CN107485881A

CN107485881A - 高湿烟气净化装置

Info

Publication number: CN107485881A
Application number: CN201710896699.8A
Authority: CN
Inventors: 李水清; 王述浩; 段璐; 陈晟; 史文峥
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2017-12-19

Abstract

本发明涉及一种高湿烟气净化装置，用于净化具有水蒸气和细颗粒物的烟气，高湿烟气净化装置包括换热管以及湍流结构，烟气能够流经换热管的表面以及湍流结构，换热管内流通有冷媒，烟气中的水蒸气能够在换热管的表面及细颗粒物的表面冷凝，形成水膜和液滴，所述湍流结构具有弯折部，所述烟气能够流经所述弯折部并形成紊流，使液滴与细颗粒物发生碰撞并进行团聚，进而被捕集脱除。

Description

高湿烟气净化装置

技术领域

本发明涉及烟气净化技术领域，特别是涉及高湿烟气净化装置。

背景技术

我国贫油少气富煤的化石能源结构决定了以煤炭为主的能源消费结构，大量煤炭的消耗带来了氮氧化物(NO_x)、硫氧化物(SO_x)以及细颗粒物(PM_2.5)等大气污染物的大量排放。当前环境治理任务艰巨的情势下，我国节能减排的要求日益严格。2014年9月，三部委联合印发了《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》，要求东部地区的新建燃煤发电机组烟气污染物排放基本达到燃气轮机排放限值(在基准氧含量6％条件下，烟尘、SO₃、NO_x排放浓度分别不高于10、35、50mg/m³)，作为烟气污染物超低排放标准。为实现超低排放限值要求，燃煤电厂超低排放改造正在扩围提速，通过电厂实践验证，逐步形成了两大超低排放路线，即以低温电除尘器为核心的技术路线和以湿式电除尘器为核心的技术路线。

两大超低排放路线的脱硫工艺中，燃煤电厂主要采用湿法烟气脱硫(WFGD)，一方面，脱硫后的饱和湿烟气携带大量水汽，经烟囱直接进行排放时，会形成“湿烟羽”现象，产生明显的视觉污染。2016年1月，上海市发布了地方标准《燃煤电厂大气污染物排放标准》(DB31/963-2016)，明确要求“燃煤发电锅炉应采取烟温控制及其他有效措施消除石膏雨、有色烟羽等现象”，将“有色烟羽”的消除纳入与粉尘、硫氧化物、氮氧化物超低排放同等地位的考核标准。另一方面，湿法脱硫工艺后高湿烟气的直接排放造成了严重的水资源浪费，据核算，湿法脱硫耗水约占电厂总耗水量的18％，其中烟气从脱硫吸收塔带走的水汽约占FGD耗水量中90％，具体而言，一台60万千瓦煤电机组，其湿法脱硫工艺带走脱硫蒸发水量约为每小时80-100吨。此外，两类超低排放路线都存在(粒径为0.1-1.0μm的)细颗粒物穿透窗口而直接排放到空气中，而对环境造成污染的问题。

因此，高湿烟气中水分冷凝、回收和微细颗粒物等多污染物协同脱除，是目前超低排放的背景下急需解决的问题。

发明内容

基于此，有必要针对脱硫处理后的高湿烟气提供一种高湿烟气净化装置，以实现水分冷凝、回收以及微细颗粒物等多污染物协同脱除。

一种高湿烟气净化装置，用于净化具有水蒸气和细颗粒物的烟气，所述高湿烟气净化装置包括换热管以及湍流结构，所述烟气能够流经所述换热管的表面以及所述湍流结构，所述换热管内流通有冷媒，所述烟气中的水蒸气能够在所述换热管的表面及所述细颗粒物的表面冷凝，形成水膜和液滴，所述湍流结构具有弯折部，所述烟气能够流经所述弯折部并形成紊流，使所述液滴与所述细颗粒物发生碰撞并进行团聚，进而被捕集脱除。

在其中一个实施例中，所述湍流结构包括第一湍流结构，所述第一湍流结构设置在所述换热管与所述烟气接触的所述表面上。

在其中一个实施例中，所述第一湍流结构为设置在所述表面的鳍片或肋片。

在其中一个实施例中，所述湍流结构包括第二湍流结构和第三湍流结构中的至少一个，所述第二湍流结构和所述第三湍流结构与所述换热管间隔设置。

在其中一个实施例中，沿所述烟气的流动方向，所述第二湍流结构设置在所述换热管束的上游，所述烟气依次流经所述第二湍流结构及所述换热管束。

在其中一个实施例中，沿所述烟气的流动方向，所述第三湍流结构设置在所述换热管束的下游，所述烟气依次流经所述换热管束及所述第三湍流结构。

在其中一个实施例中，所述第二湍流结构和所述第三湍流结构分别包括多个相互间隔的板体，所述板体具有所述弯折部，所述多个板体的间隙用于使所述烟气通过。

在其中一个实施例中，所述换热管为多个且相互间隔，组成换热管束。

在其中一个实施例中，沿所述烟气的流动方向，所述多个换热管的间距小于或等于100mm。

在其中一个实施例中，所述换热管的表面积与单位体积流量所述烟气的比值为5-10m²/(m³/s)。

在其中一个实施例中，所述换热管的外径小于或等于40mm。

在其中一个实施例中，所述板体的截面为台阶形或梯形。

高湿烟气通过本发明的高湿烟气净化装置，流经换热管的表面时，冷媒在换热管内流动，使烟气降温，其中的水蒸气在换热管的表面上相变凝结形成水膜，进而有效地捕集烟气中的细颗粒污染物，实现对水蒸气和细颗粒物的初步协同脱除。另一方面，水蒸气在细颗粒物及微细颗粒物表面发生相变、凝结，促使微细颗粒物长大。此外，湍流结构增加烟气湍动能耗散，增加细颗粒物在湍流结构表面碰撞的机会，使微细颗粒物更好地发生湍流团聚粒径变大，从而实现对水蒸气和细颗粒物的深度协同脱除。因此，本发明实施例的高湿烟气净化装置能够高效地协同脱除烟气中的水蒸气和细颗粒物等多污染物，达到水分凝结回收和多污染物超低排放的效果。

附图说明

图1为本发明实施例的高湿烟气净化装置的结构示意图；

图2为图1中结构100沿B-B’向的剖视图；

图3为图1中结构200沿A-A’向的剖视图；

图4为图1中结构300沿C-C’向的剖视图；

图5为本发明第一实施例的高湿烟气净化装置的结构示意图；

图6为本发明第二实施例的高湿烟气净化装置的结构示意图；

图7为本发明第三实施例的高湿烟气净化装置的结构示意图。

其中，

换热管100；

第二湍流结构200；

第一基板210；

第一侧板220；

第二侧板230；

第三侧板240；

第三湍流结构300；

第二基板310；

第三基板320；

第四侧板330；

凹槽340；

脱硫塔400；

喷淋层500；

湿式电除尘器600；

烟道700。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及技术效果更加清楚明白，以下结合附图对本发明的具体实施例进行描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明实施例提供一种高湿烟气净化装置，用于净化具有水蒸气和细颗粒物的烟气，高湿烟气净化装置包括换热管100以及湍流结构，烟气能够流经换热管100的表面以及湍流结构，换热管100内流通有冷媒，烟气中的水蒸气能够在换热管100的表面及细颗粒物的表面冷凝，形成水膜和液滴，湍流结构具有弯折部，烟气能够流经弯折部并形成紊流，使液滴与细颗粒物发生碰撞并进行团聚，进而被捕集脱除。冷媒优选为冷凝水。

高湿烟气通过本发明实施例的高湿烟气净化装置，并流经换热管100的表面，冷媒在换热管100内流动，使烟气降温，其中的水蒸气在换热管100的表面上相变凝结形成水膜，进而有效地捕集烟气中的细颗粒污染物，实现对水蒸气和细颗粒物的初步协同脱除。另一方面，水蒸气在细颗粒物及微细颗粒物表面发生相变、凝结，促使微细颗粒物长大。此外，湍流结构增加烟气湍动能耗散，增加细颗粒物在湍流结构表面碰撞的机会，使微细颗粒物更好地发生湍流团聚粒径变大，从而实现对水蒸气和细颗粒物的深度协同脱除。因此，本发明实施例的高湿烟气净化装置能够高效地协同脱除烟气中的水蒸气和细颗粒物等多污染物，达到水分凝结回收和多污染物超低排放的效果。

请参阅图2，换热管100优选为形成换热管束。换热管100的数量可以设置为一排。换热管100的数量也可以设置为多排，多排换热管100相互间隔组成换热管束。多个换热管100的管间距可以根据工况要求进行优化设计，一般为小于或等于100mm。换热管100的数量依据实际应用环境的空间大小及烟气的排放量来决定。

换热管100优选为管径细、壁厚的管体，换热管100的外径可以根据工况要求进行优化设计，一般为小于或等于40mm。换热管100的材质可以为金属材质或非金属材质，优选为轻质耐腐蚀的合金材质或聚合塑料材质。换热管100的横截面可以为圆形、方形或多边形等。

优选地，换热管100的表面积与单位体积流量烟气的比值为5-10m²/(m³/s)，以提高换热管100束的换热效率，使烟气在流经换热管100束时，夹带的水蒸气能够更加有效地凝结为水膜，同时提高对细颗粒物的捕集效果，使水蒸气更容易在细颗粒物表面凝结，为湍流碰撞及团聚提供更佳地条件。

湍流结构包括第一湍流结构，第一湍流结构设置在换热管100与烟气接触的表面上。具体地，第一湍流结构可以为设置在换热管表面的鳍片或肋片。优选地，每个换热管100的外壁上，均设置有鳍片，以增加换热管束的核化面积和湍流扰动，进一步提高高湿烟气净化装置的净化效果。

湍流结构还可优选地包括第二湍流结构200或第三湍流结构300中的至少一种，第二湍流结构200和第三湍流结构300与换热管100间隔设置，以更好地促进颗粒物的碰撞及产生的团聚。

沿烟气的流动方向，第二湍流结构200设置在换热管束的烟气流入端，即换热管100束的上游，烟气依次流经第二湍流结构200及换热管束。第二湍流结构200的设置，可以使细颗粒物进行初步的碰撞团聚，初步净化烟气。

沿烟气的流动方向，第三湍流结构300设置在换热管100束的烟气流出端，即换热管100束的下游，烟气依次流经换热管100束及第三湍流结构300。第三湍流结构300的设置，可以使细颗粒物在经过换热管100束后再进行进一步地碰撞团聚，更好地净化烟气。

第二湍流结构200和第三湍流结构300可以分别包括具有弯折部的板体。弯折部设置在板体的中部，形状不限。板体的截面可以为梯形或台阶形。请参阅图3，在一实施例中，板体包括第一基板210，相对于第一基板210的第一侧板220、第二侧板230与第三侧板240，三个侧板互相连接形成弯折部，在板体的中部形成相对于第一基板210的梯形凸起。请参阅图4，在另一实施例中，板体包括第二基板310和第三基板320，及垂直于第二基板310和第三基板320的第四侧板330，第四侧板330与第二基板310和第三表板240互相连接，在板体的中部形成台阶状的弯折部。优选地，板体的边缘还可以设置有凹槽340。

板体的数量可以设置为一个或者多个，优选为多个相互间隔的板体。多个板体的间隙用于使烟气通过以进一步增加湍流扰动，促进湍流团聚。

进一步地，板体沿烟气的流动方向延伸，多个板体相互平行设置。

请参阅图5，高湿烟气净化装置可以安装在脱硫塔400内使用，具体地，沿烟气的流动方向，高湿烟气净化装置设置在脱硫装置的烟气流出端。高湿烟气净化装置包括第二湍流结构200及换热管100束，烟气依次流经第二湍流结构200及换热管100束。第二湍流结构200的设置，可以使烟气中细颗粒物进行碰撞并团聚，再流经换热管100束，减少烟气中夹带至换热管100束的带有水蒸气的颗粒物及粉尘形成的浆液，减少对换热管100束的清洗次数。烟气再经过换热管100束后水蒸气凝结形成的降雨，直接沉降返回到喷淋层500重复使用，实现对烟气中水的回收。进一步地，高湿烟气净化装置还可设置第一湍流格栅和第三湍流格栅，以达到更好地净化效果。

请参阅图6，高湿烟气净化装置可以与湿式电除尘器600连接使用，具体地，沿烟气的流动方向，高湿烟气净化装置设置在湿式电除尘器600的烟气流入端。优选地，高湿烟气净化装置包括换热管100束及第三湍流结构300，烟气首先流经换热管100束，完成初步净化。第三湍流结构300的边缘优选为设置槽状结构，有利于湿式电除尘产生的冲洗积灰排出，避免返混到换热管100束区。进一步地，高湿烟气净化装置还可设置第一湍流结构和第二湍流结构200，以达到更好地净化效果。

请参阅图7，高湿烟气净化装置可以安装在烟道700内使用，具体地，沿烟气的流动方向，高湿烟气净化装置设置在烟道700的烟气流出端。高湿烟气净化装置包括换热管100束及设置在换热管100束表面的第一湍流结构，烟气经脱硫后流经换热管100束及第一湍流结构，同时进行相变凝结和碰撞团聚，使烟气内的水蒸气与细颗粒物协同长大，形成降雨，从而实现对烟气的高效净化。优选地，高湿烟气净化装置的下部的烟道700内地设置集水装置，以收集在换热管100束中产生的液体。更为优选地，高湿烟气净化装置还可设置第二湍流结构200以及第三湍流结构300，以达到更好地净化效果。

沿烟气的流动方向，本发明实施例的高湿烟气净化装置，包括第二湍流结构200、换热管束、第一湍流结构及第三湍流结构300。具体地，烟气经湿法脱硫后，先流经第二湍流结构200，不同粒径的细颗粒物的碰撞机会增加，促使细颗粒物够进行碰撞团聚，原始夹带的及碰撞后形成的较大粒径的液滴能够有效地被除去；再流经换热管束的表面及第一湍流结构，烟气中的水蒸气一方面在细颗粒物表面凝结，促使细颗粒物团聚粒径变大，另一方面在制冷剂的冷却作用下降温，凝结在管壁上，形成水膜，提高对细颗粒物的捕集作用，绝大部分水蒸气及细颗粒物能够被有效地协同脱除；最后经过第三湍流结构300，未被除去的细颗粒物进行碰撞，形成湍流团聚，完成对烟气的高效净化。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种高湿烟气净化装置，用于净化具有水蒸气和细颗粒物的烟气，其特征在于，所述高湿烟气净化装置包括换热管以及湍流结构，所述烟气能够流经所述换热管的表面以及所述湍流结构，所述换热管内流通有冷媒，所述烟气中的水蒸气能够在所述换热管的表面及所述细颗粒物的表面冷凝，形成水膜和液滴，所述湍流结构具有弯折部，所述烟气能够流经所述弯折部并形成紊流，使所述液滴与所述细颗粒物发生碰撞并进行团聚，进而被捕集脱除。

2.根据权利要求1所述的高湿烟气净化装置，其特征在于，所述湍流结构包括第一湍流结构，所述第一湍流结构设置在所述换热管与所述烟气接触的所述表面上。

3.根据权利要求2所述的高湿烟气净化装置，其特征在于，所述第一湍流结构为设置在所述表面的鳍片或肋片。

4.根据权利要求1所述的高湿烟气净化装置，其特征在于，所述湍流结构包括第二湍流结构和第三湍流结构中的至少一个，所述第二湍流结构和所述第三湍流结构与所述换热管间隔设置。

5.根据权利要求4所述的高湿烟气净化装置，其特征在于，沿所述烟气的流动方向，所述第二湍流结构设置在所述换热管束的上游，所述烟气依次流经所述第二湍流结构及所述换热管束。

6.根据权利要求4所述的高湿烟气净化装置，其特征在于，沿所述烟气的流动方向，所述第三湍流结构设置在所述换热管束的下游，所述烟气依次流经所述换热管束及所述第三湍流结构。

7.根据权利要求4所述的高湿烟气净化装置，其特征在于，所述第二湍流结构和所述第三湍流结构分别包括多个相互间隔的板体，所述板体具有所述弯折部，所述多个板体的间隙用于使所述烟气通过。

8.根据权利要求1至7任一项所述的高湿烟气净化装置，其特征在于，所述换热管为多个且相互间隔，组成换热管束。

9.根据权利要求1至7任一项所述的高湿烟气净化装置，其特征在于，沿所述烟气的流动方向，所述多个换热管的间距小于或等于100mm。

10.根据权利要求1至7任一项所述的高湿烟气净化装置，其特征在于，所述换热管的表面积与单位体积流量所述烟气的比值为5-10m²/(m³/s)。

11.根据权利要求1至7任一项所述的高湿烟气净化装置，其特征在于，所述换热管的外径小于或等于40mm。

12.根据权利要求7所述的高湿烟气净化装置，其特征在于，所述板体的截面为台阶形或梯形。