CN108970367A - 一种烟气多污染物协同控制系统及其收水工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烟气多污染物协同控制系统及其收水工艺，烟气多污染物协同控制系统包括内设烟道的脱硫塔，脱硫塔内从下至上分别依次设置有至少一组脱硫喷淋层、降温积液层、降温喷淋层、除雾器、烟气换热层；脱硫塔外设有与降温积液层连通连接的冷却液管路，冷却液管路另一端与循环液冷却塔的回液口连通连接，循环液冷却塔的底部出液口通过串接有冷凝降温循环泵的第一循环管路与降温喷淋层的供液管连通连接；脱硫塔外设有与脱硫浆池连通的串接有脱硫循环泵第二循环管路，其另一端与各脱硫喷淋层连通连接。本发明可对湿法脱硫尾气中多污染物进行深度协同控制，实现多污染物近零排放并回收湿烟气中的水分，也可用于其他高湿烟气的深度处理。
Description
技术领域
本发明涉及化工和环保技术领域，特别是一种烟气多污染物协同控制系统及其收水工艺。
背景技术
目前，我国火电燃煤锅炉烟气100％上了脱硫装置，其中超过90％采用了石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术。燃煤锅炉湿法脱硫装置在运行过程中，脱硫尾气排烟带出了大量水分，以300MW机组为例，脱硫系统每小时消耗水120m3/h，包括原烟气带水分71.8m3/h、脱硫系统补水40m3/h，以年运行时间为8000小时计，则一台300MW机组年耗水量为100万吨。按照燃烧吨煤排放烟气10000Nm3/t、湿烟气所含水分112g/Nm3估算，每燃烧1吨煤，湿烟气带走水份约1吨，主要包括煤中原始含水、脱硫补充水。2014-2017年全国年消耗煤34-37亿吨，则燃煤锅炉烟气脱硫装置每年排入大气的水份高达三十多亿吨。湿法脱硫装置在运行过程中，造成了大量的水资源流失。
湿法脱硫尾气的排烟温度在50℃～55℃，为过饱和湿烟气，烟气成分中固体状态的粉尘和石膏与烟气中液态水混合形成石膏浆液，以液体状态存在于烟气中，另外烟气成分中还包括气体状态的二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOx)、三氧化硫(SO3)、二氧化硫(SO2)、氧气(O2)和汽态的水蒸汽(H2O)等多种污染物。脱硫尾气进入大气中，受较低的环境温度影响，饱和水蒸气进一步冷凝，形成较为明显的白烟现象。含有大量雾滴的白烟不仅造成严重的视觉污染，因重力作用，还增加了烟气中的污染物扩散难度，污染物极易在白烟排放源附近富集，对区域环境质量构成严重不利影响。同时，白烟在冷凝过程中，烟气中残留的酸性气体具有强腐蚀性的凝酸性。近年来燃煤电厂颗粒物排放的研究表明，电厂排放的“白色烟羽”中不仅含有大量冷凝水，同时还包含数目可观的颗粒物，尤其是可溶解性盐部分长久以来被研究者所忽视。可溶解性盐指在烟道条件下为气态，但是从烟囱排放后降温并稀释到大气中时发生凝结和/或反应而立即变为固态或液态颗粒物的物质。该类物质是导致烟囱不透明度增加的主要原因。因此，如何对电厂尾气控制白色烟羽并对多污染物进行深度协同控制，成为燃煤电厂污染物排放研究的重要课题之一。
目前针对湿法脱硫尾气多污染物深度协同控制，回收尾气中水资源实现脱硫尾气近零排放的技术及装备还是空白。
发明内容
本发明的目的就是为了解决背景技术中的不足之处，提供一种烟气多污染物协同控制系统及其收水工艺。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种烟气多污染物协同控制系统，包括设烟道的脱硫塔，脱硫塔内从下至上依次设置有至少一组脱硫喷淋层、降温积液层、降温喷淋层、除雾器、烟气换热层；脱硫塔下端一侧侧壁上设置有入烟口，其顶端或顶端一侧设置有出烟口，脱硫塔外设有脱硫循环泵、循环液冷却塔冷凝降温循环泵、除雾器冲洗泵，脱硫塔外设有与降温积液层连通连接的冷却液管路，冷却液管路另一端与循环液冷却塔回液口连通连接，循环液冷却塔的底部出液口通过第一循环管路与降温喷淋层的供液管连通连接，该第一循环管路上串接有冷凝降温循环泵；脱硫塔底部作为脱硫浆池，脱硫塔外设有与脱硫浆池连通的第二循环管路，其另一端与各脱硫喷淋层连通供液连接，第二循环管路上串接有脱硫循环泵。
对于本发明的一种优化，除雾器分别包括从下至上依次设置于烟道内的除雾器冲洗层、粗除雾层、精除雾层；工艺水箱的供水管路与除雾器冲洗层的供水管连通连接，该供水管路上串接有除雾器冲洗泵。
对于本发明的一种优化，降温积液层距降温喷淋层的高度为1m-3m，降温积液层距脱硫喷淋层的高度为0.5m-2m。
对于本发明的一种优化，除雾器冲洗层距粗除雾层间距为0.1m-1m。
一种烟气多污染物协同控制系统的收水方法，包括经烟气多污染物协同控制系统完成如下工艺步骤：
1)原烟气从入口烟道进入吸收塔，与脱硫喷淋层喷出的脱硫液进行逆向接触反应，脱除原烟气中大部分SO2、HF、HCl等酸性气体及粉尘颗粒物，烟气降温至50℃-60℃并达到饱和；
2)含有多污染物的高湿饱和烟气向上流动进入降温冷凝层，与温度较低的降温喷淋层的循环浆液进行逆向接触换热，烟气温度下降至30℃-45℃，饱和蒸汽降温冷凝，大量水蒸气及酸性气体以浆液雾滴、可溶性盐雾滴、超细粉尘颗粒物为凝结核进行凝并长大，烟气中的多污染物实现由气态向液态迁移，雾滴体积由小向大长大，实现烟气中多污染物的深度协同控制；
3)完成降温冷凝的烟气继续向上流动进入除雾器冲洗层和除雾器脱水层，在除雾器冲洗层中由高压雾化喷嘴喷出的超细低温冷却液对烟气进行进一步降温，并增加与凝结雾滴碰撞概率，增大凝结雾滴，完成增大的凝结雾滴在重力作用下进入降温积液层并排出塔外进行收集利用，未完成碰撞的超细雾滴在气流的作用下进入粗除雾层，大量未沉降的可溶性盐、浆液雾滴、超细粉尘颗粒在除雾器表面碰撞富集增大，最终在重力作用下沉降至降温积液层，实现可溶性盐、浆液雾滴、超细颗粒物的深度去除，除雾器冲洗层的超细雾滴增加了进入粗除雾器内的水量，实现对除雾器表面的冲洗，防止浆液雾滴、粉尘颗粒物堵塞粗除雾器；烟气在粗除雾器完成除浆、除盐、除颗粒后进入精除雾层，进一步脱除烟气中的凝结水滴，实现烟气的深度脱水、干燥，完成脱水干燥的烟气经烟气换热层换热升温至55℃-65℃，由烟道排入大气，实现尾气消白烟。
对于本发明的一种优化，降温喷淋层由高效雾化喷嘴、喷淋母管及连接管道组成，经脱硫塔冷却降温的循环冷却液通过冷凝降温循环泵经连接管道、喷淋母管送至高效雾化喷嘴，经高效雾化喷嘴高效雾化后与脱硫后热烟气进行换热降温，并实现冷凝、凝并，体积较大的雾滴在重力作用下进入积液层排出塔外，体积较小的雾滴最气流向上进一步冷凝、凝并。
对于本发明的一种优化，降温喷淋层中喷淋循环浆液的液气比为1L/Nm3-3L/Nm3，喷淋层覆盖率为200％-400％，气液接触时间0.2S-2S，烟气降温幅度为5℃-20℃。
对于本发明的一种优化，除雾器冲洗层的超细雾化喷嘴备压为0.08MPa-0.15MPa，冲洗液气比为0.001L/Nm3-0.1L/Nm3，烟气降温幅度为0.5℃-5℃。
本发明与背景技术相比，本发明提供了采用循环冷却液对烟气进行直接冷凝降温，合理的接触时间控制多污染物凝并、增大，实现多污染物深度协同控制，大大提高了高湿烟气的污染物治理水平；通过在污染物深度协同治理的基础上，采用除雾器冲洗层的再冷凝，粗除雾脱浆液、可溶性盐及粉尘颗粒物，精除雾层深度脱水，三者的功能逐级加深、有机结合；具有深度脱水功能的精除雾层不仅回收了烟气的大量水分实现水资源回收利用，还大幅降低烟气比热，节省烟气消白所需换热面积，降低消白系统的运行成本。
附图说明
图1是烟气多污染物协同控制系统的原理结构示意图。
脱硫塔1、入烟口1-1、出烟口1-2、脱硫浆池1-3、脱硫喷淋层2、降温积液层3、降温喷淋层4、除雾器冲洗层5、粗除雾层6、精除雾层7、烟气换热层8、脱硫循环泵9、循环液冷却塔10、冷凝降温循环泵11、工艺水箱12、除雾器冲洗泵13、冷却液管路14、第一循环管路15、第二循环管路16、供水管17。
具体实施方式
实施例1：参照图1。一种烟气多污染物协同控制系统，包括内设烟道的脱硫塔1，脱硫塔1内从下至上分别依次设置有至少一组脱硫喷淋层2、降温积液层3、降温喷淋层4、除雾器、烟气换热层8；脱硫塔1下端一侧侧壁上设置有入烟口1-1，其顶端或顶端一侧设置有出烟口1-2，脱硫塔1外设有脱硫循环泵9、循环液冷却塔10、冷凝降温循环泵11、除雾器冲洗泵13，脱硫塔1外设有与降温积液层3连通连接的冷却液管路14，冷却液管路14另一端与循环液冷却塔10回液口连通连接，循环液冷却塔10的底部出液口通过第一循环管路15与降温喷淋层4的供液管连通连接，该第一循环管路15上串接有冷凝降温循环泵11；脱硫塔1底部作为脱硫浆池1-3，脱硫塔1外设有与脱硫浆池1-3连通的第二循环管路16，其另一端与各脱硫喷淋层2连通供液连接，第二循环管路16上串接有脱硫循环泵9。
除雾器分别包括从下至上依次设置于烟道内的除雾器冲洗层5、粗除雾层6、精除雾层7；工艺水箱12的供水管路与除雾器冲洗层5的供水管17连通连接，该供水管17上串接有除雾器冲洗泵13。
降温积液层3距降温喷淋层4的高度为1m-3m，降温积液层3距脱硫喷淋层2的高度为0.5m-2m。
除雾器冲洗层5距粗除雾层6间距为0.1m-1m。
脱硫喷淋层2：有脱硫浆液喷淋母管与若干喷淋雾化喷嘴组成，脱硫浆液由脱硫循环泵送至脱硫喷淋层后，经过脱硫喷淋层雾化成雾滴与原烟气进行逆向接触洗涤，去除烟气中的SO2、HF、HCl等酸性气体。
降温积液层3：由若干层间距相同的U形或V形槽组成，用于回收完成冷凝、凝并的冷凝液，实现冷凝液与脱硫浆液的分层处理。
降温喷淋层4：由降温喷淋液母管与若干雾化喷嘴组成，雾化喷嘴均匀布置与塔截面上。冷凝液由冷凝液循环泵送至降温喷淋层，经雾化后对高湿烟气进行降温冷凝。
除雾器冲洗层5：由除雾器冲洗水母管与若干雾化喷嘴组成，雾化喷嘴可以为螺旋喷嘴或实心喷嘴，喷嘴均匀布置与塔截面上。
粗除雾层6：用于去除烟气中粒径较大的冷凝液滴，为一种旋流离心式除雾器，由若干旋流叶片及筒体组成。
精除雾层7：为一种由多个金属折叠叶片组成的除雾器，用于去除烟气中粒径较小的冷凝液滴。
循环液冷却塔10：由喷淋雾化层、填料层及塔釜组成，用于冷却循环液。为烟气冷凝提供冷源。
实施例2：参照图1。一种烟气多污染物协同控制系统的收水方法，包括经烟气多污染物协同控制系统完成如下工艺步骤：
1)含硫烟气从入口烟道进入吸收塔1，与脱硫喷淋层2喷出的脱硫液进行逆向接触反应，脱除原烟气中大部分SO2、HF、HCl等酸性气体及粉尘颗粒物，烟气降温至50℃-60℃并达到饱和；
2)含有多污染物的高湿饱和烟气向上流动进入降温冷凝层，与温度较低的降温喷淋层4的循环浆液进行逆向接触换热，烟气温度下降至30-45℃，饱和蒸汽降温冷凝，大量水蒸气及酸性气体以浆液雾滴、可溶性盐雾滴、超细粉尘颗粒物为凝结核进行凝并长大，烟气中的多污染物实现由气态向液态迁移，雾滴体积由小向大长大，实现烟气中多污染物的深度协同控制；
3)完成降温冷凝的烟气继续向上流动进入除雾器冲洗层5和除雾器脱水层，在除雾器冲洗层5中由高压雾化喷嘴喷出的超细低温冷却液对烟气进行进一步降温，并增加与凝结雾滴碰撞概率，增大凝结雾滴，完成增大的凝结雾滴在重力作用下进入降温积液层3并排出塔外进行收集利用，未完成碰撞的超细雾滴在气流的作用下进入粗除雾层6，大量未沉降的可溶性盐、浆液雾滴、超细粉尘颗粒在除雾器表面碰撞富集增大，最终在重力作用下沉降至降温积液层3，实现可溶性盐、浆液雾滴、超细颗粒物的深度去除，除雾器冲洗层5的超细雾滴增加了进入粗除雾器6内的水量，实现对除雾器表面的冲洗，防止浆液雾滴、粉尘颗粒物堵塞粗除雾器6；烟气在粗除雾器6完成除浆、除盐、除颗粒后进入精除雾层7，进一步脱除烟气中的凝结水滴，实现烟气的深度脱水、干燥，完成脱水干燥的烟气经烟气换热层8换热升温至55℃-65℃，由烟道排入大气，实现尾气消白烟。
降温喷淋层4由高效雾化喷嘴、喷淋母管及连接管道组成，经脱硫塔1冷却降温的循环冷却液通过冷凝降温循环泵11经连接管道、喷淋母管送至高效雾化喷嘴，经高效雾化喷嘴高效雾化后与脱硫后热烟气进行换热降温，并实现冷凝、凝并，体积较大的雾滴在重力作用下进入积液层排出塔外，体积较小的雾滴最气流向上进一步冷凝、凝并。
降温喷淋层4中喷淋循环浆液的液气比为1L/Nm3-3L/Nm3，喷淋层覆盖率为200％-400％，气液接触时间0.2s-2s，烟气降温幅度为5℃-20℃。
除雾器冲洗层的超细雾化喷嘴备压为0.08MPa-0.15MPa，冲洗液气比为0.001L/Nm3-0.1L/Nm3，烟气降温幅度为0.5℃-5℃。
实施例3。某热电厂，1台300WM机组烟气脱硫改造工程采用本工艺，入口烟气中SO2浓度为2239mg/m3，入口烟气中粉尘浓度为45mg/m3，降温喷淋层循环液的液气比为2.3L/Nm3，喷淋层覆盖率为200％，气液接触时间1.2s，烟气降温幅度为13℃，积液层距顶层脱硫喷淋层的高度为0.5，积液层距离降温喷淋层的距离为2m，除雾器冲洗喷淋层的超细雾化喷嘴备压为0.12MPa，冲洗液气比为0.05L/Nm3，烟气降温幅度为1.8℃。出口烟气中SO2浓度为2.7mg/m3，出口烟气中粉尘浓度为0.6mg/m3，回收水量11.8m3/h。
需要理解到的是：本实施例虽然对本发明作了比较详细的说明，但是这些说明，只是对本发明的简单说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神内的发明创造，均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种烟气多污染物协同控制系统，其特征在于包括设烟道的脱硫塔(1)，脱硫塔(1)内从下至上分别依次设置有至少一组脱硫喷淋层(2)、降温积液层(3)、降温喷淋层(4)、除雾器、烟气换热层(8)；脱硫塔(1)下端一侧侧壁上设置有入烟口(1-1)，其顶端或顶端一侧设置有出烟口(1-2)，脱硫塔(1)外设有脱硫循环泵(9)、循环液冷却塔(10)、冷凝降温循环泵(11)、除雾器冲洗泵(13)，脱硫塔(1)外设有与降温积液层(3)连通连接的冷却液管路(14)，冷却液管路(14)另一端与循环液冷却塔(10)回液口连通连接，循环液冷却塔(10)的底部出液口通过第一循环管路(15)与降温喷淋层(4)的供液管连通连接，该第一循环管路(15)上串接有冷凝降温循环泵(11)；脱硫塔(1)底部作为脱硫浆池(1-3)，脱硫塔(1)外设有与脱硫浆池(1-3)连通的第二循环管路(16)，其另一端与各脱硫喷淋层(2)连通供液连接，第二循环管路(16)上串接有脱硫循环泵(9)。
2.根据权利要求1所述的烟气多污染物协同控制系统，其特征是：除雾器分别包括从下至上依次设置于烟道内的除雾器冲洗层(5)、粗除雾层(6)、精除雾层(7)；工艺水箱(12)的供水管路与除雾器冲洗层(5)的供水管(17)连通连接，该供水管(17)上串接有除雾器冲洗泵(13)。
3.根据权利要求1所述的烟气多污染物协同控制系统，其特征是：降温积液层(3)距降温喷淋层(4)的高度为1m-3m，降温积液层(3)距脱硫喷淋层(2)的高度为0.5m-2m。
4.根据权利要求2所述的烟气多污染物协同控制系统，其特征是：除雾器冲洗层(5)距粗除雾层(6)间距为0.1m-1m。
5.一种烟气多污染物协同控制系统的收水方法，其特征在于包括经烟气多污染物协同控制系统完成如下工艺步骤：
1)原烟气从入口烟道进入吸收塔(1)，与脱硫喷淋层(2)喷出的脱硫液进行逆向接触反应，脱除原烟气中大部分SO2、HF、HCl等酸性气体及粉尘颗粒物，烟气降温至50℃-60℃并达到饱和；
2)含有多污染物的高湿饱和烟气向上流动进入降温冷凝层，与温度较低的降温喷淋层(4)的循环浆液进行逆向接触换热，烟气温度下降至30℃-45℃，饱和蒸汽降温冷凝，大量水蒸气及酸性气体以浆液雾滴、可溶性盐雾滴、超细粉尘颗粒物为凝结核进行凝并长大，烟气中的多污染物实现由气态向液态迁移，雾滴体积由小向大长大，实现烟气中多污染物的深度协同控制；
3)完成降温冷凝的烟气继续向上流动进入除雾器冲洗层(5)和除雾器脱水层，在除雾器冲洗层(5)中由高压雾化喷嘴喷出的超细低温冷却液对烟气进行进一步降温，并增加与凝结雾滴碰撞概率，增大凝结雾滴，完成增大的凝结雾滴在重力作用下进入降温积液层(3)并排出塔外进行收集利用，未完成碰撞的超细雾滴在气流的作用下进入粗除雾层(6)，大量未沉降的可溶性盐、浆液雾滴、超细粉尘颗粒在除雾器表面碰撞富集增大，最终在重力作用下沉降至降温积液层(3)，实现可溶性盐、浆液雾滴、超细颗粒物的深度去除；除雾器冲洗层(5)的超细雾滴增加了进入粗除雾器(6)内的水量，实现对除雾器表面的冲洗，防止浆液雾滴、粉尘颗粒物堵塞粗除雾器(6)；烟气在粗除雾器(6)完成除浆、除盐、除颗粒后进入精除雾层(7)，进一步脱除烟气中的凝结水滴，实现烟气的深度脱水、干燥，完成脱水干燥的烟气经烟气换热层(8)换热升温至55℃-65℃，由烟道排入大气，实现尾气消白烟。
6.根据权利要求5烟气多污染物协同控制系统的收水方法，其特征在于：降温喷淋层(4)由高效雾化喷嘴、喷淋母管及连接管道组成，经脱硫塔(1)冷却降温的循环冷却液通过冷凝降温循环泵(11)经连接管道、喷淋母管送至高效雾化喷嘴，经高效雾化喷嘴高效雾化后与脱硫后热烟气进行换热降温，并实现冷凝、凝并，体积较大的雾滴在重力作用下进入积液层排出塔外，体积较小的雾滴最气流向上进一步冷凝、凝并。
7.根据权利要求5所述烟气多污染物协同控制系统的收水方法，其特征在于：降温喷淋层(4)中喷淋循环浆液的液气比为1L/Nm3-3L/Nm3，喷淋层覆盖率为200％-400％，气液接触时间0.2s-2s，烟气降温幅度为5℃-20℃。
8.根据权利要求5所述烟气多污染物协同控制系统的收水方法，其特征在于：除雾器冲洗层(5)的超细雾化喷嘴备压为0.08MPa-0.15MPa，冲洗液气比为0.001L/Nm3-0.1L/Nm3，烟气降温幅度为0.5℃-5℃。
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