CN108434950B - 一种协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除的装置及其方法 - Google Patents

一种协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除的装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除的装置及其方法，该装置包括脱硫废水储罐、碱性吸收剂储罐、喷射系统、产涡系统和静电除尘器，本发明先对烟道中的燃煤烟气喷射由脱硫废水制成的碱性吸收剂溶液，PM2.5与液滴碰撞，随着液滴蒸发使烟气中PM2.5团聚，粒径增大；同时液滴与烟气中SO3接触，并进行中和反应；随后未蒸发完的碱性吸收剂液滴与烟气混合流经由扰流涡片所引起的湍流流场，液滴作为团聚核与PM2.5剧烈碰撞，使PM2.5进一步团聚长大，同时延长烟气的停留时间，促进SO3与碱性吸收剂液滴发生中和反应，最后团聚后PM2.5与中和后SO3一同被静电除尘器脱除，该装置实现PM2.5与SO3的协同脱除和脱硫废水的零排放。

Description

一种协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除 的装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除的装置及其方法，属于大气污染物治理技术领域。
背景技术
燃煤电厂在运行过程中会产生大量的气、液、固污染物，随着火电厂污染物排放标准的提高，各项污染物排放要求也愈加严格。
电厂燃煤过程中产生的空气动力学直径小于2.5um的细颗粒物即PM2.5已成为我国突出的大气环境问题，目前我国近90%~95%的燃煤电厂所使用的除尘设备为干式静电除尘器，虽然其对燃煤烟气中粗颗粒的收集效率可达99.9%乃至更高，但是由于干式静电除尘器的除尘机理所导致的“穿透窗口”的存在，其对以亚微米为主的PM2.5捕集效率却不高。
在燃煤电厂中，锅炉燃烧以及烟气经SCR系统催化后，都会产生一定量的SO3。SO3极易与水结合形成硫酸酸雾，有很强的毒性，同时会使烟气酸露点升高，腐蚀下游设备，并产生有色烟羽现象，危害设备安全和大气环境。目前，SO3脱除技术可分为湿法和干法，即通过向烟道内喷射碱性吸收剂去除烟气中的SO3。目前湿法脱除SO3即向烟道内喷射液体碱性吸收剂来去除SO3存在一些问题，因烟气中SO3含量较少，分压较低，需喷射大量碱性吸收剂喷雾才能有效吸收SO3，而大量的碱性吸收剂液滴因蒸发不完全会进入静电除尘器，影响静电除尘器的正常运行；另一方面目前常用的碱性吸收剂为钙基或镁基物质，在喷入吸收剂数量过大的情况下，会增加飞灰比电阻，影响其荷电量，降低静电除尘器除尘效率。
此外，在燃煤电厂湿法脱硫系统中会产生大量的脱硫废水，脱硫废水存在高盐、高硬度、悬浮物浓度高等特点，处理难度大，单独处理能耗较高。
因此，有必要开发一种协同脱硫废水蒸发和增强PM2.5与SO3脱除的新技术，更好的实现污染物的协同脱除和脱硫废水零排放。
发明内容
技术问题：本发明针对脱硫废水较难处理的现状及现有技术不能有效脱除PM2.5与SO3的不足，提供一种协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除的装置及其方法，有效提高PM2.5与SO3的脱除效率，从而实现PM2.5与SO3的协同脱除以及脱硫废水零排放。
技术方案：一种协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除的装置，包括烟道，还包括脱硫废水储罐、碱性吸收剂储罐、喷射系统、产涡系统和静电除尘器，所述喷射系统由碱性吸收剂溶液储罐、计量泵、空压机、双流体雾化喷嘴组成，其中碱性吸收剂溶液储罐、计量泵与双流体雾化喷嘴依次连接构成液路，空压机与双流体雾化喷嘴连接构成气路；所述双流体雾化喷嘴设于烟道内，所述脱硫废水储罐和碱性吸收剂储罐均与碱性吸收剂溶液储罐连接；所述静电除尘器与烟道的出口端连接，所述产涡系统由并列布置的两排扰流涡片组成，设于双流体雾化喷嘴与静电除尘器之间的烟道内。
进一步，所述扰流涡片由两块板材相交连而成，两块板材之间的夹角小于90°，每一排扰流涡片由n（n³2）级组成，涡片级与级之间距离为0.5m。
进一步，所述扰流涡片的两块板材之间的夹角为60°，材料为316不锈钢，表面进行防磨处理。
进一步，所述双流体雾化喷嘴与第一级扰流涡片之间的距离为1~3m，最后一级涡片与静电除尘器入口之间距离为2~5m。
一种基于上述装置的协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除的方法，该方法包括如下步骤：先将脱硫废水储罐中的脱硫废水与碱性吸收剂储罐中碱性吸收剂加入到碱性吸收剂溶液储罐中配制成碱性吸收剂溶液，控制计量泵和空压机使双流体雾化喷嘴向烟道中的燃煤烟气喷射碱性吸收剂溶液，PM2.5与液滴碰撞，随着液滴蒸发使烟气中PM2.5之间发生团聚，使其粒径增大；同时碱性吸收剂溶液液滴与烟气中SO3接触，并与液滴中碱性物质进行中和反应；随后未蒸发完的碱性吸收剂溶液液滴与烟气混合流经产涡系统，在扰流涡片所引起的湍流流场中，液滴作为团聚核与PM2.5进行剧烈碰撞，使PM2.5发生进一步团聚长大，同时延长烟气在烟道中停留时间延长，提高了SO3与碱性吸收剂溶液液滴接触概率，促进SO3与碱性吸收剂溶液液滴发生中和反应，最后团聚后PM2.5与中和后SO3一同被静电除尘器脱除。
进一步，所述碱性吸收剂溶液为脱硫废水与碱性吸收剂的混合水溶液，碱性吸收剂质量百分比为10%~20%，碱性吸收剂温度为25~50℃，向烟气中的添加量为1.5~3.5g/m3。
进一步，所述碱性吸收剂为碱性盐类物质。
进一步，所述碱性盐类物质为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾的一种或多种混合。
有益效果：
（1）本发明将碱性吸收剂溶液喷入烟道内，使PM2.5在烟道内和湍流流场中与碱性吸收剂液滴碰撞，PM2.5颗粒之间发生团聚长大，增大颗粒粒径，提高其荷电能力，提高了静电除尘器对PM2.5的脱除效率。
（2）本发明将碱性吸收剂溶液喷入烟道内，使SO3在烟道内和湍流流场中与碱性吸收剂液滴接触反应，液滴蒸发后与飞灰一起被静电除尘器脱除，降低了烟气中SO3的含量。
（3）本发明中产涡系统在烟道内产生湍流流场，使未蒸发液滴作为团聚核与PM2.5进行剧烈碰撞，PM2.5之间发生团聚长大；使烟气在烟道内停留时间延长，SO3与碱性吸收剂液滴接触概率提高，促进SO3被碱性液滴吸收；使碱性吸收剂液滴在烟道中的停留时间延长，促进液滴的蒸发，保证碱性吸收剂液滴在进入静电除尘器之前完全蒸发，不会影响静电除尘器的正常运行。
（4）本发明中利用脱硫废水配置碱性吸收剂溶液协同脱除PM2.5和SO3，节约水资源，适用于不同电厂生成的脱硫废水，同时可无害化处理脱硫废水，蒸发出来的溶质均会被静电除尘器脱除，以废治废，实现PM2.5与SO3的协同脱除和脱硫废水的零排放。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明中产涡系统的结构示意图。
图中∶1-脱硫废水储罐；2-碱性吸收剂储罐；3-碱性吸收剂溶液储罐；4-计量泵；5-空压机；6-双流体雾化喷嘴；7-扰流涡片；8-静电除尘器。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图对本发明做详细说明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。
实施例1
一种协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除的装置，该装置安装于锅炉系统的烟道上，包括脱硫废水储罐1、碱性吸收剂储罐2、喷射系统、产涡系统和静电除尘器8，所述喷射系统由碱性吸收剂溶液储罐3、计量泵4、空压机5、双流体雾化喷嘴6组成，其中碱性吸收剂溶液储罐3、计量泵4与双流体雾化喷嘴6依次连接构成液路，空压机5与双流体雾化喷嘴6连接构成气路；所述双流体雾化喷嘴6设于烟气过道内，双流体雾化喷嘴6与第一级扰流涡片之间的距离为1~3m，最后一级涡片与静电除尘器8入口之间距离为2~5m。脱硫废水储罐1和碱性吸收剂储罐2均与碱性吸收剂溶液储罐3连接；所述产涡系统由并列布置的两排扰流涡片7组成，设于双流体雾化喷嘴与静电除尘器8之间的烟道内，其中扰流涡片7边长200mm，高度可视烟道尺寸（烟道截面高度）而定，两边夹角小于90°，材料为316不锈钢，表面进行防磨处理，每一排扰流涡片由n（n³2）级组成，涡片级与级之间距离为0.5m。静电除尘器8与烟道的出口端连接。
一种基于上述装置的协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除的方法，先将脱硫废水储罐1中的脱硫废水与碱性吸收剂储罐2中碱性吸收剂加入到碱性吸收剂溶液储罐3中配制成碱性吸收剂溶液，控制计量泵4和空压机5使双流体雾化喷嘴6向烟道中的燃煤烟气喷射碱性吸收剂溶液，PM2.5与液滴碰撞，随着液滴蒸发使烟气中PM2.5之间发生团聚，使其粒径增大；同时碱性吸收剂溶液液滴与烟气中SO3接触，并与液滴中碱性物质进行中和反应；随后未蒸发完的碱性吸收剂溶液液滴与烟气混合流经产涡系统，在扰流涡片7所引起的湍流流场中，液滴作为团聚核与PM2.5进行剧烈碰撞，使PM2.5发生进一步团聚长大，同时延长烟气在烟道中停留时间，提高了SO3与碱性吸收剂溶液液滴接触概率，促进SO3与碱性吸收剂溶液液滴发生中和反应，最后团聚后PM2.5与中和后SO3一同被静电除尘器脱除。
其中，碱性吸收剂溶液为脱硫废水与碱性吸收剂的混合水溶液，碱性吸收剂质量百分比为10%~20%，碱性吸收剂温度为25~50℃，向烟气中的添加量为1.5~3.5g/m3。碱性吸收剂为碱性盐类物质（碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾的一种或多种混合）。
实施例2
含尘烟气由燃煤锅炉产生，烟气量为300Nm3/h，锅炉运行稳定后，在烟气中添加一定量飞灰及SO3，保证测试所需PM2.5及SO3的浓度。在未利用本发明方法及装置前，烟气直接进入静电除尘器，采用电称低压冲击器ELPI在线测试PM2.5浓度及粒径分布，经测试，静电除尘器进口处PM2.5粒径分布呈典型的双峰分布，第一个峰值出现在约0.1um处，数量浓度为7.1´106/cm3，另一峰值出现在约1um处，数量浓度为1.9´106/cm3，PM2.5质量浓度为250mg/m3，数量浓度为1.5´107/cm3；静电除尘器出口处PM2.5质量浓度为30mg/m3，数量浓度为5.8´106/cm3；采用高温冷凝法对静电除尘器后SO3浓度进行测试，其质量浓度为80mg/m3。之后按照实施例1所述对电除尘器前部分烟道进行改造，使烟气首先经过碱性吸收剂喷射系统，烟气中PM2.5和SO3与碱性吸收剂喷雾进行接触反应，之后进入产涡系统和静电除尘器。其中，碱性吸收剂溶液为脱硫废水与Na2CO3的混合水溶液，Na2CO3质量分数为20%，其余为脱硫废水，碱性吸收剂温度为25℃，向烟气中的添加量为2.5g/m3，扰流涡片共7级，扰流涡片边长200mm，高度为500mm，两边夹角为60°，双流体雾化喷嘴与第一级扰流涡片之间的距离为1.5m，最后一级涡片与静电除尘器入口之间距离为3m。同样采用电称低压冲击器ELPI在线测试PM2.5浓度及粒径分布，经测试，静电除尘器进口处PM2.5粒径峰值出现在约2.1um处，数量浓度为7.6´106/cm3；静电除尘器出口处PM2.5质量浓度为10mg/m3，数量浓度为1.4´106/cm3；采用高温冷凝法对静电除尘器后SO3浓度进行测试，其质量浓度为11mg/m3。将利用本发明装置及其方法前后的测试结果进行对比可知，本发明可使PM2.5粒径峰值显著增大，静电除尘器出口PM2.5质量浓度降低约66.7%，数量浓度降低约75.9%，同时，可使静电除尘器后烟气中SO3浓度显著降低，对SO3脱除效率达到了86.3%，说明本发明可协同利用脱硫废水烟道蒸发有效脱除烟气中PM2.5与SO3。

Claims (7)

1.一种协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除的装置，包括烟道，其特征在于，还包括脱硫废水储罐（1）、碱性吸收剂储罐（2）、喷射系统、产涡系统和静电除尘器（8），所述喷射系统由碱性吸收剂溶液储罐（3）、计量泵（4）、空压机（5）、双流体雾化喷嘴（6）组成，其中碱性吸收剂溶液储罐（3）、计量泵（4）与双流体雾化喷嘴（6）依次连接构成液路，空压机（5）与双流体雾化喷嘴（6）连接构成气路；所述双流体雾化喷嘴（6）设于烟道内，所述脱硫废水储罐（1）和碱性吸收剂储罐（2）均与碱性吸收剂溶液储罐（3）连接；所述静电除尘器（8）与烟道的出口端连接，所述产涡系统由并列布置的两排扰流涡片（7）组成，设于双流体雾化喷嘴与静电除尘器（8）之间的烟道内，所述扰流涡片（7）由两块板材相交连而成，两块板材之间的夹角小于90°，每一排扰流涡片由n（n³2）级组成，涡片级与级之间距离为0.5m。
2.根据权利要求1所述的一种协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除的装置，其特征在于，所述扰流涡片（7）的两块板材的宽度均为200mm，两块板材之间的夹角为60°。
3.根据权利要求1所述的一种协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除的装置，其特征在于，所述双流体雾化喷嘴（6）与第一级扰流涡片之间的距离为1~3m，最后一级涡片与静电除尘器（8）入口之间距离为2~5m。
4.根据权利要求1-3任一项中所述装置的协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：先将脱硫废水储罐（1）中的脱硫废水与碱性吸收剂储罐（2）中碱性吸收剂加入到碱性吸收剂溶液储罐（3）中配制成碱性吸收剂溶液，控制计量泵（4）和空压机（5）使双流体雾化喷嘴（6）向烟道中的燃煤烟气喷射碱性吸收剂溶液，PM2.5与液滴碰撞，随着液滴蒸发使烟气中PM2.5之间发生团聚，使其粒径增大，同时碱性吸收剂溶液液滴与烟气中SO3接触，并与液滴中碱性物质进行中和反应；随后未蒸发完的碱性吸收剂溶液液滴与烟气混合流经产涡系统，在扰流涡片（7）所引起的湍流流场中，液滴作为团聚核与PM2.5进行剧烈碰撞，使PM2.5发生进一步团聚长大，同时延长烟气在烟道中停留时间，提高了SO3与碱性吸收剂溶液液滴接触概率，促进SO3与碱性吸收剂溶液液滴发生中和反应，最后团聚后PM2.5与中和后SO3一同被静电除尘器（8）脱除。
5.根据权利要求4所述的协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除的方法，其特征在于，所述碱性吸收剂溶液为脱硫废水与碱性吸收剂的混合水溶液，碱性吸收剂溶液中碱性吸收剂质量百分比为10%~20%，碱性吸收剂温度为25~50℃，向烟气中的添加量为1.5~3.5g/m3。
6.根据权利要求4所述的协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除的方法，其特征在于，所述碱性吸收剂为碱性盐类物质。
7.根据权利要求5所述的协同脱硫废水烟道蒸发和增强细颗粒物与三氧化硫脱除的方法，其特征在于，所述碱性盐类物质为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾的一种或多种混合。
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