CN109126363A - 一种含湿烟气消除白烟的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种含湿烟气消除白烟的方法及装置，属于气体或蒸气分离的技术领域。本申请对经过脱硫后的烟气进行冷却喷雾，含湿烟气与冷却水雾逆流混合使含湿烟气降温到接近冷却水温度；对冷却喷雾后的含湿烟气进行吸液除雾，使烟气与设置在膜除雾器内的亲水微孔膜表面充分接触得到低温饱和气；利用烟气加热器对第二步的低温饱和气进行再加热，然后通过烟囱排出不饱和烟气以消除白烟。本申请使脱硫后的烟气进入喷雾塔，喷雾塔内部的上部设置冷却喷雾装置，下部设置塔盘；冷却喷雾装置与膜除雾器连接，膜除雾器与烟囱连接，膜除雾器出口和烟囱进口之间设置烟气再加热器。本申请可有效消除烟气排放时的“白烟”现象，并能深度去除烟尘、气凝胶等污染物。
Description
技术领域
本申请涉及气体或蒸气分离的技术领域，尤其涉及含湿烟气消除白烟的技术领域。
背景技术
化工、炼焦、冶金、发电、供暖等领域的烟气大多因为采用了湿法脱硫等导致烟气湿度增加的处理技术，使得烟气排放时的水汽体积占比约为5～21％，对应露点温度范围大致在40～68℃。另外，天然气燃烧尾气自身的湿含量也与上述指标近似，而蒸发、干燥等工艺排出气体的湿含量则更高。一些含湿的烟气还同时还携带有一定的粉尘和气凝胶。这些含湿、含杂的烟气在排放时形成了明显的“白烟”现象。从技术层面讲，大量排放的“白烟”与雾霾的形成，两者之间的关联性不能排除。
随着环保政策要求和公众环保意识的不断提高，治理烟气排放时的“白烟”势在必行。例如，政府要求在2020年之前对燃煤电厂全面实施超低排放和节能改造。火电厂燃煤锅炉采用多种污染物高效协同脱除集成系统技术，使其大气污染物排放浓度基本达到燃气机组排放限值，即二氧化硫不超过35mg/m3、氮氧化物不超过50mg/m3、烟尘不超过5mg/m3。
这样就要求技术工作者设法对烟气进一步净化，使其排放指标进一步降低。针对烟气脱“白烟”，核心技术目标是尽可能除去烟气中的水蒸汽含量，并使其在达标排入大气中时，有更好的扩散效果。为达到该技术目标，目前可工程化的技术选择不多，而且还有占地面积大，运行、维护成本高，可调节性差等不足。社会发展需要更加稳定、简便、适应性强的烟气脱“白烟”的技术方法，实现烟气的超低排放。
发明内容
本申请目的是提供一种可有效消除烟气排放时的“白烟”现象，并能深度去除烟尘、气凝胶等污染物的含湿烟气消除白烟的方法及装置。
为了实现上述目的，本申请采用如下技术方案：
一种含湿烟气消除白烟的方法，包括以下步骤：
第一步：对经过脱硫后的烟气进行冷却喷雾，含湿烟气与冷却水雾逆流混合使含湿烟气降温到接近冷却水温度；
第二步：对冷却喷雾后的含湿烟气进行吸液除雾，使烟气与设置在膜除雾器内的亲水微孔膜表面充分接触得到低温饱和气；
第三步：利用烟气加热器对第二步的低温饱和气进行再加热，然后通过烟囱排出。
本申请通过冷却喷雾的方法使烟气降温，进而使烟气中水蒸气的含量降低，部分水蒸气液化。同时，采用喷雾方式能够去除脱硫后烟气中裹带的微量固态微粒，使烟气被净化。
本申请在第二步吸液除雾中，采用了微孔膜吸液除雾，并保持膜液侧工作压力相对于气侧为负压。施以负压前预先使微孔膜被水完全浸润，膜的微孔因水的张力充满水而使得液侧形成封闭的空间，进而得以实现控制液侧工作压力使其为负压。
进一步地，降温后的烟气以湍流状态进入膜除雾器，由于亲水微孔膜的微孔已经完全封闭，而膜的液侧为负压，一方面使不凝气不能穿透，另一方面使液侧的液态水不能返回到烟气中。当雾滴和微沫接触到膜表面的瞬间，与亲水的膜材料浸润，并通过张力和负压的综合作用迅速透过膜的微孔到达液侧。
因为脱硫烟气中裹带的微量固态微粒，在冷却喷雾后仍有少部分会进入膜除雾器，与雾滴一并被停留在微孔膜的烟气接触面，可使收得的液态水不含固体颗粒。为了及时清理上述微孔膜表面的固态微粒，本申请通过在膜除雾器内亲水微孔膜的液侧充满水并施以瞬时正压，使水从亲水微孔膜的液侧向烟气接触面进行反冲洗，使得微孔膜在线原位再生。
为了消除烟囱出口的白烟现象，本申请通过天然气低氮燃烧所得的热气和低温饱和气混合，形成工艺所需的温度后，再进入烟囱排放。一方面使得烟囱出口的烟气达到不饱和状态，另一方面可使烟囱出口的水蒸气在达到露点前充分扩散。
基于本申请含湿烟气消除白烟方法的装置，脱硫后的烟气进入喷雾塔，喷雾塔内上部设置冷却喷雾装置；冷却喷雾装置与膜除雾器连接，膜除雾器与烟囱连接，膜除雾器和烟囱之间设置烟气再加热器。
本申请所述膜除雾器内设置亲水微孔膜，亲水微孔膜将膜除雾器分隔为接触烟气之膜面一侧的气侧和不接触烟气之背面一侧的液侧两个部分，气侧通过经冷却喷雾后的含雾滴气体，液侧设置管道口。管道口连接补水管和负压泵，用于导入浸润膜的用水和排出雾滴形成的水，并维持液侧的工作压力低于气侧压力。
本申请亲水微孔膜的孔径为5～4000nm，结构形状为管状、板状、蜂窝状和中空纤维中的一种或几种，材质是与水接触角小于75°的有机或无机材料。
本申请在液侧设置管道口的实施方式之一，是只设置一个口用于导入浸润膜的用水，排出收集雾滴累积成的水，并维持液侧工作压力低于气侧压力。进一步地，可以在管道口连接负压抽吸装置。
本申请在液侧设置管道口的实施方式之二，还可以设置不同用途不同的多个管口，包括补水口、排水口和保持工作压力低于气侧压力的负压口。
比较好的是，本申请喷雾塔的下部设置浮阀或者泡罩塔盘，使烟气首先穿过下部的浮阀或者泡罩塔盘，使雾滴粒径为20～400μm。
因后续膜除雾器可收集水，本申请冷却喷雾的实施方式的特征之一是允许气流夹带细小雾滴流出冷却喷雾装置。小粒径的雾滴与烟气混合使换热充分而且迅速，可使排出的烟气接近冷却水的温度；进一步地，使烟气首先穿过下部的浮阀或者泡罩塔盘，可使塔底冷却水出口温度接近脱硫烟气温度。
喷雾作业和设置塔盘二者配合，可获得更低的冷却水单耗。
比较好的是，本申请的膜除雾器可以设置在喷雾塔内部成为一个操作单元，膜除雾器位于冷却喷雾装置的上方，膜除雾器与冷却喷雾装置之间设置缓冲折流挡板。
本申请采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：
1、本申请首先使含湿烟气降温，与间壁换热方法和方法相比所用的冷却水量更低；与塔盘配合实施，冷却水单耗同比最低。而且能够去除烟气中的弥散杂质粒子
2、本申请采用膜除雾器收雾迅速且彻底，兼之具有很强收水能力，允许烟气夹带雾滴；不凝气不能穿透润湿的膜孔，负压做功轻微，兼之无需循环降温，液侧收水的功耗低；能阻隔烟气中残留的弥散粒子，收水质量好；膜表面吸收雾滴后迅速传走而没有水的累积，可长期平稳运行。
3、本申请膜除雾器可便捷实施膜表面的原位反冲洗。
4、本申请采用天然气低氮燃烧所得的热气使烟气形成所需的温度和不饱和度，再进入烟囱排放。一方面可保证烟气各项指标完全达到环保标准要求，无需再作脱氮、脱硫处理；另一方面，天然气所有燃烧热都用于烟气升温，经济性更好。
5、本申请不仅可更经济地显著降低烟气湿含量，还能深度去除烟气中携带的其他弥散粒子等杂质，实现无“白烟”的超低排放。
附图说明
图1为本申请的流程示意图。
图2为生产侧线实验装置的流程示意图。
图3为膜除雾器位于喷雾塔内的结构示意图。
图中：1-喷雾塔，2-膜除雾器，3-烟气加热器，4-烟囱。
具体实施方式
以下所给实例并非构成对本申请权利要求范围的限制，而是对本申请进行进一步的描述。
一种含湿烟气消除白烟的方法，包括如下步骤：
第一步：对经过脱硫后的烟气进行冷却喷雾，含湿烟气与冷却水雾逆流混合使含湿烟气降温到接近冷却水温度；
第二步：对冷却喷雾后的含湿烟气进行表面除雾，使烟气与设置在膜除雾器内的亲水微孔膜表面充分接触得到低温饱和气；
第三步：利用烟气加热器对第二步的低温饱和气进行再加热，然后通过烟囱排出。
本申请在第二步吸液除雾中，采用了微孔膜吸液除雾。除雾前预先在微孔液侧充水使其浸润，膜的微孔因张力被水充满而使得液侧形成封闭的空间，进而得以实现控制液侧工作压力使其低于气侧压力呈负压。
本申请通过在膜除雾器内亲水微孔膜的液侧充满水并施以瞬时正压，使水从亲水微孔膜的液侧向烟气接触面进行反冲洗，使得微孔膜在线原位再生。
本申请在再加热时，通过天然气低氮燃烧所得的热气和低温饱和气混合，形成工艺所需的温度后，再进入烟囱排放。
如图1、图2所示，基于本申请含湿烟气消除白烟方法的装置，脱硫后的烟气通过管道进入喷雾塔1，喷雾塔1内部的上部设置冷却喷雾装置；冷却喷雾装置与膜除雾器2连接，膜除雾器2与烟囱连接，膜除雾器2和烟囱4之间设置烟气再加热器3。
如图1、图2、图3所示，本申请喷雾塔1的下部设置浮阀或者泡罩塔盘。
如图3所示，本申请的膜除雾器2位于喷雾塔1内，膜除雾器2位于冷却喷雾装置的上方，膜除雾器2与冷却喷雾装置之间设置缓冲折流挡板。
如图1、图2和图3所示，本申请膜除雾器2设置亲水微孔膜，亲水微孔膜将膜除雾器2分隔为接触烟气之膜面一侧的气侧和不接触烟气之背面一侧的液侧两个部分，其中气侧通过经冷却喷雾装置处理后的含雾滴气体，液侧设置管道口，管道口连接补水管和负压泵，用于导入浸润膜的用水和排出雾滴形成的水，并维持液侧的工作压力低于气侧压力呈负压。
本申请进入膜除雾器2的烟气为湍流状态。
本申请亲水微孔膜的孔径为5～4000nm，结构形状为管状、板状、蜂窝状和中空纤维中的一种或几种，材质是与水接触角小于75°的有机或无机材料。
本申请的冷却降温装置为塔器。烟气自下而上与冷却水雾逆流，并首先穿过下部的浮阀或者泡罩塔板；同时，冷却喷雾装置采用工业冷却水并控制，雾滴粒径为20～400μm，烟气流速不超过4m/s。
本申请的喷雾机构设置成多组，以根据烟气温度灵活调节喷雾的液气比。
实施例1
如图1所示，炼化厂含湿烟气消除白烟装置，脱硫后烟气温度65℃，露点55℃，流量3.0×105Am3/h；脱硫后烟气进入喷雾塔1内，喷雾塔1内的内下部塔盘为泡罩塔盘，喷雾塔1的内上部设置冷却喷雾装置，冷却喷雾装置与膜除雾器2连接，烟气首先通过下部的泡罩塔盘，气体流速3.5m/s，喷雾水量354m3/h，雾滴粒径200～500μm，烟气经冷却喷雾装置降温至38℃。
喷雾后烟气随后进入膜除雾器2进行吸液除雾，膜除雾器2设置在喷雾塔1的外部，膜除雾器2为两级串联，膜除雾器2内设50nm亲水微孔膜，亲水微孔膜为中空纤维状，亲水微孔膜将膜除雾器2分隔为接触烟气之膜面一侧的气侧和不接触烟气之背面一侧的液侧两个部分，气侧通过喷雾后烟气，液侧汇集连通两级管道口，管道口连接补水管和负压泵，用于导入浸润膜的用水和排出雾滴形成的水，并维持液侧的工作压力比气侧烟气压力低0.2bar；采用天然气低氮燃烧器作为烟气再加热器3，对膜除雾器2排出的低温饱和气进行升温，低温饱和气经加热至55℃，相对湿度降至40％，由烟囱4高空排放；天然气的用量为104m3/h，热气中NOx浓度＜30mg/m3，CO＜10mg/m3。
实施例2
如图2所示，烟气除湿生产侧线实验装置，模拟烟气为1000Am3/h含尘饱和湿空气处理装置，1000Am3/h的脱硫后烟气进入喷雾塔1内，喷雾塔1内下部塔盘为浮阀塔盘，喷雾塔1的内上部设置冷却喷雾装置，冷却喷雾装置与膜除雾器2连接，含尘饱和湿空气首先通过下部的浮阀塔盘，气体流速3m/s，喷雾水量1.4m3/h，雾滴粒径400～800μm，55℃脱硫后烟气经冷却喷雾装置降温至45℃，水蒸气分压由15.8kPa降至9.6kPa；
喷雾后烟气随后进入膜除雾器2进行吸液除雾，膜除雾器2设置在喷雾塔1的外部，膜除雾器2内设1000nm亲水微孔膜，亲水微孔膜为管状，亲水微孔膜将膜除雾器2分隔为接触烟气之膜面一侧的气侧和不接触烟气之背面一侧的液侧两个部分，气侧通过喷雾后烟气，液侧的设备壳体上设置管道口，管道口连接补水管和负压泵，用于导入浸润膜的用水和排出雾滴形成的水，并维持液侧的工作压力比气侧烟气压力低0.2bar，负压泵与冷水罐连接。从膜除雾器2排出的低温饱和气经5kW电加热器加热至60℃，相对湿度降至48％，通过放空管道排出。
实施例3
如图1所示，本实施例为燃煤电厂330MW机组的含湿烟气消除白烟装置脱硫后烟气温度50℃，流量1.30×106Am3/h，水分体积含量11.80％；脱硫后烟气进入喷雾塔1内，喷雾塔1内下部塔盘为泡罩塔盘，喷雾塔1的内上部设置冷却喷雾装置，冷却喷雾装置与膜除雾器2连接，烟气首先通过下部的泡罩塔盘，气体流速2.5m/s，喷雾水量1139m3/h，雾滴粒径100～300μm，烟气经冷却喷雾装置降温至45℃。
喷雾后烟气随后进入膜除雾器2进行吸液除雾，膜除雾器2设置在喷雾塔1的内部成为一个单体设备如图3所示，膜除雾器2与喷雾塔1之间设置缓冲折流板，烟气首先经折流板隔离裹带水滴，再经膜除雾器2去除夹带水雾，膜除雾器2内设500nm亲水微孔膜，亲水微孔膜为中空平板陶瓷膜，中空平板陶瓷膜将膜除雾器2分隔为接触烟气之膜面一侧的气侧和不接触烟气之背面一侧的液侧两个部分，其中气侧通过喷雾后烟气，液侧汇总连接到一组管道口，管道口连接补水管和负压泵，用于导入浸润膜的用水和排出雾滴形成的水，并维持液侧的工作压力比气侧烟气压力低0.3bar；采用天然气低氮燃烧器作为烟气再加热器3，对膜除雾器2排出低温饱和气进行升温，低温饱和气经加热至60℃，相对湿度降至49％，由烟囱4高空排放。
虽然本申请已较佳实例揭露如上，然其并非用以限定本申请。本申请所属具有通常知识者，在不脱离本申请的精神和范围内，当可作各种改动与润饰。因此，本申请的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (11)
1.一种含湿烟气消除白烟的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：对经过脱硫后的烟气进行冷却喷雾，含湿烟气与冷却水雾逆流混合使含湿烟气降温到接近冷却水温度；
第二步：对冷却喷雾后的含湿烟气进行吸液除雾，使烟气与设置在膜除雾器内的亲水微孔膜表面充分接触得到低温饱和气；
第三步：利用烟气加热器对第二步的低温饱和气进行再加热，然后通过烟囱排出。
2.根据权利要求1所述的含湿烟气消除白烟的方法，其特征在于所述第二步中吸液除雾时，预先使微孔膜被水完全浸润，并控制液侧工作压力,使液侧工作压力低于气侧压力呈负压。
3.根据权利要求1所述的含湿烟气消除白烟的方法，其特征在于所述第一步降温后的烟气以湍流状态进入膜除雾器并与微孔膜表面接触。
4.根据权利要求1所述的含湿烟气消除白烟的方法，其特征在于所述第三步中再加热时，通过天然气低氮燃烧所得的热气和低温饱和气混合，形成工艺所需的温度后，再进入烟囱排放。
5.根据权利要求1所述的含湿烟气消除白烟的方法，其特征在于所述膜除雾器内亲水微孔膜的液侧充满水并施以瞬时正压，使水从亲水微孔膜的液侧向烟气接触面进行反冲洗。
6.基于权利要求1所述的含湿烟气消除白烟方法的装置，其特征在于脱硫后的烟气进入喷雾塔(1)，喷雾塔(1)内上部设置冷却喷雾装置，下部设置塔盘；冷却喷雾装置与膜除雾器(2)连接，膜除雾器(2)与烟囱(4)连接，膜除雾器(2)和烟囱进口之间设置烟气再加热器(3)。
7.根据权利要求6所述的含湿烟气消除白烟的装置，其特征在于所述膜除雾器(2)内设置亲水微孔膜，亲水微孔膜将膜除雾器(2)分隔为接触烟气之膜面一侧的气侧和不接触烟气之背面一侧的液侧两个部分，气侧通过经冷却喷雾后的含雾滴气体，液侧设置用于导入浸润膜的用水和排出收集雾滴形成的水，并维持液侧的工作压力低于气侧压力的管道口。
8.根据权利要求7所述的含湿烟气消除白烟的装置，其特征在于亲水微孔膜的孔径为5～4000nm，结构形状为管状、板状、蜂窝状和中空纤维中的一种或几种，材质是与水接触角小于75°的有机或无机材料。
9.根据权利要求7所述的含湿烟气消除白烟的装置，其特征在于所述液侧管道口包括设置补水口、排水口和保持液侧工作压力低于气侧压力的负压口。
10.根据权利要求6所述的含湿烟气消除白烟的装置，其特征在于所述喷雾塔(1)的下部塔盘为浮阀或者泡罩塔盘，使烟气首先穿过下部的浮阀或者泡罩塔盘，得到的雾滴粒径为20～400μm。
11.根据权利要求6所述的含湿烟气消除白烟的装置，其特征在于包括所述膜除雾器(2)设置在喷雾塔(1)内部，两者合并成为一个单体设备，膜除雾器(2)位于冷却喷雾装置的上方，膜除雾器(2)与喷雾塔(1)之间设置缓冲折流挡板。
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