CN108434960A - 一种促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫酸雾的装置及其方法 - Google Patents

一种促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫酸雾的装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫酸雾的装置及其方法，主要由预洗涤塔、烟气换热器、脱硫塔组成。主要包括以下步骤：含尘烟气先进入预洗涤塔，在塔内与脱硫洗涤液反应，发生传质传热，从而使烟气温度降低，并接近过饱和，然后利用双塔间设置的烟气换热器对预洗涤塔出口的烟气降温，使得烟气达到过饱和状态，PM2.5/SO3酸雾发生凝结长大并部分脱除；烟气经预洗涤塔、换热器脱除部分PM2.5/SO3酸雾后进入脱硫塔与温度较低的脱硫洗涤液接触，烟气发生二次过饱和，使没脱除的PM2.5/SO3酸雾发生二次凝并长大并由脱硫液洗涤脱除和脱硫塔除雾器拦截捕集。

Description

一种促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫 酸雾的装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫酸雾的装置及其方法，可深度脱除烟气中SO2，协同脱除烟气中细颗粒物及SO3酸雾，属于除尘技术领域。
背景技术
细颗粒物（PM2.5）已成为我国城市大气的首要污染物。PM2.5是导致大气能见度降低、酸雨和灰霾天气等重大环境问题的因素之一，对人体健康造成严重危害。大气中微细颗粒物主要来源于燃煤锅炉排放、机动车排放、生物质燃烧排放和扬尘排放，其中，燃煤锅炉排放占35%左右。燃煤烟气含有大量细微粉尘（粒径小于50μm），其中PM10的比例高达40%，而PM10中超细粉尘PM2.5占到40~70%。因此，控制PM2.5排放是迫切需要解决的关键问题。目前,我国燃煤锅炉烟气综合治理主要采用的是“电除尘(布袋、电袋除尘)+湿式石膏法(氨法、氧化镁法及双碱法等)脱硫”工艺，根据中电联统计，截止2015年底，全国已投运火电厂烟气脱硫机组容量约为8.2亿千瓦，占全国煤电机组容量的91.20%，其中采用石灰石-石膏湿法工艺的占92%。脱硫处理后烟气中含有除尘后逃逸的粉尘，此外，由于脱硫过程中存在脱硫浆液雾化夹带、脱硫产物结晶析出，以及各种气-液、气-液-固脱硫反应等物化过程，本身又可能会形成PM2.5，使得烟气经湿法脱硫后PM2.5排放浓度有时反而增加。因此，湿法脱硫系统对PM2.5的捕集效率较低。同时，湿法脱硫技术对烟气中SO3的脱除效率一般不超过50%。SO3是电厂蓝烟/黄烟的罪魁祸首，也是酸雨形成的主要原因。SO3极易与水蒸气结合形成亚微米级的H2SO4酸雾，通过烟囱排入大气，进而形成二次颗粒硫酸盐，这也是大气中PM2.5的重要来源之一。另外，SO3还可能引起设备腐蚀，因此对燃煤电厂烟气中的SO3进行减排控制已迫在眉睫。
我国于2012年颁布了新的环境空气质量标准，重点纳入了细颗粒物PM2.5为新指标，新标准于2016年1月1日实施。湿式电除尘器作为大气污染物控制系统的终端处理设备，已逐渐被应用，具有控制复合污染物的强大功能，对细微的、黏性的或高比电阻粉尘及烟气中酸雾、气溶胶、汞、重金属等的脱除效果较理想。申请号为201610380648.5的发明专利公开了一种基于蒸发冷却除尘技术的湿式电除尘方法及装置，在湿式电除尘器之前设置蒸发冷却除尘装置，使得饱和湿烟气在进入湿式电除尘器之前脱除一部分细颗粒物，同时回收部分烟气中的水汽。但其装置复杂，操作较难，因此在实际应用中仍存在一定的困难。
发明内容
技术问题：本发明提供一种促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫酸雾的装置及其方法，该方法可深度脱除SO2，协同增强对PM2.5及SO3的脱除效率，减少对环境的污染。
技术方案：一种促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫酸雾的装置，其特征在于，该装置包括预洗涤塔、烟气换热器、脱硫塔、设于预洗涤塔外侧的预洗涤塔循环泵和设于脱硫塔外侧的脱硫塔循环泵，所述预洗涤塔内从下往上依次设有用于存储预洗涤液的预洗涤塔贮液槽、预洗涤塔入口、预洗涤塔喷淋装置、除雾器和预洗涤塔出口，且预洗涤塔贮液槽、预洗涤塔循环泵和预洗涤塔喷淋装置依次通过管道连接构成预洗涤循环回路；所述脱硫塔内从下往上依次设有用于存储脱硫洗涤液的脱硫塔贮液槽、脱硫塔入口、脱硫塔喷淋装置、除雾器和脱硫塔出口，且脱硫塔贮液槽、脱硫塔循环泵和脱硫塔喷淋装置依次通过管道连接构成脱硫洗涤循环回路；所述烟气换热器5设于预洗涤塔与脱硫塔之间，烟气换热器入口与预洗涤塔出口连接，烟气换热器出口与脱硫塔入口连接。
进一步，所述脱硫洗涤循环回路上设有换热器对洗涤液进行换热降温。
进一步，所述脱硫塔贮液槽内设有换热器对洗涤液进行换热降温。
进一步，所述烟气换热器中的换热管为氟塑料毛细管或不锈钢螺旋翅片管。
一种基于上述装置的促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫酸雾的方法，主要包括以下步骤：含尘烟气先进入预洗涤塔，利用预洗涤塔循环泵抽取预洗涤塔贮液槽内存储的预洗涤液，并通过预洗涤塔喷淋装置向烟气喷洒预洗涤液进行反应，反应过程中脱除部分SO2，同时发生传质传热，从而使烟气温度降低，并接近过饱和，然后利用烟气换热器对预洗涤塔出口的烟气降温，使得烟气达到过饱和状态，PM2.5/SO3酸雾发生凝结长大并部分由预洗涤液洗涤脱除和除雾器拦截脱除；经预洗涤塔、烟气换热器脱除部分PM2.5/SO3酸雾后的烟气进入脱硫塔，利用脱硫塔循环泵抽取脱硫塔贮液槽内存储的脱硫洗涤液，并通过脱硫塔喷淋装置向烟气喷洒经洗涤液换热器换热降温的脱硫洗涤液，使得烟气中的SO2被进一步脱除，同时烟气发生二次过饱和，使未脱除的PM2.5/SO3酸雾发生二次凝并长大并由脱硫洗涤液洗涤脱除和除雾器拦截捕集，脱除PM2.5及SO3酸雾后的烟气经脱硫塔出口排出。
进一步，所述的预洗涤塔喷淋的脱硫洗涤液温度为40-50℃，脱硫塔喷淋的脱硫洗涤液温度较预洗涤塔喷淋的脱硫洗涤液温度低10-20℃。
进一步，预洗涤塔出口烟气经换热器降温后进入脱硫塔，烟气温降控制在3-10℃。
进一步，所述预洗涤塔中脱硫洗涤液与烟气的液气比为10L/Nm3，脱硫塔塔中脱硫洗涤液与烟气的液气比为10L/Nm3。
进一步，所述的烟气经换热器中冷却水流动方向与烟气经换热器内烟气流动的方向相反，逆流传热，所述烟气经换热器的冷却水出口与预洗涤塔贮液槽相连通，可将冷凝水加以回收利用。
有益效果：
1、烟气进入预洗涤塔首先与预洗涤塔洗涤液进行逆流传质传热，烟气温度降低，且接近饱和；烟气经预洗涤塔出口的烟气换热器降温，温度进一步降低，更易于在烟气换热器后建立过饱和水汽环境，且烟气温度降低的同时可以使烟气中水汽达到水露点而凝结，回收烟气中部分水分。
2、烟气进入脱硫塔后，与经过换热器降温的脱硫洗涤液逆流接触反应，烟气温度降低，且达到过饱和，可在脱硫塔内建立过饱和水汽环境，细颗粒物及SO3酸雾在过饱和水气环境中核化凝结长大，进而由设置于脱硫塔顶部的除雾器脱除。通过优化脱硫塔内的气液温差，可降低脱硫液滴的蒸发，还可使部分水汽从烟气冷凝至脱硫液中，进而降低脱硫水耗。
3、本发明工艺简单，只需在双塔之间增设烟气换热器，可降低预洗涤塔出口烟气温度，从而提高湿法脱硫对SO2的脱除效率，协同促进脱硫过程对PM2.5及SO3的脱除。广泛应用于安装双塔脱硫系统的燃煤电站锅炉和工业锅炉。
附图说明
图1是本发明的系统流程示意图。
图中：1-预洗涤塔；2-脱硫塔；3-预洗涤塔喷淋装置；4-脱硫塔喷淋装置；5-烟气换热器；6-预洗涤塔循环泵；7-脱硫塔循环泵；8-除雾器；9-脱硫塔洗涤液换热器。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明的一种双塔双循环湿法脱硫促进烟气中细颗粒物及三氧化硫酸雾高效脱除的装置，主要有预洗涤塔1、脱硫塔2、烟气换热器5、设于预洗涤塔1外侧的预洗涤塔循环泵6和设于脱硫塔2外侧的脱硫塔循环泵7，所述预洗涤塔内从下往上依次设有预洗涤塔贮液槽、预洗涤塔入口、预洗涤塔喷淋装置3、除雾器和预洗涤塔出口，且预洗涤塔贮液槽、预洗涤塔循环泵6和预洗涤塔喷淋装置3依次通过管道连接构成预洗涤循环回路；所述脱硫塔内从下往上依次设有脱硫塔贮液槽、脱硫塔入口、脱硫塔喷淋装置4、除雾器8和脱硫塔出口，且脱硫塔贮液槽、脱硫塔循环泵7和脱硫塔喷淋装置4依次通过管道连接构成脱硫洗涤循环回路；所述烟气换热器5设于预洗涤塔与脱硫塔之间，烟气换热器5入口与预洗涤塔出口连接，烟气换热器5出口与脱硫塔入口连接，烟气从烟气换热器5上部进入，下部排出，烟气换热器5中的冷却水由下部进入，上部排出。其中预洗涤塔1和脱硫塔2可采用喷淋塔、旋流板塔、填料塔、湍球塔等塔类型，塔内分别设有脱硫液喷淋装置，预洗涤塔喷淋装置3和脱硫塔喷淋装置4上方设有除雾器8，洗涤液换热器9安置于脱硫塔贮液槽内。
一种双塔双循环湿法脱硫促进烟气中细颗粒物及三氧化硫酸雾高效脱除的方法：含尘烟气先进入预洗涤塔1，在塔内与温度为50℃预洗涤液反应，发生传质传热，从而使烟气温度降低至55℃，湿度增加至95%。烟气中的SO2与预洗涤液初步反应被洗涤脱除，同时较大的颗粒物及SO3酸雾液滴被洗涤脱除或被顶部除雾器8脱除；利用双塔间设置的烟气换热器5对预洗涤塔1出口的烟气降温5℃，使得脱硫塔2入口烟气温度为50℃，烟气湿度进一步增加，在两塔之间以及脱硫塔2内建立过饱和水汽环境。烟气进入脱硫塔2后与温度为45℃的脱硫洗涤液反应，烟气中的SO2被进一步脱除。细颗粒物及SO3酸雾在过饱和水汽环境中核化凝结长大，长大后的细颗粒物及SO3酸雾在脱硫塔2内被脱硫洗涤液洗涤脱除或被除雾器8拦截捕集。该方法具有脱硫效率高的特点，同时增强了湿法脱硫对细颗粒物及SO3酸雾的脱除效率。烟气换热器5的冷却水由下部进入，上部排出，排出的冷却水可用于脱硫洗涤液补给水。脱硫塔2内脱硫洗涤液温度比预洗涤塔1内的预洗涤液温度低5℃。双塔脱硫操作液气比均控制在10L/Nm3。烟气经过两级塔后均被降温增湿，有利于过饱和水汽环境的建立。由于烟气温度的降低，抑制了脱硫液滴的蒸发，还使部分水汽从烟气冷凝至脱硫液中，减少脱硫水耗，节约能源。预洗涤塔出口的烟气温度经由换热器降温，使两级脱硫塔之间以及脱硫塔内建立过饱和水气环境，过饱和水汽在细颗粒物及SO3酸雾表面发生核化凝结，使其粒度增大，从而促进脱硫过程对PM2.5及SO3的脱除。
实施例2
烟气由全自动燃煤锅炉产生，烟气量为350Nm3/h，辅以气溶胶发生器、SO3发生器、蒸汽发生器在烟气中添加适量燃煤飞灰、SO3、水蒸气，使燃煤烟气中细颗粒物浓度为48.4 mg/Nm3，细颗粒物质量浓度为15.2mg/Nm3，细颗粒物数浓度为3.6×106 1/cm，SO3浓度为60 mg/Nm3。该系统采用实施例1中所述装置及其脱除方法，湿式脱硫塔采用塔径219mm、塔高5250mm的喷淋塔，喷淋塔顶部安装高效除雾器。温度为120℃的含尘烟气先进入预洗涤塔，与温度为50℃预洗涤液反应，使烟气温度降低至55℃，湿度增加至95%，烟气中的SO2初步被脱除。经维萨拉-HMT337型温湿度变送器测定。烟气经双塔间设置的烟气换热器降温5℃，使得脱硫塔入口烟气温度为50℃，经维萨拉-HMT337型温湿度变送器测定。烟气进入脱硫塔后与温度为45℃的脱硫洗涤液反应，烟气中的SO2被进一步脱除。细颗粒物及SO3酸雾在过饱和水汽环境中核化凝结长大，长大后的细颗粒物及SO3酸雾在脱硫塔内被脱硫洗涤液洗涤脱除或被高效除雾器拦截捕集。预洗涤塔喷淋装置和脱硫塔喷淋装置均采用二级喷淋，预洗涤液和脱硫洗涤液均采用石灰石水溶液，液气比为10L/Nm3。脱硫塔出口粉尘浓度经WJ-60B型皮托管平行全自动烟尘采样仪测试为9.3 mg/Nm3，脱除效率为81.6%；其中，采用电称低压冲击器ELPI在线测试，脱硫塔出口细颗粒物浓度为4.2 mg/Nm3，脱除效率为75.0%。采用控制冷凝法对脱硫塔出口SO3酸雾浓度进行测试，脱硫塔出口SO3酸雾浓度为22.4mg/Nm3，脱除效率为66.2%。
其中，采用电称低压冲击器ELPI在线测试，脱硫塔出口细颗粒物数浓度为1.3×106 1/cm3。采用控制冷凝法对脱硫塔出口SO3酸雾浓度进行测试，脱硫塔出口SO3酸雾浓度为13.02 mg/Nm3。
对比例1
两级塔之间换热器未开启，其余同实施例1。经测定，脱硫塔出口总尘质量浓度为16.4mg/Nm3，脱除效率为66.1%；细颗粒物质量浓度为6.1 mg/Nm3，脱除效率为59.9%；SO3酸雾浓度为33.6 mg/Nm3，脱除效率为44.0%。

Claims (9)

1.一种促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫酸雾的装置，其特征在于，该装置包括预洗涤塔（1）、脱硫塔（2）、烟气换热器（5）、设于预洗涤塔（1）外侧的预洗涤塔循环泵（6）和设于脱硫塔（2）外侧的脱硫塔循环泵（7），所述预洗涤塔内从下往上依次设有用于存储预洗涤液的预洗涤塔贮液槽、预洗涤塔入口、预洗涤塔喷淋装置（3）、除雾器和预洗涤塔出口，且预洗涤塔贮液槽、预洗涤塔循环泵（6）和预洗涤塔喷淋装置（3）依次通过管道连接构成预洗涤循环回路；所述脱硫塔内从下往上依次设有用于存储脱硫洗涤液的脱硫塔贮液槽、脱硫塔入口、脱硫塔喷淋装置（4）、除雾器和脱硫塔出口，且脱硫塔贮液槽、脱硫塔循环泵（7）和脱硫塔喷淋装置（4）依次通过管道连接构成脱硫洗涤循环回路；所述烟气换热器（5）设于预洗涤塔（1）与脱硫塔（2）之间，烟气换热器（5）入口与预洗涤塔（1）出口连接，烟气换热器（5）出口与脱硫塔（2）入口连接。
2.根据权利要求1所述的一种促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫酸雾的装置及其方法，其特征在于，所述脱硫洗涤循环回路上设有洗涤液换热器（9）对洗涤液进行换热降温。
3.根据权利要求1所述的一种促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫酸雾的装置及其方法，其特征在于，所述脱硫塔贮液槽内设有洗涤液换热器（9）对洗涤液进行换热降温。
4.根据权利要求1所述的实施促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫酸雾的装置及其方法，其特征在于，所述烟气换热器中的换热管为氟塑料毛细管或不锈钢螺旋翅片管。
5.根据权利要求1-4中任一项所述装置的促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫酸雾的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：含尘烟气先进入预洗涤塔，利用预洗涤塔循环泵抽取预洗涤塔贮液槽内存储的预洗涤液，并通过预洗涤塔喷淋装置向烟气喷洒预洗涤液进行反应，反应过程中脱除部分SO2，同时发生传质传热，从而使烟气温度降低，并接近过饱和，然后利用烟气换热器对预洗涤塔出口的烟气降温，使得烟气达到过饱和状态，PM2.5/SO3酸雾发生凝结长大并部分由预洗涤液洗涤脱除和除雾器拦截脱除；经预洗涤塔、烟气换热器脱除部分PM2.5/SO3酸雾后的烟气进入脱硫塔，利用脱硫塔循环泵抽取脱硫塔贮液槽内存储的脱硫洗涤液，并通过脱硫塔喷淋装置向烟气喷洒经洗涤液换热器换热降温的脱硫洗涤液，使得烟气中的SO2被进一步脱除，同时烟气发生二次过饱和，使未脱除的PM2.5/SO3酸雾发生二次凝并长大并由脱硫洗涤液洗涤脱除和除雾器拦截捕集，脱除PM2.5及SO3酸雾后的烟气经脱硫塔出口排出。
6.根据权利要求5所述的一种促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫酸雾的方法，其特征在于，所述的预洗涤塔喷淋的脱硫洗涤液温度为40-50℃，脱硫塔喷淋的脱硫洗涤液温度较预洗涤塔喷淋的脱硫洗涤液温度低10-20℃。
7.根据权利要求5所述的一种促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫酸雾的方法，其特征在于，预洗涤塔出口烟气经换热器降温后进入脱硫塔，烟气温度降低控制在3-10℃。
8.根据权利要求5所述的一种促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫酸雾的方法，其特征在于，所述预洗涤塔中脱硫洗涤液与烟气的液气比为10L/Nm3，脱硫塔塔中脱硫洗涤液与烟气的液气比为10L/Nm3。
9.根据权利要求5所述的一种促进双塔双循环湿法脱硫系统脱除细颗粒物及三氧化硫酸雾的方法，其特征在于，所述的烟气经换热器中冷却水流动方向与烟气经换热器内烟气流动的方向相反，逆流传热。
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