CN104338398A - 一种液膜除尘系统及利用该系统实现液膜除尘的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液膜除尘系统，包括锅炉(1)、脱硫塔(14)、脱硫净烟道(15)，在脱硫塔(14)的下游方向布置除尘器(8)，所述除尘器(8)垂直于脱硫净烟道(15)方向布置，所述除尘器(8)的进水端与循环水进水管道(24)连通，所述除尘器(8)的出水端与循环水出水管道(23)连通，其特征在于，脱硫净烟道(15)中烟气风速的范围为1-20m/s；除尘器(8)内排布的除尘器管内循环水流速范围为0.01-0.50m/s；除尘器入口烟道粉尘浓度范围为1-120mg/m³；循环水入口温度范围为0-50℃。本发明提供一种液膜除尘系统，用于火电厂等烟气处理，达到国家最新要求，且本发明的系统具有简单、可靠、高效的优点。

Description

一种液膜除尘系统及利用该系统实现液膜除尘的方法

技术领域

本发明属于废气净化技术领域，具体涉及一种非金属管式液膜除尘系统及利用该系统实现液膜除尘的方法，可用于湿法脱硫系统净烟气的除尘。 

背景技术

中国是典型的煤炭大国，国内电源点主要以燃煤火力发电为主。截至2013年底，我国发电装机容量突破12亿千瓦，其中火电8.62亿千瓦，占全部装机容量的69.13％。而煤电的装机容量达到了7.86亿千瓦。在雾霾严重的京津冀鲁、长三角地区，单位国土面积上煤电装机远远超过西北地区，单位面积的大气污染排放均为全国平均水平的数倍以上。 

许多城市目前将治理大气污染的出路瞄准“煤改气”，但严重受制于气源不足。2013年中国天然气的产量达到1210亿立方米，表观消费量达到1692亿立方米，供需缺口超过500亿立方米；预计今年消费量将达1860亿立方米，进口天然气630亿立方米，对外依存度升至33.6％。 

尽管清洁能源项目不断上马，但考察中国能源结构，一次性能源消费里煤炭仍占70％以上，发电量中火电发电量仍占70％以上，煤炭作为主体能源的地位和承担保障中国能源安全稳定供应的重任相当长一段时间内难以改变。 

目前，中国国家能源局正加速制定《煤电节能减排升级改造行动计划》，重点力促煤炭、火电领域进行设备更新、技术改造。 

一方面，燃煤电厂为了解决锅炉烟气排放污染问题，近年来采取了大量技术措施，减少烟尘，SO₂，氮氧化物等污染物的排放，先后进行了静电除尘器、烟气脱硫系统(FGD)、烟气脱硝系统(SCR)的增设和改造；。 

另一方面，由于湿法脱硫的大量使用，使得锅炉烟囱中石膏的含量大大提高，虽然电厂装设了静电除尘器，但是由于脱硫装置布置在除尘器的下游，所以无法处理脱硫系统产生的石膏，无论如何提高除尘器的效率，也无法降低烟气中的石膏含量。而石膏雨现象目前已经成为严重影响电厂周围居民生活的主要环境问题之一。很多地方电厂已经因此不能正常生产，对社会和企业都带来了恶劣的影响。而且由于国民经济的快速发展以及环保要求的进一步提高，使得目前的烟气灰尘排放水平还需要得到进一步的降低。 

因此，，需要一种简单、可靠、高效的系统来解决。 

发明内容

本发明提供一种液膜除尘系统，用于火电厂等烟气处理，简单、可靠、高效。 

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： 

(1)一种液膜除尘系统，包括锅炉、脱硫塔、脱硫净烟道，在脱硫塔的下游方向布置除尘器，所述除尘器垂直于脱硫净烟道方向布置，所述除尘器的进水端与循环水进水管道连通，所述除尘器的出水端与循环水出水管道连通，其特征在于，脱硫净烟道中烟气风速的范围为1-20m/s；除尘器内排布的除尘器管内循环水流速范围为0.01-0.50m/s；除尘器入口烟道粉尘浓度范围为1-120mg/m³；循环水入口温度范围为0-50℃。 

(2)根据(1)的系统，所述除尘器入口处PM₁₀以下的浓度为1-80mg/m³，出口处PM₁₀以下的浓度为1-20mg/m³，PM₁₀以下的除尘效率为5％-70％；所述除尘器入口处PM₁₀以上的浓度为1-120mg/m³，出口处PM₁₀以上的浓度为1-20mg/m³，PM₁₀以上的除尘效率为20％-99％。 

(3)根据(1)至(2)的任一系统，所述脱硫净烟道共分为9个区域，除尘系统对烟道内各个区域的风速要求为：区域1的风速范围为1-20m/s，区域2的风速范围为1-20m/s，区域3的风速范围为1-20m/s，区域4的风速范围为1-20m/s，区域5的风速范围为1-20m/s，区域6的风速范围为1-20m/s，区域7的风速范围为1-20m/s，区域8的风速范围为1-20m/s，区域9的风速范围为1-20m/s；9个区域最大最小风速之差不能超过最大风速的30％。 

(4)根据(1)至(3)的任一系统，其中所述除尘器的外观尺寸为：矩形：长1-20米、宽1-20米；圆形：半径1-15米。 

(5)根据(1)至(4)的任一系统，其中所述脱硫净烟道中烟气风速下限范围(L_v-f)为1-5m/s，烟气风速上限范围(H_v-f)为7-20m/s。 

(6)根据(1)至(5)的任一系统，其中所述除尘器内排布的除尘器管内循环水流速下限范围(L_v-s)为0.01-0.30m/s，除尘器管内循环水流速上限范围(H_v-s)为0.20-0.50m/s。 

(7)根据(1)至(6)的任一系统，其中所述除尘器入口烟道粉尘浓度下限范围(L_c-y)为1-40mg/m³，除尘器入口烟道粉尘浓度上限范围(H_c-y)为30-120mg/m³。 

(8)根据(1)至(7)的任一系统，其中所述循环水入口温度下限范围(L_T-s)为10-30℃，循环水入口温度上限范围(H_T-s)为20-50℃。 

(9)根据(1)至(8)的任一系统，其中所述除尘器中除尘管采用氟塑料或聚丁烯材料制成。 

(10)根据(9)的系统，其中所述氟塑料的表面接触角：95°-115°； 

所述氟塑料的化学通式为： 

所述化学通式中：m为50-100，n为1； 

所述氟塑料的分子量范围：1x10³～1x10⁸。 

(11)根据(1)至(10)的任一系统，其中所述除尘器中除尘管的管外径与壁厚之比满足10:0.2。 

(12)根据(11)的系统，其中所述除尘器中除尘管的管外径与壁厚之比为10:0.8-10:1.2。 

(13)根据(1)至(12)的任一系统，其中所述脱硫净烟道中还分别包括至少一个人工测孔。 

(14)根据(13)的系统，其中所述脱硫净烟道中的人工测孔分别为3-9个。 

(15)根据(1)至(14)的任一系统，其进一步包括SCR脱销塔、空预器、静电除尘器、引风机、增压风机、凝结水处理装置、烟囱、冲洗水喷头、冲洗水管、余热使用装置和水箱。 

(16)根据(1)至(15)的任一系统，其中所述冲洗水喷头冲洗水压达到0.8MPa，每8小时冲洗30秒。 

(17)根据(1)至(16)的任一系统，其中所述除尘器中除尘管的垂直于烟气流向的横排管排数范围满足100-1500排。 

(18)根据(1)至(17)的任一系统，其中所述除尘器中除尘管的平行于烟气流向的纵排管排数范围满足10-120排。 

发改委2013年8月30日最新通知，对采用新技术进行除尘设施改造、烟尘排放浓度低于30mg/m³(重点地区低于20mg/m³)，并经环保部门验收合格的燃煤发电企业除尘成本予以适当支持，电价补偿标准为每千瓦时0.2分钱。 

目前国内近4亿千瓦机组未安装GGH，石膏雨现象普遍存在。本发明液膜除尘系统为非金属管式液膜降温除尘，采用冷源，能够有效去除液滴/烟尘颗粒，综合造价相对较低(比湿式电除尘约低30％)，并可以彻底解决烟尘达标问题和石膏雨现象。并且本发明的节水效果明显，预计可给电厂带来10％～20％的节水效果。此外，本发明的系统还具有简单、可靠、高效等优点。本申请的开发应用可以带动200亿以上的产业发展，具有重要研究意义和价值。 

附图说明

图1为本发明液膜除尘系统整体流程图； 

图2为本发明液膜除尘系统部分流程图； 

图3为本发明液膜除尘系统部分的烟道截面图； 

图1-图2中标号为：1-锅炉、2-SCR脱硝塔、3-空预器、4-静电除尘器、5-引风机、6-增压风机、7-凝结水处理装置、8-除尘器、9-烟囱、10-冲洗水喷头、11-冲洗水管、12-余热使用装置、13-水箱、14-脱硫塔、15-脱硫净烟道、16-人工测孔、17-凝结水管道、18-烟气温度计、19-电磁流量计、20-旋拧阀、21-烟气压力计、22-循环水温度计、23-循环水出水管道、24-循环水进水管道。 

具体实施方式

实施例1： 

本发明提供了一种液膜除尘系统，如图1、图2所示，包括锅炉1、SCR脱硝塔2、空预器3、静电除尘器4、引风机5、增压风机6、凝结水处理装置7、除尘器8、烟囱9、冲洗水喷头10、冲洗水管11、余热使用装置12、水箱13、脱硫塔14、脱硫净烟道15；其中，如图2所示，除尘器8垂直于脱硫净烟道15方向布置，其进水端与循环水进水管道24连通，出水端与循环水出水管道23连通；16为人工测孔，个数为3；18和22分别为测量烟气温度的烟气温度计和测量循环水温度的循环水温度计；17为凝结水管道，11和10分别为冲洗水管和冲洗水喷头；19、20、21分别为电磁流量计、旋拧阀和烟气压力计。 

本实施例测试仪器见表1 

表1 

测试参数	测试仪器	型号
			烟气流量	威力巴插入式流量计	LWGI-30AMC1
烟气温度	热电阻	PT100
			烟气流速	自动烟尘(气)测试仪	崂应3012H
烟气粉尘浓度(实施例1所用)	自动烟尘(气)测试仪	崂应3012H
			烟气粉尘浓度(实施例5所用)	芬兰DEKATI静电低压撞击器
循环水流量	电磁流量计	EJA430A-EAS4A-94DA
			循环水温度	热电阻	PT100

循环水流速通过计算得出，计算公式为： 

式中： 

Q_水：循环水流量m³/h 

S：除尘器/换热器循环水管总横截面积m²

本系统的工艺参数： 

(1)烟气风速下限范围(L_v-f)为1-6m/s,烟气风速上限范围(H_v-f)为5-20m/s。 

(2)除尘器管内循环水流速下限范围(L_v-s)为0.01-0.20m/s，除尘器管内循环水流速上限范围(H_v-s)为0.10-0.50m/s。 

(3)除尘器入口烟道粉尘浓度下限范围(L_c-y)为1-40mg/m³，除尘器入口烟道粉尘浓度上限范围(H_c-y)为30-120mg/m³。 

(4)循环水入口温度下限范围(L_T-s)为0-20℃，循环水入口温度上限范围(H_T-s)为15-50℃。 

在具体实施过程中，每个因素值可以选择上限值和下限值，并且可以在上限值与下限值之间任意选择。表2包含使用本发明中除尘装置除尘的一些设计实施方式。 

表2 

图3是烟道截面图，共分为9个区域，除尘系统对烟道内各个区域的风速要求为： 

区域1的风速范围为1-20m/s，区域2的风速范围为1-20m/s，区域3的风速范围为1-20m/s，区域4的风速范围为1-20m/s，区域5的风速范围为1-20m/s，区域6的风速范围为1-20m/s，区域7的风速范围为1-20m/s，区域8的风速范围为1-20m/s，区域9的风速范围为1-20m/s。9个区域最大最小风速之差不能超过最大风速的30％。 

除尘器中除尘管的材料为氟塑料：化学通式为 

所述化学通式中：m为50-100，n为1。分子量范围为1x10³～1x10⁸。 

其中，节能系统烟气量按照以下公式计算 

    式1 

Q＝3600w·f·n    式2 

式中： 

Q 烟气量，m³/h 

f 截面积，m²

P_d 截面的平均动压，Pa 

ρ 混气流密度，kg/m³

K_d 测速管系数 

其中，节能系统换热量按照以下公式计算 

Q＝m×(h₂-h₁)    式3 

式中： 

Q 冷却水吸热量 kJ/h 

m 冷却水流量 kg/h 

h₁、h₂ 冷却水进出口焓 kJ/kg 

其中，节能系统换热系数按照以下公式计算 

$k=\frac{Q}{(F\×\mathrm{\Δt})}$     式4 

式中： 

k 换热系数 kW/(m²·℃) 

Q 换热量 kW 

F 换热面积 m²

Δt 换热温差 ℃ 

其中，节能系统平均温差按照以下公式计算 

$\mathrm{\Δt}=\mathrm{\β}\frac{((T_1-t_1)-(T_2-t_2))}{\ln (T_1-t_1)-\ln (T_2-t_2)}$     式5 

式中： 

β为温差修正系数 

T₁为入口烟温，T₂为出口烟温 

t₁为入口水温，t₂为出口水温 

其中，除尘系统烟气量按照以下公式计算 

    式1 

Q＝3600w·f·n    式2 

式中： 

Q 烟气量，m³/h 

f 截面积，m²

P_d 截面的平均动压，Pa 

ρ_混 气流密度，kg/m³

K_d 测速管系数 

其中，除尘系统除尘效率按照以下公式计算 

m＝m₂-m₁    式7 

$M=\frac{6\×{10}^4\mathrm{mF}}{\mathrm{\τ}\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4}}$     式8 

$\mathrm{\η}=1-\frac{M_2}{M_1}$     式9 

式中： 

m₁ 采样前所用空滤筒质量之和 g 

m₂ 采样后所用滤筒质量之和 g 

m 粉尘取样质量 g 

M 粉尘通过量 kg/h 

M₁ 除尘器进口粉尘通过量 kg/h 

M₂ 除尘器出口粉尘通过量 kg/h 

τ 取样时间 min 

F 取样截面面积 m²

d 采样头进口内径 mm 

η 除尘器效率 ％ 

在本实施例1中的烟气流速分别为1.6m/s和4.2m/s，同时调节循环水流速，测量换热系数。实验数据见表3所示。 

表3 

根据式3、4、5计算得到的实验结果见表4。 

表4 

由实验I可见，当烟气流速为1.6m/s时，除尘器的换热系数大于70w/(m²·℃)，换热系数随着水温的上升而缓慢增加；由实验II可见，当烟气量为4.2m/s时，除尘器的换热系数大于100w/(m²·℃)，换热系数随着水量上升缓慢增加。实验I和实验II结果表明，换热系数与循环水量正相关。 

除尘系统除尘器除尘实验结果如表5所示： 

表5 

总结：经过单组除尘器后的除尘效率在60％以上，两组除尘器除尘效率高于70％。总体而言，入口浓度在50mg/m³以下时，出口浓度小于20mg/m³。 

实施例2： 

本实施例的液膜除尘系统同实施例1，只是除尘系统的工艺参数不同： 

其中：V_烟气为2.2m/s、V_水为0.29m/s、C_前为37.2mg/m³、T水为40℃，除尘器后烟尘浓度C_后为19.4mg/m³，除尘器的除尘效率为47.8％。 

实施例3： 

本实施例的液膜除尘系统同实施例1，只是除尘系统的工艺参数不同： 

其中：V_烟气为12.9m/s、V_水为0.29m/s、C_前为34.2mg/m³、T_水为20℃，除尘器后烟尘浓度C_后为19.1mg/m³，除尘器的除尘效率为44.2％。 

实施例4： 

本实施例的液膜除尘系统同实施例1，只是除尘器的工艺参数不同。除尘器除尘工艺参数和除尘器除尘实验结果分别如表6和表7所示： 

表6 

表7 

工况二的除尘效率明显偏低，这是因为入口烟尘浓度较低所致，入口粉尘浓度越低，除尘效率越低。而且除尘器对PM₁₀以上的粉尘颗粒的脱除效果明显好于对PM₁₀以下的粉尘颗粒的脱除效果。 

除尘 

上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其他的实施例，上述实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。 

此专利说明书使用实例去展示本发明，其中包括最佳模式，并且使熟悉本领域的技 术人员制造和使用此项发明。此发明可授权的范围包括权利要求书的内容和说明书内的具体实施方式和其它实施例的内容。这些其它实例也应该属于本发明专利权要求的范围，只要它们含有权利要求相同书面语言所描述的技术特征，或者它们包含有与权利要求无实质差异的类似字面语言所描述的技术特征。 

所有专利，专利申请和其它参考文献的全部内容应通过引用并入本申请文件。但是如果本申请中的一个术语和已纳入参考文献的术语相冲突，以本申请的术语优先。 

本文中公开的所有范围都包括端点，并且端点之间是彼此独立地组合。 

需要注意的是，“第一”，“第二”或者类似词汇并不表示任何顺序，质量或重要性，只是用来区分不同的技术特征。结合数量使用的修饰词“大约”包含所述值和内容上下文指定的含义。(例如：它包含有测量特定数量时的误差)。 

Claims (18)

1.一种液膜除尘系统，包括锅炉(1)、脱硫塔(14)、脱硫净烟道(15)，在脱硫塔(14)的下游方向布置除尘器(8)，所述除尘器(8)垂直于脱硫净烟道(15)方向布置，所述除尘器(8)的进水端与循环水进水管道(24)连通，所述除尘器(8)的出水端与循环水出水管道(23)连通，其特征在于，脱硫净烟道(15)中烟气风速的范围为1-20m/s；除尘器(8)内排布的除尘器管内循环水流速范围为0.01-0.50m/s；除尘器入口烟道粉尘浓度范围为1-120mg/m³；循环水入口温度范围为0-50℃。

2.根据权利要求1所述的液膜除尘系统，其特征在于：所述除尘器(8)入口处PM₁₀以下的浓度为1-80mg/m³，出口处PM₁₀以下的浓度为1-20mg/m³，PM₁₀以下的除尘效率为5％-70％；所述除尘器入口处PM₁₀以上的浓度为1-120mg/m³，出口处PM₁₀以上的浓度为1-20mg/m³，PM₁₀以上的除尘效率为20％-99％。

3.根据权利要求1所述的液膜除尘系统，其特征在于，脱硫净烟道共分为9个区域，除尘系统对烟道内各个区域的风速要求为：区域1的风速范围为1-20m/s，区域2的风速范围为1-20m/s，区域3的风速范围为1-20m/s，区域4的风速范围为1-20m/s，区域5的风速范围为1-20m/s，区域6的风速范围为1-20m/s，区域7的风速范围为1-20m/s，区域8的风速范围为1-20m/s，区域9的风速范围为1-20m/s；9个区域最大最小风速之差不能超过最大风速的30％。

4.根据权利要求1所述的液膜除尘系统，其特征在于，所述除尘器(8)的外观尺寸为：矩形：长1-20米、宽1-20米；圆形：半径1-15米。

5.根据权利要求1所述的液膜除尘系统，其特征在于：所述脱硫净烟道(15)中烟气风速下限范围(L_v-f)为1-5m/s，烟气风速上限范围(H_v-f)为7-20m/s。

6.根据权利要求1所述的液膜除尘系统，其特征在于：所述除尘器(8)内排布的除尘器管内循环水流速下限范围(L_v-s)为0.01-0.30m/s，除尘器管内循环水流速上限范围(H_v-s)为0.20-0.50m/s。

7.根据权利要求1所述的液膜除尘系统，其特征在于：所述除尘器入口烟道粉尘浓度下限范围(L_c-y)为1-40mg/m³，除尘器入口烟道粉尘浓度上限范围(H_c-y)为30-120mg/m³。

8.根据权利要求1所述的液膜除尘系统，其特征在于：所述循环水入口温度下限范围(L_T-s)为10-30℃，循环水入口温度上限范围(H_T-s)为20-50℃。

9.根据权利要求1所述的液膜除尘系统，其特征在于：所述除尘器(8)中除尘管采用氟塑料或聚丁烯材料制成。

10.根据权利要求9所述的液膜除尘系统，其特征在于：所述氟塑料的表面接触角：95°-115°；

所述氟塑料的化学通式为：

所述化学通式中：m为50-100，n为1；

所述氟塑料的分子量范围：1x10³～1x10⁸。

11.根据权利要求1所述的液膜除尘系统，其特征在于：所述除尘器(8)中除尘管的管外径与壁厚之比满足10:0.2。

12.根据权利要求11所述的液膜除尘系统，其特征在于：所述除尘器(8)中除尘管的管外径与壁厚之比为10:0.8-10:1.2。

13.根据权利要求1所述的液膜除尘系统，其特征在于：所述脱硫净烟道(15)中还分别包括至少一个人工测孔。

14.根据权利要求13所述的液膜除尘系统，其特征在于：所述脱硫净烟道(15)中的人工测孔分别为3-9个。

15.根据权利要求1所述的液膜除尘系统，其特征在于：其进一步包括SCR脱销塔(2)、空预器(3)、静电除尘器(4)、引风机(5)、增压风机(6)、凝结水处理装置(7)、烟囱(9)、冲洗水喷头(10)、冲洗水管(11)、余热使用装置(12)和水箱(13)。

16.根据权利要求15所述的液膜除尘系统，其特征在于：所述冲洗水喷头(10)冲洗水压达到0.8MPa，每8小时冲洗30秒。

17.根据权利要求1所述的液膜除尘系统，其特征在于：所述除尘器(8)中除尘管的垂直于烟气流向的横排管排数范围满足100-1500排。

18.根据权利要求1所述的液膜除尘系统，其特征在于：所述除尘器(8)中除尘管的平行于烟气流向的纵排管排数范围满足10-120排。