CN109731445A - 一种具有脱硫提效功能的低能耗白烟消除装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种具有脱硫提效功能的低能耗白烟消除装置，在湿法脱硫塔内的烟气输入端和烟气输出端设置有烟气换热装置，所述烟气换热装置包括设置在烟气输入端的前置换热器、循环系统和设置在烟气输出端的后置换热器，换热介质通入所述前置换热器通过烟气换热后加热，后通入后置换热器，并通过后置换热器给烟气排放口预排出烟气加热以消除白烟，换热介质经后置换热器换热降温后通过循环系统进入前置换热器，实现换热循环。本发明提供了一种低能耗、且能提高脱硫功效的白烟消除装置。
Description
技术领域
本发明涉及环保、节能技术领域，具体涉及一种具有脱硫提效功能的低能耗白烟消除装置。
背景技术
当前，湿法脱硫工艺是我国大气污染治理领域内应用最为广泛的烟气治理技术，尤其是石灰石-石膏湿式烟气脱硫(WFGD)，是近年来盛行的燃煤机组“超低排放”技术中的主要污染物处理工艺。经由湿法工艺进行脱硫处理后，可以将烟气中的主要污染物SO2减少至35mg/Nm3甚至更低，这一过程主要依靠大量的还原剂浆液对烟气进行洗涤来实现。
在湿法脱硫工艺中，带有还原剂的浆液与高温烟气直接接触，烟气在这一过程中被增湿冷却，而浆液中的水则吸热气化，导致烟气中的水蒸气总量大大增加，产生饱和的湿烟气。湿烟气的扩散能力较差，当烟气排放所携带的水蒸气无法完全被外界大气吸收时则会生成“白烟”，造成视觉污染，严重者还会在烟囱周边一定范围内形成“烟囱雨”、“石膏雨”，为大气环境治理带来了不良影响，也大大降低了民众对燃煤机组“超低排放”的认可度。
在世界其它发达国家，普遍都要求烟囱排烟温度高于80℃，因此通常情况下看不到白烟。我国对烟囱排烟湿度温度还没有特定规范要求，出现白烟的现象比较普遍，随着国家对大气环境综合治理力度的不断加大，上海、天津、浙江等地方政府陆续出台细则，强化了对燃煤电厂、钢铁等重点行业对大气污染物的控制，并将烟囱冒“白烟”列入了治理日程。因此，开发和实施经济有效的烟气消白装置，是目前湿法烟气处理技术应用和工程改造的重点工作。
现有的烟气消白治理技术中，主流的治理方法可以简单概括为3类：直接加热法、冷凝法以及先冷凝再加热法。其中，直接加热法主要通过设置烟气再热器的方法提高烟气温度，所需热量大，浪费能耗较多且不能完全解决石膏雾滴等问题。冷凝法的通常做法是通过设置在烟道尾部的冷凝提水系统，使水分从烟气中脱除，从而达到消除白烟的目的。这种方法能够减轻烟囱的湿烟羽现象，但是由于烟气排烟温度低，并不能完全消除白烟。先冷凝再加热法结合了上述两种方案的优势，是业界普遍认可的有效烟气消白方法，但是存有设备冗杂、占地面积大、运行成本高等缺陷，成为制约其应用推广的主要因素。
因此，开发一种能够实现脱硫超低排放且无“白烟”现象产生的处理装置，能够有效节约设备和占地面积，不产生二次污染，实现低成本、高效率地同时解决烟气污染物排放和湿烟气排放问题，是本领域内技术人员需要重点解决的问题之一。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种低能耗、且能提高脱硫功效的白烟消除装置。
为实现上述目的，本发明提供一种具有脱硫提效功能的低能耗白烟消除装置，在湿法脱硫塔内的烟气输入端和烟气输出端设置有烟气换热装置，所述烟气换热装置包括设置在烟气输入端的前置换热器、循环系统和设置在烟气输出端的后置换热器，换热介质通入所述前置换热器通过烟气换热后加热，后通入后置换热器，并通过后置换热器给烟气排放口预排出烟气加热以消除白烟，换热介质经后置换热器换热降温后通过循环系统进入前置换热器，实现换热循环。
进一步地，所述前置换热器包括管栅，所述管栅通过支撑板和所述水平支撑横梁镂空支撑在所述湿法脱硫塔内，所述前置换热器以所述湿法脱硫塔的内壁面作为壳体；
或，所述前置换热器设置在喷淋层的下方，所述前置换热器上端通出烟气进入喷淋层。
进一步地，所述管栅沿管部轴向方向通过内部分割面分割为两个不同腔体，一侧腔体用于换热介质换热，另一侧腔体中空，互不连通；
或，所述内部分割面设置在所述管栅内迎接烟气的下端；
或，所述内部分割面选用波浪式，或选用锯齿式；
或，所述管栅流通换热介质的一侧选用不锈钢材料，用于通出烟气出口的一侧采用塑料材质或纤维增强复合材料。
进一步地，所述后置换热器包括内通换热介质的管束，并以所述湿法脱硫塔的内壁面作为壳体；
所述管束连通前置换热器，并流入经所述前置换热器中烟气换热升温的换热介质；
或，所述管束通过第二水平支撑横梁和立于所述第二支撑横梁上的第二立式支撑板镂空支撑在所述湿法脱硫塔的烟气排放口内侧。
进一步地，所述管束选用鳍片式换热管；
或，所述后置换热器配设冲洗系统；所述冲洗系统选用湿法脱硫塔中的除雾器的冲洗水；
或，所述冲洗系统选用湿式电除尘冲洗水。
进一步地，循环系统包括循环管路和循环站，所述循环管路连通前置换热器和后置换热器，所述后置换热器通往前置换热器的循环管路上设有循环站，所述循环站用于容纳换热介质。
进一步地，所述循环管路与所述前置换热器或后置换热器的连接处设有关断阀门、流量调节阀和温度传感元件以便于实时监测；
所述循环站包括换热介质储箱和循环泵，所述循环泵设置在所述换热介质储箱通往所述前置换热器的循环管路上，所述换热介质储箱配设补充管路；
或，通往所述后置换热器的循环管路上设置加热器。
进一步地，所述前置换热器设置在所述湿法脱硫塔的喷淋层的最底层。
进一步地，所述后置换热器设置在湿法脱硫塔设置的湿式电除尘器的上端，且设置在烟气排放口下方。
在本发明中，实现换热功能的两处换热器均设置在湿法脱硫塔的内部，利用原本的塔壁作为换热器的外部壳体，特别是前置换热器，采用分层隔离的办法保护换热器内换热介质与烟气的换热效率，同时上部设置中空层隔离喷淋而下的浆液，避免磨损；与此同时，换热器采用管栅结构，能够对吸收塔内烟气入口处的流场起到均匀分割作用，烟气在通过前置换热器时与浆液的接触时间变长、同时在管壁上部形成湍流，加剧降温后的烟气与浆液之间的还原反应，从而提高吸收塔的脱硫效率，达到同时实现提升脱硫功效和消除白烟的目的。
本发明的有益效果为：
第一，本结构中，通过改变换热器的布置方式，大幅降低成本，去掉不必要的壳体，减少冗余的设备布置，降低了系统故障的可能，运行稳定可靠；
第二，利用前置换热器的管栅均匀吸收塔内烟气流场，在降低烟温的同时起到低能耗下的脱硫提效的效果，形成“一器多用”，提升后续污染物脱除效率；
第三，本结构结合实例环境温度和当地大气压数据，通过对循环系统、前置换热器和后置换热器控制烟气降温和后续升温的幅度，有效利用烟气余热，节约能耗，达到消除白烟的目的；
第四，本装置对现有的湿法脱硫塔改造极小，布置灵活，占地面积较小，建设、改造和运行费用都较低，具有良好的推广性能，可以广泛应用于各类“超低排放”改造项目和需要处理的烟气消白工程的场合，尤其是对于空间有限的改造项目。
附图说明
图1是实施例1的结构示意图；
图2是前置换热器的结构示意图；
图3是前置换热器的侧视图；
图4是管栅结构示意图；
图5是后置换热器的结构示意图；
图6是后置换热器的侧视图；
其中，烟气入口1湿法脱硫塔内2；前置换热器31；管栅311；第一腔室3111；第二腔室3112；单管3113；支撑板312；水平支撑横梁313；内部分割面314；后置换热器32；管束321；第二立式支撑板322；第二水平支撑横梁323；循环管路33；循环站34；循环泵341；换热介质储箱342；喷淋层4；湿式电除尘器6；烟气排放口7；换热介质8。
具体实施方式
以下，结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1-6所示，本发明的一种具有脱硫提效功能的低能耗白烟消除装置，应用在湿法脱硫塔2内，本发明所称的湿法脱硫塔是选择湿法填料式脱硫塔，在湿法脱硫塔内2的烟气输入端至输出端设置烟气换热装置，所述烟气换热装置包括设置在烟气输入端的前置换热器31、设置在烟气输出端的后置换热器32，以及联通前置换热器31和后置换热器32的循环系统，安装前置换热器31的位置选择在所述烟气输入端，具体是在所述烟气入口且在湿法脱硫塔内设置的喷淋层的下方，安装后置换热器32的位置选择在所述烟气输出端，具体是在湿法脱硫塔内设置的湿式电除尘器的上方，且在烟气排放口下方，前置换热器31和后置换热器32通过管道联通，换热介质8通入所述前置换热器31，通过通入烟气入口的烟气实现换热，为换热介质8加热，后换热介质8在前置换热器31换热加热后通过管道通入后置换热器32，换热介质8在后置换热器32给烟气排放口7预排出的烟气换热加热，通过这样的设计消除了烟气排放口的白烟现象，换热介质8经后置换热器32换热后，通过循环系统进入前置换热器，实现换热介质8循环换热。
所述前置换热器31设置在湿法脱硫塔塔内，且设置在喷淋层4的下方，包括管栅311，所述管栅311包括若干单管3113，所述管栅311通过支撑板312和所述水平支撑横梁313镂空支撑在喷淋层4的下方，所述前置换热器31以所述湿法脱硫塔的内壁面作为壳体。
所述水平支撑横梁313两端固定安装在湿法脱硫塔塔内，所述水平支撑横梁313上垂直安装支撑板312，所述支撑板312上设有若干通孔，各内部连通的管栅311贯穿并安装支撑板312的通孔，并依此固定在湿法脱硫塔塔内。
所述管栅311在纵向方向分布有多层单管3113，且在水平方向设有多个单管，靠近烟气入口方向一侧的单管3113在轴向方向通过内部分割面311分割成位于内部分割面311上部的第二腔室3112和位于内部分割面下部的第一腔室3111，单管3113的第一腔室3111内部流通换热介质8，第二腔室3112内中空，且与湿法脱硫塔塔内的烟气隔离，所述第一腔室3111的入口端通过管路与循环系统连接，且所述第一腔室3111的出口端通过管路与后置换热器32联通，循环管路33连通换热介质8。
烟气在流经前置换热器31时，在第一腔室3111内的换热介质8换热作用下，温度被整体降低，减少被浆液喷淋急冷带来的增湿影响，降低了烟气中水蒸气含量。同时，选用管栅，各单管的阻隔与单管之间的间隙使得塔内的烟气流场分布更趋于均匀化，抵消了湿法脱硫塔塔内烟气不均和漩涡的对流场的不利影响。同时，烟气穿透管栅营造出的液膜薄壁，起到了增强气液接触面，加强湍流的效果，具有强化浆液与烟气传质的效果，实现脱硫提效的功能。
同时烟气横向的穿透减少了由液滴下落过程中的重力引起的阻力损失，降低了烟气在塔内的阻力损失。
本结构中，所述管栅311可以采用不同材质，第一腔室3111接触烟气一侧采用导热性能良好的不锈钢材料，其他的部位的管栅311采用塑料材质或纤维增强复合材料等热阻较高且较轻的材料，以降低成本和减轻重量。
所述后置换热器32选用管束换热器，包括若干连通的管束321，并以所述湿法脱硫塔2的内壁面作为管壳，所述管束321的入口端通过管路连通前置换热器31中的第一腔室3111，通入经所述前置换热器31中烟气换热升温的换热介质8。
所述管束321通过第二水平支撑横梁323和立于所述第二支撑横梁323上的第二立式支撑板322镂空支撑在所述湿法脱硫塔2的烟气排放口7的内侧。
所述第二支撑横梁323的两端固定安装在湿法脱硫塔的内壁，水平安装在湿法脱硫塔内，第二立式支撑板322竖立安装在第二支撑横梁323上，管束321贯通插装在第二立式支撑板322上。
本装置中的管束321，根据需要，在烟气中的粉尘含量烟尘含量较低的湿法脱硫塔内，采用在管束321外壁布设鳍片，以增加换热面积、提升换热效果，以提高烟气排放口的烟气温度。
所述后置换热器32借用湿法脱硫塔2中的除雾器5的冲洗系统，或湿式电除尘器6的冲洗系统冲洗，避免堵塞。
经湿法脱硫的烟气即将涌入烟气排放口时，先碰撞后置换热器32，烟气碰撞到管束321，与管束内的经加热的换热介质8换热，烟气的温度得到提升，提升至高于水汽饱和温度点1～3℃，从烟气排放口7排出，烟气排出时去除了水汽凝结现象，达到消除白烟的目的。
本装置中，循环系统包括循环管路33和循环站34，所述循环管路33连通前置换热器31、后置换热器32和循环站34，所述后置换热器32通往前置换热器31的循环管路33上设有循环站34，所述循环站34设置在湿法脱硫塔外，用于容纳换热介质8。
所述循环站34包括换热介质储箱342和循环泵341，所述循环泵341设置在所述换热介质储箱342通往所述前置换热器31的管路上，所述换热介质储箱342设一入口用于补充增加换热介质。
所述循环管路33包括管路、关断阀门和温度传感器，管路连通换热介质储箱342、前置换热器31和后置换热器32，管路上设有关断阀门、流量调节阀和温度传感器，实时监测换热介质8在各管路上的流量和温度。
换热介质8通过所述循环管路33在前置换热器31吸收高温烟气的热量，到后置换热器32与经过脱硫净化后的湿烟气再一次进行热量交换，使烟气排放口7排出的烟气温度小幅抬升进而消除白烟，随后换热介质通过管路返回至循环站，在循环泵的作用下被送入前置换热器，如此循环往复。
本装置中，在前置换热器31通往后置换热器32的管路上，设置有电加热器，为换热介质补充加热，提升后续烟气温度的抬升效果。
所述换热介质8可以是导热油、水，本实施例中，选用自来水作为换热介质。
本结构中，所述管栅311的单管外径大小为50～125毫米，管中心间距为100～300毫米，所述管束321的单管外径大小为20～50mm，管中心间距位40～100mm。
以某石灰石-石膏湿法烟气脱硫超低排放该项目为例，设置湿法脱硫塔内部喷淋层下方的前置换热器31，设置在烟气排放口7之前的后置换热器32、连通两处换热器的循环管路33以及循环站34。系统运行时，通过烟气入口1进入湿法脱硫塔2的烟气首先经过前置换热器31，再依次经过常规的喷淋层4、除雾器5、湿式电除尘器6等脱硫处理后，碰撞到后置换热器32，最后经烟气排放口7排放。
在未进行脱硫提效和白烟消除改造之前，原烟气处理装置采用常规石灰石石膏湿法脱硫工艺耦合立式湿电除尘器工艺，系统原设置有烟气入口1、吸收塔2，喷淋层4、除雾器5、湿式电除尘器6以及烟气排放口7。运行时，烟气经由烟气入口1，进入湿法脱硫塔2，依次向上经过喷淋层4、除雾器5、湿式电除尘器6处理净化后，经由烟气排放口7排出大气。在此情况下排放的烟气为携带有大量水汽的饱和湿烟气，扩散能力较差，烟气中的水汽在排向大气的过程中遇冷呈现出白色雾状，出现白烟现象。
采用本发明的装置进行脱硫提效和白烟消除改造时，系统加装了一套有脱硫提效的白烟消除装置，具体来说，1)拆除喷淋层的最下层，将原有的五层喷淋层减少为四层，利用拆出的空间加装前置换热器31；2)利用湿式电除尘6出口的烟道空间，加装后置换热器32；3)通过以水为媒介的循环管路33的管路连接前置加热器31和后置加热器32，同时在塔外设置循环站34一座，站内包含有循环水泵341和换热介质储箱342。运行时，站内的循环水通过循环水泵342打到前置换热器31，吸收部分高温烟气的热量后，进入到后置换热器32，加热位于出口的烟气使其微量升温，温度抬升至高于水汽饱和温度点1～3℃，去除水汽凝结现象，达到消除白烟的效果。同时，由于前置换热器31采用管栅均匀布置在烟气入口1和喷淋层4之间，起到气流均布和加强湍流传质的作用，提升了脱硫效率。此外，由于系统改造拆除了一层喷淋装置，使得脱硫系统运行时的液气比降低，进入烟气的水汽量减少，也进一步地从源头上减少了白烟现象的起因因素，使得整套装置消除白烟的所需热量减少，节约能耗，使得运行更加经济。
如图2所示，本实施例中的前置换热器31由均匀错列布置由内部连通的管栅311组成，管栅311通过支撑板312的形式固定在塔内水平支撑梁313上，安装在喷淋层的正下方。前置换热器31不设置壳体，利用吸收塔本身的壁面作为外部壳体。所述的管栅311内部有平板式分割面314，迎向烟气的一侧通有冷媒，背向烟气的一侧内空。烟气在流经前置换热器时，在管栅内换热介质的冷媒换热作用下温度被整体降低，减少被浆液喷淋急冷所带来的增湿影响，同时，管栅使得塔内的烟气流场分布更趋于均匀化，抵消了部分吸收塔进口不均和漩涡的对流场的不利影响，具有强化浆液与烟气传质的效果，实现脱硫提效功能。
如图4所示，所述的后置换热器32由内通经换热升温的换热介质8的管束321组成，管部表面设置有鳍片，起到增大换热面积，增强传热和降低成本的目的。管束321在第二立式支撑板322的作用下固定在第二水平支撑梁323上。后置换热器32同样也不设置壳体，利用原有的湿式电除尘器6出口的烟道作为壳体，安装在烟气排放口7的前端。烟气在流经后置换热器32时，在管束内换热介质8的作用下温度抬升至高于水汽饱和温度点1～3℃，去除水汽凝结现象，达到消除白烟的目的。
所述具有脱硫提效的白烟消除装置还包括有循环管路33和循环站34。循环站34内设置循环水泵341和换热介质储箱342。循环管路33与两处换热器的接口处均设置有关断阀门、流量调节装置以及测温装置。换热介质储箱342处装有液位计、隔离阀等设置，安装在地面靠近湿法脱硫塔2管路上。
在本实施例中，前置换热器31和后置换热器32均采用双相不锈钢材质。前置换热器32不设置冲洗系统，依靠上部喷淋层4喷淋的浆液作为清洗水源，正常运行时不会积垢；后置换热器32由于位于湿式电除尘6出口，设置有冲洗系统，冲洗系统充分利原有脱硫塔除雾器冲洗水系统，仅在其基础上小幅改造完成。冲洗系统仅在换热器效率降低或者有其它需冲洗的情况下投运，正常运行处于关闭状态。
本说明书中所描述的上述内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明中所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施案例，做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明中说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明中的保护范围。
Claims (9)
1.一种具有脱硫提效功能的低能耗白烟消除装置，其特征在于：在湿法脱硫塔内的烟气输入端和烟气输出端设置有烟气换热装置,所述烟气换热装置包括设置在烟气输入端的前置换热器、循环系统和设置在烟气输出端的后置换热器，导热介质通入所述前置换热器通过烟气换热加热，后通入后置换热器，并通过后置换热器给烟气排放口预排出烟气加热以达到消除白烟的目的，导热介质经后置换热器换热降温后通过循环系统进入前置换热器，实现换热循环。
2.如权利要求1所述的具有脱硫提效功能的低能耗白烟消除装置，其特征在于：所述前置换热器包括管栅，所述管栅通过支撑板和所述水平支撑横梁镂空支撑在所述湿法脱硫塔内，所述前置换热器以所述湿法脱硫塔的内壁面作为壳体；
或，所述前置换热器设置在喷淋层的下方，所述前置换热器上端通出烟气进入喷淋层。
3.如权利要求2所述的具有脱硫提效功能的低能耗白烟消除装置，其特征在于：所述管栅轴向方向通过内部分割面分割两侧，一侧用于换热介质换热，另一侧用于流通烟气；
或，所述管栅内换热介质换热部分互相连通；
或，所述内部分割面设置在所述管栅内迎接烟气的下端；
或，所述内部分割面选用波浪式，或选用锯齿式；
或，所述管栅流通换热介质的一侧选用不锈钢材料，用于通出烟气出口的一侧采用塑料材质或纤维增强复合材料。
4.如权利要求1-3任一权利要求所述的具有脱硫提效功能的低能耗白烟消除装置，其特征在于：所述后置换热器包括内通换热介质的管束，并以所述湿法脱硫塔的内壁面作为壳体；
所述管束连通前置换热器，并流入经所述前置换热器中烟气换热升温的换热介质；
或，所述管束通过第二水平支撑横梁和立于所述第二支撑横梁上的第二立式支撑板镂空支撑在所述湿法脱硫塔的烟气排放口内侧。
5.如权利要求4所述的具有脱硫提效功能的低能耗白烟消除装置，其特征在于：所述管束选用鳍片式换热管；
或，所述后置换热器配设冲洗系统；所述冲洗系统选用湿法脱硫塔中的除雾器的冲洗水；
或，所述冲洗系统选用湿式电除尘冲洗水。
6.如权利要求1-3、5任一权利要求所述的具有脱硫提效功能的低能耗白烟消除装置，其特征在于：循环系统包括循环管路和循环站，所述循环管路连通前置换热器和后置换热器，所述后置换热器通往前置换热器的循环管路上设有循环站，所述循环站用于容纳换热介质。
7.如权利要求6所述的具有脱硫提效功能的低能耗白烟消除装置，其特征在于：
所述循环管路与所述前置换热器或后置换热器的连接处设有关断阀门、流量调节阀和温度传感元件以便于实时监测；
所述循环站包括循环介质储箱和循环泵，所述循环泵设置在所述循环介质储箱通往所述前置换热器的循环管路上，所述循环介质储箱配设补充管路；
或，通往所述后置换热器的循环管路上设置加热器。
8.如权利要求1-3、5、7任一权利要求所述的具有脱硫提效功能的低能耗白烟消除装置，其特征在于：所述前置换热器设置在所述湿法脱硫塔的喷淋层的最底层。
9.如权利要求1-3、5、7任一权利要求所述的具有脱硫提效功能的低能耗白烟消除装置，其特征在于：所述后置换热器设置在湿法脱硫塔设置的湿式电除尘器的上端，且设置在烟气排放口下方。
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