CN108043192B - 一种炉后污染物脱除系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种炉后污染物脱除系统，包括依次设置在空预器下游侧的垂直蒸发塔、除尘装置和烟气喷淋脱硫塔；还包括：位于空预器灰斗和蒸发塔灰斗之间的过渡烟道，和位于所述垂直蒸发塔与蒸发塔灰斗之间文丘里烟道，所述文丘里烟道的渐扩段末端与所述垂直蒸发塔底部的烟气入口对正连通；且气液两相流喷嘴设置在所述渐扩段末端，以自所述渐扩段末端斜向顺流喷入脱硫废水，脱硫废水来自烟气喷淋脱硫塔废水处理系统。与现有技术相比，本方案能够将上、下游设备进行有机结合，能够有效兼顾系统排放要求及运行成本的控制。属于具有实质意义的一体化脱除系统，应用前景广泛。

Description

一种炉后污染物脱除系统
技术领域
本发明涉及火力燃煤机组环保技术领域，具体涉及一种炉后污染物脱除系统。
背景技术
随着环境保护力度的不断加大，有效控制排放已成为火力发电行业普遍关注的技术难点。为实现燃煤机组的超低排放，现有的炉后污染物脱除系统主要由除尘系统和脱硫系统组成。其中，除尘过程包括上游的除尘器(包括干式电除尘器、袋式除尘器和电袋除尘器等)，中游的脱硫系统的附带除尘效果(主要由洗涤和除雾过程产生作用)，下游的湿式电除尘器(当脱硫系统可满足除尘效果时可不加)等；而脱硫系统则主要是烟气喷淋脱硫塔的脱硫过程(脱除大部分SO2和一部分SO3)，以及低低温电除尘器和湿式电除尘器(较好的SO3脱除效果)。
众所周知，湿法脱硫系统进入吸收塔的烟气无法做到完全除尘，其中含有一部分粒径小于2.5μm的细灰，且属于不能参与脱硫反应的惰性物质。上述细灰的存在会对浆液中的石灰石颗粒产生包裹，进而阻止石灰石在水中分解与硫氧化物产生反应，造成脱硫效率下降。同时，运行经验表明，细粒子的大量富集还会导致吸收塔浆液粘度增加，造成浆液离子迁移性降低，影响石膏晶体的正常生长，最终导致石膏结晶脱水困难，使得系统出来的石膏含水率偏高。
然而，受现有炉后污染物脱除系统的自身特点的限制，实现粉尘与硫氧化物的超低排放主要是各段串联起来产生的叠加效果，这一过程中下游设备直接受上游设备运行情况的影响。例如，进入到吸收塔的微细粉尘会影响吸收塔的SO2吸收过程以及影响到石膏的脱水效果，作为下游设备的吸收塔就需要被动的增加脱硫废水排出量；而这些吸收塔需要排出的废水也只能另外进行处理，具体包括采用简单的脱硫废水喷洒灰场、煤场及水力除渣等方式。但这些技术存在处理能力有限和影响灰渣再利用(喷洒灰场，水利除渣等)等问题，甚至造成氯离子富集而影响脱硫系统正常运行(如喷洒煤场)。
也就是说，现有的污染物脱除系统的各级设备是相对孤立地起作用，在上游系统发生改变的情况下，下游设备被动地进行调整，各环节无法实现有机结合，运行成本相对较高。
有鉴于此，亟待针对现有污染物脱除系统进行优化设计，以有效控制系统排放，在不增加系统运行成本的基础上，符合燃煤机组超低排放的环保要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种炉后污染物脱除系统，该系统能够将上、下游设备进行有机结合，能够有效兼顾系统排放要求及运行成本的控制。
本发明提供的炉后污染物脱除系统，包括依次设置在空预器下游侧的垂直蒸发塔、除尘装置和烟气喷淋脱硫塔；还包括：位于空预器灰斗和蒸发塔灰斗之间的过渡烟道，和位于所述垂直蒸发塔与蒸发塔灰斗之间文丘里烟道，所述文丘里烟道的渐扩段末端与所述垂直蒸发塔底部的烟气入口对正连通；且气液两相流喷嘴设置在所述渐扩段末端，以自所述渐扩段末端斜向顺流喷入脱硫废水，脱硫废水来自烟气喷淋脱硫塔废水处理系统。
优选地，还包括：气固两相流喷嘴，位于所述文丘里烟道的渐扩段中段，以自所述渐扩段中段斜向顺流喷入用于吸收烟气中HCl的碱基吸收剂。
优选地，还包括：回流烟道，位于所述垂直蒸发塔与所述除尘装置之间。
优选地，所述垂直蒸发塔的通流截面面积为所述过渡烟道的通流截面面积的1.5-2.5倍。
优选地，所述垂直蒸发塔的支撑结构设置在塔体外侧。
优选地，所述回流烟道具体为依次设置的水平转向烟道和下行烟道。
优选地，所述水平转向烟道的与所述垂直蒸发塔和所述下行烟道的两个连接端，均设置有倾斜面，且两个所述倾斜面的顶端对接且倾角大于飞灰堆积角。
优选地，所述垂直蒸发塔与所述下行烟道的相邻侧壁合为一体。
优选地，所述侧壁的支撑结构设置在所述下行烟道内，且所述下行烟道的通流截面面积与所述过渡烟道的通流截面面积接近或相同。
优选地，还包括：余热吸收器，位于所述下行烟道与所述除尘装置之间；且所述除尘装置包括低低温电除尘器。
与现有技术相比，本发明另辟蹊径提出了一种炉后污染物脱除系统的优化方案，在空预器灰斗和蒸发塔灰斗之间设置有过渡烟道，同时在竖向设置的垂直蒸发塔与蒸发塔灰斗之间设置文丘里烟道，用于雾化喷入气液两相脱硫废水的喷嘴设置在文丘里烟道的渐扩段末端，以自渐扩段末端斜向顺流喷入脱硫废水。系统工作过程中，首先，烟气经空预器进行热交换后，通过过渡烟道进入下游侧的垂直蒸发塔。分别在空预器灰斗与过渡烟道之间，以及过渡烟道与蒸发塔灰斗之间形成两个转弯部，烟气流经过程由于惯性作用，部分飞灰被分离后落入下方相应的灰斗内，可大大降低下游设备的除尘负担。其次，脱硫废水自文丘里烟道的渐扩段末端顺流喷入系统蒸发区域，该文丘里烟道的渐扩段末端与垂直蒸发塔底部的烟气入口对正连通，在文丘里烟道形成的强烈湍流作用下，废水雾炬与烟气迅速混合升温蒸发，与此同时，直接进入蒸发塔内的烟气中飞灰颗粒也在与雾滴群的混合过程中团聚形成更大的粒子，从而使得下游除尘装置具有更高的脱除效率，提高了烟气在除尘装置中的除尘效果，确保排放浓度更低。再次，脱硫废水中含有较多的钙、镁、钠、钾等阳离子以及氯根、硫酸根等阴离子，其蒸发过程中产生的盐与飞灰颗粒结合后，可降低飞灰比电阻，有利于电除尘器对飞灰粒子的捕捉效率，更进一步提高除尘效率。如此设置，充分利用上游设备进行除尘处理，可大大降低下游设备的除尘负担，在不增加系统运行成本的基础上，满足燃煤机组超低排放的环保要求。
在本发明的优选方案中，增设有气固两相流喷嘴，可自文丘里烟道的渐扩段中段顺流喷入碱基吸收剂，由于烟道内待蒸发脱硫废水的存在，废水雾滴吸收烟气中HCl后再与碱基吸收剂颗粒团聚，碱基吸收剂部分溶解到雾滴中，大大加快了与烟气中HCl的反应。如此设置，高温烟气、脱硫废水和固态碱基吸收剂发生气液固三相反应，氯离子能够以结晶物的形式在上游被除尘装置收集，大大降低了进入烟气喷淋脱硫塔的烟气中HCl的浓度，利于控制脱硫浆液中的氯离子浓度，从而有效降低脱硫废水的排出量，一方面可减少下游烟气喷淋脱硫塔的负担，可保证脱硫系统的高效、稳定和安全运行，以及保证产生的石膏的品质；另一方面，可最大限度地避免煤中氯元素含量较高时大量排出脱硫废水造成垂直蒸发塔不能完全蒸发处理的问题。
在本发明的另一优选方案中，在垂直蒸发塔与除尘装置之间设置有回流烟道，以利于实现脱硫废水的完全蒸发；且优选回流烟道具体为依次设置的水平转向烟道和下行烟道，系统运行过程中，废水雾滴首先在垂直蒸发塔内迅速蒸发，雾滴粒径缩小，至水平转向烟道时绝大部分雾滴已蒸发完，如此设置，少量未蒸发剩余的细小雾滴随烟气流经水平转向烟道和下行烟道的过程中继续蒸发，从而在进入除尘装置前实现脱硫废水的完全蒸发。
在本发明的又一优选方案中，其蒸发塔的通流截面面积为所述过渡烟道的通流截面面积的1.5-2.5倍。如此设置，蒸发塔烟道面积扩大，一方面，进入蒸发塔的废水雾滴上行速度得以调低，且在重力和塔内湍流作用下停留时间相对延长，从而能够更加充分地与烟气中飞灰颗粒团聚形成大粒子，提升除尘效果；另一方面，即便在空预器与除尘装置间水平距离较短的情况下，通过增加垂直烟道面积和高度，也能够形成满足有利于烟气蒸发的直段烟道，获得稳定的废水蒸发效果。此外，可进一步取消蒸发塔内部支撑结构和导流结构，并设置在垂直蒸发塔的塔体外侧，从而还能够避免管撑与导流结构的结垢和腐蚀问题，降低系统维护成本。
在本发明的再一优选方案中，进一步匹配设置有余热吸收器和低低温电除尘器，通过余热吸收器进一步控制进入电除尘的烟气温度，特别是，本方案可调整飞灰比电阻到一个较佳的区间，使得低低温电除尘器工作在最佳状态，从而最大限度的提高除尘效果。
附图说明
图1为实施例一所述炉后污染物脱除系统的原理图；
图2为实施例一中所述气液两相流喷嘴的布置示意图；
图3为实施例二所述炉后污染物脱除系统的原理图；
图4为实施例三所炉后污染物脱除系统的原理图。
图中：
空预器1、空预器灰斗2、过渡烟道3、蒸发塔灰斗4、垂直蒸发塔5、文丘里烟道6、气液两相流喷嘴7、烟气喷淋脱硫塔8、除尘装置9、气固两相流喷嘴10、回流烟道11、水平转向烟道111、倾斜面1111、倾斜面1112、下行烟道112、余热吸收器12、除尘除雾器13、引风机14。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
不失一般性，本实施方式以图1中所示烟气除尘及湿法脱硫处理系统作为描述主体，详细说明本申请提出的炉后污染物脱除系统的。工作过程中，锅炉(图中未示出)燃烧产生的烟气，经空预器.1进行余热回收后，经垂直蒸发塔5.进入除尘装置9，再经引风机14后进入湿法脱硫吸收塔8中，最后通过脱硫后烟道经烟囱(图中未示出)排入大气中。
实施例一：
请参见图1，该图示出了本实施方式所述炉后污染物脱除系统的原理。
该炉后污染物脱除系统利用空预器.1下游侧的垂直蒸发塔5进行脱硫废水的蒸发。如图所示，空预器1烟气出口的正下方设置有空预器灰斗2，垂直蒸发塔5的烟气入口的正下方设置有蒸发塔灰斗4，以分别收集相应设备位置处分离下来的飞灰。在空预器灰斗2和蒸发塔灰斗4之间设置有连通二者的过渡烟道3，烟气在空预器1内进行热交换后，经过两个转弯及过渡烟道3到达废水喷雾蒸发段，由于惯性的作用被分离的部分飞灰以及部分从蒸发塔5落下的大粒径飞灰被收集于相应的灰斗，定期送往灰库或灰场即可。由此，降低下游设备的除尘负担，确保排放浓度更低。
在垂直蒸发塔5的烟气入口处设置有文丘里烟道6，该文丘里烟道6的渐扩段末端与垂直蒸发塔5底部的烟气入口对正连通。烟气在经过蒸发塔灰斗4转向后上行，流经文丘里烟道6整流后烟气竖向流入垂直蒸发塔5。其中，用于雾化脱硫废水的气液两相流喷嘴7设置在该渐扩段末端，以自渐扩段末端斜向顺流喷入脱硫废水，自烟气喷淋脱硫塔8废水处理系统的脱硫废水出液口输出废水至各气液两相流喷嘴7。如此设置，受文丘里烟道6的强烈湍流作用，废水雾炬与烟气迅速混合升温并蒸发，烟气中的飞灰颗粒也在与雾滴群的混合过程中团聚形成更大的粒子，从而利于下游侧除尘装置9进行飞灰去除。
工作过程中，由于进入到烟气喷淋脱硫塔8的粉尘浓度更低，加上系统及时排出一定量的脱硫废水，控制了脱硫浆液中氯离子浓度和细微惰性粒子浓度，因此可以保证脱硫系统的高效、稳定运行；同时保证了产生的石膏的品质。另外，脱硫设备主要由喷淋吸收塔8以及高效除尘除雾器13组成。在脱硫系统运行过程中，当氯离子浓度较高时(如超过10000mg/L)通过主动排出脱硫废水到上游的垂直蒸发塔5内进行蒸发处理，氯离子最终以结晶物的形式被除尘设备收集，因此可保证脱硫系统的高效、稳定和安全运行，以及保证产生的石膏的品质。由于脱硫效率能够得到保证，因此也不需要提高液气比，故浆液循环系统电耗可以保持在一个较低的水平。本方案结合高效除尘除雾器13的使用，可以实现粉尘与硫氧化物的超低排放。
为实现更加高效的蒸发，本方案采用气液两相流喷嘴7雾化脱硫废水，配合压力空气形成雾炬，优选地，喷嘴雾化角大于60°，雾滴粒径Dv0.9<90μm，请结合图2所示，该图示出了该气液两相流喷嘴的布置示意图。具体喷嘴布置上两两相邻或相对喷嘴布置时需要保证形成的雾炬不相交，以获得最佳的蒸发效果。需要说明的是，该文丘里烟道6可以采用不同的方式实现，只要具有用于安装喷嘴的渐扩段末端并达成上述整流目的即可。应当理解，本领域普通技术人员基于现有技术可以实现，故本文不再赘述。
通常，烟气中氯离子浓度对于对整个系统的安全稳定运行至关重要，氯离子过高将降低吸收塔浆液的使用效率，增加脱硫剂耗量和设备电耗，并加剧吸收塔内金属件腐蚀；此外，还会影响石膏品质。为了有效降低系统内氯离子含量，本方案在文丘里烟道6的渐扩段中段还设置有气固两相流喷嘴10，以自渐扩段中段斜向顺流喷入用于吸收烟气中HCl的碱基吸收剂。烟道内待蒸发脱硫废水的存在，废水雾滴吸收烟气中HCl后再与碱基吸收剂颗粒团聚，碱基吸收剂部分溶解到雾滴中，大大加快了与烟气中HCl的反应。如此设置，结合废水的增湿效果，可实现对烟气中HCl的预脱除，氯离子能够以结晶物的形式在上游被除尘装置9收集。
这里，固态碱基吸收剂的喷入所配合的压力气体，可以为独立气源，也可以与蒸发共用气源，也就是说两路控制采用同一空压机提供压力空气，并分别采用相应的控制阀进行调节即可。可以理解的是，只要两路控制分别能够提供相应处理介质使用需要的压力气体，均在本申请请求保护的范围内。
另外，系统实际运行过程中，经垂直蒸发塔5流出的烟气存在含有少量未蒸发小雾滴的可能，如图1所示，在垂直蒸发塔5与除尘装置7之间，本方案进一步设置有回流烟道11，这样，垂直蒸发塔5流出的剩余的一小部分未蒸发的细小雾滴，在随烟气流回流烟道的过程中继续蒸发，在进入除尘装置前已完全蒸发。
作为进一步优选，回流烟道11具体为依次设置的水平转向烟道111和下行烟道112，以更好地适应垂直蒸发塔5与除尘装置9之间的有限空间。特别是，剩余的雾滴粒径很小，具有较好的气流跟随性，故水平转向烟道111和下行烟道112可以采用外部加强筋结构，也可以采用正常布置内部管撑及桁架结构的方式。对于后者，即使有少量雾滴粘在壁面及支撑结构上，也容易被含飞灰的烟气流冲刷下来，不会产生结垢腐蚀问题。经过垂直蒸发塔、水平转向烟道和下行烟道的三级连续蒸发，在进入除尘装置前，废水雾滴完全蒸发生成结晶体。
为保证水平段烟道111下部连接段不积灰，水平转向烟道111的与垂直蒸发塔5的连接端设置有倾斜面1111，水平转向烟道111与下行烟道112的连接端设置有倾斜面1112，且两个倾斜面(1111、1112)的顶端对接且倾角均大于飞灰堆积角，保证了烟道的通畅。
进一步地，垂直蒸发塔5的通流截面面积为过渡烟道3的通流截面面积的1.5-2.5倍。具体地，塔体可直接采用耐腐耐磨钢板或采用普通钢板内衬防腐及防磨材料的方式。由于烟道面积的扩大，进入垂直蒸发塔5的废水雾滴上行速度得以调低，且在重力和塔内湍流作用下停留时间相对延长，从而能够更加充分地与烟气中飞灰颗粒团聚形成大粒子，提升除尘效果；另一方面，即便在空预器1与除尘装置间水平距离较短的情况下，通过垂直方向上增加烟道面积和高度，也能够获得稳定的废水蒸发效果。
此外，垂直蒸发塔的支撑结构设置在塔体外侧(图中未示出)。由于取消了蒸发塔内部支撑结构和导流结构，少量粘附在塔体内壁面上雾滴形成的结晶体也在强烈的湍流作用下被飞灰颗粒冲刷下来，能够避免管撑与导流结构的结垢和腐蚀问题，降低系统维护成本。
实施例二：
针对空预器1与除尘装置9间的水平距离非常有限的情形，本实施例提供另外一种具体实施方式。请参见图3，该图示出了本方案所述炉后污染物脱除系统的原理。
本方案与实施例一的主体构成相同，故相同功能构件采用相同的附图标记进行示明。两者区别仅在于，本方案针对垂直蒸发塔5与下行烟道112的结构实现进行了优化，如图3所示，垂直蒸发塔5与下行烟道112的相邻侧壁合为一体；也就是说，蒸发塔5靠近除尘装置9侧的壁板可以与下行烟道112合并共用。如此设置，在有限的装配空间内，可以获得上述相同技术效果，具有较好的可适应性。
进一步地，下行烟道112的通流截面面积可设置为与过渡烟道3的通流截面面积相近或相同，由此确保烟气具有一定的流速，以避免形成沉积。上述共用侧壁的支撑结构(图中未示出)优选设置在下行烟道112内，正是由于下行烟道112的通流截面面积小于其上游蒸发塔的通流截面面积，因此，即便其内部设置有该支撑结构，由于烟气流速相对较高而将可能贴附在支撑结构上沉积物吹离，可实现自清灰。
实施例三：
针对现场空间允许的情形，本实施例提供另外一种具体实施方式。请参见图4，该图示出了本方案所述炉后污染物脱除系统的原理。
同样地，本方案与实施例一或实施例二的主体构成相同，故相同功能构件采用相同的附图标记进行示明。两者区别仅在于，在下行烟道112与除尘装置9之间设置余热吸收器12，并且除尘装置9包括低低温电除尘器(图中未示出)，在下行烟道112之后、低低温电除尘器之前设置烟气余热吸收器12，降低进入到电除尘器的烟气温度，可以最大限度的发挥低低温电除尘的相关效果，特别是有效减少小于2.5μm的超细粉尘进入到下游的脱硫系统中。
上述实施例，通过将脱硫系统与除尘系统进行有机结合，实现了具有实质意义的一体化脱除系统。综上分析可知，该系统通过在空预器后、除尘装置前为脱硫废水的雾化蒸发提供充足的直段烟道，烟气与废水雾炬混合迅速蒸发，产生的结晶物最终被除尘系统高效脱除，从而可以满足脱硫系统对于浆液氯离子浓度控制的要求。此外，该装置在蒸发废水的同时，还能够起到促进烟气中微细颗粒的团聚，提高除尘装置的效率，减少颗粒物排放浓度的作用，而进入到脱硫系统的惰性微细粒子的减少有助于保证吸收塔的SO2吸收效果和石膏的脱水效果。对于烟气HCl含量较高的情形，通过在蒸发器内同时喷入碱基吸收剂，结合除尘装置的使用，可实现对烟气中的氯化物的预脱除。
需要说明的是，本实施方式提供的上述实施例，并非局限于图1所示烟气湿法脱硫系统作为优化基础，应当理解，只要核心构思与本方案一致均在本申请请求保护的范围内。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.炉后污染物脱除系统，包括依次设置在空预器下游侧的垂直蒸发塔、除尘装置和烟气喷淋脱硫塔；其特征在于，还包括：
过渡烟道，位于空预器灰斗和蒸发塔灰斗之间；和
文丘里烟道，位于所述垂直蒸发塔与蒸发塔灰斗之间，所述文丘里烟道的渐扩段末端与所述垂直蒸发塔底部的烟气入口对正连通；且气液两相流喷嘴设置在所述渐扩段末端，以自所述渐扩段末端斜向顺流喷入脱硫废水，脱硫废水来自烟气喷淋脱硫塔废水处理系统；
回流烟道，位于所述垂直蒸发塔与所述除尘装置之间，所述回流烟道为依次设置的水平转向烟道和下行烟道；
其中，所述水平转向烟道的与所述垂直蒸发塔和所述下行烟道的两个连接端，均设置有倾斜面，且两个所述倾斜面的顶端对接且倾角大于飞灰堆积角；或者，所述垂直蒸发塔与所述下行烟道的相邻侧壁合为一体。
2.如权利要求1所述的炉后污染物脱除系统，其特征在于，还包括：
气固两相流喷嘴，位于所述文丘里烟道的渐扩段中段，以自所述渐扩段中段斜向顺流喷入用于吸收烟气中HCl的碱基吸收剂。
3.如权利要求2所述的炉后污染物脱除系统，其特征在于，所述垂直蒸发塔的通流截面面积为所述过渡烟道的通流截面面积的1.5-2.5倍。
4.如权利要求1所述的炉后污染物脱除系统，其特征在于，所述垂直蒸发塔的支撑结构设置在塔体外侧。
5.如权利要求1所述的炉后污染物脱除系统，其特征在于，所述侧壁的支撑结构设置在所述下行烟道内，且所述下行烟道的通流截面面积与所述过渡烟道的通流截面面积接近或相同。
6.如权利要求5所述的炉后污染物脱除系统，其特征在于，还包括：
余热吸收器，位于所述下行烟道与所述除尘装置之间；且所述除尘装置包括低低温电除尘器。
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