CN106669345A - 一种协同实现高水分烟气中pm2.5/so3高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种协同实现高水分烟气中PM2.5/SO3高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法,高水分烟气在进入电除尘器前先通过低温换热器,使烟温降至酸露点以下,烟气中气态SO3凝结吸附至细颗粒物表面上,增强电除尘器对PM2.5的脱除并协同脱除SO3;烟气离开电除尘后,经低低温换热器进一步降温,获得高相对湿度烟气,然后在脱硫塔内与低温脱硫液接触过程中达到过饱和,过饱和的水汽在PM2.5和SO3酸雾表面发生核化凝结,粒度增大,促进脱硫过程对PM2.5及SO3酸雾的脱除。同时,塔内过饱和水汽环境的建立,促使部分水汽从烟气冷凝至脱硫液中,协同实现湿法脱硫零水耗。本方法具有高效、节能、投资和处理成本低等特点。

Description

一种协同实现高水分烟气中PM2.5/S03高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法
一 ■
技术领域
[0001] 本发明设计一种协同实现高水分烟气中PM2.5/S03高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法,属于除尘技术领域。
二.背景技术
[0002] PM2.5是导致大气能见度降低、酸雨和雾霾天气等重大环境问题的重要因素之一,控制PM2.5排放是迫切需要解决的关键问题。目前,我国80%以上的大中型燃煤电站采用的除尘脱硫技术是电除尘器+湿法烟气脱硫系统。近些年来,人们从极距、极配方式、清灰方式、气流分布等方面对电除尘器进行了大量研究和改进,使这一技术在治理燃煤粉尘的应用方面日趋成熟,但由于PM2.5荷电不充分,仍存在难以有效脱除的技术瓶颈,极大影响了电除尘器性能。另外,由于脱硫浆液的洗涤作用,湿法烟气脱硫系统虽可协同脱除烟气中的粗粉尘,但由于PM2.5粒径较小,惯性力不明显,因此湿法脱硫系统对PM2.5的捕集效率仅为10〜20%,且随粒径的减小脱除效率显著下降。此外,由于脱硫过程中存在脱硫浆液雾化夹带、脱硫产物结晶析出,以及各种气-液、气-液-固脱硫反应等物化过程,本身又可能会形成PM2.5,使得烟气经湿法脱硫后PM2.5排放浓度有时反而增加。同时,湿法脱硫技术虽然为最广泛采用的烟气脱硫技术,但是对烟气中SO3的脱除能力有限。SO3的毒性是的十倍,极易与水结合形成酸雾,这种酸雾对人的呼吸道会产生严重的破坏作用,同时也会成为酸雨的直接来源。此外,湿法脱硫后烟气中的酸雾也是造成排烟不透明的主要原因,因此对燃煤电厂烟气中的SO3进行控制已迫在眉睫。
[0003]目前,低低温电除尘技术除了能够明显提高PM2.5及SO3的脱除效率,还可以提高锅炉效率,节约用煤,已被广泛应用于燃煤电厂超低排放中。但由于脱硫过程本身可能会形成PM2.5,而低低温电除尘技术对脱硫过程中形成PM2.5并无脱除作用,因此无法进一步降低PM2.5排放。专利ZL201410020820.7公开了一种协同增强PM2.5脱除和烟气余热深度利用的方法及装置,该装置及方法通过除尘器前喷水增湿及除尘器后换热降温可在脱硫塔内形成有效地过饱和水汽环境,促进脱硫塔对PM2.5及SO3的脱除,但由于布置在除尘器后的换热器长期运行在酸露点以下,因此存在严重的低温腐蚀现象。
[0004] 烟气湿法脱硫系统耗水量是湿法烟气脱硫工艺运行的主要经济技术指标之一,尤其是对于缺水地区建设的空冷机组,脱硫系统用水约占总用水量的25%,其用水量水平决定了全电厂用水量的高低。其中,湿饱和烟气中以汽态形式带入到大气中的水占湿法脱硫系统总耗水量的90 %左右,这部分耗水量主要是由于脱硫浆液蒸发后被烟气带出脱硫塔所致。因此,湿法脱硫装置净烟气带走的气态水量是决定全厂耗水量水平最主要因素之一。目前,降低烟气湿法脱硫系统耗水量主要是基于排放废水处理再利用方面,存在装置复杂、运行成本高等问题,对如何降低脱硫净烟气带走的气态水尚未引起关注。
三、发明内容
[0005] 发明目的:本发明提供一种协同实现高水分烟气中PM2.5/S03高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法,该方法能有效降低PM2.5及SO3的排放,减少对环境的污染,同时实现湿法脱硫零水耗。
[0006] 技术方案:一种协同实现高水分烟气中PM2.5/S03高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法,高水分含尘烟气进入低温换热器,通过低温换热器将烟温降至酸雾点以下,烟气中部分气态SO3非均相冷凝至PM2.5表面上,导致PM2.5的比电阻降低,进而增强电除尘器对PM2.5的脱除并协同脱除SO3;经过电除尘器的烟气再通过低低温换热器使烟温进一步降至60-70°C,相对湿度增至60-70%,然后初步除尘后的高相对湿度烟气由脱硫塔下部烟气进口进入塔内,与顶部喷出的中低温脱硫液逆流接触中达到过饱和,生成的过饱和水汽在PM2.5及SO3表面发生核化凝结,使PM2.5及SO3粒度增大,凝结长大的液滴由脱硫液洗涤脱除和除雾器拦截脱除,同时,塔内过饱和水汽环境建立后,水汽分压高于此处水汽平衡分压,抑制了脱硫液滴的蒸发,同时使部分水汽从烟气冷凝至脱硫液中,协同实现湿法脱硫零水耗。
[0007] 所述的高水分含尘烟气包括褐煤、水煤浆燃烧产生的烟气,其中水汽体积分数大于 12%。
[0008] 所述的中低温脱硫液的温度在35-45°C,满足低于进口烟温至少20°C,脱硫
[0009] 塔内液气比控制在10L/Nm3以上。
[0010] 所述的低温换热器冷却水来自于低低温换热器的冷却水出水。
[0011] 所述的中低温脱硫液来自于脱硫塔底部回收的脱硫液。
[0012] 所述的酸雾点在85-110°C之间。
[0013] 所述的脱硫塔包括喷淋塔、旋流板塔、填料塔、湍球塔中的任意一种。
[0014] 所述的湿法脱硫包括石灰石-石膏法、氨法、双碱法、海水法、钠碱法、氧化镁法中的任意一种。
[0015] 有益效果:
[0016] 1、在除尘器入口设置低温换热器;通过降低烟气温度使部分气态SO3冷凝至PM2.5表面,降低其比电阻,促进后续电除尘器对燃煤细颗粒物的脱除效率,并协同脱除S03,减少后续低低温换热器腐蚀问题;在脱硫塔入口设置低低温换热器;通过降低烟气温度实现烟气相对湿度的提高,使烟气在脱硫洗涤过程中达到过饱和,过饱和的水汽在PM2.5及303表面发生核化凝结,使其粒度增大,从而促进脱硫过程对PM2.5及SO3的脱除。
[0017] 2、脱硫塔内形成过饱和水汽环境后,水汽分压高于其平衡分压,不仅抑制了脱硫液滴的蒸发,还使部分水汽从烟气冷凝至脱硫液中,实现湿法脱硫零水耗。
[0018] 3、除尘器前后均设有换热器用于降低烟气温度,提高烟气相对湿度。在烟气降低得同时,可通过作为吸热介质的水来回收烟气中大量低位余热,加热后的冷却水可返回至电厂回热系统或供热系统等,可用于加热凝结水、预热并干燥燃料、加热管网水采暖制冷等,以实现烟气余热回收。
[0019] 4、本发明工艺简单,只需在电除尘器进出口烟道分别增设低温换热器、低低温换热器即可促进高水分烟气中PM2.5及SO3脱除,同时实现湿法脱硫零水耗和烟气余热的深度利用,可广泛应用于安装有电除尘器及湿法烟气脱硫系统的燃煤电站锅炉和工业锅炉。
四、附图说明
[0020]图1是本发明的系统流程示意图。
[0021] 图中:1_低温换热器;2-电除尘器;3-低低温换热器;4-湿法脱硫塔;5-脱硫液喷淋层;6-除雾器。
五、具体实施方式
[0022] 一种协同实现高水分烟气中PM2.5/S03高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法,高水分含尘烟气在进入电除尘器前通过低温换热器将烟温降至酸雾点以下(85-110°C),烟气中部分气态SO3非均相冷凝至PM2.5表面上,导致PM2.5的比电阻降低,进而增强电除尘器对PM2.5的脱除并协同脱除SO3;经过电除尘器的烟气在进入脱硫塔之前,通过低低温换热器烟温进一步降至60-70°C左右,相对湿度增至60-70%以上,高相对湿度烟气由脱硫塔下部进入塔内与低温脱硫液逆流接触,发生强烈的传热传质现象,烟气在脱硫洗涤过程中达到过饱和,过饱和水汽在PM2.5和SO3酸雾表面发生核化凝结,使其粒度增大,从而促进脱硫过程对PM2.5和SO3酸雾的脱除。同时,塔内过饱和水汽环境的建立后,水汽分压高于其平衡分压,不仅抑制了脱硫液滴的蒸发,还使部分水汽从烟气冷凝至脱硫液中,协同实现湿法脱硫零水耗。
[0023] 所述的高水分烟气源于褐煤、水煤浆等燃烧烟气,烟气中水汽体积分数12%以上。
[0024] 脱硫塔内脱硫浆液温度在35-45°C,比进口烟温低20°C以上,脱硫操作液气比控制在10L/Nm3以上。
[0025] 所述的低温换热器冷却水来自于低低温换热器的冷却水出水。
[0026] 湿法烟气脱硫工艺可为石灰石-石膏法、氨法、双碱法、海水法、钠碱法、氧化镁法中的任意一种。
[0027] 实施例1
[0028] 如图1所示,本发明的一种协同实现高水分烟气中PM2.5/S03高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法,主要有低温换热器1、电除尘器2、低低温换热器3、脱硫塔4、脱硫液喷淋层5、除雾器6组成。低温换热器I设于电除尘器2入口烟道处,低低温换热器3设置于电除尘器2烟气出口和脱硫塔4烟气进口之间;低温换热器I的冷却水来自于低低温换热器3的冷却水出水。脱硫塔4可采用喷淋塔、旋流板塔、填料塔、湍球塔等塔类型,塔内设有脱硫液喷淋层,脱硫液喷淋层5上方设有除雾器6,脱硫液喷淋层5通过管道与设在脱硫塔塔底出口的脱硫液进液相连。
[0029] 一种协同实现高水分烟气中PM2.5/S03高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法:燃烧褐煤、水煤浆等燃料的高水分燃烧烟气进入设于电除尘器2之前的低温换热器I中时,通过低温换热器将烟温降至酸雾点以下(85-110°C),烟气中部分气态SO3非均相冷凝至PM2.5表面上,导致PM2.5的比电阻降低,进而增强电除尘器2对PM2.5的脱除并协同脱除SO3;经过电除尘器2的烟气在进入脱硫塔4之前,通过低低温换热器3烟温进一步降至60-70°C左右,相对湿度增至60-70%以上。来自低低温换热器3的高相对湿度烟气由脱硫塔4下部烟气进口进入塔内,与脱硫喷淋层5喷出的中低温脱硫液逆流接触,脱硫塔喷淋层5喷嘴出口脱硫液温度为35〜45°C,比进口烟温低20°C以上,脱硫操作液气比控制在10L/Nm3以上,使高相对湿度烟气在与脱硫洗涤液逆流接触过程中达到过饱和,过饱和水汽在PM2.5及SO3表面发生核化凝结,使PM2.5及SO3粒度增大,凝结长大的液滴由脱硫液洗涤脱除和除雾器6拦截脱除。同时,塔内过饱和水汽环境建立后,水汽分压高于其平衡分压,不仅抑制了脱硫液滴的蒸发,还使部分水汽从烟气冷凝至脱硫液中,协同实现湿法脱硫零水耗。此外,由于烟气分别通过低温换热器和低低温换热器实现烟温降低,可通过作为吸热介质的水来回收烟气低位余热,加热后的冷却水可返回至电厂回热系统或供热系统等,实现烟气余热回收。
[0030] 实施例2
[0031] 烟气由全自动燃煤锅炉产生,烟气量为350Nm3/h,辅以气溶胶发生器、SO3发生器、蒸汽发生器在烟气中添加适量燃煤飞灰、SO3、水蒸气,使燃煤烟气中含尘浓度为3240mg/m3,其中细颗粒物浓度为162mg/m3,SO3浓度为39mg/m3,水蒸气体积分数为14.35 %。沿烟气流向依次设有低温换热器,电除尘器,增压风机,低低温换热器,石灰石-石膏法烟气脱硫塔。电除尘器为三电场结构,阴极选用常规针刺电极,极板间距0.30m。低温换热器换热管选用翅片管,ND耐腐蚀钢制作。低低温换热器换热管为不锈钢翅片管。湿式脱硫塔采用塔径219_、塔高5250mm的喷淋塔,喷淋塔顶部安装折流板除雾器。高水分的含尘烟气先进入低温换热器,低温换热器入口烟温为148°C,换热器出口烟温为104°C。然后依次经过电除尘器、增压风机、低低温换热器、脱硫塔。电除尘器运行电压50kV;低低温换热器出口烟气温度进一步降至63°C,相对湿度增至64.5%。脱硫塔喷淋层喷嘴出口脱硫液温度为41°C,与烟气逆流接触,三级喷淋,液气比15L/Nm3。经测定,电除尘器出口、脱硫塔出口 SO3浓度分别为13mg/m3、5mg/m3,粉尘浓度分别为46mg/m3、19mg/ m3;其中,采用电称低压冲击器ELPI在线测试,电除尘器出口、脱硫塔出口 PM2.5浓度分别为14mg/m3、8mg/m3。此外,通过长时间运行发现,脱硫过程中不需要额外补水,脱硫浆液液面基本保持不变。
[0032] 对比例I
[0033] 低温换热器与低低温换热器未投运,其余同实施例1。经测定,电除尘器出口、脱硫塔出口 SO3浓度分别为24mg/m3、15mg/m3,粉尘浓度分别为63mg/m3、37mg/m3;其中,电除尘器出口、脱硫塔出PM2.5浓度分别为21mg/m3、17mg/m3。此外,通过长时间运行发现,脱硫过程中需要额外补水以维持脱硫喷淋的正常运行。

Claims (8)

1.一种协同实现高水分烟气中PM2.5/S03高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法,其特征在于,高水分含尘烟气进入低温换热器,通过低温换热器将烟温降至酸雾点以下,烟气中部分气态SO3非均相冷凝至PM2.5表面上,导致PM2.5的比电阻降低,进而增强电除尘器对PM2.5的脱除并协同脱除SO3;经过电除尘器的烟气再通过低低温换热器使烟温进一步降至60-70°C,相对湿度增至60-70%,然后初步除尘后的高相对湿度烟气由脱硫塔下部烟气进口进入塔内,与顶部喷出的中低温脱硫液逆流接触中达到过饱和,生成的过饱和水汽在PM2.5及SO3表面发生核化凝结,使PM2.5及SO3粒度增大,凝结长大的液滴由脱硫液洗涤脱除和除雾器拦截脱除,同时,塔内过饱和水汽环境建立后,水汽分压高于此处水汽平衡分压,抑制了脱硫液滴的蒸发,同时使部分水汽从烟气冷凝至脱硫液中,协同实现湿法脱硫零水耗。
2.根据权利要求1所述的一种协同实现高水分烟气中PM2.5/S03高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法,其特征在于,所述的高水分含尘烟气包括褐煤、水煤浆燃烧产生的烟气,其中水汽体积分数大于12%。
3.根据权利要求1所述的一种协同实现高水分烟气中PM2.5/S03高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法,其特征在于,所述的中低温脱硫液的温度在35-450C,满足低于进口烟温至少20 °C,脱硫塔内液气比控制在I OL/Nm3以上。
4.根据权利要求1所述的一种协同实现高水分烟气中PM2.5/S03高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法,其特征在于,所述的低温换热器冷却水来自于低低温换热器的冷却水出水。
5.根据权利要求1所述的一种协同实现高水分烟气中PM2.5/S03高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法,其特征在于,所述的中低温脱硫液来自于脱硫塔底部回收的脱硫液。
6.根据权利要求1所述的一种协同实现高水分烟气中PM2.5/S03高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法,其特征在于,所述的酸雾点在85-110°C之间。
7.根据权利要求1所述的一种协同实现高水分烟气中PM2.5/S03高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法,其特征在于,所述的脱硫塔包括喷淋塔、旋流板塔、填料塔、湍球塔中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种协同实现高水分烟气中PM2.5/S03高效脱除和湿法脱硫零水耗的方法,其特征在于,所述的湿法脱硫包括石灰石-石膏法、氨法、双碱法、海水法、钠碱法、氧化镁法中的任意一种。
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