷淋层、用于喷洒增湿剂的第一烟气增湿装置及浆液池，所述浆液池通过浆液管路及循环泵连通到所述浆液喷淋层，所述脱除塔塔身上还设置有烟气入口烟道,所述烟气入口烟道位于所述浆液喷淋层与所述第一烟气增湿装置之间；

所述浆液池内由上至下依次设置有氧化隔离装置、氧化空气布气装置和搅拌器；

所述相变凝结区包括水平设置的用于喷洒增湿剂的第二烟气增湿装置，及设置于所述第二烟气增湿装置上方的多个具有弯折的挡板。

2.如权利要求1所述的协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔，其特征在于，所述烟气入口通道为倾斜向下设置；所述烟气入口通道与水平面呈15～20°夹角；所述第一烟气增湿装置包括与所述烟气入口通道垂直的第一增湿单元，及与所述第一增湿单元上端相连接的水平设置的第二增湿单元。

3.如权利要求1所述的协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔，其特征在于，所述氧化空气布气装置包括沿所述脱除塔径向延伸的氧化空气主管，所述氧化空气主管上还连通多个以所述脱硫塔中心为圆心的环形氧化空气支管；

所述氧化空气主管的氧化空气入口端连接到氧化风机，所述脱除塔内氧化空气主管的直径由氧化空气入口端到氧化空气出口端逐渐减小。

4.如权利要求3所述的协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔，其特征在于，所述氧化空气主管的氧化空气入口端设置有减温供水管；所述氧化空气支管上设置有喷嘴及自控式流量调节阀。

5.如权利要求4所述的协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔，其特征在于，所述氧化隔离装置为多个水平方向平行排列且截面为菱形的管道。

6.如权利要求4所述的协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔，其特征在于，所述搅拌器为射流搅拌器。

7.如权利要求1所述的协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔，其特征在于，所述浆液喷淋层中的喷淋浆液为脱硫剂溶液，所述脱硫剂为白泥、石灰石、生石灰或电石渣。

8.如权利要求1所述的协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的脱除塔，其特征在于，所述增湿剂为雾化热水，或添加有润湿剂或增聚剂的雾化溶液。

9.一种协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)第一烟气增湿装置向待净化烟气喷洒增湿剂进行增湿；

(b)浆液喷淋层对增湿后的烟气喷洒脱硫剂浆液进行脱硫并部分脱除微细颗粒；

(c)第二烟气增湿装置对烟气再次增湿,使脱硫后烟气中的PM_2.5在相变凝结区发生蒸汽相变；

(d)除雾装置对发生蒸汽相变凝结长大的微细颗粒进行脱除；

(e)排放已脱硫和脱除微细颗粒的净烟气。

10.如权利要求9所述的协同脱硫及脱除烟气中PM_2.5的方法，其特征在于，所述步骤(a)中向待净化烟气喷洒增湿剂进行增湿包括：烟气通过所述烟气入口烟道，与所述第一烟气增湿装置喷洒的增湿剂接触，使烟气湿度增大，接近或达到过饱和；

所述步骤(b)中对增湿后的烟气喷洒脱硫剂浆液进行脱硫并部分脱除微细颗粒包括：采用白泥、石灰石、生石灰或电石渣中的一种作为脱硫剂制成浆液，所述浆液喷淋层对烟气喷洒所述浆液进行脱硫并脱除烟气中发生蒸汽相变凝结的部分微细颗粒；

所述步骤(c)中PM_2.5发生蒸汽相变是指：脱硫后的烟气进入所述相变凝结区，与所述第二烟气增湿装置喷洒的增湿剂接触，并通过多个具有弯折的挡板，使烟气中的PM_2.5发生蒸汽相变和碰撞而凝结。

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