CN104368215B - 一种深度脱尘除雾装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深度脱尘除雾装置，更具体地说，是一种适用于含有大量雾滴的饱和烟气的脱尘除雾装置。一种深度脱尘除雾装置，所述装置的主要工作原理如下：利用烟气中含有的大量雾滴液滴的特点，在烟气高速的运动中实现雾滴液体颗粒相互之间，雾滴液体颗粒与粉尘颗粒之间，碰撞而凝聚成较大的颗粒后沉降下来；雾滴液体颗粒与粉尘固体颗粒与装置内的持液层充分接触后，被液体捕悉实现分离；雾滴液体颗粒与粉尘固体颗粒随烟气高速旋转，利用与烟气的密度差实现离心分离，被抛向装置内壁表面，与装置壁面附着的液膜层接触后湮灭。本发明的优点是在较低的运行成本与投资成本下，实现高效的脱尘除雾，结构简单可靠无堵塞风险，设备轻便安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种深度脱尘除雾装置，更具体地说，涉及一种适用于含有大量雾滴的饱和烟气的深度脱尘除雾装置。
背景技术
烟气的除尘、除雾是烟气净化工序中最常见的工艺段，工艺路线多种多样，但对含有大量雾滴的饱和湿烟气同时实现除尘、除雾，尤其是高效深度除尘除雾的可选技术工艺路线和工艺设备均比较少。典型的需要进行除尘、除雾净化的含有大量雾滴的饱和湿烟气就是采用湿法脱硫工艺的净烟气。
目前，国内现有的大型燃煤锅炉烟气95％以上采用湿法脱硫工艺，外排低温饱和净烟气中含有石膏浆液和尘，且基本上均未配置GGH，造成严重的“石膏雨”现象和尘污染排放量较大。造成这种问题的主要原因在于除雾器仅能脱除粒径大于15μm以上的较大液滴，因此烟气中含有的大量细小浆液雾滴造成净烟气中排放尘含量较高。
对于现有的湿法脱硫净烟气的脱尘除雾工艺，可以采用“除雾器+湿式电除尘”工艺路线，或采用“GGH+布袋除尘”工艺路线，可有效降低尘污染的排放量。但此两种工艺均存在一定缺陷。
采用“GGH+布袋除尘”工艺路线时，由于GGH和布袋除尘器的运行阻力巨大，建设成本也较高，更重要的是由于GGH存在一定的漏风率，这对于脱硫系统的脱硫效果影响巨大。我国的大气污染排放标准中SO2的排放浓度要求严格，均在50mg/Nm3以下，而绝大部分燃煤烟气中SO2浓度均在2000mg/Nm3以上，以GGH漏风率0.5％计，则需要脱硫系统的效率从97.5％增加到98％,吸收塔出口净烟气中的SO2浓度需要从50mg/Nm3降低至40mg/Nm3才能满足排放要求，如果考虑GGH运行过程中漏风率增加，吸收塔的脱硫效率还需进一步提高。因此此工艺在我国无实际应用的意义。
采用“除雾器+湿式电除尘”工艺路线时，可以保证对吸收塔出口净烟气的高效脱尘除雾效果，可出口尘含量小于5mg/Nm3。目前此工艺仅应用在少数新建脱硫吸收塔上，主要原因在于湿式电除尘设备重量、体积巨大，只有新建吸收塔按此工艺路线设计时才能实现。另“除雾器+湿式电除尘”工艺路线由于利用高压电场捕悉雾滴和粉尘颗粒，其设备中有很多高压电气设备，电极线均为高级合金材质构成，其建造成本高昂，运行电耗大，也是限制其应用的原因之一。
“除雾器+湿式电除尘”工艺路线难以在已建项目脱硫塔上进行工艺路线改造升级的原因主要在于其设备重量、体积巨大，原吸收塔的结构设计强度无法满足电除尘器的荷载需要；相邻布置时场地面积的需求也限制了其外置布置的可能性，再加上相邻布置时增加的巨大运行阻力，造成“除雾器+湿式电除尘”工艺路线的运行成本进一步上升。
由于有大量的高压电气设备，“除雾器+湿式电除尘”工艺路线的运行维护复杂，对运行操作的技术要求高，运行维护成本较高。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种深度脱尘除雾装置，其设备构造简单，运行可靠、效果稳定，能耗小，价格低廉，能实现含有大量雾滴的饱和烟气的深度脱尘除雾。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种深度脱尘除雾装置，安装在脱硫吸收塔内、含有大量雾滴的饱和烟气气体自下而上的过流断面上，包括导流筒和n个设置在所述导流筒内的湍流子，n≥1；其中，所述的导流筒为垂直放置的、内壁面光滑平整的圆形筒；所述n个湍流子均垂直于导流筒壁上下布置；所述的湍流子包括若干表面光滑的叶片和外部光滑的中心筒，所述若干叶片以一定倾斜角度均匀分布在中心筒外壁和导流筒内壁之间的环状区域内；所述中心筒为外部光滑的顶端封闭的圆形筒。
进一步，所述的导流筒的直径和高度、湍流子数量的确定，可根据需要满足的出口尘控制指标进行调整。
进一步，所述的叶片倾斜角度满足导向后气体旋转运动的实际速度≥8m/s。
进一步，所述的中心筒的截面面积为导流筒截面的10％～50％。
进一步，还包括挡水环，用于在装置内形成具有一定稳定液体量的持液层；所述的挡水环为具有一定厚度和高度的环状部件，贴附在导流筒内壁上，其厚度和高度的参数的确定，是以获得装置的最大持液量为准。
进一步，还包括多个泄放孔，用于控制装置内壁面形成一个高速旋转的厚度均匀的液膜层；所述泄放孔为与叶片旋转方向相同的，与导流筒内壁面部分相切的开孔。
本发明的有益效果是：
1、脱尘除雾效果好，出口尘含量可达5mg/Nm3以下，运行阻力≤350Pa，可替代常规的“除雾器+湿式电除尘”工艺，为饱和烟气的脱尘除雾提供一种新的可靠的廉价的新工艺设备选择。
2、装置无结垢堵塞风险，冲洗水量小，冲洗频率低；
3、运行可靠，安装方便，维护简单；
4、运行效果好，造价低，性价比高；
5、在改造项目上可拆除除雾器直接安装，不产生其他运行消耗。
附图说明
图1为本发明的装置组成示意图。
图2为本发明的湍流子部件示意图。
具体实施方式
本发明实现深度脱尘除雾的主要工作原理可表述为雾滴液体颗粒与粉尘固体颗粒的三种运动状态，分别为凝聚、捕悉和湮灭。所述凝聚是指烟气中夹杂的细小的雾滴液体颗粒相互之间，雾滴液体颗粒与粉尘颗粒之间，在高速运动的气流中碰撞而凝聚成较大的颗粒后沉降下来；所述捕悉是指雾滴液体颗粒与粉尘固体颗粒跟随气体与本发明的装置内的持液层充分接触后，被液体捕悉实现从烟气中分离出来，进入持液层；所述湮灭是指雾滴液体颗粒与粉尘固体颗粒，随烟气高速旋转，利用与烟气的密度差实现离心分离，被抛向本发明的装置内壁表面，与本发明的装置壁面附着的液膜层接触后湮灭。
本发明的装置布置在含有大量雾滴的饱和烟气气体自下而上的过流断面上。烟气以一定流速穿过深度脱尘除雾装置的过流断面，在装置内高速旋转运动，利用自身气流紊流促进雾滴与粉尘的碰撞凝聚，装置内的持液层与雾滴、粉尘接触实现捕悉，雾滴粉尘在高速旋转气流中逐渐向壁面运动，与壁面高速旋转的液膜层接触的瞬间湮灭，从而实现对烟气的深度脱尘除雾。
本发明的导流筒为脱尘除雾装置的烟气过流部件，是一个垂直放置的内壁面光滑平整的两端无封闭的圆形筒。
本发明的湍流子是脱尘除雾装置过流烟气从自上而下的运动方向转变为高速旋转运动的气流导向部件，由叶片和中心筒组成。湍流子的若干叶片以一定倾斜角度均匀分布在中心筒外壁和导流筒内壁之间的环状区域内。中心筒为一个外部光滑的顶端封闭的圆形筒。叶片是一个表面光滑的薄片状曲扇形部件。
所述的导流筒数量、直径、高度等参数与含有大量雾滴的饱和烟气气量、脱尘除雾效率，以及雾滴总量、雾滴粒径分布，粉尘的粒径和特性等有关。一般要求满足出口尘含量≤5mg/Nm3时，要求导流筒的过流烟气断面平均流速在5～6m/s,平均导流筒内停留时间0.1～0.4s；
所述的湍流子导向作用是为雾滴与粉尘的脱除提供动力环境。叶片倾斜角度与导流筒的过流速度和脱尘除雾效率相关；中心筒的直径与导流筒的直径相关。一般要求中心筒截面面积约为导流筒截面的10％～50％，叶片角度满足导向后气体旋转运动的实际速度≥8m/s；为了保证较高的脱尘除雾效率，一般采用2层湍流子。
实施例1
如图1，图2所示，一种深度脱尘除雾装置包括导流筒1、湍流子2。
为穿过装置的烟气营造一个高速旋转运动的流态，在导流筒1内还设置了挡水环3，通过挡水环3形成一个具有一定稳定液体量的持液层；所述的挡水环3为脱尘除雾装置控制装置持液量的部件，是一个一定厚度和高度的环状部件，贴附在导流筒内。
为了脱尘除雾装置控制导流筒壁面液膜的厚度，在导流筒上设置了泄放孔4。所述的泄放孔是一个与叶片旋转方向相同的，与导流筒内壁面部分相切的，切口光滑平整的开孔。
在所述的导流筒1内在烟气进口和导流筒1中部各放置1个湍流子2；湍流子2由中心筒21和叶片22组成。湍流子叶片22以一定倾斜角度均匀分布在中心筒21与导流筒1之间的环形区域内，叶片22的数量、倾斜角度与覆盖面积根据装置的处理需要可以进行调整。
在所述的导流筒1内根据需要设置挡水环3，下部一次挡水环31设置在导流筒1中部的湍流子下，上部二次挡水环32设置在导流筒1出口处。所述的挡水环的厚度和高度参数决定装置的持液量，同时也影响着装置的运行阻力。挡水环厚度、高度在合理数值时可获得装置的最大持液量，此时捕悉作用大大加强，运行阻力也大大增加，因此挡水环参数应该与烟气中雾滴总量、雾滴粒径分布、粉尘的粒径和特性等综合考虑。
在所述的导流筒1上，下部湍流子2上一定高度设置二排泄放孔4，二排泄放孔4均匀的间布在同一的断面上.泄放孔4与导流筒1内壁相切。下部泄放孔4孔径大于上部泄放孔4孔径，泄放孔4的数量与孔径的大小根据烟气进口雾滴含量调整。所述的泄放孔的大小、数量和布置高度与烟气中雾滴总量、雾滴粒径分布、粉尘的粒径和特性等有关。泄放孔要保证被装置脱除的雾滴与尘被及时从装置中排出，避免液膜变厚造成二次雾滴产生，还要避免排出液体过多无法维持液膜，高速运动的雾滴、粉尘直接与装置导流筒内壁碰撞造成更大量更细小的二次雾滴粉尘产生。
实施例2
在所述的导流筒1内在烟气进口放置1个湍流子2；湍流子2由中心筒21和叶片22组成。18片湍流子叶片22以倾斜角度42°均匀分布在中心筒21与导流筒1之间的环形区域内，每片湍流子叶片覆盖垂直投影覆盖面积为中心夹角22°的扇形区域，与周边的其他叶片存在2°的扇形区域重叠。
在所述的湍流子2内，中心筒21的直径，叶片22的数量，叶片22的倾斜角度，及叶片22垂直投影重叠区域的大小，需根据入口烟气中的雾滴含量和尘含量，以及出口处理效果要求进行调整。一般来说入口雾滴含量越大，叶片的数量和倾斜角度越小；入口尘含量越大，叶片的数量和倾斜角度越大；出口处理效果要求越高，叶片垂直投影重叠区域越大。
以典型的含有大量雾滴需要脱尘除雾处理的石灰石-石膏湿法脱硫净烟气为例描述一种深度脱尘除雾装置的运行如下：
石灰石-石膏湿法脱硫净烟气中含有的雾滴液体颗粒来源于二部分，一部分是喷淋浆液相互碰撞产生的细小浆液液滴，一部分是饱和净烟气降温冷凝生成的细小雾滴；净烟气中含有的粉尘固体颗粒也有二个组成，一部分是烟气中未被吸收塔浆液捕悉的细小粉尘固体颗粒，一部分是浆液液滴中悬浮的不溶性石膏、石灰石颗粒，这两部分在现有的测量标准下均以“尘”计。脱硫净烟气的特点就是烟气饱和低温，雾滴含量大，尘含量大。
净烟气带着大量的雾滴和粉尘以3.5m/s的流速向上运动，进入深度脱尘除雾装置区域。烟气进入深度脱尘除雾装置时的流速增加到5m/s以上，穿过一级湍流子后，气流的质点流速增加到10m/s以上，气体流向从垂直向上变化为旋转向上，此时气流的紊流强度大大加强。净烟气中的雾滴、粉尘在剧烈的紊流气相中相互碰撞机率大幅增加，从而凝聚成较大的液滴颗粒实现了部分脱除。高速旋转运动的气流中的雾滴和粉尘由于与气体的密度差异巨大，在离心力的作用下逐渐开始向壁面方向运动。装置内壁面上有一层厚度均匀的旋转液膜，液膜的旋转方向与气流相同，雾滴和粉尘以高速状态靠近壁面时，与旋转的液膜接触后被液膜吸收湮灭。装置内液膜厚度不足或无液膜，高速运动的雾滴和粉尘直接撞击在壁面上势必生成更为细小的雾滴和粉尘，无法达到除雾除尘的目的。液膜厚度过大，高速运动的气流会将液膜表面的液体切削吹散成为雾滴。吸收了雾滴和粉尘的液膜旋转运动到放泄孔位置时，部分液膜便从放泄孔中排出装置，从而达到稳定液膜厚度的目的。液膜在一定高度上时受到挡水环的阻挡，液膜被破坏散落成液滴跌落返回湍流子上部，在装置空腔内形成数量巨大的液滴，与进入装置的烟气接触，实现对雾滴和粉尘的捕悉，并随着高速气流被抛向壁面液膜，再由挡水环将此部分液膜重新散落成液滴。
装置内除湍流子外，内部无其他结构件，内壁面存在的旋转液膜反复冲刷装置内壁面，有效防止石膏结晶的结垢堵塞问题。湍流子叶片表面有高速气流冲刷，叶片间距最小处也有20mm以上，因此也不存在结垢堵塞问题。
气流随着继续向上运动，旋转的角速度逐渐开始降低，而部分更为细小的雾滴与粉尘还未能被脱除，此时再设置一个湍流子，重复给予气流的高度旋转的环境，重复凝聚、捕悉和湮灭的雾滴、粉尘脱除过程，最终达到实现对烟气中雾滴和粉尘的净化。整个装置的运行阻力≤350Pa，脱除效果可满足出口5mg/Nm3的尘排放浓度。
本发明的脱尘除雾装置，采用高强度非金属材质制造，重量轻，成本低，满足耐腐蚀和结构强度要求。其运行烟气流速大于吸收塔断面烟气流速，可直接安置在吸收塔内，布置简单方便。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种深度脱尘除雾装置，安装在脱硫吸收塔内、含有大量雾滴的饱和烟气气体自下而上的过流断面上，其特征在于，包括导流筒、挡水环、多个泄放孔和n个设置在所述导流筒内的湍流子，n≥1；其中，
所述的导流筒为垂直放置的、内壁面光滑平整的圆形筒；所述n个湍流子均垂直于导流筒壁上下布置；
所述的湍流子包括若干表面光滑的叶片和外部光滑的中心筒，所述若干叶片以一定倾斜角度均匀分布在中心筒外壁和导流筒内壁之间的环状区域内；所述中心筒为外部光滑的顶端封闭的圆形筒；
所述的挡水环为具有一定厚度和高度的环状部件，用于在装置内形成具有一定稳定液体量的持液层，其贴附在导流筒内壁上，其厚度和高度的参数的确定，是以获得装置的最大持液量为准；
所述多个泄放孔，用于控制装置内壁面形成一个高速旋转的厚度均匀的液膜层；所述泄放孔为与叶片旋转方向相同的，与导流筒内壁面部分相切的开孔。
2.如权利要求1所述的一种深度脱尘除雾装置，其特征在于，所述的导流筒的直径和高度、湍流子数量的确定，可根据需要满足的出口尘控制指标进行调整。
3.如权利要求1所述的一种深度脱尘除雾装置，其特征在于，所述的叶片倾斜角度满足导向后气体旋转运动的实际速度≥8m/s。
4.如权利要求1所述的一种深度脱尘除雾装置，其特征在于，所述的中心筒的截面面积为导流筒截面的10％～50％。
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