CN110075698B - 节能型烟羽消除的烟气深度净化系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种节能型烟羽消除的烟气深度净化系统及其方法，属于环保领域，以解决目前方式需提供冷却循环水会增加系统投资及工厂改造难度较大的问题。空预器烟气出口依次与一级烟气冷却器、除尘器、引风机烟气、二级烟气冷却器、脱硫塔、烟气冷凝器、烟空掺混烟道和烟囱连；烟气冷凝风机空气出口与烟气冷凝器空气入口连，烟气冷凝器空气出口与一次风机空气入口和二次风机空气入口连，一次风机空气出口和二次风机空气出口与一级烟气冷却器两个空气入口连，一级烟气冷却器两个空气出口与空预器两个空气入口连，烟气冷却风机空气出口依次与二级烟气冷却器和烟空掺混烟道空气入口连；烟气冷凝器中的冷凝水进入冷凝水收集器后进入冷凝水储罐。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种节能型烟羽消除的烟气深度净化系统及其方法。
背景技术
目前烟气的脱硫大多采用湿法脱硫工艺，经湿法脱硫后为45～55℃的饱和湿烟气，在进入温度较低的环境空气中扩散时，烟气中的水蒸气会凝结形成小液滴，小液滴对光线产生折射、散射作用，从而使烟囱出口呈现白色或者灰色的有色烟羽。有色烟羽中含有脱硫剂、SO3、酸雾气溶胶、逃逸氨、可溶性盐、重金属及有机组分，这些污染物不仅是PM2.5细颗粒的重要组成成分，还对其生成和二次转化存在“贡献”。由此可见，对有色烟羽的治理不仅是减轻“白烟”这种视觉污染，其核心更在于控制烟气中的污染物排放。
传统的视觉上消除有色烟羽的方法是利用烟气余热加热脱硫后烟气，即烟气再热。然而考虑到节省投资，避免堵塞和泄露等问题，最终逐步被弃用。随着环保要求的不断提高，部分地区的电厂采用MGGH水媒式烟气加热技术，在一定程度上实现了白色烟羽的消除。这些烟气再热技术均采用降低相对湿度的方法来消除有色烟羽，然而它们都只解决视觉污染，无法协同脱除有色烟羽中的污染物。鉴于此，烟气冷凝再热工艺被提出，即先降低湿饱和烟气的温度，将烟气中部分水冷凝析出，在此过程中实现污染物的协同脱除。
然而，烟气冷凝需要大量的冷源，通常冷源采用循环冷却水。然而，一些工厂无法提供循环冷却水，而单独设置循环水冷却装置不仅会增加系统投资，对于周边扩建困难的工厂改造难度较大。
发明内容
为解决目前消除有色烟羽中污染物的方式需要提供冷却循环水会增加系统投资及工厂的改造难度比较大等技术问题，本发明提供一种节能型烟羽消除的烟气深度净化系统及其方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种节能型烟羽消除的烟气深度净化系统，其包括一次风机、二次风机、一级烟气冷却器、空预器、除尘器、引风机、烟气冷却风机、二级烟气冷却器、脱硫塔、烟气冷凝风机、烟气冷凝器、冷凝水收集器、烟空掺混烟道、烟囱和冷凝水储罐，其中：所述空预器的烟气入口与锅炉的烟气出口连接，空预器的烟气出口与一级烟气冷却器的烟气入口连接，一级烟气冷却器的烟气出口与除尘器的烟气入口连接，除尘器的烟气出口与引风机的烟气入口连接，引风机的烟气出口与二级烟气冷却器的烟气入口连接，二级烟气冷却器的烟气出口与脱硫塔的烟气入口连接，脱硫塔的烟气出口与烟气冷凝器的烟气入口连接，烟气冷凝器的烟气出口与烟空掺混烟道的烟气入口连接，烟空掺混烟道的烟气出口与烟囱的烟气入口连接；烟气冷凝风机的空气出口与烟气冷凝器的空气入口连接，烟气冷凝器的空气出口分别与一次风机的空气入口和二次风机的空气入口连接，一次风机的空气出口和二次风机的空气出口与一级烟气冷却器的两个空气入口连接，一级烟气冷却器的两个空气出口分别与空预器的两个空气入口连接，空预器的空气出口与锅炉的空气入口连接，烟气冷却风机的空气出口与二级烟气冷却器的空气入口连接，二级烟气冷却器的空气出口与烟空掺混烟道的空气入口连接；冷凝水收集器与烟气冷凝器的底部连接，烟气冷凝器中的冷凝水进入冷凝水收集器，冷凝水收集器的冷凝水出口与冷凝水储罐连接。
可选地，节能型烟羽消除的烟气深度净化系统还包括除雾器，除雾器的烟气入口与烟气冷凝器的烟气出口连接，除雾器的烟气出口与烟空掺混烟道的烟气入口连接，除雾器的冷凝水进入冷凝水收集器。
可选地，节能型烟羽消除的烟气深度净化系统还包括湿式电除尘器，湿式电除尘器的烟气入口与烟气冷凝器的烟气出口连接，湿式电除尘器的烟气出口与烟空掺混烟道的烟气入口连接。
可选地，节能型烟羽消除的烟气深度净化系统还包括冷却水雾化腔室，冷却水雾化腔室与烟气冷凝器的侧壁连接，冷却水雾化腔室内部装有多个冷却水雾化喷头及冷却水分配管路，冷却水分配管路与各个冷却水雾化喷头连接；冷却水雾化腔室的空气入口与烟气冷凝风机的空气出口连接，冷却水雾化腔室的空气出口与烟气冷凝器的空气入口连接。
可选地，所述一级烟气冷却器和二级烟气冷却器均为间壁式换热器，所述间壁式换热器为H型翅片管换热器或者光管换热器。
可选地，所述一级烟气冷却器、二级烟气冷却器和烟气冷凝器均为气-气换热器。
可选地，所述烟气冷凝器为金属光管换热器或者氟塑料换热器，所述金属光管换热器采用蛇形水平布置或垂直布置，所述氟塑料换热器采用垂直吊装布置。
可选地，所述脱硫塔为空塔喷淋型脱硫塔，脱硫塔内布置3-5层喷淋层。
上述节能型烟羽消除的烟气深度净化系统进行烟气深度净化的方法，其包括如下步骤：
S1，从空预器出来的130-160℃的烟气进入一级烟气冷却器，从烟气冷凝风机出来的-20-30℃的冷空气进入烟气冷凝器预热至0-50℃后经一次风机和二次风机进入一级烟气冷却器，并在一级烟气冷却器中与130-160℃的烟气进行第一次热交换，第一次热交换使烟气温度降至110-130℃后，110-130℃的烟气进入二级烟气冷却器，第一次热交换后的空气进入空预器；
S2，进入二级烟气冷却器的110-130℃的烟气与来自于烟气冷却风机的-20-30℃的冷空气进行第二次热交换，第二次热交换使烟气的温度降为85-105℃；
S3，第二次热交换后的85-105℃的烟气进入脱硫塔进行湿法脱硫，使湿法脱硫得到的饱和湿烟气的温度降至45-49℃，第二次热交换后升温的干空气进入烟空掺混烟道；
S4，从脱硫塔出来的45-49℃的饱和湿烟气进入烟气冷凝器，与从烟气冷凝风机出来的-20-30℃冷空气进行第三次热交换，使饱和湿烟气的温度降至41-47℃后，41-47℃的烟气经烟空掺混烟道进入烟囱，并从烟囱排出，第三次热量交换过程中析出的冷凝水通过冷凝水收集器排出至冷凝水储罐中。
本发明的有益效果是：
通过设置一级烟气冷却器和空预器来进行冷空气和烟气的第一次热交换，不仅提高了冷空气的温度，彻底解决空预器低温下可能出现的结露腐蚀问题，而且初步降低了烟气的温度，强化了SO3与粉尘中碱性物质的结合的可能，能够协同脱除SO3等酸性气体，降低粉尘的比电阻，提高了除尘效率，同时降低了除尘器的烟气入口的烟温。通过设置二级烟气冷却器来使烟气与冷空气进行第二次热交换，降低了脱硫塔的烟气出口的烟温，同时降低了烟气冷凝器的冷凝负荷。脱硫塔的烟气出口的烟气中存在大量的以凝结核形式存在的污染物，通过设置烟气冷凝器，使得污染物在烟气冷凝过程中正好作为凝结核进入冷凝水中，达到烟气深度净化的目的。在烟气冷凝器中，烟气与冷空气进行第三次换热后，空气继续作为一级烟气冷却器的冷源与烟气进行换热来吸收烟气热量，之后继续作为空预器的冷源与烟气换热，进一步回收了烟气的余热。在不投暖风器的情况下，冷空气通过两次预热使得空气温度得到了提高，解决了传统空预器由于冬季环境温度过低存在的结露腐蚀问题，节约了高品位蒸汽。另外，一级烟气冷却器和二级烟气冷却器的应用降低了排烟的温度，提高了一次风和二次风的风温，提高了锅炉效率，达到了节能的目的。
在烟气冷凝器中烟气中的水蒸气由于温度降低而冷凝，通过烟气冷凝器底部的冷凝水器收集，冷凝水可以直接作为脱硫工艺的补充水。同时，烟气经一级烟气冷却器和二级烟气冷却器后使得脱硫塔烟气入口的烟温降低，脱硫塔内浆液蒸发量降低，脱硫塔的补水量减少，最终达到了节水的目的。
在第一次热交换和第二次热交换中，烟温深度降低，脱硫塔内脱硫浆液的蒸发减少，相对无烟气冷却器的情况，使得脱硫塔的烟气出口的烟气湿度大大降低。在烟气冷凝器中进行第三次换热后，烟气得到了冷凝，烟气中的含湿量进一步减少。同时，第二次热交换后空气温度升高，升温后的干空气与烟气冷凝器的烟气出口的烟气在烟空掺混烟道混合后使得烟气温度升高，相对湿度大幅减小，最终实现了有色烟羽视觉污染的消除。
综上，与背景技术相比，本发明具有能够解决空预器低温下可能出现的结露腐蚀问题，能够协同消除烟气中的污染物，能够充分利用烟气中的余热，能够提高锅炉效率，能够达到节能和节水的目的，利用冷空气作为冷源能够减少烟气冷凝所需的投资，工厂改造难度比较小等有点，可广泛应用于燃煤锅炉烟气深度净化、节水等领域中。
附图说明
图1是本发明的系统组成示意图。
图2是图1中烟气冷凝器、冷凝水收集器和除雾器14之间的连接关系示意图。
图3是图2的左视图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明实施例中的节能型烟羽消除的烟气深度净化系统，其包括一次风机1、二次风机2、一级烟气冷却器3、空预器4、除尘器5、引风机6、烟气冷却风机7、二级烟气冷却器8、脱硫塔9、烟气冷凝风机10、烟气冷凝器12、冷凝水收集器13、烟空掺混烟道15、烟囱16和冷凝水储罐17，其中：所述空预器4的烟气入口与锅炉的烟气出口连接，空预器4的烟气出口与一级烟气冷却器3的烟气入口连接，一级烟气冷却器3的烟气出口与除尘器5的烟气入口连接，除尘器5的烟气出口与引风机6的烟气入口连接，引风机6的烟气出口与二级烟气冷却器8的烟气入口连接，二级烟气冷却器8的烟气出口与脱硫塔9的烟气入口连接，脱硫塔9的烟气出口与烟气冷凝器12的烟气入口连接，烟气冷凝器12的烟气出口与烟空掺混烟道15的烟气入口连接，烟空掺混烟道15的烟气出口与烟囱16的烟气入口连接；烟气冷凝风机10的空气出口与烟气冷凝器12的空气入口连接，烟气冷凝器12的空气出口分别与一次风机1的空气入口和二次风机2的空气入口连接，一次风机1的空气出口和二次风机2的空气出口与一级烟气冷却器3的两个空气入口连接，一级烟气冷却器3的两个空气出口分别与空预器4的两个空气入口连接，空预器4的空气出口与锅炉的空气入口连接，烟气冷却风机7的空气出口与二级烟气冷却器8的空气入口连接，二级烟气冷却器8的空气出口与烟空掺混烟道15的空气入口连接；冷凝水收集器13与烟气冷凝器12的底部连接，烟气冷凝器12中的冷凝水进入冷凝水收集器13，冷凝水收集器13的冷凝水出口与冷凝水储罐17连接。
其中，锅炉为电厂或供暖系统中的锅炉。烟-空掺混烟道15用于降低进入烟囱9的烟气入口的烟气的相对湿度。本发明实施例根据现场实际条件，也可以将二级烟气冷却器8安装于除尘器5与引风机6之间。
可选地，如图2和图3所示，节能型烟羽消除的烟气深度净化系统还包括除雾器14，除雾器14的烟气入口与烟气冷凝器12的烟气出口连接，除雾器14的烟气出口与烟空掺混烟道15的烟气入口连接，除雾器11的冷凝水进入冷凝水收集器13。除雾器14用于补集烟气冷凝器12的烟气出口所出的烟气中夹带的液滴，除雾器14补集的液滴最终流入冷凝水收集器13中，随冷凝水一并排出至冷凝水储罐17中。
可选地，节能型烟羽消除的烟气深度净化系统还包括湿式电除尘器，湿式电除尘器的烟气入口与烟气冷凝器12的烟气出口连接，湿式电除尘器的烟气出口与烟空掺混烟道15的烟气入口连接。由于湿式电除尘器具有很好的补集细小液滴的能力，因此，当设置湿式电除尘器后，可以省去除雾器14。
可选地，如图2和图3所示，节能型烟羽消除的烟气深度净化系统还包括冷却水雾化腔室11，冷却水雾化腔室11与烟气冷凝器12的侧壁连接，冷却水雾化腔室11内部装有多个冷却水雾化喷头及冷却水分配管路，冷却水分配管路与各个冷却水雾化喷头连接；冷却水雾化腔室11的空气入口与烟气冷凝风机10的空气出口连接，冷却水雾化腔室11的空气出口与烟气冷凝器12的空气入口连接。冷却水分配管路的进水口与外部冷却水源连接。冷却水雾化喷头用于将冷却水雾化，加大空气湿度，提高空气携带热量的能力。由于冷却水雾化腔室11面积较大，当在其中设置较多的冷却水雾化喷头后，需要冷却水分配管路来为各个冷却水雾化喷头分配冷却水，即冷却水分配管路用于将冷却水分配至各个冷却水雾化喷头。冷却水雾化腔室11可以作为夏季环境温度较高的情况下提高烟气冷凝器12的换热效率的备用手段，冷却水雾化腔室11处理后的冷却水雾化经烟气冷凝器12加热相变后依次通过一级烟气冷却器3和空预器4，最终进入锅炉的炉膛。
其中，所述一级烟气冷却器3和二级烟气冷却器8均为间壁式换热器，所述间壁式换热器为H型翅片管换热器或者光管换热器。所述一级烟气冷却器3、二级烟气冷却器8和烟气冷凝器12均为气-气换热器，它们的冷源均为冷空气。所述烟气冷凝器12为金属光管换热器或者氟塑料换热器，所述金属光管换热器采用蛇形水平布置或垂直布置，所述氟塑料换热器采用垂直吊装布置。所述脱硫塔1为空塔喷淋型脱硫塔，脱硫塔1内布置3-5层喷淋层，顶部布置有除雾器，除雾器为屋脊式换热器与管式换热器的组合。
其中，所述除尘器5为电除尘器或者袋式除尘器。通过采用袋式除尘器，可以降低一级烟气冷却器3的出力，将除尘器5的烟气入口的烟温控制在110℃以上，避免烟气结露等引起布袋堵塞。
本发明所述的节能型烟羽消除的烟气深度净化系统在一些具体实施过程中，当空预器4的烟气出口的烟温低于120℃时，可以省略一级烟气冷却器3，而仅安装二级烟气冷却器8。此时，空预器4的烟气出口与除尘器5的烟气入口连接，除尘器5的烟气出口与引风机6的烟气入口连接，引风机6的烟气出口与二级烟气冷却器8的烟气入口连接，二级烟气冷却器8的烟气出口与脱硫塔9的烟气入口连接；或者，除尘器5的烟气出口与二级烟气冷却器8的烟气入口与连接，二级烟气冷却器8的烟气出口与引风机6的烟气入口连接，引风机6的烟气出口与脱硫塔9的烟气入口连接。如此设置，可以达到减少系统投资的效果。
上述节能型烟羽消除的烟气深度净化系统进行烟气深度净化的方法，其包括如下步骤S1至S4：
S1，从空预器4出来的130-160℃的烟气进入一级烟气冷却器3，从烟气冷凝风机10出来的-20-30℃的冷空气进入烟气冷凝器12预热至0-50℃后经一次风机1和二次风机2进入一级烟气冷却器3，并在一级烟气冷却器3中与130-160℃的烟气进行第一次热交换，第一次热交换使烟气温度降至110-130℃后，110-130℃的烟气进入二级烟气冷却器8，第一次热交换后的空气进入空预器4。其中，从空预器4出来的130-160℃的烟气来自于锅炉排出的烟气。
S2，进入二级烟气冷却器8的110-130℃的烟气与来自于烟气冷却风机7的-20-30℃的冷空气进行第二次热交换，第二次热交换使烟气的温度降为85-105℃。
S3，第二次热交换后的85-105℃的烟气进入脱硫塔9进行湿法脱硫，使湿法脱硫得到的饱和湿烟气的温度降至45-49℃，第二次热交换后升温的干空气进入烟空掺混烟道15。
S4，从脱硫塔9出来的45-49℃的饱和湿烟气进入烟气冷凝器12，与从烟气冷凝风机10出来的-20-30℃冷空气进行第三次热交换，使饱和湿烟气的温度降至41-47℃后，41-47℃的烟气经烟空掺混烟道15进入烟囱16，并从烟囱16排出，第三次热量交换过程中析出的冷凝水通过冷凝水收集器13排出至冷凝水储罐17中。
本发明所述的节能型烟羽消除的烟气深度净化系统及其方法与传统水媒式MGGH+烟气冷凝工艺最大的区别是直接采用冷空气作为冷源。采用冷空气作为冷源可以解决空冷机组或者缺水地区的冷源、水源不足的问题，同时简化了工艺流程，避免了水媒式系统由于腐蚀漏液造成停机的风险，提高了运行安全性。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种节能型烟羽消除的烟气深度净化系统进行烟气深度净化的方法，其特征在于，所述节能型烟羽消除的烟气深度净化系统包括一次风机(1)、二次风机(2)、一级烟气冷却器(3)、空预器(4)、除尘器(5)、引风机(6)、烟气冷却风机(7)、二级烟气冷却器(8)、脱硫塔(9)、烟气冷凝风机(10)、烟气冷凝器(12)、冷凝水收集器(13)、烟空掺混烟道(15)、烟囱(16)和冷凝水储罐(17)，其中：所述空预器(4)的烟气入口与锅炉的烟气出口连接，空预器(4)的烟气出口与一级烟气冷却器(3)的烟气入口连接，一级烟气冷却器(3)的烟气出口与除尘器(5)的烟气入口连接，除尘器(5)的烟气出口与引风机(6)的烟气入口连接，引风机(6)的烟气出口与二级烟气冷却器(8)的烟气入口连接，二级烟气冷却器(8)的烟气出口与脱硫塔(9)的烟气入口连接，脱硫塔(9)的烟气出口与烟气冷凝器(12)的烟气入口连接，烟气冷凝器(12)的烟气出口与烟空掺混烟道(15)的烟气入口连接，烟空掺混烟道(15)的烟气出口与烟囱(16)的烟气入口连接；烟气冷凝风机(10)的空气出口与烟气冷凝器(12)的空气入口连接，烟气冷凝器(12)的空气出口分别与一次风机(1)的空气入口和二次风机(2)的空气入口连接，一次风机(1)的空气出口和二次风机(2)的空气出口与一级烟气冷却器(3)的两个空气入口连接，一级烟气冷却器(3)的两个空气出口分别与空预器(4)的两个空气入口连接，空预器(4)的空气出口与锅炉的空气入口连接，烟气冷却风机(7)的空气出口与二级烟气冷却器(8)的空气入口连接，二级烟气冷却器(8)的空气出口与烟空掺混烟道(15)的空气入口连接；冷凝水收集器(13)与烟气冷凝器(12)的底部连接，烟气冷凝器(12)中的冷凝水进入冷凝水收集器(13)，冷凝水收集器(13)的冷凝水出口与冷凝水储罐(17)连接
所述方法包括如下步骤：
S1，从空预器(4)出来的130-160℃的烟气进入一级烟气冷却器(3)，从烟气冷凝风机(10)出来的-20-30℃的冷空气进入烟气冷凝器(12)预热至0-50℃后经一次风机(1)和二次风机(2)进入一级烟气冷却器(3)，并在一级烟气冷却器(3)中与130-160℃的烟气进行第一次热交换，第一次热交换使烟气温度降至110-130℃后，110-130℃的烟气进入二级烟气冷却器(8)，第一次热交换后的空气进入空预器(4)；
S2，进入二级烟气冷却器(8)的110-130℃的烟气与来自于烟气冷却风机(7)的-20-30℃的冷空气进行第二次热交换，第二次热交换使烟气的温度降为85-105℃；
S3，第二次热交换后的85-105℃的烟气进入脱硫塔(9)进行湿法脱硫，使湿法脱硫得到的饱和湿烟气的温度降至45-49℃，第二次热交换后升温的干空气进入烟空掺混烟道(15)；
S4，从脱硫塔(9)出来的45-49℃的饱和湿烟气进入烟气冷凝器(12)，与从烟气冷凝风机(10)出来的-20-30℃冷空气进行第三次热交换，使饱和湿烟气的温度降至41-47℃后，41-47℃的烟气经烟空掺混烟道(15)进入烟囱(16)，并从烟囱(16)排出，第三次热量交换过程中析出的冷凝水通过冷凝水收集器(13)排出至冷凝水储罐(17)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节能型烟羽消除的烟气深度净化系统还包括除雾器(14)，除雾器(14)的烟气入口与烟气冷凝器(12)的烟气出口连接，除雾器(14)的烟气出口与烟空掺混烟道(15)的烟气入口连接，除雾器(14)的冷凝水进入冷凝水收集器(13)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节能型烟羽消除的烟气深度净化系统还包括湿式电除尘器，湿式电除尘器的烟气入口与烟气冷凝器(12)的烟气出口连接，湿式电除尘器的烟气出口与烟空掺混烟道(15)的烟气入口连接。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节能型烟羽消除的烟气深度净化系统还包括冷却水雾化腔室(11)，冷却水雾化腔室(11)与烟气冷凝器(12)的侧壁连接，冷却水雾化腔室(11)内部装有多个冷却水雾化喷头及冷却水分配管路，冷却水分配管路与各个冷却水雾化喷头连接；冷却水雾化腔室(11)的空气入口与烟气冷凝风机(10)的空气出口连接，冷却水雾化腔室(11)的空气出口与烟气冷凝器(12)的空气入口连接。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一级烟气冷却器(3)和二级烟气冷却器(8)均为间壁式换热器，所述间壁式换热器为H型翅片管换热器或者光管换热器。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一级烟气冷却器(3)、二级烟气冷却器(8)和烟气冷凝器(12)均为气-气换热器。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烟气冷凝器(12)为金属光管换热器或者氟塑料换热器，所述金属光管换热器采用蛇形水平布置或垂直布置，所述氟塑料换热器采用垂直吊装布置。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱硫塔(9)为空塔喷淋型脱硫塔，脱硫塔(9)内布置3-5层喷淋层。
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