CN104437066A - 协同脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫系统及其方法 - Google Patents

协同脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种协同脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫系统及其方法，该系统包括湿式脱硫塔以及置于湿式脱硫塔外部的冷却器，湿式脱硫塔底部设有吸收剂浆液池，湿式脱硫塔上部由下而上设置多层喷淋机构，喷淋机构的上方设有除雾器，冷却器的进口与吸收剂浆液池连通，冷却器的出口与喷淋机构相连，在吸收剂浆液池上方喷淋机构下方的湿式脱硫塔的塔壁上设有连接烟气进管的进口，湿式脱硫塔的最顶端连接烟气出管，在除雾器下方、烟气进管上方的湿式脱硫塔内部区域为相变凝结除尘层。本发明通过对湿式脱硫塔循环所用吸收剂浆液进行塔外冷却，使湿式脱硫塔内烟气达到饱和，并且以微细粉尘为凝结核凝聚，微细粉尘变大后降落或被除雾器和除尘器除去。

Description

协同脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫系统及其方法
技术领域
本发明涉及烟气中烟尘脱除技术，特别是涉及一种协同脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫系统及其方法。
背景技术
随着国家对环境保护越来越重视，微细颗粒物、SO3酸雾、重金属(如汞)等以气溶胶形式存在的污染物的减排已被提到了议事日程，国家新的《环境空气质量标准》对原有排放标准要求大幅提高，同时将汞、PM2.5纳入环境空气质量标准。2013年1月28日，中国气象局首次将反映空气质量的PM2.5浓度与大气能见度、相对湿度等气象要素并列为预警分级的重要指标。
目前，燃煤电厂的烟气脱硫技术绝大部分采用湿法烟气脱硫技术，如何有效地减轻微细颗粒物、气溶胶，以及有效地减轻湿法脱硫净化所不能避免的石膏细颗粒(即“石膏雨”)及SO3对环境的影响，有效地降低PM2.5细微颗粒物、重金属离子对人体健康带来的危害，已成为当今大气污染物治理行业的当务之急。
燃煤是引起我国大气环境中烟尘含量增加的主要原因。因此控制燃煤烟尘排放是迫切需要解决的关键问题。新的空气质量标准出台后，传统的烟气治理设备不能达到理想的治理效果。
1976年，美国Colorado矿业学校的斯考温格德和布朗在一份研究报告中提出，采用微细的水雾捕尘能解决呼吸性煤尘的除尘问题。文章指出，人们早就认识到，一般的喷雾对除呼吸性粉尘效果不佳是因为水雾的粒径太大(粒径200-600μm)。从空气动力学原理来说，更细的、与尘粒径相近的水雾更能有效地从气流中除去粉尘。因此，人们不断在改进喷雾器的结构，使水雾喷得更细。但是，随着水雾越来越细，担心水雾在捕捉到粉尘之前就会在相对湿度不到10％的空间迅速蒸发掉，从而阻止了人们对喷雾器的进一步研究。斯考温格德和布朗经过研究后提出了新见解，认为当水雾蒸发为蒸汽后就进入了云物理学范畴，这时另一种机理—冷凝核化的机理将起重要的作用，这就是当水雾不断大量蒸发，空气中湿度会迅速饱和，饱和后的水汽会直接在尘粒上凝聚，使粒径不断增大。虽然增大的速度与尘的亲水性温度、电荷等等因素有关，但是，这种增大不需要太多，只要到10～20μm就会落下或轻易地被一般水雾除去，显现出对控制微细的呼吸性粉尘的良好效果。
目前，烟气湿法脱硫技术已越来越成熟和普及，在脱硫塔内高温烟气与脱硫液相接触，发生强烈的传热传质过程，高温烟气使部分脱硫吸收液汽化，烟气相对湿度增大，烟温降低并可接近饱和状态，但是现有烟气湿法脱硫技术中，达不到饱和，因此没有水汽在尘粒上的凝聚，所以现有湿法烟气脱硫技术虽可有效脱除SO2和粗粉尘，但对呼吸性粉尘的捕集效率很低，造成大量呼吸性粉尘排入大气环境。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种协同脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫系统及方法，用于解决现有技术中无法在脱硫过程中去除烟气中的呼吸性粉尘的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种协同脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫系统，其包括湿式脱硫塔以及置于湿式脱硫塔外部的冷却器，所述湿式脱硫塔底部设有吸收剂浆液池，湿式脱硫塔上部由下而上设置多层喷淋机构，喷淋机构的上方设有除雾器，其中顶部的至少一层喷淋机构构成相变凝结除尘区，所述冷却器的进口与所述吸收剂浆液池连通，冷却器的出口与所述喷淋机构相连，在吸收剂浆液池上方喷淋机构下方的湿式脱硫塔的塔壁上设有连接烟气进管的进口，湿式脱硫塔的最顶端连接烟气出管，在除雾器下方、烟气进管上方的湿式脱硫塔内部区域为相变凝结除尘层。
优选的，还包括置于所述湿式脱硫塔外部的吸收剂制备系统，所述吸收剂制备系统与所述吸收剂浆液池相连。
优选的，还包括置于所述湿式脱硫塔外部的吸收剂制备系统，所述吸收剂制备系统与位于下方的一层或多层所述喷淋机构相连。
优选的，还包括设在所述烟气进管和所述烟气出管上的烟气换热器或者烟气再热器。
本发明还提供一种能脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫方法，其包括以下步骤：
1)喷淋增湿脱硫过程：吸收剂浆液经过湿式脱硫塔外的冷却器降温变为低温浆液，然后经由多层喷淋机构喷出；烟气经烟气进管进入湿式脱硫塔，烟气上升过程中与由喷淋机构喷出的低温浆液接触，实现喷淋脱硫，烟气湿度迅速增大，而且烟温降低；
2)饱和过程：烟气继续上升进一步吸水，烟气湿度进一步增大，烟温进一步降低，并且达到相应温度下的饱和状态；
3)烟尘脱除过程：烟气达到饱和后成为饱和烟气，继续与所述喷淋机构喷出的低温吸收剂浆液发生热交换降温，饱和烟气因温度下降导致含湿量降低，使水蒸气以微细颗粒为凝结核析出，微细颗粒凝长大后随水滴湿沉降落，或者随着烟气被除雾器或后面的除尘器除去。
如上所述，本发明的协同脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫系统及其方法，具有以下有益效果：通过对湿式脱硫塔循环所用吸收剂浆液进行塔外冷却，使湿式脱硫塔内烟气达到饱和，并且以微细粉尘为凝结核凝聚，微细粉尘变大后降落或被除雾器和除尘器除去。同时使湿式脱硫塔内反应温度降低，可以降低出口烟气湿度，达到降低水耗和提升烟气抬升高度的作用。
附图说明
图1显示为本发明的协同脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫系统第一实施例示意图。
图2显示为本发明的协同脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫系统第二实施例示意图。
元件标号说明
1  冷却器
2  喷淋机构
21 相变凝结除尘区
3  吸收剂制备系统
4  除雾器
5  湿式脱硫塔
51 吸收剂浆液池
6  烟气出管
7  烟气换热器
8  烟气进管
9  脱硫产物处理机构
10 浆液搅拌装置
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明提供一种协同脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫系统，其包括湿式脱硫塔5以及置于湿式脱硫塔5外部的冷却器1，湿式脱硫塔底部设有吸收剂浆液池51，湿式脱硫塔上部由下而上设置多层喷淋机构2，喷淋机构的上方设有除雾器4，其中顶部的至少一层喷淋机构构成为相变凝结除尘区21，水蒸气在该区达到饱和后以微细颗粒为凝结核析出，微细颗粒凝长大后随水滴湿沉降落，或者被后续设备除去；冷却器1的进口与吸收剂浆液池51连通，冷却器1的出口与喷淋机构2相连，本实施例中冷却器1与所有喷淋机构2相连，其也可以只连接部分喷淋机构2，若只连接部分喷淋机构则只冷却部分循环液，在吸收剂浆液池51上方喷淋机构2下方的湿式脱硫塔5的塔壁上设有连接烟气进管8的进口，湿式脱硫塔5的最顶端连接烟气出管6，在除雾器4下方、烟气进管8上方的湿式脱硫塔内部区域为相变凝结除尘层。
本发明在湿式脱硫塔5的外部加装一冷却器1，通过冷却器1对循环利用的吸收剂浆液进行冷却，降温后的吸收剂浆液与烟气发生强烈的传热传质，使烟气达到饱和，饱和后的烟气继续与冷却后的吸收剂浆液换热降温，饱和烟气因温度下降导致含湿量降低，因而水蒸气在相变凝结除尘区析出，烟尘在水蒸气析出过程中凝并且长大随水滴湿沉降落，或被除雾器和后面的除尘器除去，提高了烟气的净化效率。本发明可以使烟气达到饱和状态，进而再降温即会出现水凝，将污染物析出，实现除尘。湿式脱硫塔内反应温度降低，可以降低出口烟气湿度，达到降低水耗和提升烟气抬升高度的作用，同时低的反应温度有利于脱硫效率的提高。
本实施例还包括置于湿式脱硫塔5外部的吸收剂制备系统3，吸收剂制备系统3与吸收剂浆液池51相连，为其提供吸收剂浆液。吸收剂浆液池51内设有浆液搅拌装置10，吸收剂浆液经过外部的冷却器1冷却后进入喷淋机构2，然后由喷淋机构2在湿式脱硫塔5内喷淋出与烟气脱硫降温，最终再落入吸收剂浆液池51内，该吸收剂浆液池51的底部还连通有脱硫产物处理机构9。
为便于更好的进行热交换，上述喷淋机构2优选喷雾器，使喷出的吸收剂浆液雾化。
为确保排出的烟气温度符合要求，本实施例还包括设在烟气进管6和烟气出管8上的烟气换热器7或者烟气再热器。
如图2所示为本发明的第二实施例，其与上述实施例基本相同，不同之处在于：上述吸收剂制备系统3不与吸收剂浆液池相连，而是与位于下方的一层或多层喷淋机构2相连。
本发明还提供一种能脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫方法，其采用上述冷凝相变型湿法脱硫系统，主要包括以下步骤：
1)喷淋增湿脱硫过程：吸收剂浆液经过湿式脱硫塔5外的冷却器1降温变为低温浆液，然后经由多层喷淋机构2喷出；烟气经烟气进管8进入湿式脱硫塔5，烟气上升过程中与由喷淋机构2喷出的低温浆液接触，实现喷淋脱硫，烟气湿度迅速增大，而且烟温降低；
2)饱和过程：烟气继续上升(即进入湿式脱硫塔5的相变凝结除尘区21)进一步吸水，烟气湿度进一步增大，烟温进一步降低，并且达到相应温度下的饱和状态；
3)烟尘脱除过程：烟气达到饱和后成为饱和烟气，继续与所述喷淋机构喷出的低温吸收剂浆液发生热交换降温，饱和烟气因温度下降导致含湿量降低，使水蒸气以微细颗粒为凝结核析出，微细颗粒凝长大后随水滴湿沉降落，或者随着烟气被除雾器或后面的除尘器除去。
本发明适用于石灰石-石膏湿法脱硫和氨法脱硫系统。
综上所述，本发明协同脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫系统及其方法，其工艺简单，只需在现有的烟气湿法脱硫装置中增设塔外冷却器，即可使湿法脱硫装置具有同时促进烟尘粒度增大并脱除的功效，可广泛应用于现有电厂烟气湿法脱硫装置。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种协同脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫系统，其特征在于，包括湿式脱硫塔(5)以及置于湿式脱硫塔(5)外部的冷却器(1)，所述湿式脱硫塔底部设有吸收剂浆液池(51)，湿式脱硫塔上部由下而上设置多层喷淋机构(2)，在所述喷淋机构(2)的上方还设有除雾器(4)，所述冷却器(1)的进口与所述吸收剂浆液池(51)连通，冷却器(1)的出口与所述喷淋机构(2)相连，在吸收剂浆液池(51)上方喷淋机构(2)下方的湿式脱硫塔(5)的塔壁上设有连接烟气进管(8)的进口，湿式脱硫塔(5)的最顶端连接烟气出管(6)，在所述除雾器(4)下方、烟气进管(8)上方的湿式脱硫塔内部区域为相变凝结除尘层。
2.根据权利要求1所述的协同脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫系统，其特征在于：还包括设在所述烟气进管(8)和所述烟气出管(6)上的烟气换热器(7)或者烟气再热器。
3.根据权利要求1所述的协同脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫系统，其特征在于：还包括置于所述湿式脱硫塔外部的吸收剂制备系统(3)，所述吸收剂制备系统(3)与所述吸收剂浆液池(51)相连。
4.根据权利要求1所述的协同脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫系统，其特征在于：还包括置于所述湿式脱硫塔外部的吸收剂制备系统(3)，所述吸收剂制备系统(3)与位于下方的一层或多层所述喷淋机构(2)相连。
5.一种能脱除烟气烟尘的冷凝相变型湿法脱硫方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)喷淋增湿脱硫过程：吸收剂浆液经过湿式脱硫塔(5)外的冷却器(1)降温变为低温浆液，然后经由多层喷淋机构(2)喷出；烟气经烟气进管(8)进入湿式脱硫塔(1)，烟气上升过程中与由喷淋机构(2)喷出的低温浆液接触，实现喷淋脱硫，烟气湿度迅速增大，而且烟温降低；
2)饱和过程：烟气继续上升进一步吸水，烟气湿度进一步增大，烟温进一步降低，并且达到相应温度下的饱和状态；
3)烟尘脱除过程：烟气达到饱和后成为饱和烟气，继续与所述喷淋机构(2)喷出的低温吸收剂浆液发生热交换降温，饱和烟气因温度下降导致含湿量降低，使水蒸气以微细颗粒为凝结核析出，微细颗粒凝长大后随水滴湿沉降落，或者随着烟气被除雾器或后面的除尘器除去。
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