CN107042048A - 一种重力热管式除雾方法及除雾装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重力热管式除雾方法及除雾装置；其包括塔体、热管阵列、可调导流均布装置；塔体的顶部设有密封端盖，热管阵列分布在密封端盖上；该热管阵列由若干根热管排布而成；其中，热管的冷段竖直延伸在密封端盖外，与大气接触，热段竖直延伸在密封端盖内，与塔体内烟气接触；可调导流均布装置布置在热管阵列的下方。本除雾装置实现了烟气及其夹带的蒸汽惯性分离、离心分离、湍流凝并、相变凝并多重除雾功能，实现微细颗粒与液珠的捕捉，且不同除雾原理对除雾过程进行相互强化与优化，折流板除雾层去除气流中的固体颗粒以及大粒径液滴，而重力热管可去除气流中的小液滴，实现不同负荷的分级优化组合，有效提高了除雾效率。

Description

一种重力热管式除雾方法及除雾装置

技术领域

本发明涉及烟气除雾，尤其涉及一种重力热管式除雾方法及除雾装置。

背景技术

燃煤电厂湿法脱硫后的烟气中含有大量酸雾、石膏粒子以及其它少量重金属微粒，经脱硫塔处理后的烟气夹带了一定的雾滴。为了实现烟气超洁净排放，许多脱硫塔都取消了漏风率高的气-气加热器(GGH)，由此易出现“石膏雨”现象。“石膏雨”不但影响厂区的生产，还会影响附近居民区生活。为了避免对湿法烟气脱硫后续设备的腐蚀和环境的污染，火电厂在湿法脱硫中必须安装高效除雾装置。

现有的大部分除雾器，如折流板式除雾器以及丝网式除雾器，属于惯性或离心除雾器，其对80μm的雾滴去除效率可达80％以上，对20-80μm的雾滴去除效率不足70％；但对粒径小于20μm的雾滴去除效率就非常低，一般仅为30％。另外，折流板式除雾器除雾效率不仅较低，且当流速超过某一限值时，烟气会剥离板片上的液膜，造成二次带水，压损增大；而丝网除雾器易堵塞、不易冲洗，导致脱硫风机能耗增加，使用受很大限制。从原理上发明一种新型高效除雾器，解决微细颗粒特别是PM2.5问题十分必要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种重力热管式除雾方法及除雾装置。本发明解决了现有净化设备对微细颗粒除雾效率较低的问题，有效降低了排气口雾滴和颗粒物浓度。

本发明通过下述技术方案实现：

一种重力热管式除雾装置，包括塔体6、热管阵列1、可调导流均布装置2；烟气出口8开设在塔体6的顶侧；

所述塔体6的顶部设有密封端盖9，所述热管阵列1分布在密封端盖9上；该热管阵列1由若干根热管排布而成；其中，热管的冷段11竖直延伸在密封端盖9外，与大气接触，热段12竖直延伸在密封端盖9内，与塔体6内烟气接触；

所述可调导流均布装置2布置在热管阵列1的下方，即烟气出口8的转折处，当上升的烟气经过可调导流均布装置2时，改变流动角度后进入热管阵列1，并与热段12接触后横向流出烟气出口8。

所述热段12的端部具有一折弯的延长段121；延长段121的下侧面分布有若干个锥形液膜导流器4；所述热段12的竖直段上横向间隔分布有若干个鳍片5。所述冷段11及热段12与水平面垂直，所述延长段121与水平面平行。

所述可调导流均布装置2为若干块角度可调的折流板构成；折流板的倾斜方向与烟气出口8的方向相反，使烟气在流出烟气出口8之前先向烟气出口8的方向偏转，再进入热管阵列1的热段12，与热段12的竖直段、延长段121以及鳍片5接触后横向流出烟气出口8；在热段12周围的塔体6的侧壁上分布有高压旋转冲洗水喷头3，水流喷射方向正对鳍片5各鳍片5之间的间隔面上。

所述可调导流均布装置2的下缘与烟气出口8的出口的下缘齐平。

所述锥形液膜导流器4布满延长段121的底部，每个锥底面直径为10mm，锥高10mm。所述塔体6的下侧部为烟气入口7。

一种重力热管式除雾方法，其包括如下步骤：

烟气由烟气入口7进入塔体6内，自下而上通过折流板，烟气经过折流板的导流及折流作用，形成偏转且均匀分布的流场；当烟气夹带的湿蒸气经过热管阵列1时，由于热段12液体蒸发吸收该部分饱和蒸汽的热量，使得烟气夹带的湿蒸气发生相变凝并现象，湿蒸气中的液膜在导流器作用下形成液滴不断被捕集；

与此同时，由于塔体6顶处的热管阵列1错列布置，烟气气流撞击热管，产生惯性分离，同时由于热管阵列1错列布置，在对气流进行扰流的作用下产生离心力作用，在热段12的竖直段、延长段121以及鳍片5构成的曲折通道内流动，并形成涡流，在湍流作用下气流夹带的液滴发生湍流凝并现象，烟气中的液滴和颗粒物被不断捕集；

热管内热段12液态工质受热蒸发为气相进入冷段11，冷段11外部冷空气掠过热管被加热从而吸收管内热量，而冷段11内部蒸气则被吸收热量而冷凝，由于重力作用在热段12外壁形成一层液膜，缓慢下滑，从而使工质在热管内形成一次循环；

热段12外壁的烟气中冷凝凝并以及湍流凝并形成的大颗粒液滴附着在热段12表面后，由于重力的作用沿热段12外壁下滑，流至热段12底侧布置的锥形液膜导流器4并积聚，最终在锥形液膜导流器4的锥尖处脱落，落入脱硫塔底部的反应釜中，进而完成高效除雾与微细颗粒收集的目的。

所述塔体6顶处的热管阵列1错列布置，是指一部分呈正三角形排列，另一部分呈矩形或者椭圆形方式排列。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

(1)本发明塔体6的顶部设有密封端盖9，所述热管阵列1分布在密封端盖9上；该热管阵列1由若干根热管排布而成；其中，热管的冷段11竖直延伸在密封端盖9外，与大气接触，热段12竖直延伸在密封端盖9内，与塔体6内烟气接触；所述可调导流均布装置2布置在热管阵列1的下方，即烟气出口8的转折处，当上升的烟气经过可调导流均布装置2时，改变流动角度后进入热管阵列1，并与热段12接触后横向流出烟气出口8。可调导流均布装置(2)的下缘与烟气出口(8)的出口的下缘齐平，即热段12与可调导流均布装置2的总的截面面积近似于烟气出口8的截面面积。采用这种结构布局，与现有技术相比，本发明布置空间小，可降低脱硫塔布置高度，降低反应釜如脱硫塔的建设成本。如现有脱硫塔为了充分除雾，通常会布置两至三层折流板除雾器及其对应的除雾器冲水管，所需高度在6m至10m空间。而本发明由于采用重力热管除雾结合可调导流均布装置2，使烟气上升路径大大延长长塔体通道的长度。本发明塔体所需高度在0.8m至2m空间。另外结合布置可调节倾斜角度的折流板，最大空间也仅2-3m。另外热管布置在塔顶及烟道出口处，从而使得除雾器空间利用率较高，不仅大大提高了除雾效率，更进一步降低了脱硫塔塔高，降低了成本。

(2)与现有技术相比，本发明热管阵列1错列布置在密封端盖9上，即一部分(或者大部分)呈正三角形排列，剩余部分呈矩形和/或椭圆形方式排列。错列布置在对气流进行扰流的作用下产生离心力作用，在热段12的竖直段、延长段121以及鳍片5构成的曲折通道内流动，并形成涡流，在湍流作用下气流夹带的液滴发生湍流凝并现象，烟气中的微细液滴和微细颗粒物被不断捕集。实现了烟气及其夹带的蒸汽惯性分离、离心分离、湍流凝并、相变凝并多重除雾功能，实现微细颗粒与液珠的捕捉，且不同除雾原理对除雾过程进行相互强化与优化，折流板除雾层去除气流中的固体颗粒以及大粒径液滴，而重力热管可去除气流中的小液滴，实现不同负荷的分级优化组合，有效提高了除雾效率。

本发明热管阵列1及可调导流均布装置2布置在烟气出口8的处，且烟气出口开设在塔体的顶部侧壁。一方面利用折流板除去粒径较大的颗粒，使得进入烟道出口处的烟气携带的污染物减少；另一方面，热管内加热段对管外夹带液滴的烟气流进行冷却，由于该部分气液两相流形成过饱和蒸汽环境，从而使得液滴包裹的细微颗粒凝结成以细颗粒为内核的大粒径颗粒，从而更易被捕集；此外，由于塔顶处热管阵列呈错列布置，使得烟气经过时产生涡流，从而使得液滴发生湍流凝并作用，使得液滴更易被捕集。另外，由于增加了鳍片，使得外部扰流的烟气与热段换热增加，提高了相变凝并的效率，增强了除雾效率。

(3)与现有技术相比，本发明可以有效利用烟气废热，降低除雾除尘能耗。传统冷凝除雾需要消耗电能实现压缩功能，而本发明热管的冷段11与热段12均为竖直延伸，利用重力作用实现热管内工质的循环，不需要消耗电能即能完成循环过程，降低能耗。由于本发明重力热管利用自然风空冷，依靠重力完成工质的循环，易于实现，提高了除雾经济性。

(4)与现有技术相比，可以节约用水。本发明利用相变凝并，回收了烟气中的饱和水蒸气，减少水汽损失。空气冷却循环工质，代替了传统冷凝除雾过程中的水冷过程。而且由于减少了折流板除雾层层数，故也减少了相应的冲洗水层。因此可达到节约用水的目的。

附图说明

图1为本发明重力热管式除雾装置整体结构示意图。

图2为图1热管阵列1中单根热管的结构示意图。

图3为图1中热管阵列1的分布示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1至3所示。本发明公开了一种重力热管式除雾装置，包括塔体6、热管阵列1、可调导流均布装置2；烟气出口8开设在塔体6的顶侧；

所述塔体6的顶部设有密封端盖9，所述热管阵列1分布在密封端盖9上；该热管阵列1由若干根热管排布而成；其中，热管的冷段11竖直延伸在密封端盖9外，与大气接触，由对流的空气进行冷却。热段12竖直延伸在密封端盖9内，与塔体6内烟气接触；在高温烟气的冲刷与换热作用下，在热管阵列1的热管内外产生双相变，使烟气或处理气体中饱和气凝结。即在高温烟气的气流的冲刷与加热作用下，在热管内工质吸热、蒸发流向冷端，热管外的气体降温产生相变，使烟气或处理气体达到凝结温度点，出现饱和气凝结。

所述可调导流均布装置2布置在热管阵列1的下方，即烟气出口8的转折处，当上升的烟气经过可调导流均布装置2时，改变流动角度后进入热管阵列1，并与热段12接触后横向流出烟气出口8。

所述热段12的端部具有一折弯的延长段121；延长段121的下侧面分布有若干个锥形液膜导流器4；所述热段12的竖直段上横向间隔分布有若干个鳍片5；所述冷段11及热段12与水平面垂直。所述延长段121与水平面平行，可以加大迎风面，增加烟气的接触面积，提高传热效率。

热管阵列1中的热管可采用316L型不锈钢管制成，具有良好的耐腐蚀性能与传热性能。

所述可调导流均布装置2为若干块角度可调的折流板构成；折流板的倾斜方向与烟气出口8的方向相反，使烟气在流出烟气出口8之前先向烟气出口8的方向偏转，再进入热管阵列1的热段12，与热段12的竖直段、延长段121以及鳍片5接触后横向流出烟气出口8；在热段12周围的塔体6的侧壁上分布有高压旋转冲洗水喷头3，水流喷射方向正对鳍片5各鳍片5之间的间隔面上。高压旋转冲洗水喷头3采用旋转冲洗，可防止热管结垢积液。

鳍片5还增大了传热面积及换热系数，提高单位长度热管的换热量。

折流板一方面均布流场，另一方面与烟气流向反向可用于消除转折处死角，并延长烟气流动路径。

所述可调导流均布装置2的下缘与烟气出口8的出口的下缘齐平。

所述锥形液膜导流器4布满延长段121的底部，每个锥底面直径为10mm，锥高10mm。所述塔体6的下侧部为烟气入口7。锥形液膜导流器4增大了液膜表面张力，易于汇集液膜长成大液珠，减少液膜对换热系数的影响，也防止气流对液膜的二次携带，也易于颗粒物与液珠的收集。

经过脱硫塔或其它反应釜的气体夹带有大量液滴和微细颗粒物，同时也可能还有水蒸气。这些气体通过冷凝后产生的过饱和蒸气会产生凝结，析出大的液珠或颗粒物，采用一定的措施让这些液珠或颗粒物长大，再进行捕捉就十分容易。本发明通过导流板导流，将气流均匀导流至错列布置的热管群中，烟气中的微细颗粒与蒸气中热量被吸收，温度降低，当温度低于气相物的凝结点时，发生相变，产生微细液滴；气流外掠错列布置的热管，发生碰撞并产生涡流，从而使得液滴发生湍流凝并，使微细颗粒长大，易于捕集，达到高效脱除微细颗粒的目的。本发明是将相变凝并和湍流凝并以及惯性分离相结合的一种新型高效除雾方法，其装置具有凝并空间要求小、除雾效率高、压降小、能耗小、节水等特点，能有效减少对反应烟气微细颗粒物的含量，特别适应脱硫塔等大型烟气处理设备中烟气尾端除尘除雾，对防止塔后设备的腐蚀和PM2.5颗粒物的排放十分有效。

试验选取热管基管外直径do＝100mm，壁厚δw＝10mm，其外径df＝160mm，鳍片高度H＝30mm，鳍片厚度δf＝5mm，鳍片间距Y＝9mm。

热管垂直部分总高度为5000mm，上部露出塔外长度为2500mm，延长段长度为100mm。热管大部分以正三角形错排方式布置于脱硫塔塔顶，其横向节距S1＝1.3df＝208mm，纵向节距S2＝S1/2＝180.13mm，还有少部分热管布置在烟道出口处。热管由上至下依次为冷段、绝热段以及热段，冷段与热段之间由绝热段过渡。热管焊接在密封端盖9，也即塔顶及烟道出口处区域，热管内外表面双面焊接，点焊完成后必须检查热管与塔顶以及烟道壁贴合后方可施焊。

每根L型热管1的最底部装有10个锥针型液膜导流器4，每个锥底面直径为10mm，锥高10mm。

所烟气出口转折处安装有8组与烟气流向反向用于均布流场、消除死角的导流板2。

所述重力热管1的热段四周布置有旋转高压冲洗水3，水流方向正对鳍片5各间隔，冲洗压力为0.3MPa。

本发明重力热管式除雾方法，可通过如下步骤实现：

烟气由烟气入口7进入塔体6内，自下而上通过折流板，烟气经过折流板的导流及折流作用，形成偏转且均匀分布的流场；当烟气夹带的湿蒸气经过热管阵列1时，由于热段12液体蒸发吸收该部分饱和蒸汽的热量，使得烟气夹带的湿蒸气发生相变凝并现象，湿蒸气中的液膜在导流器作用下形成液滴不断被捕集；

与此同时，由于塔体6顶处的热管阵列1错列布置，烟气气流撞击热管，产生惯性分离，同时由于热管阵列1错列布置，在对气流进行扰流的作用下产生离心力作用，在热段12的竖直段、延长段121以及鳍片5构成的曲折通道内流动，并形成涡流，在湍流作用下气流夹带的液滴发生湍流凝并现象，烟气中的微细液滴和微细颗粒物被不断捕集；

热管内热段12液态工质受热蒸发为气相进入冷段11，冷段11外部冷空气掠过热管被加热从而吸收管内热量，而冷段11内部蒸气则被吸收热量而冷凝，由于重力作用在热段12外壁形成一层液膜，缓慢下滑，从而使工质在热管内形成一次循环；

热段12外壁的烟气中冷凝凝并以及湍流凝并形成的大颗粒液滴附着在热段12表面后，由于重力的作用沿热段12外壁下滑，流至热段12底侧布置的锥形液膜导流器4并积聚，最终在锥形液膜导流器4的锥尖处脱落，落入脱硫塔底部的反应釜中，进而完成高效除雾与微细颗粒收集的目的。

所述塔体6顶处的热管阵列1错列布置，是指一部分呈正三角形排列，另一部分呈矩形或者椭圆形方式排列。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种重力热管式除雾装置，其特征在于：包括塔体(6)、热管阵列(1)、可调导流均布装置(2)；烟气出口(8)开设在塔体(6)的顶侧；

所述塔体(6)的顶部设有密封端盖(9)，所述热管阵列(1)分布在密封端盖(9)上；该热管阵列(1)由若干根热管排布而成；其中，热管的冷段(11)竖直延伸在密封端盖(9)外，与大气接触，热段(12)竖直延伸在密封端盖(9)内，与塔体(6)内烟气接触；

所述可调导流均布装置(2)布置在热管阵列(1)的下方，即烟气出口(8)的转折处，当上升的烟气经过可调导流均布装置(2)时，改变流动角度后进入热管阵列(1)，并与热段(12)接触后横向流出烟气出口(8)。

2.根据权利要求1所述重力热管式除雾装置，其特征在于：所述热段(12)的端部具有一折弯的延长段(121)；延长段(121)的下侧面分布有若干个锥形液膜导流器(4)；所述热段(12)的竖直段上横向间隔分布有若干个鳍片(5)；所述冷段(11)及热段(12)与水平面垂直，所述延长段(121)与水平面平行。

3.根据权利要求2所述重力热管式除雾装置，其特征在于：所述可调导流均布装置(2)为若干块角度可调的折流板构成；折流板的倾斜方向与烟气出口(8)的方向相反，使烟气在流出烟气出口(8)之前先向烟气出口(8)的方向偏转，再进入热管阵列(1)的热段(12)，与热段(12)的竖直段、延长段(121)以及鳍片(5)接触后横向流出烟气出口(8)。

4.根据权利要求3所述重力热管式除雾装置，其特征在于：所述可调导流均布装置(2)的下缘与烟气出口(8)的出口的下缘齐平。

5.根据权利要求3所述重力热管式除雾装置，其特征在于：所述锥形液膜导流器(4)布满延长段(121)的底部，每个锥底面直径为10mm，锥高10mm。

6.根据权利要求3所述重力热管式除雾装置，其特征在于：所述塔体(6)的下侧部为烟气入口(7)。

7.根据权利要求3所述重力热管式除雾装置，其特征在于：在热段(12)周围的塔体(6)的侧壁上分布有高压旋转冲洗水喷头(3)，水流喷射方向正对鳍片(5)各鳍片(5)之间的间隔面上。

8.一种重力热管式除雾方法，其特征在于采用权利要求1至7中任一项所述重力热管式除雾装置实现，其包括如下步骤：

烟气由烟气入口(7)进入塔体(6)内，自下而上通过折流板，烟气经过折流板的导流及折流作用，形成偏转且均匀分布的流场；当烟气夹带的湿蒸气经过热管阵列(1)时，由于热段(12)液体蒸发吸收该部分饱和蒸汽的热量，使得烟气夹带的湿蒸气发生相变凝并现象，湿蒸气中的液膜在导流器作用下形成液滴不断被捕集；

与此同时，由于塔体(6)顶处的热管阵列(1)错列布置，烟气气流撞击热管，产生惯性分离，同时由于热管阵列(1)错列布置，在对气流进行扰流的作用下产生离心力作用，在热段(12)的竖直段、延长段(121)以及鳍片(5)构成的曲折通道内流动，并形成涡流，在湍流作用下气流夹带的液滴发生湍流凝并现象，烟气中的液滴和颗粒物被不断捕集；

热管内热段(12)液态工质受热蒸发为气相进入冷段(11)，冷段(11)外部冷空气掠过热管被加热从而吸收管内热量，而冷段(11)内部蒸气则被吸收热量而冷凝，由于重力作用在热段(12)外壁形成一层液膜，缓慢下滑，从而使工质在热管内形成一次循环；

热段(12)外壁的烟气中冷凝凝并以及湍流凝并形成的大颗粒液滴附着在热段(12)表面后，由于重力的作用沿热段(12)外壁下滑，流至热段(12)底侧布置的锥形液膜导流器(4)并积聚，最终在锥形液膜导流器(4)的锥尖处脱落，落入脱硫塔底部的反应釜中，进而完成高效除雾与微细颗粒收集的目的。

9.根据权利要求8所述重力热管式除雾方法，其特征在于：所述塔体(6)顶处的热管阵列(1)错列布置，是指一部分呈正三角形排列，另一部分呈矩形或者椭圆形方式排列。

10.根据权利要求9所述重力热管式除雾方法，其特征在于：所述热管阵列(1)中的热管采用不锈钢制成。