CN105771477B - 一种流化雾化和液膜洗涤组合的烟气净化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流化雾化和液膜洗涤组合的烟气净化装置，所述装置包括位于下部的布气网和位于上部的布液网，所述布气网和布液网上设置有网孔，净化液能经布液网分离为细小液流落下进入流化雾化层，然后穿过布气网离开；待净化烟气能通过布气网均匀进入流化雾化层，然后穿过布液网及之上的液膜层离开。本发明还公开了基于上述装置进行烟气除尘的方法。本发明配套的净化系统的净化液循环泵电耗大幅降低，设备结构简单，易维护。
Description
技术领域
本发明涉及烟气净化领域，具体地，本发明涉及一种流化雾化和液膜洗涤组合的烟气净化装置及方法。
背景技术
传统烟气净化技术包括离心分离除尘技术、电除尘技术、布袋除尘技术和湿法烟气净化技术等。
离心分离除尘技术的设备结构简单，可依靠提高烟气流速来提升惯性分离效果，但由于气流整体流动，流通截面积大，固体从气体分离的平均行程长，气流对分离的尘粒有二次携带影响，气固分离较难彻底，不仅阻力大，除尘效率也较低。离心分离除尘技术也不适宜同时脱硫、除汞。
电除尘技术的特点是阻力小，除尘效率可达99％以上，但投资大，占地大，运行维护成本高；除尘效率受灰比电阻等的影响较大，不能同时脱硫，仅可脱除约30％的汞。目前新近开发的湿法电除尘技术主要应用于脱硫塔后，可以克服灰比电阻的影响，除尘效率进一步提高，使烟气含尘量达到燃气的水平。
布袋除尘器没有水对烟气中各种污染物的吸附作用，是将烟气分解成极细小的烟气流，烟气可以穿透滤布，但尘粒被滤布阻拦下来，除尘不受尘的比电阻、浓度、粒度等性质的影响，除尘效率可达99.5％以上。但布袋除尘器阻力较大，并须设有反吹清灰控制等，投资大，运行维护成本高，不能同时脱硫，脱汞效率约70％。
湿法烟气净化技术可以同时脱硫、除尘和脱汞，其以综合净化能力较强而得到较广泛的应用。但传统湿法烟气净化技术也有脱硫除尘效率不高的弊病，因而限制了其对烟气净化要求较高领域的应用。
传统湿法烟气净化技术主要采用了喷淋式和液膜式，也结合离心分离和文丘里管等技术。对于传统喷淋式脱硫除尘器其主要缺点为：喷淋水只有充分雾化才能确保气液传质的效率，需要特制耐磨喷头和较高的流动压降，电耗和维修成本高。喷淋水和烟气虽然是逆向流动，但由于水流和气流均以最小流动阻力的方式各自结合成流束并自行选择流动路线，因而形成平均水流束和气流束的流通截面尺寸均较大，动量传递较小，烟、水单位质量的接触面积和接触时间均较小，而传质较差的状况。对于传统液膜式脱硫除尘器其主要缺点为：烟气穿过液膜时的流通截面较大，烟气多以鼓泡方式穿过水层，烟、水单位质量的接触面积和接触时间很小。虽然采用文丘里管也可以加强水的雾化及与烟气的传质，但脱硫除尘效率仍然难以达到较高的水准。随着容量的增大，文丘里管的直径增大，烟气净化效率也明显下降。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种流化雾化和液膜洗涤相结合的湿法烟气净化装置。
本发明提供的装置包括位于下部的布气网和位于上部的布液网，所述布气网和布液网上设置有网孔，净化液能经布液网分离为细小液流落下进入流化雾化层，然后穿过布气网离开；待净化烟气能通过布气网均匀进入流化雾化层，然后穿过布液网及之上的液膜层离开。
烟气与净化液采用逆流传质，烟气通过下部的布气网和上部的布液网液膜以及两者之间流化雾化的净化液吸附过滤层(简称流化雾化层)，烟气中的灰尘、SO2和汞等污染物被吸附进净化液中，烟气得到净化。此处的净化液可以是含碱的水溶液。
布气网可以使得烟气分解成均匀的细流，同时阻止粒径较小的液滴快速穿过流化雾化层，并通过撞击反射使部分快速下落的大尺寸液滴破碎。通过布气网的烟气与液流进行强烈的动量交换，一部分净化液携带着烟气中污染物穿过布气网离开，一部分净化液则被气流反复吹散雾化为浓度很高、颗粒很小的雾滴，形成流态化，雾滴不断发生聚合团聚、分解离散，与烟气进行强烈的传质；上升烟气携带部分雾滴经过上部的布液网和液膜时，液滴被吸附，烟气则被布液网分离为细小气流穿过液膜，与净化液深入接触传质。
优选的，所述布气网的上部和布液网的上部至少一处设置密度低于净化液的栅格网。栅格网的格栅间隔均匀，烟气可从该间隔均匀通过；当烟气流速降低时，净化液穿过净化网下落的速度增大，网上液膜厚度降低，格栅下表面与网的上表面间距减小，从而减小净化液穿过净化网下落的速度，维持液膜厚度和烟气净化效果。
更优选的，所述栅格网可包括多个独立的单元，当烟气流速不均造成网上净化液厚度不均匀并恶性循环时，各栅格网可各自根据液膜厚度自动调整与网的间距，从而改变不同栅格网下的净化液下落流量，使得液膜厚度均匀。
优选的，所述布气网的上部和所述布液网的上部至少一处设置有密度小于或接近净化液的均流颗粒。所述均流颗粒的外形为球形或接近球形的多面体，其最小粒径大于净化网孔径，确保均流颗粒无法穿过净化网；所述均流颗粒可随净化液在网上水平方向运动，当烟气流速不均造成网上净化液厚度不均匀并恶性循环时，均流颗粒会向厚度薄的区域运动，从而提高网上阻力的均匀性，使得烟气流动均匀。
作为改进，本发明还提供了一种含有若干前述净化装置的组合装置，所述净化装置间通过串联、并联或混联连接。串联可以提高净化效率，并联可以增大烟气处理容量。
优选的，当两个净化装置采用串联连接时，串联的前一级净化装置布气网和布液网的目数较小，网孔径较大。做为改进，串联的前一级净化装置可置于后一级的上方，并且前一级净化装置流出的净化液可作为后一级净化装置进入的净化液，以提高净化液的利用效率，减少总能耗。做为改进，前一级装置采用较高的烟气流速、较大的净化液雾密度和较小的流化雾化层厚度；经前一级净化后，烟气灰尘含量已很少，可以使后一级布气网和布液网的的目数更大，网孔径更小，净化液流化雾化均匀性更好，同时，后一级采用较低的烟速有利减少烟气穿过液膜时的携带净化液量，减轻除净化液负担。多级串联也可以提高烟气处理负荷的适应能力。
优选的，最下层布气网和最上层布液网之间布置多层兼有布气网和布液网作用的网，以进一步抑制气泡团聚和尺寸的增大，增加气液接触比；作为一种改进，从最下层布气网到最上层布液网之间的网的目数逐渐增大。
优选的，从最下层布气网到最上层布液网之间的通流截面积逐渐增大。
优选的，不同净化网上可分别设置与净化液密度接近、粒径大于网孔孔径的均流颗粒和/或多个独立单元、密度低于净化液的栅格网。
更优选的，前一级净化网上的均流颗粒物数量多于后一级，所述净化网为布液网或布气网。
更优选的，前一级净化网上的栅格网的格栅间隔小于后一级，所述净化网为布液网或布气网。
为了充分发挥流化雾化和液膜洗涤的深度净化性能，减轻布气网和布液网的结垢、堵灰清理负担，提高烟气净化的整体效果，作为一种改进，本发明可以在流化雾化和液膜洗涤工艺前再前置串联增设一级传统烟气净化工艺；
本发明还提供了一种流化雾化和液膜洗涤组合的方法，包括：
烟气与净化液采用逆流传质，烟气通过下部的布气网和上部的布液网液膜以及两者之间流化雾化的净化液吸附过滤层，烟气中的灰尘、SO2和汞等污染物被吸附进净化液中，烟气得到净化。
净化液(含碱等水溶液)落在布液网上形成液膜，在重力作用下，净化液由布液网分离为细小液流落下进入流化雾化层，然后穿过布气网离开。待净化烟气通过布气网均匀进入流化雾化层，然后穿过布液网及之上的液膜层离开。
布气网可以使得烟气分解成均匀的细流，同时阻止粒径较小的液滴快速穿过流化雾化层，并通过撞击反射使部分快速下落的大尺寸液滴破碎。通过布气网的烟气与液流进行强烈的动量交换，一部分净化液携带着烟气中污染物穿过布气网离开，一部分净化液则被气流反复吹散雾化为浓度很高、颗粒很小的雾滴，形成流态化，雾滴不断发生聚合团聚、分解离散，与烟气进行强烈的传质；上升烟气携带部分雾滴经过上部的布液网和液膜时，液滴被吸附，烟气则被布液网分离为细小气流穿过液膜，与净化液深入接触传质。
优选的，所述方法还包括：
所述布气网和布液网至少一处设置密度低于净化液的栅格网，并通过格栅控制净化液和烟气的通过速度。
优选的，所述方法还包括：
所述布气网和布液网上可设置密度小于或接近净化液的均流颗粒，所述均流颗粒的外形为球形或接近球形的多面体，其最小粒径大于净化网孔径，并通过均流颗粒控制烟气使其流动均匀。
本发明通过流化雾化和液膜洗涤方法来强化液气的接触和传质，其优点有：
选择对SO2、SO3及对灰尘和汞等其它污染物的平衡吸附量大、吸附选择性高的净化液为吸附剂，利用净化液很强的吸附或溶解作用，通过强化传质过程可以达到同时高效除尘、脱硫、脱汞和脱除其它多种污染物的目的。
流化雾化可以形成浓度极高的流化雾化层，通过高强度的动量传递，将净化液流破碎形成更细小颗粒的雾滴，从而也将烟气分解成更细的流线，在净化液雾滴之间的间隙曲线绕流运动，灰粒与烟气惯性分离作用增强，所需分离距离和时间很短，烟气、净化液单位质量的接触面积和接触时间大幅提高，吸附和传质能力大幅增强。
“流化雾化的净化液吸附过滤层”是个由细小液滴、雾滴动态“编织成”的过滤层，吸附灰尘的雾滴增大后，流化风速难以阻止其下落穿过下部的布气网，因而流化雾化层是一个具有动态自清洁作用的吸附能力极强的动态高密滤网；
由于净化液的连续向下淋洗，灰尘吸附于净化液后很容易随净化液流动带走，可以避免积灰、堵灰的发生，也可减轻灰尘随气流的二次携带。
流化雾化层下面的布气网目数较低，孔径较大，有利于避免灰尘团聚堵住网孔；
流化雾化层上面的布液网目数较高，孔径较小，可以确保雾层上形成液膜的均匀，并使很细的烟气流穿过液膜，将烟气得到进一步的深度净化。
最下层布气网和最上层布液网之间布置多层兼有布气网和布液网作用的网，可进一步抑制气泡团聚和尺寸的增大，增加气液接触比。
不同净化网上可分别设置与净化液密度接近、粒径大于网孔孔径的均流颗粒物和多个独立单元、密度低于净化液的栅格网，可显著提高净化装置的净化效率的稳定性和负荷适应性。
通过调节布气网和布液网的目数和网间距，可调节流化雾化的密度，可以在确保很高的净化效率下，使得净化装置的高度等尺寸大幅减小，同时降低净化液循环泵扬程和电耗。
由于在净化装置最上部的净化网孔径最小，网上净化液液膜厚度和净化液下落的均匀性更好，逆向流动的气液接触十分充分，不需提高净化液的压力并设置喷雾装置来加强净化液的雾化，因而本发明配套的净化系统的净化液循环泵电耗大幅降低，设备结构简单，易维护。
附图说明
图1、流化雾化和液膜洗涤相结合的湿法烟气净化装置的简图。
附图标识：
1、均流颗粒；2、流化雾化层；3、栅格网；4、格栅；5、烟气；6、布气网；7布液网；8、净化装置；9、净化液。
具体实施方式
如下为本发明的实施例，其仅用作对本申请的解释而并非限制。
参见图1，一种流化雾化和液膜洗涤组合的烟气净化装置，净化装置8包括位于下部的布气网6和位于上部的布液网7，所述布气网6和布液网7上设置有网孔，净化液9能经布液网7分离为细小液流落下进入流化雾化层，然后穿过布气网6离开；待净化的烟气5能通过布气网6均匀进入流化雾化层，然后穿过布液网7及之上的液膜层离开。
烟气与净化液采用逆流传质，烟气通过下部的布气网和上部的布液网液膜以及两者之间流化雾化的净化液吸附过滤层(简称流化雾化层)，烟气中的灰尘、SO2和汞等污染物被吸附进净化液中，烟气得到净化。此处的净化液可以是含碱的水溶液。
布气网可以使得烟气分解成均匀的细流，同时阻止粒径较小的液滴快速穿过流化雾化层，并通过撞击反射使部分快速下落的大尺寸液滴破碎。通过布气网的烟气与液流进行强烈的动量交换，一部分净化液携带着烟气中污染物穿过布气网离开，一部分净化液则被气流反复吹散雾化为浓度很高、颗粒很小的雾滴，形成流态化，雾滴不断发生聚合团聚、分解离散，与烟气进行强烈的传质；上升烟气携带部分雾滴经过上部的布液网和液膜时，液滴被吸附，烟气则被布液网分离为细小气流穿过液膜，与净化液深入接触传质。
所述布气网和布液网上均可设置密度低于净化液的栅格网3，其也可以选择性的进行设置。栅格网3的格栅4间隔均匀，烟气可从该间隔均匀通过；当烟气流速降低时，净化液穿过净化网下落的速度增大，网上液膜厚度降低，格栅下表面与网的上表面间距减小，从而减小净化液穿过净化网下落的速度，维持液膜厚度和烟气净化效果。
所述栅格网3可分为多个独立的单元，当烟气流速不均造成网上净化液厚度不均匀并恶性循环时，各栅格网3可各自根据液膜厚度自动调整与网的间距，从而改变不同栅格网下的净化液下落流量，使得液膜厚度均匀。
布气网和布液网上均可或选择性的设置密度小于或接近净化液的均流颗粒1，所述均流颗粒1的外形为球形或接近球形的多面体，其最小粒径大于净化网孔径，确保均流颗粒无法穿过净化网；所述均流颗粒1可随净化液在网上水平方向运动，当烟气流速不均造成网上净化液厚度不均匀并恶性循环时，均流颗粒1会向厚度薄的区域运动，从而提高网上阻力的均匀性，使得烟气流动均匀。
前述装置还可以进行组合得到组合净化装置，所述净化装置间通过串联、并联或混联连接。串联可以提高净化效率，并联可以增大烟气处理容量。
串联的前一级流化雾化和液膜洗涤工艺，布气网和布液网的目数较小，网孔径较大。做为改进，前一级装置采用较高的烟气流速、较大的净化液雾密度和较小的流化雾化层厚度；经前一级净化后，烟气灰尘含量已很少，可以使后一级布气网和布液网的的目数更大，网孔径更小，净化液流化雾化均匀性更好，同时，后一级采用较低的烟速有利减少烟气穿过液膜时的携带净化液量，减轻除净化液负担。多级串联也可以提高烟气处理负荷的适应能力。
最下层布气网和最上层布液网之间可布置多层兼有布气网和布液网作用的网，以进一步抑制气泡团聚和尺寸的增大，增加气液接触比；作为一种改进，从最下层布气网到最上层布液网之间的网的目数逐渐增大。此外，从最下层布气网到最上层布液网之间的通流截面积可逐渐增大。
作为一种改进，不同净化网上可分别设置与净化液密度接近、粒径大于网孔孔径的均流颗粒和多个独立单元、密度低于净化液的栅格网。
作为一种改进，前一级净化网上的均流颗粒物数量可多于后一级。
作为一种改进，前一级净化网上的栅格网的格栅间隔可小于后一级。
为了充分发挥流化雾化和液膜洗涤的深度净化性能，减轻布气网和布液网的结垢、堵灰清理负担，提高烟气净化的整体效果，作为一种改进，可以在流化雾化和液膜洗涤工艺前再前置串联增设一级传统烟气净化工艺；
利用上述装置进行流化雾化和液膜洗涤组合的方法为：
烟气与净化液采用逆流传质，烟气通过下部的布气网和上部的布液网液膜以及两者之间流化雾化的净化液吸附过滤层，烟气中的灰尘、SO2和汞等污染物被吸附进净化液中，烟气得到净化。
净化液(含碱等水溶液)落在布液网上形成液膜，在重力作用下，净化液由布液网分离为细小液流落下进入流化雾化层，然后穿过布气网离开。待净化烟气通过布气网均匀进入流化雾化层，然后穿过布液网及之上的液膜层离开。
布气网可以使得烟气分解成均匀的细流，同时阻止粒径较小的液滴快速穿过流化雾化层，并通过撞击反射使部分快速下落的大尺寸液滴破碎。通过布气网的烟气与液流进行强烈的动量交换，一部分净化液携带着烟气中污染物穿过布气网离开，一部分净化液则被气流反复吹散雾化为浓度很高、颗粒很小的雾滴，形成流态化，雾滴不断发生聚合团聚、分解离散，与烟气进行强烈的传质；上升烟气携带部分雾滴经过上部的布液网和液膜时，液滴被吸附，烟气则被布液网分离为细小气流穿过液膜，与净化液深入接触传质。
Claims (12)
1.一种流化雾化和液膜洗涤组合的烟气净化装置，其特征在于，所述装置包括位于下部的布气网和位于上部的布液网，所述布气网和布液网上设置有网孔，净化液能经布液网分离为细小液流落下进入流化雾化层，然后穿过布气网离开；待净化烟气能通过布气网均匀进入流化雾化层，然后穿过布液网及之上的液膜层离开；
所述布气网的上部和布液网的上部至少一处设置密度低于净化液的栅格网。
2.根据权利要求1所述的烟气净化装置，其特征在于，所述栅格网包括多个独立的单元。
3.根据权利要求1所述的烟气净化装置，其特征在于，所述布气网的上部和所述布液网的上部至少一处设置有密度小于或接近净化液的均流颗粒。
4.一种含有若干权利要求1～3任一净化装置的组合装置，所述净化装置间通过串联、并联或混联连接。
5.根据权利要求4所述的组合装置，其特征在于，当两个净化装置采用串联连接时，串联的前一级净化装置布气网和布液网的目数较小，网孔径较大。
6.根据权利要求4或5所述的组合装置，其特征在于，最下层布气网和最上层布液网之间布置有多层兼有布气网和布液网作用的网。
7.根据权利要求4或5所述的组合装置，其特征在于，从最下层布气网到最上层布液网之间的通流截面积逐渐增大。
8.根据权利要求4或5所述的组合装置，其特征在于，不同布液网和布气网上分别设置与净化液密度接近、粒径大于网孔孔径的均流颗粒和/或多个密度低于净化液的栅格网。
9.根据权利要求8所述的组合装置，其特征在于，前一级净化网上的均流颗粒数量多于后一级，所述净化网为布液网或布气网。
10.根据权利要求8所述的组合装置，其特征在于，前一级净化网上的栅格网的格栅间隔小于后一级，所述净化网为布液网或布气网。
11.一种流化雾化和液膜洗涤组合的方法，包括：
烟气与净化液采用逆流传质，烟气通过下部的布气网和上部的布液网液膜以及两者之间流化雾化的净化液吸附过滤层，烟气中的污染物被吸附进净化液中，烟气得到净化；
所述净化液落在布液网上形成液膜，在重力作用下，净化液由布液网分离为细小液流落下进入流化雾化层，然后穿过布气网离开；所述烟气通过布气网均匀进入流化雾化层，然后穿过布液网及之上的液膜层离开；
所述布气网和布液网至少一处设置密度低于净化液的栅格网，并通过格栅控制净化液和烟气的通过速度。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述布气网的上部和布液网的上部至少一处设置密度小于或接近净化液的均流颗粒，所述均流颗粒的外形为球形或接近球形的多面体，其最小粒径大于净化网孔径，并通过均流颗粒控制烟气使其流动均匀。
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