CN108636047B - 放电冷凝收水协同脱除污染物的系统 - Google Patents

放电冷凝收水协同脱除污染物的系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种放电冷凝收水协同脱除污染物的系统，所述系统包括壳体，所述壳体内沿烟气进气方向顺次设有相互连通的预荷电子系统、冷凝换热子系统和多功能子系统，所述有预荷电子系统包括第一级箱体，所述第一级箱体内设有第一放电极线，所述冷凝换热子系统包括第二级箱体，所述第二级箱体内设有第一换热管束，所述多功能子系统包括第三级箱体，所述第三级箱体内设有第二放电极线、第二换热管束。本发明通过预荷电技术、放电及冷凝换热耦合强化蒸汽凝结高效收水以及污染物协同脱除技术，强化烟气在冷凝换热效果，提高收水效率，并能够捕集烟气中细小颗粒、残余液滴、可凝结颗粒物及可溶盐等，从而实现高效协同脱除烟气中的污染物组分。

Description

放电冷凝收水协同脱除污染物的系统
技术领域
本发明属于能源电力行业烟气处理技术领域，具体地说是涉及一种放电冷凝收水协同脱除污染物的系统。
背景技术
火力发电仍是我国当前主要电力来源，节约用水，降低耗水指标，是我国发展电力工业的必然选择和发展趋势。
火电厂湿法脱硫系统出口烟气中水蒸气占12％～18％，烟气中不仅含有可溶盐，酸性气体等污染物，其中的大量水蒸气也会携带潜热，降低锅炉效率，直接从烟囱排放更是会造成巨大的水资源浪费。对于中西部尤其是缺水地区尤为强烈。因此将复杂烟气中水资源高效回收利用及污染物协同高效脱除是急需解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种放电冷凝收水协同脱除污染物的系统(放电强化烟气深度降温收水并协同脱除污染物系统)，在换热器冷凝换热、放电强化蒸汽凝结高效收水的同时，协同脱除可凝结颗粒物及可溶盐等污染物。
一种放电冷凝收水协同脱除污染物的系统，所述系统包括壳体，所述壳体内沿烟气进气方向顺次设有相互连通的预荷电子系统、冷凝换热子系统和多功能子系统，所述有预荷电子系统包括第一级箱体，所述第一级箱体内设有第一放电极线，所述冷凝换热子系统包括第二级箱体，所述第二级箱体内设有第一换热管束，所述多功能子系统包括第三级箱体，所述第三级箱体内设有第二放电极线、第二换热管束。
预荷电子系统(第一级子系统)，将湿法脱硫出口烟气中的液滴、颗粒等进行荷电。冷凝换热子系统(第二级子系统)，利用大规模换热管束将饱和烟气中的水汽冷凝下来。多功能子系统(第三级子系统)，也可称为放电及冷凝换热耦合收水协同捕集颗粒、液滴、可凝结颗粒物及可溶盐子系统，将烟气中还存留的水汽冷凝同时强化将空间中的液滴、颗粒物及可溶盐等污染物高效捕集下来。
本发明各箱体的材料均可采用防腐的不锈钢钢材。
作为优选，壳体一端设有烟气进口，壳体另一端设有烟气出口。
作为优选，所述预荷电子系统还包括等距等孔径导流板，所述导流板材料为不锈钢钢材，均匀布置在预荷电子系统的烟气入口处。使烟气均匀进入系统内。
作为优选，所述第一放电极线通过第一绝缘子固定在第一级箱体上部，第二放电极线通过第二绝缘子固定在第三级箱体上部；所述第一放电极线、第二放电极线材料为不锈钢材料。第一、第三级子系统上部设有绝缘子用以固定极线并施加高压电。
作为优选，所述第一换热管束设有第一冷却水进口和第一冷却水出口，第二换热管束设有第二冷却水进口和第二冷却水出口；所述第一换热管束、第二换热管束分别由若干平行设置的蛇形曲线状单管组成，每根单管均由若干U形换热管依次连接组成。
换热管材料可以根据烟气性质，选用不锈钢材料，例如304、304L、314、314L、316、430、439、444等；各种合金材料，例如铝合金、合金600，镍合金22、59和690等；氟塑料材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)，氟化乙烯丙烯(FEP)和全氟烷氧基(PFA)等。换热管内通以冷却水，用以冷凝烟气中的大量水蒸气。在保持最佳换热系数条件下，有效抵抗烟气中的低温酸腐蚀，增加使用寿命。
作为优选，所述第三箱体内设有多排第二放电极线，第三箱体内的U形换热管与第二放电极线间隔布置，每根极线设置在相邻两根U形换热管中心。上述设计可以使得烟气中颗粒荷电均匀，可以强化冷凝换热效果，促进颗粒凝结长大，可以在用以捕集烟气中颗粒、残余液滴、可凝结颗粒物及可溶盐等污染物。
作为优选，所述第二级箱体、第三级箱体底部分别设有冷凝水出口。冷凝下来的水通过冷凝水出口接到集水箱进行存储。
作为优选，所述预荷电子系统、冷凝换热子系统和多功能子系统分别与壳体之间采用可拆卸连接。三个子系统既相互连接，又各自独立可拆卸清洗。
作为优选，所述壳体外围设有保温层。
作为优选，所述系统安装在湿法脱硫系统与烟囱之间。
本发明U型不锈钢的换热管可以增强气流扰动，强化凝结传热，使整体传热系数始终保持在较高的水平；将放电极线(电晕丝)通上高压电源，会在空间产生电晕电流，可以强化冷凝换热效果，并使烟气中颗粒荷电，促进颗粒凝结长大。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果在于：
本发明通过预荷电及放电及冷凝换热耦合技术，强化烟气在冷凝换热效果，提高收水效率，并能够促进烟气中颗粒凝结长大，协同脱除烟气中可凝结颗粒物及可溶盐等污染物组分；另外，可以在保持最佳换热系数条件下，有效抵抗烟气中的低温酸腐蚀，增加使用寿命；设置成三级子系统，可方便拆卸清洗，有效降低了制造、清洗及维修的成本；并且，从烟气中回收的大量的冷凝水可以加以利用到其他地方，而减少区域水的消耗及花费；本发明在水资源节约利用及环境效益上具有相当可观的价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2为预荷电子系统左视结构示意图；
图3为预荷电子系统的荷电结构示意图；
图4为冷凝换热子系统左视结构示意图；
图5为多功能子系统俯视结构示意图；
图6为多功能子系统换热管束结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。
参照图1～6，一种放电冷凝收水协同脱除污染物的系统，所述系统包括壳体1，所述壳体内沿烟气进气方向顺次设有相互连通的预荷电子系统2、冷凝换热子系统2和多功能子系统4。所述壳体一端设有烟气进口5，壳体另一端设有烟气出口6。
所述有预荷电子系统(第一级子系统)包括第一级箱体7，所述第一级箱体内设有第一放电极线8，所述第一放电极线8通过第一绝缘子9固定在第一级箱体上部，高压电接与第一绝缘子9上，使第一放电极线8产生电晕电流让来自湿法脱硫后的高湿烟气从烟气进口5进入第一级子系统进行荷电。
所述预荷电子系统还包括等距等孔径导流板10，所述导流板材料为不锈钢钢材，均匀布置在预荷电子系统的烟气入口处，可以使烟气均匀进入系统内。
所述冷凝换热子系统(第二级子系统)包括第二级箱体11，所述第二级箱体内设有第一换热管束12，所述第一换热管束设有第一冷却水进口13和第一冷却水出口14，所述第一换热管束由若干平行设置的蛇形曲线状单管组成，每根单管均由若干U形换热管依次连接组成；所述第二级箱体底部设有第一冷凝水出口15。冷却水由第一冷却水进口13通入到U形换热管中，由第一冷却水出口14排出，冷凝聚集下来的冷凝水由第一冷凝水出口15排出子系统，在集水箱中收集，等待处理后利用或直接利用。
所述多功能子系统(第三级子系统)为放电及冷凝换热耦合协同捕集颗粒、液滴、可凝结颗粒物及可溶盐子系统，包括第三级箱体16，所述第三级箱体内设有第二放电极线17、第二换热管束18；第二放电极线17通过第二绝缘子19固定在第三级箱体上部；第二换热管束18设有第二冷却水进口20和第二冷却水出口21；所述第二换热管束由若干平行设置的蛇形曲线状单管组成，每根单管均由若干U形换热管依次连接组成；所述第三箱体内设有多排第二放电极线17，第三箱体内的U形换热管与第二放电极线17间隔布置，每根极线设置在相邻两根U形换热管中心；所述第三级箱体底部设有第二冷凝水出口22。冷却水由第二冷却水进口20通入到U形换热管中，由第二冷却水出口21排出，同时在第二绝缘子19上施加高压电，使多排第二放电极线17产生电晕电流，强化捕集烟气中参与的液滴，并协同脱除烟气中的污染物，聚集的液滴由第二冷凝水出口22排出箱体，在集水箱中收集。烟气从烟气出口6排出系统。
预荷电子系统(第一级子系统)，将湿法脱硫出口烟气中的液滴、颗粒等进行荷电。冷凝换热子系统(第二级子系统)，利用大规模换热管束将饱和烟气中的水汽冷凝下来。多功能子系统(第三级子系统)，将烟气中还存留的水汽冷凝同时强化将空间中的液滴、颗粒物及可溶盐等污染物高效捕集下来。
本发明各箱体的材料均可采用防腐的不锈钢钢材，所述第一放电极线、第二放电极线材料为不锈钢材料。可防止烟气腐蚀，提高冷凝收水的可靠性。换热管材料可以根据烟气性质，选用不锈钢材料，例如304、304L、314、314L、316、430、439、444等；各种合金材料，例如铝合金、合金600，镍合金22、59和690等；氟塑料材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)，氟化乙烯丙烯(FEP)和全氟烷氧基(PFA)等。换热管内通以冷却水，用以冷凝烟气中的大量水蒸气。在保持最佳换热系数条件下，有效抵抗烟气中的低温酸腐蚀，增加使用寿命。
所述预荷电子系统、冷凝换热子系统和多功能子系统分别与壳体之间采用可拆卸连接，三个子系统既相互连接，又各自独立可拆卸清洗，方便拆卸、维修、清洗及集成化使用。所述壳体外围设有保温层，所述系统安装在湿法脱硫系统与烟囱之间。
启动时，先通冷却水换热，再使用高压电源向放电极线施加高压电；关闭时，先关闭高压电源，再停止冷却水输送。
本发明放电冷凝收水协同脱除污染物的系统可以使湿法脱硫装置中的传统除雾器不再需要，而颗粒、液滴、可凝结颗粒物及可溶盐在该系统第三级子系统中可以被有效捕集。
本发明放电冷凝收水协同脱除污染物的系统中，水冷凝和放电产生的电晕风可以使单位的传热系数高，从而进一步提高水回收效果；另外，依靠放电产生的电晕功率，可以氧化Hg和NO等污染物，从而提高去除效率。
本发明通过预荷电技术、放电及冷凝换热耦合强化蒸汽凝结高效收水以及污染物协同脱除技术，强化烟气在冷凝换热效果，提高收水效率，并能够捕集烟气中颗粒、残余液滴、可凝结颗粒物及可溶盐等，从而实现协同脱除烟气中的污染物组分。
在中国北方一座660MW褐煤电厂中建立的中试规模试验系统中，普通不加电换热器，当烟气温降为8～10℃时，理论凝结水流量为100～120t/h，水回收效率最高达70％。利用本发明的加电冷凝系统，从烟气中可以获得约135t/h的最大回收水量，冷却水流速大于0.24m/s时，水回收效率可达到85％。
在某台660MW机组利用本发明专利，烟气温度每降1℃，可回收凝结水近10t。同时可明显提高烟气中Hg、As、Ba、Ga、Li、Mn、Sr、Ti元素的脱除倍率，SO2排放可降至20mg/m3以下，NOx和PM排放可分别降至20mg/m3、5mg/m3以下。
需要注意的是，本发明并不限于上述实施方式，采用与发明上述实施例子相同或近似的结构，而得到的其他结构设计，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种放电冷凝收水协同脱除污染物的系统，其特征在于：所述系统包括壳体，所述壳体内沿烟气进气方向顺次设有相互连通的预荷电子系统、冷凝换热子系统和多功能子系统，所述预荷电子系统包括第一级箱体，所述第一级箱体内设有第一放电极线，所述冷凝换热子系统包括第二级箱体，所述第二级箱体内设有第一换热管束，所述多功能子系统包括第三级箱体，所述第三级箱体内设有第二放电极线、第二换热管束；
所述第一换热管束设有第一冷却水进口和第一冷却水出口，第二换热管束设有第二冷却水进口和第二冷却水出口；所述第一换热管束、第二换热管束分别由若干平行设置的蛇形曲线状单管组成，每根单管均由若干U形换热管依次连接组成；所述第三级 箱体内设有多排第二放电极线，第三级 箱体内的U形换热管与第二放电极线间隔布置，每根极线设置在相邻两根U形换热管中心；
所述预荷电子系统、冷凝换热子系统和多功能子系统分别与壳体之间采用可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述放电冷凝收水协同脱除污染物的系统，其特征在于：壳体一端设有烟气进口，壳体另一端设有烟气出口。
3.根据权利要求1所述放电冷凝收水协同脱除污染物的系统，其特征在于：所述预荷电子系统还包括等距等孔径导流板，所述导流板材料为不锈钢钢材，均匀布置在预荷电子系统的烟气入口处。
4.根据权利要求1所述放电冷凝收水协同脱除污染物的系统，其特征在于：所述第一放电极线通过第一绝缘子固定在第一级箱体上部，第二放电极线通过第二绝缘子固定在第三级箱体上部；所述第一放电极线、第二放电极线材料为不锈钢材料。
5.根据权利要求1所述放电冷凝收水协同脱除污染物的系统，其特征在于：所述第二级箱体、第三级箱体底部分别设有冷凝水出口。
6.根据权利要求1所述放电冷凝收水协同脱除污染物的系统，其特征在于：所述壳体外围设有保温层。
7.根据权利要求1所述放电冷凝收水协同脱除污染物的系统，其特征在于：所述系统安装在湿法脱硫系统与烟囱之间。
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