CN109289475A - 一种高效烟气顺流除尘脱硫消白处理方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高效烟气顺流除尘脱硫消白装置，包括喷淋洗涤塔、高位喷淋层、低位喷淋层、顺流文丘里气液均布器、旋流气液分离器、顺流塔式除雾器、氧化风机、氧化空气分布装置、均流孔板、浆液扰动泵、浆液扰流分布器、浆液投加泵、浆液投加分布器、冷却浆液循环泵、冷却水换热器、冷冻浆液循环泵、冷冻水换热器和排浆泵。其中喷淋洗涤塔的塔体上部是烟气入口，烟气出口在塔体中部，吸收液由上部喷淋层进入，落入下部浆液池，吸收液与烟气流动方向相同，构成顺流。本发明通过顺流喷淋，实现多种污染物一体化有效脱除，适用于烟气及尾气的除尘、脱硫（除酸）、消白处理，可广泛应用于火电、钢铁、有色金属等的大气污染防治领域。

Description

一种高效烟气顺流除尘脱硫消白处理方法及其装置
技术领域
本发明涉及烟气尾气处理技术领域，尤其是一种高效顺流除尘脱硫（除酸）消白喷淋装置及其处理方法。适用于烟气及尾气的除尘、脱硫（除酸）、消白处理，可广泛应用于火电、钢铁、有色金属等的大气污染防治领域。
背景技术
目前，为了控制多种污染物的排放，一般都是采用多种污染物控制手段相结合的办法，即将单独的干式除尘、脱硝、脱硫、湿式电除尘四套装置组合起来。很多电厂通过安装选择性催化还原脱硝装置（SCR)来控制NOX的排放，但是SCR装置中的催化剂会将烟气中的部分SO2催化氧化成SO3，使得烟气中SO3质量浓度升高。石灰石/石膏湿法脱硫技术（WFGD)为最广泛采用的烟气脱硫技术，国内装机容量的90%上的火电机组采用该技术，基本都采用逆流（烟气从下部进入，上部排出，吸收液则上部喷淋，下部排出）处理方法。喷淋塔内烟气温度由下而上逐渐降低；烟气相对湿度由下而上逐渐升高，由不饱和变成饱和甚至过饱和。吸收液雾滴在下降过程中粒径逐渐蒸发减小，大雾滴能顺利落到液面，中小雾滴在下降过程中被蒸发减小或蒸发干燥后，随气流向上流动，有的被下降大雾滴捕集，有的则随气流排出。喷淋塔中下部雾滴的变化过程正好与污染物的脱除机理要求相反，导致气态污染物（包括SO2）、细颗粒物及气溶胶的脱除效率低下。石灰石/石膏法脱硫系统出口细颗粒基本属于PM2.5,除燃煤飞灰外，还含石膏、未反应的石灰石、重金属及其化合物和亚微米级的SO3雾滴等组分。采用NH3 • H2O脱硫剂时，由于形成大量亚硫酸铵、硫酸铵等无机盐气溶胶，脱硫后细颗粒浓度反而增加，脱除效率为负值。随着对颗粒物排放指标要求的提高，湿法脱硫必须增加湿式电除尘装置才能满足排放要求，但同时也增加了建设成本。
吸收过程还产生大量水蒸气，这些水蒸气受气流和浮升力（浮升力=重力加速度x烟气与水蒸气密度差）影响，加速向上流动，导致排出烟气饱和甚至过饱和，直接排放即与细颗粒物一起形成烟羽。为此，早期脱硫系统不得不利用烟气再热器（GGH)对脱硫后的烟气进行再加热（一般加热到80〜120℃)。实践证明，石灰石-石膏湿法脱硫方法安装GGH弊多利少，不但不能有效改善我国总体环境质量，而且大大增加基础建设费用、GGH增大烟风阻力导致脱硫增压风机电耗增多、GGH腐蚀和漏风、烟道结构复杂，GGH运行维护量增大等较多对经济性、可靠性不利的影响。
目前现有的烟气喷淋装置，有以下不足：
（1）塔内烟气流向与颗粒物、酸性气体等污染物的脱除过程逆向，烟气夹带着大量污染物排出，降低了净化效率，特别是对PM2.5基本没有净化作用。
（2）塔内烟气流向与水蒸气的浮升力同向，加速水蒸气逃逸，加重烟气中的雾滴夹带，造成严重烟羽。
（3）塔内烟气的温度、湿度变化过程（自上而下，温度逐渐升高，湿度逐渐减小）与污染物（粉尘、凝结水及气溶胶）的非均相核化相变的粒径增大过程（自上而下，温度逐渐降低，湿度逐渐增大）相反，导致粒径小的污染物（粉尘、凝结水及气溶胶）无法脱除。浆液雾化效果越好，污染物净化效率可能降低，特别是烟羽更严重。
（4）无法实现一塔多用，烟道结构复杂，在保证净化效率的前提下，建设投资多，运行成本高。
（5） 吸收液的利用率低，运行成本高。
（6） 系统占地面积大，不利于环保设施改造项目的实施。
（7） 系统运行稳定性低、漏风率高，操作、控制、检修等不够简便。
发明内容
为了解决上述问题，本发明针对现有喷淋洗涤方法烟气处理技术的不足，提供了一种高效顺流除尘脱硫（除酸）消白处理方法，通过喷淋洗涤塔内烟气流向与吸收液同向流动，均为从上往下流动，顺流喷淋，达到颗粒物粒径增大过程顺流、消白过程顺流、污染物净化过程顺流，充分实现除尘脱硫（除酸）消白的目的。
本发明还是提供实现上述处理方法的装置，主要结构是喷淋洗涤塔，塔体上部是烟气入口和喷淋层，喷淋层下安装顺流文丘里气液均布器，增强湍流传质效果及吸收效率，顺流塔式除雾器和烟气出口在塔体中部，顺流塔式除雾器上面还安装有旋流气液分离器，提高PM2.5的净化效率，吸收液和烟气均由上部进入，依次经过浆液喷淋层、顺流文丘里气液均布器、旋流气液分离器，吸收液吸收烟气中的污染物及水蒸气后，落入下部浆液池，经氧化、中和反应后，经冷却器降温后循环使用，烟气再经过顺流塔式除雾器脱除雾滴后，经烟气出口排出，实现本发明除尘脱硫（除酸）消白的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高效烟气顺流除尘脱硫消白装置，包括喷淋洗涤塔、高位喷淋层、低位喷淋层、顺流文丘里气液均布器、旋流气液分离器、顺流塔式除雾器、氧化风机、氧化空气分布装置、均流孔板、浆液扰动泵、浆液扰流分布器、浆液投加泵、浆液投加分布器、冷却浆液循环泵、冷却水换热器、冷冻浆液循环泵、冷冻水换热器和排浆泵。
所述喷淋洗涤塔的塔体上部是烟气入口，烟气出口在塔体中部，吸收液由上部喷淋层进入，落入下部浆液池，吸收液与烟气流动方向相同，构成顺流。
所述顺流文丘里气液均布器由两层相互垂直且不均匀分布圆管构成，安装在喷淋洗涤塔内低位喷淋层下方，用支架与塔壁固定。检修时可以用作喷淋层的检修平台。
所述旋流气液分离器安装在喷淋洗涤塔内中部，用支架与塔壁固定。
所述顺流塔式除雾器安装在喷淋洗涤塔内旋流气液分离器下方中心，下部与烟气出口相连接，用支架与塔壁固定，其下端排水管插入浆液液面下并低于运行最低液面。
所述高位喷淋层安装喷淋洗涤塔内烟气入口下侧，用支架与塔壁固定。
所述低位喷淋层安装喷淋洗涤塔内高位喷淋层下方，用支架与塔壁固定。
所述氧化空气分布装置、均流孔板、浆液扰流分布器、浆液投加分布器都安装在喷淋洗涤塔内浆液池中，从上到下依次排列，用支架与塔壁固定。
所述氧化风机入口管道连通外界大气，氧化风机出口管道与氧化空气分布装置连接。
所述浆液扰动泵入口管道喷淋洗涤塔浆液池连接，浆液扰动泵出口管道与浆液扰流分布器连接。
所述浆液投加泵入口管道接自浆液制备系统，浆液投加泵出口管道与浆液投加分布器连接。
所述冷却浆液循环泵入口管道接自喷淋洗涤塔浆液池，冷却浆液循环泵出口管道与冷却水换热器连接。
所述冷冻浆液循环泵入口管道接自喷淋洗涤塔浆液池，冷冻浆液循环泵出口管道与冷冻水换热器连接。
所述冷却水换热器的冷却水进出口管道均接自冷却塔，浆液入口管道接自冷却浆液循环泵出口，浆液出口管道接至高温喷淋层。
所述冷冻水换热器的冷冻水进出口管道均接自冷冻机组，浆液入口管道接自冷冻浆液循环泵出口，浆液出口管道接至低温喷淋层。
一种高效烟气顺流除尘脱硫消白处理方法，吸收液和烟气均由上部进入喷淋洗涤塔，依次经过浆液喷淋层、顺流文丘里气液均布器、旋流气液分离器，吸收液吸收烟气中的污染物及水蒸气后，落入下部浆液池，经氧化、中和反应后，经冷却器降温后循环使用，烟气再经过顺流塔式除雾器脱除雾滴后，经烟气出口排出。
在反应区内，吸收液下降过程中，大颗粒受气流作用，粒径变小，小颗粒受凝结作用长成大颗粒，实现含硫烟气、吸收液二者气液充分接触反应，经旋流气液分离器及顺流塔式除雾器后，有效地捕集烟气中的细颗粒物及易在大气中转化为PM2.5的前体污染物（S03、NH3、S02、NOx)、石膏液滴、酸性气体 (SO3、HCl、HF)、重金属等，实现烟尘排放浓度< 10mg/m3及烟气多污染物的深度净化，净化后的洁净烟气经脱硫引风机送到烟囱外排。
所述喷淋洗涤塔内烟气流向与吸收液流向相同，即顺流，均为从上往下流动，吸收反应过程由浓度差、接触面积、接触时间等因素决定。
作为本发明的优选技术方案，所述喷淋洗涤塔能实现多种污染物一体化有效脱除，包括颗粒物、石膏液滴、SCR装置中逃逸的NH3 • H2O、酸性气体 (SO2、SO3、HCl、HF)、重金属等，在烟气入口前增加氧化反应器，将NO氧化成NO2，将单质重金属氧化成金属有害物，则能更有效地脱除NOx和重金属。
进一步的，所述喷淋洗涤塔内，水蒸气受浮升力影响，与气流逆向流动，增强塔内湍流与传质。
进一步的，所述喷淋洗涤塔内烟气相对湿度均保持高位，能有效促进吸收反应。
进一步的，所述喷淋洗涤塔内烟气温度从上往下逐渐降低，相对湿度逐渐增大，与细颗粒物凝并长大过程的环境要求相同，有利于以蒸汽细颗粒物为凝结核发生相变，使颗粒质量增加、粒度增大，更有利于细颗粒物脱除。
作为本发明的优选技术方案，所述喷淋洗涤塔内烟气流动方向与颗粒物的脱除方向相同，能加速颗粒物沉降，提高颗粒物脱除效率。
本发明的有益效果体现在以下方面：
（1） 顺流喷淋，烟气流向与颗粒物、SO2（酸性气体）等污染物颗粒的脱除过程（下降落进浆液池）同向，加速污染物脱除，污染物脱除效率高。
（2）顺流喷淋时，烟气温度随烟气流向逐渐降低，湿度逐渐增大，烟气温湿度变化过程与非均相核化相变（粉尘、凝结水及气溶胶）的颗粒物粒径增大过程相同，利于小粒径颗粒物粒径增大，PM2.5脱除效率高。
（3）顺流喷淋时，水蒸气受浮升力影响，降速随烟气流动，甚至与烟气逆向流动，出口烟气含水量降低，消白效果好。
（4）顺流喷淋时，水蒸气受浮升力影响，烟气入口段（塔上部区域）烟气中水蒸气饱和度提高，利于石灰石溶解，提高脱酸反应效率。
（5）实现多种污染物一体化有效脱除，包括颗粒物、石膏液滴、SCR装置中逃逸的NH3 • H2O、酸性气体 (SO2、SO3、HCl、HF)、重金属等。
（6）在烟气入口前增加氧化反应器，将NO氧化成NO2，将单质重金属氧化成金属化合物，则能有效地脱除NOx和重金属。
（7）降低净化后烟气中的水蒸气含量，对吸收液进行降温处理后，能彻底消除烟羽。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图及烟气流动图。
具体实施方式
如图1所示，本发明在结构组成上，主要由喷淋洗涤塔（1）、高位喷淋层（2）、低位喷淋层（3）、顺流文丘里气液均布器（4）、旋流气液分离器（5）、顺流塔式除雾器（6）、氧化风机（7）、氧化空气分布装置（8）、均流孔板（9）、排浆泵（10）、浆液扰动泵（11）、浆液扰流分布器（12）、浆液投加泵（13）、浆液投加分布器（14）、冷却浆液循环泵（15）、冷却水换热器（16）、冷冻浆液循环泵（17）、冷冻水换热器（18）组成。
如图1所示，烟气由喷淋洗涤塔由上部入口进入，与喷淋层喷洒的吸收液液滴混合，顺塔往下，经顺流文丘里气液均布器的作用，充分传热传质，吸收液的中的水大量蒸发，部分水蒸气受浮升力作用逆流向上，部分水蒸气随烟气向下流动，酸性气体及金属氧化物与吸收液在塔内充分反应，烟气温度从上往下逐渐降低，水蒸气重新凝结成雾滴，酸性气体及金属氧化物溶入液滴和雾滴，液滴和雾滴逐渐增大后，落入旋流气液分离器，颗粒物及浆液滴被浆液吸收，随浆液下流，烟气再经顺流塔式除雾器除去剩余的雾滴，由烟气出口排出，随着烟气温度的逐渐降低，尽管烟气的相对湿度逐渐增大，但烟气含湿量却逐渐减小，这就完成了净化和消白的过程。虽然逆流对吸收反应过程是相对有利些，但对污染物的脱除过程不利，产生很多逆反应和逆过程，导致净化效率低。尽管烟气向下流动过程中，烟气相对湿度逐渐增加，但烟气绝对含湿量却逐渐减小，有效降低排气中水蒸气含量。喷淋洗涤塔烟气入口段尽管属于温度高，但也是水蒸气集聚区，烟气相对湿度大，能有效促进固体CaCO3颗粒的溶解。
如图1所示，烟气由喷淋洗涤塔（1）的入口进入，与高位喷淋层（2）、低位喷淋层（3）喷洒的吸收液混合，吸收液的中的水大量蒸发，部分水蒸气受浮升力作用逆流向上，部分水蒸气随烟气向下流动，吸收液、烟气及部分蒸发的水蒸气一起顺流向下流过顺流文丘里气液均布器（4），进入喷淋洗涤塔（1）的中间反应端，酸性气体及金属氧化物与吸收液在塔内充分反应，烟气温度从上往下逐渐降低，水蒸气重新凝结成雾滴，酸性气体及金属氧化物溶入液滴和雾滴，液滴和雾滴逐渐增大后，落入旋流气液分离器（5），颗粒物及浆液滴被浆液吸收，随浆液下流，随着烟气温度的逐渐降低，尽管烟气的相对湿度逐渐增大，但烟气含湿量却逐渐减小，烟气再经顺流塔式除雾器（6）除去剩余的雾滴，由烟气出口排出。
空气经氧化风机（7）、氧化空气分布装置（8）均匀送入均流孔板（9）上面的浆液池内，浆液中的HSO3-被氧化成SO42-，并与CaCO3反应结晶生成石膏CaSO4。石膏CaSO4穿过均流孔板（9）悬浮在吸收液中，由排浆泵（10）抽吸送往石膏处理系统。
浆液扰动泵（11）抽吸浆液池中的吸收液，再由浆液扰流分布器（12）将浆液送入浆液池，对浆液进行搅拌。
吸收液制备系统生成的新吸收液经浆液投加泵（13）、浆液投加分布器（14）送入浆液池底部，再经冷却浆液循环泵（15）、冷却水换热器（16）冷却降温后送至高位喷淋层（2）；经冷冻浆液循环泵（17）、冷冻水换热器（18）冷却降温后送至低位喷淋层（3）。
作为本发明优选实施例，所述烟气可以是来自火电、钢铁、有色金属、化工等行业各种装置的含酸含尘高温烟气，其中烟气的SO2浓度为500~8000mg/Nm3,优选1000~5000mg/Nm3；颗粒物浓度200~2000mg/Nm3，优选300~500mg/Nm3。
作为本发明优选实施例，所述的吸收液可以是NaOH溶液、Na2CO3溶液、Mg(OH)2溶液、石灰水Ca(OH)2、石灰石浆液(CaCO3)，优选为NaOH溶液。石灰石浆液pH值在4~9，均流孔板以上为4~6，均流孔板以下为6~9；其它溶液pH值为8~10，优选8~9。
作为本发明优选实施例，所述喷淋洗涤塔的操作条件为：操作温度50~1000℃，优选50~200℃；操作压力为常压至0.3MPa；烟气处理量为500~2000000m3/h，优选1000~300000m3/h。
作为本发明优选实施例，冷却水换热器冷却水入口参数根据使用地大气环境确定，一般高于当地环境空气湿球温度3~7℃，优选3~5℃。
作为本发明优选实施例，冷冻水换热器的冷冻水入口参数为：4~10℃，优选7~10℃。如冷却水温度低于冷冻水温度时，可改用冷却水。
作为本发明优选实施例，所述喷淋层包括高位喷淋层和低位喷淋层，喷嘴单层覆盖率大于80%，喷嘴总覆盖率大于250%。高位喷淋层为1~3层，优选2层；低位喷淋层为1~2层，优选2层。
作为本发明优选实施例，所述浆液循环泵包括冷却浆液循环泵和冷冻浆液循环泵。冷却浆液循环泵台数为1~4台，优选2台；冷冻浆液循环泵台数为1~3台，优选2台。
作为本发明优选实施例，所述冷却水换热器台数为0~3台，优选2台，烟气无消白要求时可取消。
作为本发明优选实施例，所述冷冻水换热器台数为0~3台，优选2台，烟气消白要求不太高时可取消。
作为本发明优选实施例，所述氧化风机、浆液扰动泵、浆液投加泵、排浆泵的台数为1~2台，优选2台。
作为本发明优选实施例，本发明所述氧化空气分布装置、均流孔板、浆液扰流分布器、浆液投加分布器的层数为1~2层，优选1层。
作为本发明优选实施例，所述喷淋洗涤塔的塔体形状可以是圆柱型、方柱型；塔体材料可以是钢制加防腐内衬、各种适合于烟气性能的不锈钢材料或其它适合的有机（或无机）材料。
作为本发明优选实施例，所述喷淋洗涤塔的烟气入口管道可以与塔顶连接，也可与上部喷淋洗涤塔上部侧壁连接。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种改型和改变。因此，本发明覆盖了落入所附的权利要求书及其等同物的范围内的各种改型和改变。

Claims (14)

1.一种高效烟气顺流除尘脱硫消白装置，包括喷淋洗涤塔、高位喷淋层、低位喷淋层、顺流文丘里气液均布器、旋流气液分离器、顺流塔式除雾器、氧化风机、氧化空气分布装置、均流孔板、浆液扰动泵、浆液扰流分布器、浆液投加泵、浆液投加分布器、冷却浆液循环泵、冷却水换热器、冷冻浆液循环泵、冷冻水换热器和排浆泵，其特征是：所述喷淋洗涤塔的塔体上部是烟气入口，烟气出口在塔体中部，吸收液由上部喷淋层进入，落入下部浆液池，吸收液与烟气流动方向相同，构成顺流；所述顺流文丘里气液均布器由两层相互垂直且不均匀分布圆管构成，安装在喷淋洗涤塔内低位喷淋层下方，用支架与塔壁固定；所述旋流气液分离器安装在喷淋洗涤塔内中部，用支架与塔壁固定；所述顺流塔式除雾器安装在喷淋洗涤塔内旋流气液分离器下方中心，下部与烟气出口相连接，用支架与塔壁固定，其下端排水管插入浆液液面下并低于运行最低液面。
2.根据权利要求1所述的一种高效烟气顺流除尘脱硫消白装置，其特征是：所述高位喷淋层安装喷淋洗涤塔内烟气入口下侧，用支架与塔壁固定。
3.根据权利要求1所述的一种高效烟气顺流除尘脱硫消白装置，其特征是：所述低位喷淋层安装喷淋洗涤塔内高位喷淋层下方，用支架与塔壁固定。
4.根据权利要求1所述的一种高效烟气顺流除尘脱硫消白装置，其特征是：所述氧化空气分布装置、均流孔板、浆液扰流分布器、浆液投加分布器都安装在喷淋洗涤塔内浆液池中，并从上到下依次排列，用支架与塔壁固定。
5.根据权利要求1所述的一种高效烟气顺流除尘脱硫消白装置，其特征是：所述氧化风机入口管道连通外界大气，氧化风机出口管道与氧化空气分布装置连接。
6.根据权利要求1所述的一种高效烟气顺流除尘脱硫消白装置，其特征是：所述浆液扰动泵入口管道与喷淋洗涤塔浆液池连接，浆液扰动泵出口管道与浆液扰流分布器连接。
7.根据权利要求1所述的一种高效烟气顺流除尘脱硫消白装置，其特征是：所述浆液投加泵入口管道连接浆液制备系统，浆液投加泵出口管道与浆液投加分布器连接。
8.根据权利要求1所述的一种高效烟气顺流除尘脱硫消白装置，其特征是：所述冷却浆液循环泵入口管道接自喷淋洗涤塔浆液池，冷却浆液循环泵出口管道与冷却水换热器连接。
9.根据权利要求1所述的一种高效烟气顺流除尘脱硫消白装置，其特征是：所述冷冻浆液循环泵入口管道接自喷淋洗涤塔浆液池，冷冻浆液循环泵出口管道与冷冻水换热器连接。
10.根据权利要求1所述的一种高效烟气顺流除尘脱硫消白装置，其特征是：所述冷却水换热器的冷却水进出口管道均接自冷却塔，浆液入口管道接自冷却浆液循环泵出口，浆液出口管道接至高温喷淋层。
11.根据权利要求1所述的一种高效烟气顺流除尘脱硫消白装置，其特征是：所述冷冻水换热器的冷冻水进出口管道均接自冷冻机组，浆液入口管道接自冷冻浆液循环泵出口，浆液出口管道接至低温喷淋层。
12.一种高效烟气顺流除尘脱硫消白处理方法，其特征是：吸收液和烟气均由上部进入喷淋洗涤塔，依次经过浆液喷淋层、顺流文丘里气液均布器、旋流气液分离器，吸收液吸收烟气中的污染物及水蒸气后，落入下部浆液池，经氧化、中和反应后，经冷却器降温后循环使用，烟气再经过顺流塔式除雾器脱除雾滴后，经烟气出口排出。
13.根据权利要求12所述的一种高效烟气顺流除尘脱硫消白处理方法，其特征是：在烟气入口前增加氧化反应器，将NO氧化成NO2，将单质重金属氧化成金属有害物。
14.根据权利要求12所述的一种高效烟气顺流除尘脱硫消白处理方法，其特征是：所述喷淋洗涤塔内烟气流动方向与颗粒物的脱除方向相同。
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