CN106422617A - 一种高效脱硫除尘一体化吸收塔及脱硫除尘方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效脱硫除尘一体化吸收塔，包括：沿一烟气流向依次布置的一第一层除雾器、一第二层除雾器及一第三层除雾器；一换热冷凝单元，设置于第一层除雾器与第二层除雾器之间；一雾化喷射装置，设置于第三层除雾器与第二层除雾器之间。旨在解决以下技术问题：不增加额外的大的设备，解决超低排放高效除尘的问题，不引起新的电耗和水耗；针对低于15μm的小颗粒微尘，着重解决小颗粒物的去除难题；提供全负荷解决方案，除尘效率不受电厂运行负荷影响。同时提供基于上述装置的脱硫除尘方法。

Description

一种高效脱硫除尘一体化吸收塔及脱硫除尘方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，尤其涉及燃煤烟气治理，具体涉及一种高效脱硫除尘一体化吸收塔及脱硫除尘方法。

背景技术

国家环境保护部于2011年颁布了《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，提高了二氧化硫的排放标准。标准中规定，自2014年7月1日起，新建燃煤锅炉尾气中二氧化硫排放限值为100mg/Nm³,重点区域排放限值为50mg/Nm³。重点区域包括了京津冀、长三角、珠三角以及其他重点城市共47个。

2013年之后，随着雾霾在中国大部分地区越来越受到重视，各地环保部门纷纷对燃煤电厂的二氧化硫排放限值做出了更严格的限值，在一些重点地区，要求的排放限值甚至低于50mg/Nm³。2014年9月12日，国家发改委、环保部、国家能源局联合印发的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014～2020年)》明确了新建煤电机组的节能目标：全国新建燃煤发电机组平均供电煤耗低于300克/千瓦时；东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，中部地区新建机组原则上接近或达到燃气轮机组排放限值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值。

在这样的背景条件下，燃煤机组的污染物排放限制为：二氧化硫35mg/m³，氮氧化物浓度小于50mg/Nm³，烟尘浓度小于5mg/Nm³。经过技术的发展和新技术的应用，目前二氧化硫的超低排放已经不存在技术难题，目前很多技术都可以达到。现在超低排放的技术难题在于如何最经济性的实现细颗粒物粉尘的超低排放。

一般来说，现有超低排放除尘技术分为两类，一类是采用卧式或立式的湿式静电除尘器，布置在脱硫吸收塔的上部或尾部烟道内；一类是吸收塔内装的高效除雾器或管束式除雾器。

湿式静电除尘器在我国早期的超低排放改造项目中有过很多的案例，具备效率高、运行稳定等优点，同时也具有以下缺点：(1)占地面积大，荷载较大，布置较困难。湿式静电除尘器一般体积很大，布置在吸收塔上部的时候会占用很大的空间，对很多空间紧张的改造项目不利。同时因为湿式静电除尘器的荷载一般数百吨到上千吨，对吸收塔及支架的地基基础影响很大，不可避免的要进行地基加固等措施，客观的影响了工程进度，增加了工程实施的难度；(2)电耗大，运营成本较高。湿式静电除尘器的电耗较高，不利于电厂整体的节能降耗；(3)水耗较大。湿式静电除尘器需要大量的工艺水去冲洗集尘极，从而产生大量废水，不符合节能减排的政策需求。

综上，湿式电除尘器在设计合理并正常运行情况下可以满足细颗粒物的超低排放要求，但是存在造价高昂、安装荷载大(往往数百吨到上千吨)、产生酸性废水量大等缺点，不符合目前电力系统节能降耗的整体技术路线。

管束式除雾器和高效除雾器等也有过很多案例，缺点在于：(1)对于小颗粒物的去除效果不佳；(2)在低负荷情况下的去除效果不佳；(3)容易堵塞，而一旦发生堵塞，则反而会产生相反的效果，造成出口含尘量急剧增加，严重的甚至引起石膏雨等现象。

发明内容

针对以上已有技术的缺点，本发明的目的是提供一种高效脱硫除尘一体化吸收塔及脱硫除尘方法，旨在解决以下技术问题：不增加额外的大的设备，解决超低排放高效除尘的问题，不引起新的电耗和水耗；针对低于15μm的小颗粒微尘，着重解决小颗粒物的去除难题；提供全负荷解决方案，除尘效率不受电厂运行负荷影响。

为达上述目的，本发明采取的具体技术方案是：

一种高效脱硫除尘一体化吸收塔，包括：

沿一烟气流向依次布置的一第一层除雾器、一第二层除雾器及一第三层除雾器；

一换热冷凝单元，设置于第一层除雾器与第二层除雾器之间；

一雾化喷射装置，设置于第三层除雾器与第二层除雾器之间。

进一步地，还包括：位于所述第一层除雾器上游，沿烟气流向依次布置的一烟气入口、一湍流装置及若干喷淋层。

进一步地，所述换热冷凝单元为一热交换器，用以使烟气温度降低0.3-0.5℃。

进一步地，所述热交换器为一盘管式热交换器或一列管式热交换器。

进一步地，所述雾化喷射装置包括均布在所述吸收塔的一水平横截面内的多个雾化喷嘴，所述雾化喷嘴用以喷射粒径为25μm-50μm的液滴。

进一步地，所述雾化喷射装置连接至除雾器冲洗水系统。

进一步地，所述雾化喷射装置连接至一碱液箱。

进一步地，所述三层除雾器中相邻两层除雾器之间的距离为1.5m-1.8m，换热冷凝单元与中间层除雾器的间距为0.3m-0.5m，雾化喷射装置与中间层除雾器的间距为0.3m-0.5m。

进一步地，所述三层除雾器均为屋脊式除雾器。

一种脱硫除尘方法，适用于采用脱硫吸收塔处理的燃煤烟气，包括以下步骤：

燃煤烟气经过脱硫处理后，进行一次除雾；

一次除雾后的燃煤烟气通过冷凝方式降低温度0.3-0.5℃，使燃煤烟气中小粒径雾滴凝结于燃煤烟气中的小颗粒物的周围；

进行二次除雾；

二次除雾后的燃煤烟气通过与粒径为25μm-50μm的雾化液充分接触，雾化液中的液滴与小颗粒物互相撞击；

进行三次除雾。

进一步的，所述雾化液为碱性溶液，其pH值为8-9。

通过采取上述技术方案，通过在传统的脱硫吸收塔内加设相关除尘装置，实现在不在塔外增加额外设备情况下的脱硫、除尘超低排放目的。

本发明将换热原理应用到传统湿法脱硫塔中，以提高细微尘粒的亲水性为主要手段，改变15μm及以下细微颗粒物的碰撞方式，进而通过超细雾化喷射的方式增加细微尘粒的粒径，通过改变烟气中15μm及以下颗粒物的碰撞方式，将小颗粒物变成大的颗粒物，最终通过除雾器将颗粒物去除。最终提高除雾器的效率，实现塔内脱硫、除尘一体化的目的，满足超低排放要求。具有装置简单、不增加额外占地面积、运行成本低、维护管理容易等特点，且能够解决传统加装湿式电除尘器所引发的一系列难题，在目前燃煤电厂超低排放改造过程中具有极高的推广应用价值。

本发明不同于湿式电除尘的工作原理，也不同于管束式除雾器的工作原理，而是独创性的提出冷凝碰撞的概念，得以去除细微颗粒物，实现超低排放。相较于传统方案，本发明提出的形式安装脱硫的吸收塔中，既能够应用于新建的机组，更适合应用在已有机组的改造中，却对制造工艺的要求更简单，后期的运行、维护也更方便，具有很大的推广意义。

附图说明

图1为本发明一实施例中高效脱硫除尘一体化吸收塔的布置结构示意图。

附图标记说明：101-第一层除雾器；102-第二层除雾器；103-第三层除雾器；200-换热冷凝单元；300-雾化喷射装置；400-喷淋层；500-湍流装置。

具体实施方式

工作原理：

燃煤烟气中的尘分为大颗粒粉尘和小颗粒飘尘。按分割粒径来说，一般烟气中灰尘的分割粒径为15μm。15μm以上的颗粒物很容易被电除尘器、脱硫塔、除雾器所捕获去除，而15μm以下的细微颗粒由于跟其他介质都是发生弹性碰撞的原因，很难被去除和捕获。而在超低排放背景下，对粉尘的要求为低于5㎎/m³，这样的标准要求新的技术必须对15μm以下的细微颗粒也达到很高的去除效率，否则很难实现。

本发明的出发点是借用“凝并”的原理，使细微颗粒物发生凝聚，变成大颗粒物，从而能被脱硫塔和除雾器所捕集。本发明的关键点在于如何将小颗粒物的弹性碰撞改变为非弹性碰撞，从而能够多个小颗粒物凝聚成大颗粒物，提高除雾器和吸收塔的除尘效率。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1所示，在一实施例中，提供一种高效脱硫除尘一体化吸收塔，包括：作为烟气流路的一塔体，沿烟气流向依次布置的一烟气入口、一湍流装置500、若干喷淋层400及三层除雾器；沿烟气流动方向分别为第一层除雾器101、第二层除雾器102及第三层除雾器103，还包括：

换热冷凝单元200，设置于第一层除雾器101与第二层除雾器102之间；

雾化喷射装置300，设置于第三层除雾器103与第二层除雾器之间。

具体地，湍流装置500包括两层错列布置的管道；所述管道的公称直径为Φ50mm～Φ80mm，材质选自碳钢防腐、不锈钢或PP材质。每层管道所占塔体的横截面的孔隙率为0.35～0.6之间；所述湍流装置安装位置为烟气入口上方的2m～4m处。

换热冷凝单元200可选为一热交换器，用以使烟气温度降低0.3-0.5℃。

热交换器可选为一盘管式热交换器或一列管式热交换器。

雾化喷射装置300包括均布在吸收塔的一水平横截面内的多个雾化喷嘴，雾化喷嘴用以喷射粒径为25μm-50μm的液滴。具体雾化原理和结构为现有技术，在此不再赘述。

根据不同的工艺需求，雾化喷射装置可选连接至除雾器冲洗水系统或一碱液箱。从而喷射清水雾化液滴或碱性雾化液滴，碱液箱中一般盛放弱碱溶液，如氢氧化钙或氢氧化钠溶液，pH值控制在8-9的范围。

三层除雾器中相邻两层除雾器之间的距离为1.5m-1.8m，换热冷凝单元与第二层除雾器的间距为0.3m-0.5m，雾化喷射装置与第二层除雾器的间距应为0.3m-0.5m。此布置间距为最佳间距，能够使烟气具有足够的热交换时间、空间，并具有足够的液滴撞击反应时间、空间，可达最佳除尘效果。

另外，三层除雾器均为屋脊式除雾器，当然在其他实施例中，配合具体的工艺条件，也可以选用其他类型的除雾器，本发明并不以此为限。

基于上述实施例描述的装置实现的一种脱硫除尘方法，适用于采用脱硫吸收塔处理的燃煤烟气，包括以下步骤：

燃煤烟气经过脱硫处理后，进行一次除雾；

一次除雾后的燃煤烟气通过冷凝方式降低温度0.3-0.5℃，使燃煤烟气中小粒径雾滴凝结于燃煤烟气中的小颗粒物的周围；

进行二次除雾；

二次除雾的燃煤烟气通过与粒径为25μm-50μm的雾化液充分接触，雾化液中的液滴与小颗粒物互相撞击；

进行三次除雾。

通过一次除雾后的冷凝降温，从而保证燃煤烟气中的小颗粒物周围围绕一圈雾滴；二次除雾后，设置水(弱碱液)喷雾装置，用直径25-50μm的水滴去和小颗粒物撞击；经过撞击，产生出大的颗粒物。最后通过三次除雾器将撞击出的大颗粒物全部去除，达到超低排放的目的。

需说明的是，本发明描述的脱硫吸收塔还包括其他如烟气入口、烟气出口、喷淋层、湍流结构、浆液池等常规配置结构，由于均为本领域技术人员所习知，在此不再进行具体描述，本领域技术人员应可理解本发明各实施例中描述的装置在脱硫吸收塔中的安装位置。

以实际一台300MW机组烟气脱硫处理工程为例，某火力发电厂燃煤机组配置的脱硫吸收塔，脱硫吸收塔处理风量为1200000Nm³/h，进入塔前燃煤烟气中粉尘含量为20㎎/m³，采用上述实施例描述的装置及方法进行处理，能够将粉尘含量降低至3㎎/m³，符合排放要求。并且，进行除尘的额外处理成本仅为400多万元,而采用湿式电除尘器不仅设备造价高昂，约为1200万元，并且运行成本较高，且会产生废水排放，发生二次污染。

显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种高效脱硫除尘一体化吸收塔，其特征在于，包括：

沿一烟气流向依次布置的一第一层除雾器、一第二层除雾器及一第三层除雾器；

一换热冷凝单元，设置于第一层除雾器与第二层除雾器之间；

一雾化喷射装置，设置于第三层除雾器与第二层除雾器之间。

2.如权利要求1所述的高效脱硫除尘一体化吸收塔，其特征在于，还包括：位于所述第一层除雾器上游，沿烟气流向依次布置的一烟气入口、一湍流装置及若干喷淋层。

3.如权利要求2所述的高效脱硫除尘一体化吸收塔，其特征在于，所述换热冷凝单元为一热交换器，用以使烟气温度降低0.3-0.5℃。

4.如权利要求3所述的高效脱硫除尘一体化吸收塔，其特征在于，所述热交换器为一盘管式热交换器或一列管式热交换器。

5.如权利要求1所述的高效脱硫除尘一体化吸收塔，其特征在于，所述雾化喷射装置包括均布在所述吸收塔的一水平横截面内的多个雾化喷嘴，所述雾化喷嘴用以喷射粒径为25μm-50μm的液滴。

6.如权利要求5所述的高效脱硫除尘一体化吸收塔，其特征在于，所述雾化喷射装置连接至一除雾器冲洗水系统或一碱液箱。

7.如权利要求1所述的高效脱硫除尘一体化吸收塔，其特征在于，所述三层除雾器中相邻两层除雾器之间的距离为1.5m-1.8m，换热冷凝单元与中间层除雾器的间距为0.3m-0.5m，雾化喷射装置与中间层除雾器的间距为0.3m-0.5m。

8.如权利要求1所述的高效脱硫除尘一体化吸收塔，其特征在于，所述三层除雾器均为屋脊式除雾器。

9.一种脱硫除尘方法，适用于采用脱硫吸收塔处理的燃煤烟气，包括以下步骤：

燃煤烟气经过脱硫处理后，进行一次除雾；

一次除雾后的燃煤烟气通过冷凝方式降低温度0.3-0.5℃，使燃煤烟气中小粒径雾滴凝结于燃煤烟气中的小颗粒物的周围；

进行二次除雾；

二次除雾后的燃煤烟气通过与粒径为25μm-50μm的雾化液充分接触，雾化液中的液滴与小颗粒物互相撞击；

进行三次除雾。

10.如权利要求9所述的脱硫除尘方法，其特征在于，所述雾化液为碱性溶液，其pH值为8-9。