CN109737439A - 一种脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷-脱白装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保技术领域，具体为一种脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷‑脱白装置。本发明装置包括水冷换热器、折线聚并器、旋风聚并器、气泡喷淋换热器、风机、水泵、水位控制器，蓄水池等；本发明将水冷与聚并技术相结合，可以实现对所有可冷凝物质（HCl、NH₃、SO₃和部分SO₂、NOx）与水蒸汽的高效捕集和回收，实现湿法脱硫，零水消耗。本发明克服了现有技术中高成本、低效率和高腐蚀性等问题，只需要电力驱动装置而不需要循环水等物料消耗。另外，“脱白”后的烟气中可溶性离子排放浓度在当前平均排放水平上进一步削减至2 mg/m³，烟尘削减至1 mg/m³，可以满足国家在下两个五年计划可能提出的更高环保要求，实现真正意义上的“无烟”排放。

Description

一种脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷-脱白装置

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷-脱白装置。

背景技术

为了治理雾霾，我国对工业排放源的烟气在逐渐提高环保标准。自2014年以来开始从燃煤电厂开始实施超低排放标准，目前已经完成约80%的超低排放；2018年开始，钢铁行业从河北省开始执行超低排放标准。为了满足超低排放标准的要求，湿法脱硫占现投产烟气脱硫装置的93%。湿法脱硫后的烟气处于水蒸气饱和状态，温度处于45-55 ℃，进入大气环境降温后，烟气中饱和水蒸气转变成过饱和状态，凝结形成液滴，即“白烟”现象。所形成的白烟吸附烟气中的SO₃、SO₂和NOx等，呈现较强酸性，降落地面后形成酸雨或者石膏雨。经过对多个冷凝液滴的采集和测量，“白烟”的含有超过1%的硫酸根离子，pH值基本处于1.7-3.5之间，比目前世界上已经报道过的酸雨酸性更强。因此，“白烟”的脱除将是我国未来一段时间内大气治霾的重点，也是环保行业的重点技术突破点。

当前“脱白”技术处于试点阶段，市场上主要存在的技术有：（1）烟气再加热技术（GGH），将脱硫后的低温烟气提升20 ℃以上，使其在烟囱口冷凝时不能快速冷凝而不出现“白烟”现象；（2）鼓风稀释烟气，在烟囱中下部分鼓入环境空气或者热烟气，使得原饱和烟气的相对湿度降低；（3）循环水冷却技术，在烟气进入烟囱前通过循环水冷却烟气3-5 ℃，提前实现冷凝而减少液滴排入大气；（4）高效除雾技术，在脱硫塔顶部加入撞击板使得脱硫后的小液滴因撞击而实现高效捕获。这些技术中，（1）和（2）并未实现“脱白”，只是使得“白烟”在视觉上“隐形”后排入大气，未实现任何脱除；（3）可以实现部分脱除，一般脱除效率为15%-30%左右，同时技术上存在投资和维护成本高，且管道易腐蚀；（4）只对脱硫后产生的逃逸液滴高效脱除，可以部分实现湿式电除尘功能，不能对烟气中的“白烟”实现脱除。市场上当前试点的技术大部分在原理上不能“脱白”，一部分脱除效率很低，在未来环保参数规范化之后，这些技术均将不能满足我国环保市场“脱白”的需求。因此，市场急需低成本的高效“脱白”技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现低成本、高效率的脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷-脱白装置。

本发明提供的脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷-脱白装置，其结构如图1所示，包括：水冷换热器1，烟气进入通道2，烟气气流均布板21，烟气排出通道3，换热翅片4，折线聚并器5，气泡喷雾换热器6，风机7,气泡喷枪8，增压水泵9，水雾喷枪10，水雾喷头11，旋风聚并器12，蓄水池13，水泵14，水位控制器15；单根折线聚并丝16，换热管壁17，并排平行的折线聚并丝18；水导流板19，并排平行的折线换热翅片20。

其中，所述水冷换热器1内部包括若干换热管、换热翅片4和折线聚并器5；水冷换热器1设有外部换热通道和内部换热通道，外部换热通道为冷水经过的换热通道，内部换热通道为烟气经过的换热通道；换热翅片4设置于外部换热通道内，折线聚并器5设置于内部换热通道内；外部冷水通道的进出两端分别与气泡喷雾换热器6的底部出水口和增压水泵9相连通；内部通道的两端口分别与烟气进入通道2和烟气排出通3相连通；所述风机7与气泡喷枪8连通，用于输送冷风；所述增压水泵9与水雾喷枪10、水雾喷头11相连通，构成水喷雾系统，用于增压喷水雾；所述旋风聚并器12设有两个气体端口和一个液体端口，两个气体端口分别与烟气排出通道3和烟囱相连通，液体端口与蓄水池连通；所述水泵14与蓄水池13连通，水泵14与水位控制器15、蓄水池13，三者构成蓄水池水位控制系统，用于控制蓄水池中水位。

本发明中，所述水冷换热器1内部包括若干换热管、换热翅片4和折线聚并器5；其中：

所述折线聚并器为细丝折线并排型结构（如图2所示），细丝折线的每个弯折点与换热管内壁连结，因此换热面积大增；同时由于是折线并排结构，能够让烟气在其表面形成撞击、湍流，这样既增加换热时间，又增加聚并时间，可最大程度实现冷凝析水，以及冷凝小液滴、可溶性离子、颗粒物凝结在一起，聚并成大液滴。同时由于其细丝并排结构，表面积大，在保证气流通过性和气流阻挡性的同时，其本身也是很好的捕水器与集水器。

本发明中，所述换热翅片4为细丝折线并排型结构（如图3所示），整体结构与上述折线聚并器类似，折线型换热翅片的每个弯折点与邻近两根换热方管外壁相连结，使得换热面积大增。但由于其不需要聚并效果，因此其并排组数低于折线聚并器。同时在翅片中设置有若干组平行水导流板19，使得水流走S型路径，流场更加均匀，增加水流与翅片接触时间，使得换热更充分。

本发明中，所述气泡喷雾换热器6，主要由气泡喷枪8、风机7、水雾喷枪10、增压水泵9和水雾喷头11等组成。环境冷风由风机输送到气泡喷枪中，气泡喷枪置于循环换热水中，冷风经过喷枪口在水中形成气泡，冷风气泡与热水进行换热。气泡上升越过水面后，与水雾喷头喷洒下来的热水雾进行对流碰撞，直接换热，最后通过顶部出口排出。所述气泡喷枪8为常规多孔方管设计。所述水雾喷枪10与水雾喷头11，均采用成熟商业产品。

本发明中，所述旋风聚并器为离心式旋风器，对前面折线聚并器处理后的剩余烟气，再进行离心式聚并，进一步让烟气中小液滴、可溶性离子、颗粒物进一步得到聚并凝结成大液滴，从液体端排出，进一步对水、水溶性离子、颗粒物的脱除。旋风聚并器为常规离心式旋风器，性能质量稳定，成本低廉。

本发明中，所述蓄水池、水位控制器、水泵三者构成一个蓄水池水位控制系统，实现蓄水池中水位保持在最高位与最低位之间；当水位在最高位时触发水泵工作，抽水；当水位到达最低位时，触发水泵停止工作，蓄水。保持最低水位是保证整个烟气气路系统的稳定，不造成烟气回流。水位控制器为成熟商业产品，性能质量稳定，成本低廉，可最低成本实现蓄水池的水位保持。

本发明中，所述烟气气流均布板21设置于烟气进气道口处，采用常规喇叭气流均布孔板，可使烟气气流流场更加均匀，提高换热效率。

本发明为一种脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷-脱白装置，其使用方法包括以下步骤：

（1）烟气从脱硫塔出口引入到烟气进入通道2，随后进入换热器1内部通道进行换热；在换热器内部通道设置有折线并排聚并器4，增大换热面积，烟气与其发生撞击，产生湍流，使得换热更充分，烟气温度降低，凝结出大量冷凝水。同时由于撞击，湍流，和聚并器的细密结构，可以让可溶性离子，颗粒物与水相互充分聚并，形成污水，一起排入到旋风聚并器中；

（2）循环水由增压水泵9提供压力，从气泡喷雾换热器的底部出水口引入到水冷换热器1中，并在水冷换热器外部通道中走S型路径，与热烟气充分换热，水温升高。变热后的水经增压水泵压入水喷枪10，最终由水雾喷头11以细小雾滴形态喷洒出来；

（3）冷空气经风机7引入到气泡喷枪8中，通过气泡喷枪的若干细小喷孔，在水中形成气泡，与热水充分直接换热。当气泡上升越过水面，随后与水雾喷头喷洒出来的热雾滴对流相遇，进行直接换热，使得冷空气升温，热水降温。换热后的热空气最终从顶部出口排入大气，换热后的冷水进入到水冷换热器1中，重复上述步骤（2）的过程，如此循环往复；

（4）经过步骤（1）冷凝下来的污水和换热降温后的烟气一起进入旋风聚并器12中，该旋风聚并器为离心式旋风器，可进一步使颗粒物，可溶性离子与水进行离心式聚并，形成污水，最大程度实现颗粒物，可溶性离子的脱除。通过旋风聚并后，气体和液体得到充分分离，分离后的烟气进入烟囱排入大气，分离后的污水进入蓄水池；

（5）经旋风聚并器分离后的污水进入到蓄水池；蓄水池13、水位控制器15、水泵14，三者构成一个水位保持系统。当蓄水池中污水未达到最高设定水位，水泵不工作，继续蓄水；当水位到达最高设置水位，水泵开始工作，将污水抽走，并输送到脱硫塔浆液补水系统，实现0水耗。

本发明提供的脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷脱白装置与现有技术比较，具有以下优点：

（1）从水脱除效果来看，在前文所述4类技术中，技术（1）和（2）并未进行水脱除，技术（3）和（4）脱水效果非常有限；本发明采用的水冷冷凝+双聚并技术，水脱除率最大可达60.7%，回收水完全满足脱硫浆液补水。从脱白效果来看，通过冷凝聚并大量除水后，可实现烟气脱白；

（2）从污染物脱除效果来看，在前文所述4类技术中，技术（1）和（2）并未进行颗粒物脱除，技术（3）和（4）去污效果非常有限；本发明采用的水冷冷凝+双聚并技术，水溶性离子，颗粒物，脱除率可达65.3%，含量最高的硫酸根去除率达62.1%；

（3）从能耗上来看，本发明采用环境冷空气作为冷源，比现有脱白方法能耗大为降低，尤其加热型脱白技术。由于本发明可冷凝回收大量水，实现脱硫0水耗；

（4）从性能上看，本发明多处采用成熟稳定产品和设计，比如离心式旋风聚并器、水喷雾系统、水位控制系统等，整体结构紧凑简洁；另外换热器采用316L不锈钢材，具有良好的防酸腐性能；

（5）从成本上看，本发明多处采用常规成熟产品和设计，制造成本低廉；同时由于本发明运行能耗低，大量水资源回收再利用，所以运行成本也大为降低。

本发明提供的脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷脱白装置，将水冷、聚并技术相结合，可以实现对所有可冷凝污染物与水蒸汽的高效捕集和回收，能够实现湿法脱硫，0水消耗。本发明可以克服当前试点技术中（1）和（2）的原理上不可行、（3）的腐蚀性和高成本和（4）的低效率等问题，在运行过程中只需要电力驱动装置而不需要循环水等物料消耗。另外，“脱白”后的烟气中可以实现可溶性离子排放浓度在当前平均排放水平上进一步削减至2 mg/m³，烟尘削减至1 mg/m³，同时在视觉上消除“白烟”，可以满足国家在下两个五年计划可能提出的更高环保要求，实现真正意义上的“无烟”排放。

该系统的运行均无需给料，无需专人维护，同时对脱硫后的饱和水蒸气实现35%-70%的脱除，捕集下来液滴将完全满足脱硫塔中脱硫浆液的补水，从而实现整个典型燃煤电厂和钢铁厂等工业环保装置的0水耗运行。

附图说明

图1为本发明的一种脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷脱白装置的结构图示。

图2为折线聚并器结构示意图。

图3为折线换热翅片结构示意图。

图中标号：1为水冷换热器，2为烟气进入通道，21为烟气进入通道气流均布板，3为烟气排出通道，4为换热翅片，5为折线聚并器，6为气泡喷雾换热器，7为风机,8为气泡喷枪，9为增压水泵，10为水雾喷枪，11为水雾喷头，12为旋风聚并器，13蓄水池，14为水泵，15为水位控制器；16为单根折线聚并丝，17为换热管壁，18为并排平行的折线聚并丝；19为水导流板，20为并排平行的折线换热翅片。

具体实施方式

下面结合本发明在燃煤电厂的实际测试，对其做进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

如图1所示，一种脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷脱白装置，包括：水冷换热器1，烟气进入通道2，烟气气流均布板21，烟气排出通道3，换热翅片4，折线聚并器5，气泡喷雾换热器6，风机7,气泡喷枪8，增压水泵9，水雾喷枪10，水雾喷头11，旋风聚并器12，蓄水池13，水泵14，水位控制器15；单根折线聚并丝16，换热管壁17，并排平行的折线聚并丝18；水导流板19，并排平行的折线换热翅片20。

水冷换热器1设有外部换热通道和内部换热通道，外部换热通道为冷水经过的通道，内部换热通道为烟气经过的换热通道。

烟气从脱硫塔出口引入到烟气进入通道2，在其中设置有气流均布板21，可使气流流场更加均匀，进而均匀进入水冷换热器内部换热通道，换热效率更佳。

水冷换热器1的内部换热通道为方形通道，如图2所示，在其中设有并排折线聚并器5，其细丝并排组数不少于300组，一组细丝弯折次数不少于100次，细丝宽度大约为细丝间距的2倍。由于需要更好的聚并效果，所以其并排组数远大于换热翅片4的并排组数，约3倍多。聚并器的细丝弯折点与换热方管内壁相连结、使得换热面积大增；同时由于其折线并排结构，可使烟气在其表面形成撞击、湍流，这样既增加换热时间，又增加聚并时间，可最大程度实现冷凝析水，以及冷凝小液滴、可溶性离子、颗粒物（HCl、NH₃、SO₃和部分SO₂、NOx等）凝结在一起，聚并成大液滴。同时由于其细丝并排结构，表面积大，在保证气流通过性和气流阻挡性的同时，其本身也是很好的捕水器和集水器。

水冷换热器1的外部换热通道即为冷水经过通道，为方形通道，如图3所示。在通道内部均匀布置有折线型换热翅片4，并排组数不少于100组，一组细丝弯折次数不少于100次，细丝宽度约为细丝间距的2倍，由于换热翅片不需要聚并效果，所以其细丝并排组数远少于折线聚并器。折线换热翅片的弯折点与邻近的两根换热方管外壁相连结，使得换热面积大增，进而换热效率大增。同时在翅片中设置有若干组平行水导流板19，不少于10组，这样使得水流走S型路径，流场更加均匀，增加水流与翅片接触时间，使得换热更充分。

冷水经过换热器后，温度上升，进入到水喷雾系统中。水喷雾系统主要由增压水泵9、水雾喷枪10、水雾喷头11三者组成，均选用市面常规水喷配件，可通过调试不同增压压力和使用不同水雾喷头，以达到最好的喷雾效果，使得水雾与冷空气的换热效果最佳。

冷空气经风机7引入到气泡喷枪8中，气泡喷枪为常规多孔方型管设计，冷空气通过其细小喷孔，不少于100个，在水中形成气泡，与水充分直接换热。当气泡上升越过水面，随后与水雾喷头喷洒出来的热雾滴对流相撞，进行直接热交换，使得冷空气升温，热水降温。换热后的热空气最终从顶部出口排入大气，换热后的冷水进入到水冷换热器1中，与热烟气进行换热，如此循环往复。

热烟气经过水冷换热器后，冷凝下来的污水和降温后的烟气一起进入旋风聚并器12中。该旋风聚并器为常规离心式旋风器，防腐塑料材质，结构简单，设计成熟，可对剩余未完全聚并的小液滴、污染物，再进行离心式聚并。进一步使烟气中小液滴、可溶性离子、颗粒物聚并凝结成大液滴，最大程度实现对其脱除。通过旋风聚并后的气体和液体得到充分分离，分离后的烟气进入烟囱排入大气，分离后的污水进入蓄水池。

经旋风聚并器分离后的污水进入到蓄水池10；蓄水池10、水泵11，水位控制器12，三者构成一个水位保持系统，实现蓄水池中水位保持在最高位与最低位之间；当水位到达最高设定水位时，触发水泵工作，抽水，将污水输送至脱硫塔浆液补水系统，实现0水耗；当水位到达最低设定水位时，触发水泵停止工作，蓄水，设置最低水位是为了保证整个烟气气路系统的稳定，不造成烟气回流进入脱硫塔。水位控制系统采用成熟商业产品，性能质量稳定，成本低廉，可最低成本实现蓄水池的水位保持。

本发明在烟温49度，冷风进气流量为3m³/min，烟气流量1m³/min的情况下，水脱除率为60.7%，水溶性离子、颗粒物的脱除率为65.3%。

本发明在烟温49度，冷风进气流量为3m³/min，烟气流量2m³/min，水脱除率为56.2%，水溶性离子，颗粒物的脱除率为53.9%。

本发明在烟温49度，冷风进气流量为3m³/min，烟气流量在3m³/min时，水脱除率为42.5%，水溶性离子，颗粒物的脱除率为47.9%。

Claims (8)

1.一种脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷-脱白装置，其特征在于，包括：水冷换热器，烟气进入通道，烟气气流均布板，烟气排出通道，换热翅片，折线聚并器，气泡喷雾换热器，风机,气泡喷枪，增压水泵，水雾喷枪，水雾喷头，旋风聚并器，蓄水池，水泵，水位控制器；单根折线聚并丝，换热管壁，并排平行的折线聚并丝；水导流板，并排平行的折线换热翅片；其中：

所述水冷换热器内部包括若干换热管、换热翅片和折线聚并器；水冷换热器设有外部换热通道和内部换热通道，外部换热通道为冷水经过的换热通道，内部换热通道为烟气经过的换热通道；换热翅片设置于外部换热通道内，折线聚并器设置于内部换热通道内；外部冷水通道的进出两端分别与气泡喷雾换热器的底部出水口和增压水泵相连通；内部通道的两端口分别与烟气进入通道和烟气排出通相连通；所述风机与气泡喷枪连通，用于输送冷风；所述增压水泵与水雾喷枪、水雾喷头相连通，构成水喷雾系统，用于增压喷水雾；所述旋风聚并器设有两个气体端口和一个液体端口，两个气体端口分别与烟气排出通道和烟囱相连通，液体端口与蓄水池连通；所述水泵与蓄水池连通，水泵与水位控制器、蓄水池，三者构成蓄水池水位控制系统，用于控制蓄水池中水位。

2.根据权利要求1所述的脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷-脱白装置，其特征在于，所述水冷换热器中的折线聚并器为细丝折线并排型结构，细丝折线的每个弯折点与换热管内壁连结。

3.根据权利要求2所述的脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷-脱白装置，其特征在于，所述换热翅片为细丝折线并排型结构，整体结构与所述折线聚并器类似，折线型换热翅片的每个弯折点与邻近两根换热方管外壁相连结；其并排组数低于折线聚并器中并排组数；同时在翅片中设置有若干组平行水导流板，使得水流走S型路径。

4.根据权利要求1、2或3所述的脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷-脱白装置，其特征在于，所述气泡喷雾换热器主要由气泡喷枪、风机、水雾喷枪、增压水泵和水雾喷头组成；环境冷风由风机输送到气泡喷枪中，气泡喷枪置于循环换热水中，冷风经过喷枪口在水中形成气泡，冷风气泡与热水进行换热；气泡上升越过水面后，与水雾喷头喷洒下来的热水雾进行对流碰撞，直接换热，最后通过顶部出口排出。

5.根据权利要求4所述的脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷-脱白装置，其特征在于，所述气泡喷枪采用多孔方管设计。

6.根据权利要求4所述的脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷-脱白装置，其特征在于，所述旋风聚并器为离心式旋风器，对前面折线聚并器处理后的剩余烟气，再进行离心式聚并，进一步让烟气中小液滴、可溶性离子、颗粒物进一步得到聚并凝结成大液滴，从液体端排出，进一步对水、水溶性离子、颗粒物的脱除。

7.根据权利要求5或6所述的脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷-脱白装置，其特征在于，所述蓄水池、水位控制器、水泵三者构成一个蓄水池水位控制系统，实现蓄水池中水位保持在最高位与最低位之间；当水位在最高位时触发水泵工作，抽水；当水位到达最低位时，触发水泵停止工作，蓄水。

8.根据权利要求7所述的脱除烟气中可冷凝污染物和回收水的水冷-脱白装置，其特征在于，所述烟气气流均布板采用常规喇叭气流均布孔板，设置于烟气进气道口处。