CN108434922A - 低能耗节水型烟气脱白装置及方法 - Google Patents

低能耗节水型烟气脱白装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低能耗节水型烟气脱白装置：包括换热器、风机、烟气风道、热空气管、混合气风道和离心分离管，换热器两侧分别与风机及热空气管连通，换热器内竖直设置有离心分离管；换热器顶部设置有与离心分离管连通的烟气风道，换热器底部设置有与离心分离管连通的混合气风道，热空气管与混合气风道连通后与烟囱连通，离心分离管内顶部设置有进气叶片。本发明还提供一种低能耗节水型烟气脱白方法，包括以下步骤：烟气从烟气风道进入换热器内的离心分离管，冷空气通过风机输送至换热器内，两者换热。本发明利用自然空气(冷空气)换热，达到节省能耗的目的；本发明采用旋风离心式管路，提高脱白效率。

Description

低能耗节水型烟气脱白装置及方法
技术领域
本发明涉及一种烟气治理的反应器，具体地说是一种低能耗节水型烟气脱白装置及方法。
背景技术
目前，湿法脱硫已经成为国际上烟气治理的一项通用技术，是一种相对成熟的工艺。我国自从德国和日本引进这项技术后，已有超过90％的大型火电机组采用这一方法，但湿法脱硫在有效提高SO2脱除率的同时，也带来了新的问题。
在德国和日本，GGH是湿法脱硫的标配装置，因为两国对排烟温度都有具体要求。在技术引进之初，国内多数系统也安装了GGH，但是随着系统运行，GGH易堵塞易被腐蚀等弊端逐渐体现，由于国内对排烟温度无具体要求，GGH在新建电厂中被取消，已建电厂也开始大规模拆除GGH，从而保证脱硫系统的稳定运行，同时达到减少系统投入成本和运行费用的目的。
然而，湿法脱硫后的排放烟气温度降低，湿度增大，随着GGH的逐步取消，极大程度限制了烟气的抬升能力，抬升高度低，污染物不易扩散，落地污染物浓度高。同时，从烟囱排出的烟气处于饱和状态，在环境温度低的情况下，尤其北方冬季寒冷地区，石膏雨、白烟现象变得普遍，严重影响了居民生活、电厂生产及周围环境。因此，采取有效措施解决脱硫烟气除湿脱白这一问题刻不容缓。
采用烟气加热器除湿脱白是目前常用的一种手段，即利用蒸汽或其他措施将脱硫后烟气加热，使其难以凝结，但这一方法能耗大、不经济。烟塔合一技术源自德国，利用冷却塔水汽稀释烟气，能在提高烟气抬升高度的同时降低扩散浓度。该技术在国外已经得到了广泛应用，但国内还处于起步阶段，冷却塔低热负荷时的排烟效果，冷却塔防腐防冻等问题都还有待于研究。
在专利201611070170.2《一种湿法脱硫用的烟气除湿脱白装置》中，提出了一种烟气除湿脱白装置，但是该装置设在烟囱上部，设计过程中需要考虑烟囱的承重，传热面积受到限制；通过两侧同时进风，传热部分只有一半，传热效果有限；另外，传热隔板设计很难满足目前20mg/Nm3的高标准液滴控制要求；除了传热效果之外，对于冷凝水的去除效果和去除后的利用，该专利并没有进行很好的分析设计。
在专利201611064148.7《烟气脱白装置》中，主要通过传统的惯性除雾器进行二级脱水，同时在一级脱水后加入室外自然风在混合室中直接混合，烟气温度下降，饱和含湿量降低，从而达到析出冷凝水的目的。但是混风后烟气除了温度下降之外体积会明显，而体积增加会降低烟气相对湿度，反而不利于除水；很多情况下，混风是降低饱和度而不是提高饱和度。
当前，烟气脱白逐渐成为燃煤电厂重要的环保治理方向，所以相关脱白技术的研发和应用已成为烟气治理的新热点。本发明研发的冷凝除湿结合混合除湿技术将为烟气脱白提供新的途径，从而进一步改善我国的大气污染问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高效的低能耗节水型烟气脱白装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种低能耗节水型烟气脱白装置：包括换热器、风机、烟气风道、热空气管、混合气风道和离心分离管；
所述换热器两侧分别与风机及热空气管连通；
所述换热器内竖直设置有离心分离管；换热器顶部设置有与离心分离管连通的烟气风道，换热器底部设置有与离心分离管连通的混合气风道；
所述热空气管与混合气风道连通后与烟囱连通；
所述离心分离管内顶部设置有进气叶片，离心分离管外壁设置有换热翅片。
作为对本发明低能耗节水型烟气脱白装置的改进：所述换热器底部设置有与离心分离管连通的集水器，集水器侧壁与混合气风道连通。
作为对本发明低能耗节水型烟气脱白装置的进一步改进：所述换热器内沿着风机到热空气管的方向设置有至少两组离心分离组，每组离心分离组都包括至少两个竖直等距设置的离心分离管，每组离心分离组的相邻离心分离管之间通过换热翅片连接。
作为对本发明低能耗节水型烟气脱白装置的进一步改进：所述集水器底部设置有出水口，出水口设置有相互信号连接的压力传感器和阀门。
作为对本发明低能耗节水型烟气脱白装置的进一步改进：所述换热器在换热器与风机连通处以及换热器与热空气管连通处均设置有气流均布板。
作为对本发明低能耗节水型烟气脱白装置的进一步改进：同一离心分离组的相邻离心分离管之间的净距为离心分离管内径的1/2～1/3。
作为对本发明低能耗节水型烟气脱白装置的进一步改进：所述换热翅片的布置形式为水平横向布置、水平纵向布置、交错布置或者三种布置方式同时存在。
本发明还提供一种低能耗节水型烟气脱白方法，包括以下步骤：
1)、烟气从烟气风道进入换热器内，经过换热器内的离心分离管，在进气叶片的作用下，烟气旋转向下离心运动；
2)、冷空气通过风机输送至换热器内，在气流均布板作用下，通过换热翅片与离心分离管中的烟气进行换热，成为热空气进入热空气管；
3)、离心分离管中的烟气在经过换热后，烟气温度降低，凝结出大量的冷凝水，同时通过离心作用，使冷凝水与烟气得到充分的分离；
4)、分离后的冷凝水与烟气离心分离管底部进入集水器，烟气从集水器进入混合气风道；
5)、热空气管中的热空气与混合气风道中除水后的烟气混合，提升烟气整体温度，降低烟气湿度，从而降低烟气的露点温度，然后向烟囱排出。
作为对本发明低能耗节水型烟气脱白方法的改进，集水器回收利用冷凝水的过程为：设置最大压力和最小压力，压力传感器检测到压力大于最大压力时，压力传感器就会发送开启指令给阀门，控制阀门开启，将集水器中的冷凝水排出，进行回收利用；使得出水口压力减小，直到压力传感器检测到的压力小于最小压力时，压力传感器就会发送关闭指令给阀门，控制阀门关闭。
本发明的一种低能耗节水型烟气脱白装置与现有技术比较，具有如下的有益效果：
(1)针对当前脱硫后烟气脱白方法能耗大、不经济的弊端，本发明利用自然空气(冷空气)换热，达到节省能耗的目的；
(2)冷空气经风机作用进入脱白装置后，与烟气换热，从而冷凝烟气，促进烟气中水蒸汽的凝结，有效减少烟气带走的水蒸汽量；特别是北方冬天的冷空气能够大大降低烟气温度，提高除雾效果；
(3)冷空气加热后仍然与经换热除湿的烟气混合，可以提升整体烟气温度。同时，烟气被热空气稀释，相对而言，在某种程度上减少了烟气中的水汽含量比例，脱白效果更佳显著；与冷凝后再进行烟气加热相比，能够大大节省能源消耗；
(4)装置采用旋风离心式管路，烟气旋转向下，可增加烟气和冷空气的换热时间，提高水蒸汽凝结率，之后液滴离心脱除，提高脱白效率；
(5)离心分离管之间采用换热翅片连结，增大换热面积，能够有效改善换热效果。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是本发明装置的主要结构示意图；
图2是图1中本发明装置换热翅片8水平横向布置时的离心分离管7结构示意图；
图3是图1中本发明装置换热翅片8三种布置方式同时存在时的离心分离管7结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1、低能耗节水型烟气脱白装置，如图1-3所示，包括换热器1、风机2、烟气风道3、集水器4、热空气管5、混合气风道6、离心分离管7和换热翅片8。
换热器1两侧分别与风机2及热空气管5连通。换热器1在冷空气进气口和冷空气出气口(换热器1与风机2连通处以及换热器1与热空气管5连通处)均设置有气流均布板21，气流均布板21可以使得进入换热器1的冷空气更加均匀。
换热器1内平行设置有若干(至少两组)离心分离组，每组离心分离组的间距为5～10mm，离心分离组包括若干(至少两个)竖直等距设置的离心分离管7，离心分离管7的外壁设置有换热翅片8，离心分离管7之间通过换热翅片8连接。换热翅片8的布置形式可以采用多种形式，如可以水平横向布置，可以水平纵向布置，也可以交错布置，还可以三种布置方式同时存在。换热翅片8一般使用水平横向布置，此时离心分离组的方向为沿着风机2到空气管5的方向。换热翅片8增加了换热接触面积，从而提高换热效率。离心分离管7顶部设置有可转动的进气叶片71，进气叶片71可以使得进入离心分离管7的烟气旋转向下，可增加烟气和冷空气的换热时间，在提高水蒸汽凝结率的同时，液滴离心脱除，能在一定程度上提高脱白效率。
换热器1顶部设置有与离心分离管7连通的烟气风道3，换热器1底部设置有与离心分离管7连通的集水器4，集水器4侧壁与混合气风道6连通，热空气管5与混合气风道6连通后与烟囱连通。集水器4底部设置有出水口41，出水口41设置有相互信号连接压力传感器和阀门，通过压力传感器检测到的压力的变化来控制阀门的开启关闭。设置最大压力和最小压力(可以设置成最大压力为两个大气压，最小压力为一个大气压)。阀门在压力大于最大压力时开启，压力小于最小压力时关闭。具体为压力传感器检测到压力大于最大压力时，压力传感器就会发送开启指令给阀门，控制阀门开启，将集水器4中的水排出，使得出水口41压力减小，直到压力传感器检测到的压力小于最小压力时，压力传感器就会发送关闭指令给阀门，控制阀门关闭。出水口41流出的水通过管道接引回收利用。在北方缺水地区，采用此方式能大大缓解用水压力。
离心分离管7内径5～10cm，同一离心分离组的相邻离心分离管7之间的净距为离心分离管7内径的1/2～1/3。减小间距有助于传热效果，但太小的话不利于加工；所以取了以上数据，主要为了保证加工方便的情况下尽可能强化传热效果。
本发明低能耗节水型烟气脱白方法：
烟气从烟气风道3进入换热器1内，经过换热器1内部的离心分离管7，在进气叶片71的作用下，烟气旋转向下运动；
冷空气通过风机2输送至换热器1内，在气流均布板21作用下，通过换热翅片8与离心分离管7中的烟气进行换热，成为热空气进入热空气管5；
离心分离管7中的烟气在经过换热后，烟气温度降低，凝结出大量的冷凝水，同时通过离心分离管7的离心作用(烟气沿着螺旋线高速旋转运动，产生离心力)，使冷凝水烟气得到更充分的分离，并放出的大量热能对风机2输送进换热器1的冷空气进行加热；通过降低烟气温度来促使烟气中的水分冷凝析出，然后再将烟气升温，使得烟气的含湿量大大下降，在烟气排放的过程中来不及冷凝就得以扩散，进而达到消除白雾的目的。
冷凝水从离心分离管7流出，被集水器4收集，进行回收利用；烟气从离心分离管7流出后，经过集水器4进入混合气风道6；
热空气管5中的热空气与混合气风道6中的烟气混合，提升烟气整体温度，使得烟气湿度得到有效降低，从而降低烟气的露点温度，然后向烟囱排出。
排放的烟气在排出后的短时间内达不到露点温度，烟气中水分无法凝结成水雾，以此来达到消除白烟的目的。同时，冷空气换热后作为热能被回收利用极大的降低了能耗。
烟气风道3和换热器1等采用耐酸性腐蚀的材料制作，具备抗腐蚀的优点。
本发明低能耗节水型烟气脱白装置结构简单，可以采用模块化组装，不存在腐蚀和堵塞问题，使用寿命长。
本发明在冷空气流量为10L/min，环境冷空气温度20℃，烟气流量10L/min，烟温60℃，液滴含量100mg/m3的工况中，采用实施例1，尾部烟气中液滴含量仅为9mg/m3。
对比例1：将实施例1中的离心分离管7和换热翅片8替换成传热隔板，且热空气管5中与混合气风道6不连通，其余等同于实施例1，进行对比例1；
在冷空气流量为10L/min，环境冷空气温度20℃，烟气流量10L/min，烟温60℃，液滴含量100mg/m3的工况中，采用对比例1，尾部烟气中液滴含量为39mg/m3。
相比而言，本发明的低能耗节水型烟气脱白装置采用了旋风离心式管路，烟气旋转向下，可增加烟气和冷空气的换热时间，在提高水蒸汽凝结率的同时，液滴离心脱除，能在一定程度上提高脱白效率；此外，本发明的烟气管路之间采用换热翅片8连接，相比于通过传热隔板换热，本发明的换热接触面积更大，能够有效改善换热效果。
对比例2：取消实施例1中的离心分离管7，含湿烟气与冷空气在换热器1直接混合，其余等同于实施例1，进行对比例2；
环境空气(冷空气)流量也为10L/min，环境冷空气温度20℃，在烟气流量10L/min，烟温60℃，液滴含量100mg/m3的工况中，采用对比例2，尾部烟气中液滴含量为36mg/m3，未有明显的液滴去除效果，只是混合后烟气流量增加所带来的液滴浓度下降。含湿烟气与室外自然风在混合室中直接接触进行混合，混合气体的饱和含湿量降低，从而达到析出冷凝水的目的。在环境温度低、混合自然风量小的情况下，可能还有部分效果，但一般情况下很难析出水分。
相比而言，本发明的低能耗节水型烟气脱白装置先通过换热翅片8换热，利用冷空气冷凝湿烟气，在冷空气升温的同时降低烟气温度，促使烟气中水蒸汽凝结脱除；之后再将热空气与烟气混合，提升整体烟气温度，同时在一定程度上降低烟气中的水汽含量比例。这一系统更有利于保证烟气脱白效果。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.低能耗节水型烟气脱白装置，其特征在于：包括换热器(1)、风机(2)、烟气风道(3)、热空气管(5)、混合气风道(6)和离心分离管(7)；
所述换热器(1)两侧分别与风机(2)及热空气管(5)连通；
所述换热器(1)内竖直设置有离心分离管(7)；换热器(1)顶部设置有与离心分离管(7)连通的烟气风道(3)，换热器(1)底部设置有与离心分离管(7)连通的混合气风道(6)；
所述热空气管(5)与混合气风道(6)连通后与烟囱连通；
所述离心分离管(7)内顶部设置有进气叶片(71)，离心分离管(7)外壁设置有换热翅片(8)。
2.根据权利要求1所述的低能耗节水型烟气脱白装置，其特征在于：所述换热器(1)底部设置有与离心分离管(7)连通的集水器(4)，集水器(4)侧壁与混合气风道(6)连通。
3.根据权利要求2所述的低能耗节水型烟气脱白装置，其特征在于：所述换热器(1)内沿着风机(2)到热空气管(5)的方向设置有至少两组离心分离组，每组离心分离组都包括至少两个竖直等距设置的离心分离管(7)，每组离心分离组的相邻离心分离管(7)之间通过换热翅片(8)连接。
4.根据权利要求3所述的低能耗节水型烟气脱白装置，其特征在于：所述集水器(4)底部设置有出水口(41)，出水口(41)设置有相互信号连接的压力传感器和阀门。
5.根据权利要求4所述的低能耗节水型烟气脱白装置，其特征在于：所述换热器(1)在换热器(1)与风机(2)连通处以及换热器(1)与热空气管(5)连通处均设置有气流均布板(21)。
6.根据权利要求5所述的低能耗节水型烟气脱白装置，其特征在于：同一离心分离组的相邻离心分离管(7)之间的净距为离心分离管(7)内径的1/2～1/3。
7.根据权利要求6所述的低能耗节水型烟气脱白装置，其特征在于：所述换热翅片(8)的布置形式为水平横向布置、水平纵向布置、交错布置或者三种布置方式同时存在。
8.利用如权利要求1-7任一所述的低能耗节水型烟气脱白装置的低能耗节水型烟气脱白方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、烟气从烟气风道(3)进入换热器(1)内，经过换热器(1)内的离心分离管(7)，在进气叶片(71)的作用下，烟气旋转向下离心运动；
2)、冷空气通过风机(2)输送至换热器(1)内，在气流均布板(21)作用下，通过换热翅片(8)与离心分离管(7)中的烟气进行换热，成为热空气进入热空气管(5)；
3)、离心分离管(7)中的烟气在经过换热后，烟气温度降低，凝结出大量的冷凝水，同时通过离心作用，使冷凝水与烟气得到充分的分离；
4)、分离后的冷凝水与烟气离心分离管(7)底部进入集水器(4)，烟气从集水器(4)进入混合气风道(6)；
5)、热空气管(5)中的热空气与混合气风道(6)中除水后的烟气混合，提升烟气整体温度，降低烟气湿度，从而降低烟气的露点温度，然后向烟囱排出。
9.根据权利要求8所述的低能耗节水型烟气脱白方法，其特征在于，集水器(4)回收利用冷凝水的过程为：设置最大压力和最小压力，压力传感器检测到压力大于最大压力时，压力传感器就会发送开启指令给阀门，控制阀门开启，将集水器(4)中的冷凝水排出，进行回收利用；使得出水口(41)压力减小，直到压力传感器检测到的压力小于最小压力时，压力传感器就会发送关闭指令给阀门，控制阀门关闭。
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