CN109351117A - 一种湿烟气除雾收水一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿烟气除雾收水一体化装置，包括脱硫塔，脱硫塔内设有除雾收水区，除雾收水区下方设置有脱硫喷淋单元，在除雾收水区内设置若干层冷凝器，在每层冷凝器下方设置一层湍流板，脱硫塔内除雾收水区与脱硫喷淋单元之间设置有积液层；脱硫塔外设有冷却塔，冷却塔的低温冷凝液供液口通过冷凝泵与各层冷凝器上端的冷凝入液口连通连接，冷凝器的冷凝出液口通过管路与冷却塔的冷凝液回液口连通连接。采用本发明可有效提高烟气冷凝过程换热系数，降低排烟湿度并将烟气所带水分回收利用，同时冷凝器在冷凝过程利用冷凝液滴在其表面冷凝形成的水膜进行自清洗，大幅降低烟气冷凝装置体积及运行能耗。
Description
技术领域
本发明涉及资源与环境保护领域，特别是一种湿烟气除雾收水一体化装置。
背景技术
国内绝大多数燃煤电厂及其它工业烟气在排放前都进行了湿法脱硫净化处理。湿法脱硫装置排放尾气排放温度为45℃-55℃为饱和湿烟气，烟气中含有大量水蒸汽，并携带大量残余溶解性盐、SO3、凝胶粉尘、颗粒物等。高温湿烟气进入大气环境中，与低温环境空气接触换热，水蒸汽迅速冷凝生成大量凝结水滴，产生较为明显的白烟现象。大量的白色烟羽不仅造成视觉污染，同时还会增加湿烟气的密度，导致携带大量污染物的湿烟气在排烟口富集沉降、累积，不利于烟气中污染物的扩算。在冬季低温、高湿环境下，还会进一步加剧区域性雾霾的产生。
同时，湿法脱硫尾气还向环境中排放大量的人为蒸发水分，以300MW燃煤发电机组为例，湿法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。
目前针对湿烟气的治理尚处于起步阶段，常见技术途径有直接加热法、冷凝降温法、溶液吸收法和混风法等几类工艺，均是通过降低湿烟气排放的饱和度来控制湿烟气排放后有色烟羽的形成，无法回收湿烟气中的水资源。现有的湿烟气治理技术均存在系统复杂、投资成本大、运行能耗高等特点。因此，如何在湿烟气控制过程中高效、低能耗回收湿烟气中的水资源并进行利用，是目前高湿烟气治理面临的技术难题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决背景技术中的技术难题，提供一种湿烟气除雾收水一体化装置，其采用具有除雾功能的冷凝器对湿烟气进行高效冷凝，将湿烟气中的气态水转化为液态水并进行回收利用，并在冷凝水回收过程中实现冷凝器自清洗，有效的解决了现有技术阻力大、运行成本高的难题，还能对烟气中粉尘、SO2等污染物进行协同去除。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种湿烟气除雾收水一体化装置，包括脱硫塔，脱硫塔内设有除雾收水区；除雾收水区下方设置有脱硫喷淋单元，脱硫塔内底部作为脱硫浆池，除雾收水区上方脱硫塔顶部出口作为净气出口，脱硫浆池与脱硫喷淋单元之间的脱硫塔塔壁上设置有烟气入口，脱硫塔外设有循环泵，循环泵通过管路分别连通脱硫浆池、脱硫喷淋单元；在除雾收水区内设置若干层冷凝器，在每层冷凝器下方设置一层湍流板，脱硫塔内除雾收水区与脱硫喷淋单元之间设置有积液层；脱硫塔外设有冷却塔，冷却塔的低温冷凝液供液口通过冷凝泵与各层冷凝器上端的冷凝入液口连通连接，冷凝器的冷凝出液口通过管路与冷却塔的冷凝液回液口连通连接。
对于本发明的一种优化，所述冷凝器分别包括上冷凝管、下冷凝管、连接管和金属翅片，若干上冷凝管相互平行横向成排，相同数量的下冷凝管相互平行并位于上冷凝管的下方；上冷凝管与下冷凝管一端分别通过连接管连通连接，上冷凝管的另一端作为冷凝液入液口，下冷凝管的另一端作为冷凝液出液口。
对于本发明的一种优化，各下冷凝管位于相邻两个上冷凝管之间下方；各连接管的上端与前一根上冷凝管连通连接，其下端与该根上冷凝管后侧下方的下冷凝管连通连接；所述金属翅片材质为不锈钢材质，金属翅片的侧向形状为折线型或S形曲线状，且每个金属翅片上开有若干用于穿过上冷凝管及下冷凝管的管孔。
对于本发明的一种优化，各下冷凝管位于相邻两个上冷凝管之间下方；各连接管的上端与前一根上冷凝管连通连接，其下端与该根上冷凝管后侧下方的下冷凝管连通连接。
对于本发明的一种优化，所述冷凝器金属翅片的管孔直径大于上冷凝管及下冷凝管外径，冷凝器金属翅片的管孔与上冷凝管及下冷凝管之间通过胀管连接，上冷凝管及下冷凝管完成胀管后，管径大于金属翅片管孔孔径，且金属金属翅片与上冷凝管及下冷凝管材质相同。
对于本发明的一种优化，各湍流板分别包括支撑板、湍流叶片、漏液孔、湍流环，支撑板径向周侧与脱硫塔的塔壁密封连接，支撑板设有若干纵向贯通的通口，各通口内置有湍流环，湍流叶片连接于湍流环内，支撑板上相邻各湍流环之间设有贯穿支撑板的漏液孔。
对于本发明的一种优化，所述湍流叶片为扇叶，扇叶的各叶片外侧一端分别与湍流环的内壁连接。
对于本发明的一种优化，所述积液层内设置有积液盘，所述积液盘包括上接液槽、下接液槽、导液槽、所述上接液槽、下接液槽均开口朝上截面呈V字型，导液槽两侧的槽壁上开设有若干用于安装上接液槽、下接液槽的第一安装口、第二安装口。
对于本发明的一种优化，上接液槽、下接液槽均由V型导板以及连接于V型导板两侧端上边沿上的导液侧板构成；所述上接液槽的导液侧板分别向下延伸并向两侧折边构成导液板折边，相邻两上接液槽之间相对一侧的导液板折边端部之间的间距h小于其下侧的下接液槽两导液侧板之间的间距H。
对于本发明的一种优化，所述冷却塔包括塔体、进气格栅、降温填料层、冷却液喷淋层、除雾层、引风机，塔体的上端设有空气流通通道，通道内设有引风机，塔体内引风机下方依次设置有除雾层、冷却液喷淋层、至少一层降温填料层、进气格栅，冷凝器的冷凝出液口通过管路与塔体内冷却液喷淋层连通连接，进气格栅下方塔体底部通过连接有冷凝泵的出口管路与各层冷凝器的冷凝入液口连通连接。
本发明与背景技术相比，具有：
1.将除雾器及冷凝器集成为一体，同时实现冷凝降温、除雾收水及污染物协同治理，并实现除雾器的自清洗，只需对原除雾器进行改造即可实现高湿烟气及脱硫尾气的深度治理及湿烟气中水资源回收利用，烟气冷凝收水及消白工艺不占用塔内空间；
2.采用胀管的方式实现冷凝管及金属翅片的整体成形，大幅提高烟气的换热面积及传热系数降低运行阻力，实现高湿烟气治理装置低成本、低能耗运行；
3.在冷凝器下方通过设置湍流板对烟气流场进行整定，实现冷凝器金属表面与高湿烟气湍流接触，降低换热过程热阻，强化换热效果，进一步提高冷凝器冷凝效果及污染物去除效率。
附图说明
图1是湿烟气除雾收水一体化装置的结构示意图。
图2是湍流板的部分俯视结构示意图。
图3是湍流板的部分立体结构示意图。
图4是冷凝器的结构示意图。
图5是A向视图。
图6是B向视图。
图7是金属翅片的截面示意图。
图8是积液层的俯视示意图。
图9是上接液槽的截面示意图。
图10是下接液槽的截面示意图。
图11是上接液槽与下接液槽的安装示意图。
图12是导液槽与环形导液槽的安装结构示意图。
图13是C-C剖视图。
图14是上接液槽、下接液槽与导液槽的连接示意图。
具体实施方式
实施例1参照图1-14。一种湿烟气除雾收水一体化装置，包括脱硫塔1，脱硫塔1内设有除雾收水区，除雾收水区下方设置有脱硫喷淋单元2，脱硫塔1内底部作为脱硫浆池3，除雾收水区上方脱硫塔1顶部出口作为净气出口4，脱硫浆池3与脱硫喷淋单元2之间的脱硫塔1塔壁上设置有烟气入口5，脱硫塔1外设有循环泵10，循环泵10通过管路分别连通脱硫浆池3、脱硫喷淋单元2，在除雾收水区内设置若干层冷凝器8，在每层冷凝器8下方设置一层湍流板9，脱硫塔1内除雾收水区与脱硫喷淋单元2之间设置有积液层6；脱硫塔1外设有冷却塔7，冷却塔7的低温冷凝液供液口通过冷凝泵11与各层冷凝器8上端的冷凝入液口连通连接，冷凝器8的冷凝出液口通过管路与冷却塔7的冷凝液回液口连通连接。
各湍流板9分别包括支撑板91、湍流叶片92、漏液孔93、湍流环94，支撑板91径向周侧与脱硫塔1的塔壁密封连接，支撑板91设有若干纵向贯通的通口911，各通口911内置有湍流环94，湍流叶片92连接于湍流环94内，支撑板91上相邻各湍流环94之间设有贯穿支撑板91的漏液孔93。湍流环94由若干与水平面倾斜的导流叶片组成，湿烟气在穿过湍流板时，经湍流叶片导流后，烟气流动状态由竖直上升的层流流动变为螺旋上升的湍流流动，强化细颗粒粉尘、浆液雾滴及冷凝液滴之间的碰撞增大及与冷凝器的碰撞几率，提高冷凝器对颗粒粉尘、浆液雾滴及冷凝液滴的捕集效率。
所述湍流叶片92为扇叶，扇叶的各叶片外侧一端分别与湍流环94的内壁连接。
作为优选，湍流板距离冷凝器底部高度为10-200mm，湍流环直径为30-80mm，湍流叶片个数为3-8个，湍流叶片与水平面夹角α为20-70°，湍流环间距为2-20mm，漏液孔直径为5-20mm。
所述积液层6内设置有积液盘60，所述积液盘60包括上接液槽61、下接液槽62、导液槽63、降液管64和环形导液槽65，环形导液槽65外一侧、两侧或多侧设有连通的降液管64，若干导液槽63横向架置于环形导液槽65上侧，且各导液槽63的两端端部均与环形导液槽65连通连接，导液槽63与环形导液槽65之间、相邻两导液槽63之间分别连通连接有若干上接液槽61以及相邻两上接液槽61之间的下方分别连通连接有下接液槽62，所述上接液槽61、下接液槽62均开口朝上截面呈V字型。上接液槽61、下接液槽62均由V型导板20以及连接于V型导板20两侧端上边沿上的导液侧板201构成；所述上接液槽61的导液侧板201分别向下延伸并向两侧折边构成导液板折边202，相邻两上接液槽61之间相对一侧的导液板折边202端部之间的间距h小于其下侧的下接液槽62两导液侧板201之间的间距H。导液槽30两侧的槽壁上开设有若干用于安装上接液槽61、下接液槽62的第一安装口302、第二安装口301。
作为优选，所述积液层中上积液层底端与下积液层顶端间距为30-150mm，上、下积液层每侧竖直向重叠距离为5-30mm，上积液层宽度为100-200mm，穿气通道宽度与积液层宽度比为0.6:1-1:1，上积液层的设计接液量为：0.5-5m3/m2·h。下层积液层宽度为80-200mm，穿气通道宽度与积液层宽度比为0.6:1-1.2:1，下积液层的设计接液量为：0.1-2m3/m2·h。
所述冷却塔7包括塔体71、进气格栅72、降温填料层73、冷却液喷淋层74、除雾层75、引风机76，塔体71的上端设有空气流通通道77，通道内设有引风机76，塔体71内引风机76下方依次设置有除雾层75、冷却液喷淋层74、至少一层降温填料层73、进气格栅72，冷凝器8的冷凝出液口通过管路与塔体71内冷却液喷淋层74连通连接，进气格栅72下方塔体71底部通过连接有冷凝泵11的管路与各层冷凝器8的冷凝入液口连通连接。
所述冷凝器用于对脱硫后的湿烟气进行冷凝降温及除雾收水，其分别包括上冷凝管81、下冷凝管82、连接管83和金属翅片84，若干上冷凝管81相互平行横向成排，相同数量的下冷凝管82相互平行并位于上冷凝管81的下方；上冷凝管81与下冷凝管82一端分别通过连接管83连通连接，上冷凝管81的另一端作为冷凝液入液口，下冷凝管82的另一端作为冷凝液出液口。
所述金属翅片7材质为不锈钢材质，金属翅片的侧向形状为折线型或S形曲线状。各下冷凝管82位于相邻两个上冷凝管81之间下方；各连接管83的上端与前一根上冷凝管81连通连接，其下端与该根上冷凝管81后侧下方的下冷凝管82连通连接；所述金属翅片材质为不锈钢材质，金属翅片84的侧向形状为折线型或S形曲线状，且每个金属翅片84上开有若干用于穿过上冷凝管81及下冷凝管82的管孔。
所述冷凝器金属翅片84的管孔直径大于上冷凝管81及下冷凝管82外径，冷凝器金属翅片84的管孔与上冷凝管81及下冷凝管82之间通过胀管连接，上冷凝管81及下冷凝管82完成胀管后，管径大于金属翅片管孔孔径，且金属金属翅片84与上冷凝管81及下冷凝管82材质相同。低温冷凝水由上冷凝管入口进入冷凝器，通过上、下冷凝管管壁传热对金属翅片进行降温，增加冷凝器与高温湿烟气的接触面积，螺旋上升的高温湿烟气流经冷凝器时，对冷凝水管及金属翅片进行换热降温，完成换热的高温冷凝水从下冷凝管出口排出。
作为优选：脱硫塔内冷凝器成熟设置为1-3层，冷凝器高度为100-300mm，各冷凝器层间距为0.2-0.8m。
所述冷却塔7用于对完成换热的高温冷却液进行降温，实现冷却液对烟气循环冷凝。完成换热的高温冷却液由冷却液喷淋层将高温冷却液均匀分布至填料上并在重力作用下向下流动，从进气格栅进入冷却塔的低温环境空气向上流动，实现逆流换热，高温冷凝液进入填料层后，换热面积迅速增大，实现快速冷凝，完成降温的冷凝液进入冷却塔底部塔釜，作为冷却液继续用于脱硫塔内烟气冷凝，完成换热的烟气携带少量水滴经除雾器除雾后由风机送至塔外排放，实现冷却塔无白烟。作为优选：冷却塔烟气流速为1.0-2.5m/s，填料层设置1-4层，每层填料层高度为100-500mm。
一种湿烟气除雾收水一体化装置的工作原理：低温冷凝水由上冷凝管81入口进入冷凝器8，通过上、下冷凝管管壁传热对金属翅片84进行降温，增加冷凝器8与高温湿烟气的接触面积。螺旋上升的高温湿烟气流经冷凝器8时，对冷凝水管及金属翅片84进行换热降温，完成换热的高温冷凝水从下冷凝管出口排出。作为优选：冷凝器8成熟设置1-3层，冷凝器8高度为100-300mm，冷凝器8层间距为0.2-0.8m。所述的金属翅片84为若干等间距的折叠金属薄板，每片金属折叠薄板中间开有两排等间距的预留孔，用于上冷凝管81及下冷凝管82穿过，冷源由上、下冷凝管传递到金属翅片84，换热面积急剧增大，水蒸气实现快速冷凝。
同时，螺旋上升的湿烟气进入等间距的金属翅片84内，湍流气流进一步降低了湿空气与金属翅片84的热阻，换热效率更高，实现冷凝器8的高效冷凝。为了增加金属翅片84对颗粒物及冷凝雾滴的捕集效率，金属翅片84设置两个折叠角，下折叠角β用于拦截颗粒较大的颗粒物及冷凝雾滴，上折叠角γ用于拦截颗粒较小的颗粒物及冷凝雾滴，被金属翅片拦截的凝结水滴在金属翅片表面富集，形成一层水膜，实现冷凝器8的高效除雾。金属翅片84表面水膜在重力作用下沿着翅片下落，将捕集的颗粒物及凝结水滴带入积液层，试验冷凝器的自冲洗及烟气收水。
所述金属翅片84为若干等间距的折叠金属薄板，每片金属折叠薄板中间开有两排等间距的预留孔，用于上冷凝管及下冷凝管穿过，冷源由上、下冷凝管传递到金属翅片84，换热面积急剧增大，水蒸气实现快速冷凝。同时，螺旋上升的湿烟气进入等间距的折叠金属薄板内，湍流气流进一步降低了湿空气与金属翅片84的热阻，换热效率更高，实现冷凝器的高效冷凝。为了增加金属翅片84对颗粒物及冷凝雾滴的捕集效率，金属翅片84设置两个折叠角，下折叠角β用于拦截颗粒较大的颗粒物及冷凝雾滴，上折叠角γ用于拦截颗粒较小的颗粒物及冷凝雾滴，被金属翅片84拦截的凝结水滴在金属翅片84表面富集，形成一层水膜，实现冷凝器的高效除雾。金属翅片84表面水膜在重力作用下沿着翅片下落，将捕集的颗粒物及凝结水滴带入积液层，试验冷凝器的自冲洗及烟气收水。
作为优选：金属翅片84高度为100-300mm，折叠角β为40-60°，折叠角γ为30-50°，翅片宽度为30-60mm，金属翅片厚度为0.1-2mm，金属翅片间隙为5-30mm。
所述的冷凝管由上冷凝管81、下冷凝管82及连接管83组成，上下冷凝管在穿过金属翅片84预留孔后，通过胀管膨胀上下冷凝管管径，实现冷凝管与金属翅片的整体固定与整体成形，并通过连接弯管连接上冷凝管出口及下冷凝管入口。为了提高烟气冷凝效果，上下冷凝管错开布置，每根上冷凝管位于下方两根冷凝管连线中点上方。低温冷却液由上冷凝管入口进入冷凝器，完成换热后的高温冷却液由下冷凝管出口流出。进入冷凝器8的低温冷却液通过传热对金属翅片84快速降温，通过快速增加换热面积强化烟气冷凝。作为优选：冷凝管管径为15-35mm，上、下冷凝管层间距为100-300mm，冷凝管水平间距为100-400mm，冷凝水液气比为0.5-3L/Nm3。
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 (9)
1.一种湿烟气除雾收水一体化装置，包括脱硫塔(1)，脱硫塔(1)内设有除雾收水区，除雾收水区下方设置有脱硫喷淋单元(2)，脱硫塔(1)内底部作为脱硫浆池(3)，除雾收水区上方脱硫塔(1)顶部出口作为净气出口(4)，脱硫浆池(3)与脱硫喷淋单元(2)之间的脱硫塔(1)塔壁上设置有烟气入口(5)，脱硫塔(1)外设有循环泵(10)，循环泵(10)通过管路分别连通脱硫浆池(3)、脱硫喷淋单元(2)，其特征在于在除雾收水区内设置若干层冷凝器(8)，在每层冷凝器(8)下方设置一层湍流板(9)，脱硫塔(1)内除雾收水区与脱硫喷淋单元(2)之间设置有积液层(6)；脱硫塔(1)外设有冷却塔(7)，冷却塔(7)的低温冷凝液供液口通过冷凝泵(11)与各层冷凝器(8)上端的冷凝入液口连通连接，冷凝器(8)的冷凝出液口通过管路与冷却塔(7)的冷凝液回液口连通连接。
2.根据权利要求1所述的湿烟气除雾收水一体化装置，其特征是：所述冷凝器(8)分别包括上冷凝管(81)、下冷凝管(82)、连接管(83)和金属翅片(84)，若干上冷凝管(81)相互平行横向成排，相同数量的下冷凝管(82)相互平行并位于上冷凝管(81)的下方；上冷凝管(81)与下冷凝管(82)一端分别通过连接管(83)连通连接，上冷凝管(81)的另一端作为冷凝液入液口，下冷凝管(82)的另一端作为冷凝液出液口。
3.根据权利要求2所述的湿烟气除雾收水一体化装置，其特征是：各下冷凝管(82)位于相邻两个上冷凝管(81)之间下方；各连接管(83)的上端与前一根上冷凝管(81)连通连接，其下端与该根上冷凝管(81)后侧下方的下冷凝管(82)连通连接；所述金属翅片材质为不锈钢材质，金属翅片(84)的侧向形状为折线型或S形曲线状，且每个金属翅片(84)上开有若干用于穿过上冷凝管(81)及下冷凝管(82)的管孔。
4.根据权利要求3所述的湿烟气除雾收水一体化装置，其特征是：所述冷凝器金属翅片(84)的管孔直径大于上冷凝管(81)及下冷凝管(82)外径，冷凝器金属翅片(84)的管孔与上冷凝管(81)及下冷凝管(82)之间通过胀管连接，上冷凝管(81)及下冷凝管(82)完成胀管后，管径大于金属翅片管孔孔径，且金属金属翅片(84)与上冷凝管(81)及下冷凝管(82)材质相同。
5.根据权利要求1所述的湿烟气除雾收水一体化装置，其特征是：各湍流板(9)分别包括支撑板(91)、湍流叶片(92)、漏液孔(93)、湍流环(94)，支撑板(91)径向周侧与脱硫塔(1)的塔壁密封连接，支撑板(91)设有若干纵向贯通的通口(911)，各通口(911)内置有湍流环(94)，湍流叶片(92)连接于湍流环(94)内，支撑板(91)上相邻各湍流环(94)之间设有贯穿支撑板(91)的漏液孔(93)。
6.根据权利要求5所述的湿烟气除雾收水一体化装置，其特征是：所述湍流叶片(92)为扇叶，扇叶的各叶片外侧一端分别与湍流环(94)的内壁连接。
7.根据权利要求1所述的湿烟气除雾收水一体化装置，其特征是：所述积液层(6)内设置有积液盘(60)，所述积液盘(60)包括上接液槽(61)、下接液槽(62)、导液槽(63)、所述上接液槽(61)、下接液槽(62)均开口朝上截面呈V字型，导液槽(30)两侧的槽壁上开设有若干用于安装上接液槽(61)、下接液槽(62)的第一安装口(302)、第二安装口(301)。
8.根据权利要求7所述的湿烟气除雾收水一体化装置，其特征是：上接液槽(61)、下接液槽(62)均由V型导板(20)以及连接于V型导板(20)两侧端上边沿上的导液侧板(201)构成；所述上接液槽(61)的导液侧板(201)分别向下延伸并向两侧折边构成导液板折边(202)，相邻两上接液槽(61))之间相对一侧的导液板折边(202)端部之间的间距h小于其下侧的下接液槽(62)两导液侧板(201)之间的间距H。
9.根据权利要求1所述的湿烟气除雾收水一体化装置，其特征是：所述冷却塔(7)包括塔体(71)、进气格栅(72)、降温填料层(73)、冷却液喷淋层(74)、除雾层(75)、引风机(76)，塔体(71)的上端设有空气流通通道(77)，通道内设有引风机(76)，塔体(71)内引风机(76)下方依次设置有除雾层(75)、冷却液喷淋层(74)、至少一层降温填料层(73)、进气格栅(72)，冷凝器(8)的冷凝出液口通过管路与塔体(71)内冷却液喷淋层(74)连通连接，进气格栅(72)下方塔体(71)底部通过连接有冷凝泵(11)的出口管路与各层冷凝器(8)的冷凝入液口连通连接。
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