CN108916900A - 一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统和方法 - Google Patents

一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统和方法，属于烟气净化技术领域。系统包括依次连接的脱硝反应器、空气预热器、热回收器、低低温电除尘器、脱硫塔和再加热器，脱硝反应器与锅炉的出烟烟道连接，再加热器与烟囱连接，热回收器和低低温电除尘器之间连接有相变室；相变室包括烟气入口、烟气出口、凝结水排放口和若干蒸汽入口；蒸汽入口上均设置有雾化喷头；相变室内设置有旋流装置；旋流装置呈倒置的漏斗状，蒸汽入口与旋流装置的上端口均呈切圆布置；蒸汽入口绕所述相变室中心轴线均匀分布。本发明将相变室和低低温电除尘器耦合，可以促进电除尘器对细颗粒的荷电脱除效率，同时减少电除尘器在振打清灰时的二次扬尘现象。

Description

一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统和方法
技术领域
本发明属于烟气净化技术领域，具体是一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统和方法。
背景技术
燃煤电厂排放的烟气含有大量的细颗粒，是造成大气环境中颗粒物污染的主要来源之一，而且这些颗粒物大多含有重金属等有毒物质，这些粒径小、表面积大携带重金属多样且传输距离长的细颗粒，对人体健康带来很大的伤害。因此需要针对电厂细颗粒进行高效脱除。
电除尘器具有除尘效率高、设备阻力低、处理烟气量大、运行费用低、维护工作量少且无二次污染等优点，长期以来在电力行业除尘领域占据着绝对的优势地位。低低温电除尘技术可大幅度降低粉尘的比电阻，提高除尘效率，不但能够实现低排放，当采用低温省煤器时，还可以节能，同时去除大部分SO3，但是低低温电除尘器对比电阻的降低导致阳极板上的粉尘容易在振打时发生二次扬尘，降低其除尘性能；另外，由于0.1-1μm(GreenfieldGap)的细颗粒荷电性能差，因此电除尘器对该粒径段的细颗粒脱除效果仍然不理想。
经检索，中国专利，申请号：201320409789.7，授权公告日：2014.04.23，公开了一种火力发电厂低低温电除尘系统，它包括：至少一空气预热器，至少一电除尘器，以及将所述空气预热器与所述电除尘器连接在一起的连接管，所述的空气预热器出口与电除尘器进口之间设置有一降低进入电除尘器的烟气温度达到或低于烟气露点90℃温度的烟气换热器；所述电除尘器通过一引风机连通于一脱硫吸收塔，并在所述脱硫吸收塔之后连接有一烟囱；所述烟气换热器采用逆流换热型式，内部布置有垂直管换热流道或水平管换热流道；该实用新型具有降低工程设备投资、降低厂用电率、节能降耗、能提高机组热经济性、满足最新环保排放标准等特点，但电除尘器内易发生二次扬尘，除尘性能差。
发明内容
发明要解决的技术问题
针对现有技术中低低温电除尘器内易发生二次扬尘，除尘性能差问题，本发明提供了一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统和方法，将相变室和低低温电除尘器耦合，一方面可以提高细颗粒进入除尘器入口前的颗粒粒径，促进电除尘器对细颗粒的荷电脱除效率；另一方面，由于颗粒表面有水汽存在，强化了集尘板上细颗粒之间的粘附效果，从而减少电除尘器在振打清灰时的二次扬尘现象，提高除尘器的除尘性能。
技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，包括依次连接的脱硝反应器、空气预热器、热回收器、低低温电除尘器、脱硫塔和再加热器，所述脱硝反应器与锅炉的出烟烟道连接，所述再加热器与烟囱连接，所述热回收器和所述低低温电除尘器之间连接有促进烟气中细颗粒长大的相变室，从所述锅炉出来的烟气依次通过所述脱硝反应器、空气预热器、热回收器、相变室、低低温电除尘器、脱硫塔和再加热器，完成脱硝、除尘、脱硫处理；将所述相变室设置在所述热回收器和所述低低温电除尘器之间，一方面通过前置的所述空气预热器和所述热回收器的换热，使得进入所述相变室的烟气温度降低，体积减小，流速降低，饱和蒸汽压力下降，减少构建过饱和所需要的蒸汽添加量，另一方面，由于在所述相变室内烟气中细颗粒与水雾或蒸汽结合，使得细颗粒相互粘附，粒径变大，进而在进入所述低低温电除尘器之后更容易被除尘器捕集到集尘板上，同时由于烟气中颗粒表面含水，强化了颗粒与集尘板以及颗粒与颗粒之间的粘附效果，进而可以防止电除尘器在振打清灰时发生大量的二次扬尘。
进一步地，所述相变室包括烟气入口、烟气出口、凝结水排放口和若干蒸汽入口，所述烟气入口和所述凝结水排放口均设置在所述相变室底部，所述凝结水排放口用于排出凝结水，所述烟气出口设置在所述相变室顶部，若干所述蒸汽入口均设置在所述相变室腰部靠下位置，保证水汽与烟气在上升过程中有足够的混合缓冲空间。
进一步地，所述蒸汽入口上均设置有雾化喷头，使得通入所述相变室内的既可以是水蒸气，也可以是液态水，当向所述相变室通入水而非蒸汽时，所述雾化喷头可以将水雾化形成水雾，形成过饱和水汽条件，促使水在颗粒表面凝结增大其粒径；使用液态冷水雾化与烟气结合还可以起到冷却烟气的效果。
进一步地，所述相变室内设置有用于加强烟气和水汽混合的旋流装置，通过产生旋转气流使颗粒与水汽充分混合。
进一步地，所述旋流装置呈倒置的漏斗状，所述蒸汽入口与所述旋流装置的上端口均呈切圆布置，可以减少射流对冲阻力，强化旋流效果，促使颗粒与水汽更加充分混合。
进一步地，所述蒸汽入口绕所述相变室中心轴线均匀分布，保证烟气气流截面上各区域均有水汽覆盖，促使细颗粒成长和颗粒含水更加均匀。
进一步地，所述相变室的内衬材料为低表面能材料，如聚四氟乙烯、四氟乙烯乙烯基醚共聚物、氟乙烯乙烯基醚共聚物等。
一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的方法，步骤为：
步骤一、将从锅炉出来的烟气通入脱硝反应器中进行脱硝；
步骤二、烟气的换热降温：
A、将脱硝后的烟气通入空气预热器中进行初步换热降温；
B、将初步换热降温后的烟气通入热回收器中进行进一步换热降温；
步骤三、换热降温后的烟气通入相变室，使颗粒表面附着水汽，并促进细颗粒粒径增大；
步骤四、将从所述相变室出来的烟气通入低低温电除尘器，进行除尘；
步骤五、将除尘后的烟气通入脱硫塔中进行脱硫；
步骤六、将脱硫后的烟气通入再加热器中进行加热；
步骤七、将加热后的烟气通入烟囱，并从所述烟囱外排。
进一步地，所述低低温电除尘器内的烟气流速为0.8～1m/s。
进一步地，所述相变室内每立方米烟气量中补充的蒸汽量为10～100g。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明提供的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，通过前置的所述空气预热器和所述热回收器的换热，使得进入所述相变室的烟气温度降低，体积减小，流速降低，饱和蒸汽压力下降，减少构建过饱和所需要的蒸汽添加量；
(2)本发明提供的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，所述相变室内烟气中细颗粒与水雾或蒸汽结合，使得细颗粒相互粘附，粒径变大，进而在进入所述低低温电除尘器之后更容易被除尘器捕集到集尘板上；同时由于烟气中颗粒表面含水，强化了颗粒与颗粒之间的粘附效果，进而可以防止电除尘器在振打清灰时发生大量的二次扬尘；
(3)本发明提供的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，通过在所述低低温电除尘器前设置相变室，对烟气的增湿，使得烟气中的SO3更容易黏附在粉尘上并被碱性物质中和，从而提高了所述低低温电除尘器对SO3的脱除效率；
(4)本发明提供的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，所述蒸汽入口上设置有雾化喷头，使得通入所述相变室内的既可以是水蒸气，也可以是液态水，使用液态冷水雾化与烟气结合可以起到冷却烟气的效果；
(5)本发明提供的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，通过设置旋流装置，可以强化颗粒与水汽或的混合；
(6)本发明提供的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，蒸汽入口与旋流装置的上端口均呈切圆布置，可以减少射流对冲阻力，强化旋流效果，促使颗粒与水汽更加充分混合；
(7)本发明提供的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，蒸汽入口绕相变室中心轴线均匀分布，保证烟气气流截面上各区域均有水汽覆盖，促使细颗粒成长和颗粒含水更加均匀；
(8)本发明提供的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，相变室的内衬材料采用低表面能材料，防止蒸汽在相变室内表面凝结，避免造成蒸汽的浪费而增加能耗；
(9)本发明提供的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的方法，烟气中颗粒脱除效率可达99.9％～99.97％，除尘效率高，尤其可以大幅度提高电除尘器对0.1-1μm粒径段细颗粒的脱除效果。
附图说明
图1、本发明的系统示意图；
图2、相变室的结构示意图；
图3、相变室另一种形式的结构示意图；
图4、两个蒸汽入口与旋流装置配合的结构示意图；
图5、三个蒸汽入口与旋流装置配合的结构示意图；
图6、四个蒸汽入口与旋流装置配合的结构示意图；
附图中：1、锅炉；2、脱硝反应器；3、空气预热器；4、热回收器；5、相变室；6、低低温电除尘器；7、脱硫塔；8、再加热器；9、烟囱；51、烟气入口；52、烟气出口；53、蒸汽入口；54、雾化喷头；55、凝结水排放口；56、旋流装置。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
实施例1
一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，如图1所示，包括通过烟道依次连接的脱硝反应器2、空气预热器3、热回收器4、低低温电除尘器6、脱硫塔7和再加热器8，所述脱硝反应器2与锅炉1的出烟烟道连接，所述再加热器8与烟囱9连接，所述热回收器4和所述低低温电除尘器6之间连接有促进烟气中细颗粒长大的相变室5。
如图2所示，所述相变室5包括烟气入口51、烟气出口52、凝结水排放口55和若干蒸汽入口53，所述烟气入口51和所述凝结水排放口55均设置在所述相变室5底部，所述凝结水排放口55用于排出凝结水，所述烟气出口52设置在所述相变室5顶部，若干所述蒸汽入口53均设置在所述相变室5腰部靠下位置，保证水汽与烟气在上升过程中有足够的混合缓冲空间。
为保证水汽与烟气充分接触，所述蒸汽入口53的数量为两个或两个以上。所述蒸汽入口53绕所述相变室5中心轴线均匀分布，保证烟气气流截面上各区域均有水汽覆盖，促使细颗粒成长和颗粒含水更加均匀。可以理解的，所述蒸汽入口53的数量越多，烟气气流截面上各区域水汽覆盖越全面，细颗粒成长和颗粒含水分布越均匀。
所述相变室5的内衬材料为低表面能材料，如聚四氟乙烯、四氟乙烯乙烯基醚共聚物、氟乙烯乙烯基醚共聚物等，可防止蒸汽在所述相变室5内表面凝结，避免造成蒸汽的浪费而增加能耗，本实施例中所述相变室5的内衬材料为聚四氟乙烯。
从所述锅炉1出来的烟气依次通过所述脱硝反应器2、空气预热器3、热回收器4、相变室5、低低温电除尘器6、脱硫塔7和再加热器8，完成脱硝、除尘、脱硫处理；将所述相变室5设置在所述热回收器4和所述低低温电除尘器6之间，一方面通过前置的所述空气预热器3和所述热回收器4的换热，使得进入所述相变室5的烟气温度降低，体积减小，流速降低，饱和蒸汽压力下降，减少构建过饱和所需要的蒸汽添加量；另一方面，由于在所述相变室5内烟气中细颗粒与水雾或蒸汽结合，使得细颗粒相互粘附，粒径变大，进而在进入所述低低温电除尘器6之后更容易被除尘器捕集到集尘板上，同时由于烟气中颗粒表面含水，强化了颗粒与颗粒之间的粘附效果，进而可以防止电除尘器在振打清灰时发生大量的二次扬尘。
另外，低低温电除尘技术是通过降低所述低低温电除尘器6入口烟气温度至酸露点温度以下，一般在90℃左右，使烟气中的大部分SO3在换热器中冷凝形成硫酸雾，在本系统中由于所述相变室5对烟气的增湿作用，使得烟气中的SO3更容易黏附在粉尘上并被碱性物质中和，从而提高了所述低低温电除尘器6对SO3的脱除效率。
本实施例的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，所述蒸汽入口53的数量为两个，所述相变室5内每立方米烟气量中补充的蒸汽量为100g，经过所述相变室5后，烟气中粒径为0.1～1μm左右的细颗粒的粒径可以增加到2.2～2.8μm左右，同时有一部分颗粒融入凝结水中，从所述凝结水排放口55排出，进入所述低低温电除尘器6中的烟气中颗粒浓度为19.9～29.8g/m3，所述低低温电除尘器6内的烟气流速为0.8m/s，经所述低低温电除尘器6除尘口，烟气中颗粒浓度可降至15mg/m3以内。
实施例2
本实施例的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于，如图2所示，所述蒸汽入口53上均设置有雾化喷头54，使得通入所述相变室5内的既可以是水蒸气，也可以是液态水，当向所述相变室5通入水而非蒸汽时，所述雾化喷头54可以将水雾化形成水雾，以促使水与颗粒物的结合；使用液态冷水雾化与烟气结合可以起到冷却烟气的效果，同时通过传热传质过程使得更容易达到过饱和水汽条件。
实施例3
本实施例的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，基本结构同实施例1或2，不同和改进之处在于，如图3所示，所述相变室5内设置有用于加强烟气和水汽混合的旋流装置56，通过产生旋转气流使颗粒与水汽充分混合，所述旋流装置56也为低表面能材料制成，防止蒸汽在所述旋流装置56表面凝结，造成蒸汽的浪费而增加能耗，本实施例中所述旋流装置56的内衬材料为聚四氟乙烯。如图3、4所示，所述旋流装置56呈倒置的漏斗状，所述蒸汽入口53与所述旋流装置56的上端口均呈切圆布置，可以减少射流对冲阻力，强化旋流效果，促使颗粒与水汽更加充分混合。所述蒸汽入口53绕所述旋流装置56均匀分布，保证烟气气流截面上各区域均有水汽覆盖，促使细颗粒成长和颗粒含水更加均匀。
本实施例的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，所述蒸汽入口53的数量为两个，所述相变室5内每立方米烟气量中补充的蒸汽量为50g，经过所述相变室5后，烟气中粒径为0.1～1μm左右的细颗粒的粒径可以增加到2.6～3.3μm左右，同时有一部分颗粒融入凝结水中，从所述凝结水排放口55排出，进入所述低低温电除尘器6中的烟气中颗粒浓度为19.6～29.7g/m3，所述低低温电除尘器6内的烟气流速为0.8m/s，经所述低低温电除尘器6除尘口，烟气中颗粒浓度可降至12mg/m3以内。
实施例4
本实施例的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，基本结构同实施例3，不同和改进之处在于，如图5所示，所述蒸汽入口53的数量为三个，所述相变室5内每立方米烟气量中补充的蒸汽量为20g，经过所述相变室5后，烟气中粒径为0.1～1μm左右的细颗粒的粒径可以增加到2.9～3.7μm左右，同时有一部分颗粒融入凝结水中，从所述凝结水排放口55排出，进入所述低低温电除尘器6中的烟气中颗粒浓度为19.5～29.6g/m3，所述低低温电除尘器6内的烟气流速为0.9m/s，经所述低低温电除尘器6除尘口，烟气中颗粒浓度可降至11mg/m3以内。
实施例5
本实施例的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，基本结构同实施例3或4，不同和改进之处在于，如图6所示，所述蒸汽入口53的数量为四个，所述相变室5内每立方米烟气量中补充的蒸汽量为10g，经过所述相变室5后，烟气中粒径为0.1～1μm左右的细颗粒的粒径可以增加到3.2～3.9μm左右，同时有一部分颗粒融入凝结水中，从所述凝结水排放口55排出，进入所述低低温电除尘器6中的烟气中颗粒浓度为19.4～29.4g/m3，所述低低温电除尘器6内的烟气流速为1m/s，经所述低低温电除尘器6除尘口，烟气中颗粒浓度可降至10mg/m3以内。
实施例6
一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的方法，应用实施例1至5任一的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，步骤为：
步骤一、将从锅炉1出来的烟气通入脱硝反应器2中进行脱硝；
步骤二、烟气的换热降温：
A、将脱硝后的烟气通入空气预热器3中进行初步换热，降低烟气温度；
B、将初步换热降温后的烟气通入热回收器4中进行进一步换热降温，进一步降低烟气温度，以保证达到相变室5的进烟温度要求，同时热回收器4回收的热量用于后续给烟气加热，达到余热的充分利用；
步骤三、换热降温后的烟气通入相变室5，在过饱和条件下使颗粒表面附着水汽，从而促进细颗粒粒径增大，所述相变室5内每立方米烟气量中补充的蒸汽量为10～100g，烟气中粒径为0.1～1μm左右的细颗粒的粒径可以增加到2.2～3.9μm左右；蒸汽量过高会导致耗能成倍增加，过低则会导致蒸汽量不足，细颗粒增大效果不明显，同时还会影响后续的低低温电除尘器6对SO3脱除率；
步骤四、将从所述相变室5出来的烟气通入低低温电除尘器6进行除尘，所述低低温电除尘器6内的烟气流速为0.8～1m/s，流速过低会导致单位时间内处理的烟气量偏少，相对能耗偏高，而流速过高会导致烟尘中的颗粒不宜附着在集尘板上，同时有可能导致二次扬尘；
步骤五、将除尘后的烟气通入脱硫塔7中进行脱硫；
步骤六、将脱硫后的烟气通入再加热器8中进行加热，利用之前热回收器4回收的热量加热烟气，抬升烟气温度，防止下游设备腐蚀，无烟气泄露，可以彻底消除白烟及石膏雨；
步骤七、将加热后的烟气通入烟囱9，并从所述烟囱9外排。
本实施例的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的方法，烟气中颗粒脱除效率可达99.9％～99.97％，除尘效率高，尤其可以大幅度提高电除尘器对0.1-1μm粒径段细颗粒的脱除效果。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，包括依次连接的脱硝反应器(2)、空气预热器(3)、热回收器(4)、低低温电除尘器(6)、脱硫塔(7)和再加热器(8)，所述脱硝反应器(2)与锅炉(1)的出烟烟道连接，所述再加热器(8)与烟囱(9)连接，其特征在于：所述热回收器(4)和所述低低温电除尘器(6)之间连接有促进烟气中细颗粒长大的相变室(5)。
2.根据权利要求1所述的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，其特征在于：所述相变室(5)包括烟气入口(51)、烟气出口(52)、凝结水排放口(55)和若干蒸汽入口(53)，所述烟气入口(51)和所述凝结水排放口(55)均设置在所述相变室(5)底部，所述烟气出口(52)设置在所述相变室(5)顶部，若干所述蒸汽入口(53)均设置在所述相变室(5)腰部靠下位置。
3.根据权利要求2所述的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，其特征在于：所述蒸汽入口(53)上均设置有雾化喷头(54)。
4.根据权利要求2所述的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，其特征在于：所述相变室(5)内设置有用于加强烟气和水汽混合的旋流装置(56)。
5.根据权利要求4所述的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，其特征在于：所述旋流装置(56)呈倒置的漏斗状，所述蒸汽入口(53)与所述旋流装置(56)的上端口均呈切圆布置。
6.根据权利要求2至5任一所述的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，其特征在于：所述蒸汽入口(53)绕所述相变室(5)中心轴线均匀分布。
7.根据权利要求1至5任一所述的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的系统，其特征在于：所述相变室(5)的内衬材料为低表面能材料。
8.一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的方法，其特征在于，步骤为：
步骤一、将从锅炉(1)出来的烟气通入脱硝反应器(2)中进行脱硝；
步骤二、烟气的换热降温：
A、将脱硝后的烟气通入空气预热器(3)中进行初步换热降温；
B、将初步换热降温后的烟气通入热回收器(4)中进行进一步换热降温；
步骤三、换热降温后的烟气通入相变室(5)，使颗粒表面附着水汽，促进细颗粒粒径增大；
步骤四、将从所述相变室(5)出来的烟气通入低低温电除尘器(6)，进行除尘；
步骤五、将除尘后的烟气通入脱硫塔(7)中进行脱硫；
步骤六、将脱硫后的烟气通入再加热器(8)中进行加热；
步骤七、将加热后的烟气通入烟囱(9)，并从所述烟囱(9)外排。
9.根据权利要求8所述的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的方法，其特征在于：所述低低温电除尘器(6)内的烟气流速为0.8～1m/s。
10.根据权利要求8所述的一种水汽相变耦合低低温电除尘脱除细颗粒的方法，其特征在于：所述相变室(5)内每立方米烟气量中补充的蒸汽量为10～100g。
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