CN110102139B - 一种用于锅炉烟气多级换热脱白的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锅炉烟气多级换热脱白的方法，包括如下步骤：S1：脱硫喷淋，锅炉烟气进入脱硫塔进行喷淋脱硫，经脱硫喷淋区后被水汽饱和或接近饱和；S2：一级除尘除雾，经S1脱硫后的烟气进入第一级旋流板除尘除雾器，去除烟气中的水雾和细微粉尘颗粒；S3：冷却，经S2除尘除雾后的烟气流向冷却喷淋集液区，析出烟气中的水蒸气；S4：二级除尘除雾，经S3冷却后的烟气进入第二级旋流板除尘除雾器，第二次去除烟气中的水雾和细微粉尘颗粒，烟气达到饱和度，烟气排出脱硫塔；S5：升温排放，经S4排出的烟气进入换热器，经换热器升温后，烟气的饱和度降低，通过烟囱排放入大气。

Description

一种用于锅炉烟气多级换热脱白的方法

技术领域

本发明属于锅炉烟气处理工艺技术领域，具体涉及一种用于烟气多级换热脱白的方法。

背景技术

工业加热炉、电厂锅炉等向大气排放烟气时出现“白烟”现象，主要是由于热烟气与空气相遇，烟气温度降低，其内所含水分达到过饱和，水气凝结形成白雾。

消减“白烟”对改善烟气排放外观、提高公众环保接受度具有积极作用，随着大气污染物排放标准的提高，大量的工业炉和电厂锅炉烟气经过脱硫脱硝后排放，采用湿法脱硫的烟气携带饱和水蒸气和大量水雾，更有消减“白烟”的技术需求，湿法脱硫占到现已有投产的烟气脱硫装置的84％。湿法脱硫后的烟气含湿量较高，烟温较低，脱硫后的烟气进入环境空气中时，烟气中水蒸气处于过饱和状态，部分水蒸气冷凝结雾，从而出现“白烟”现象。湿式脱硫不仅使烟气成为饱和湿烟气，而且生成了多种盐类细微颗粒物。这些微尘难以捕捉脱除，使饱和烟气难以扩散形成拖尾，脱硝过程中也会由于氨逃逸生成硫酸氨而形成气溶胶，造成烟气拖尾，大量的烟羽漂浮在空中，是雾霾的成因之一。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供一种沉降微尘颗粒、消除白烟的用于烟气多级换热脱白的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种锅炉烟气多级换热脱白的方法，包括如下步骤：

S1：脱硫喷淋，锅炉烟气进入脱硫塔进行喷淋脱硫，烟气由脱硫喷淋区下部进入后与脱硫喷淋液逆流接触，经脱硫喷淋区后被水汽饱和或接近饱和；

S2：一级除尘除雾，经S1脱硫后的烟气继续流向脱硫塔上部，进入第一级旋流板除尘除雾器，烟气在旋流板的引导下，在旋流板除尘除雾器内发生高速旋转，去除烟气中的水雾和细微粉尘颗粒；

S3：冷却，经S2除尘除雾后的烟气流向脱硫塔内部上端的冷却喷淋集液区，烟气经冷水冷却、包裹、凝并，析出烟气中的水蒸气；

S4：二级除尘除雾，经S3冷却后的烟气继续流向脱硫塔上部，进入第二级旋流板除尘除雾器，第二次去除烟气中的水雾和细微粉尘颗粒，烟气达到饱和度，烟气排出脱硫塔；

S5：升温排放，经S4排出的烟气进入换热器，经换热器升温后，烟气的饱和度降低，通过烟囱排放入大气。

进一步的，S2中的烟气流速为5m/s～10m/s，S4中的烟气流速为10m/s～15m/s。

进一步的，S1中烟气脱硫喷淋后温度降至55～70℃。

进一步的，S4中排出脱硫塔的烟气温度为30～50℃。

进一步的，S5中经换热器升温后，烟气温度升至70～80℃。

进一步的，经S3冷却后的烟气，烟气温度T≤45℃，烟气相对湿度RH≤80％。

进一步的，经S4二级除尘除雾后的烟气，烟气相对湿度RH≤20％，烟气中粉尘颗粒物S≤10mg/m³以下。

进一步的，所述的方法采用一种锅炉烟气多级换热脱白装置，包括脱硫塔、气体均布器、一级除尘除雾装置、二级除尘除雾装置、冷却装置、换热器、烟囱和检测装置，所述脱硫塔内部从下往上依次设气体均布器、第一喷淋管、一级除尘除雾装置、第二喷淋管和二级除尘除雾装置，所述脱硫塔通过第一管道连接换热器的低温输入端，所述换热器的高温输出端通过第二管道连接烟囱，所述第二喷淋管连接冷却装置，所述脱硫塔的底部设浆液槽，所述的脱白装置通过控制系统控制。

进一步的，所述控制系统包括控制室和DCS系统，所述DCS系统包括显示器、处理器、数据监测模块、自动调节模块、开关量顺序模块和报警模块，所述数据监测模块、自动调节模块、开关量顺序模块和报警模块连接处理器，所述处理器连接显示器，所述显示器设于操作室内，所述数据监测模块将测量的各部分数据输送至处理器，所述处理器根据监测数据通过自动调节模块调节各部件，所述处理器通过开关量顺序模块调节各工作环节的启动和关闭。

进一步的，所述冷却装置包括排水管、热泵、水箱和水泵，所述排水管通过第三管道连接热泵的输入端，所述热泵的输出端连接水箱的输入端，所述水箱的输出端通过水泵连接第四管道，所述第四管道的一端连接水泵，所述第四管道的另一端连接第二喷淋管，所述排水管设于脱硫塔内、第二喷淋管的下端和一级除尘除雾装置的上端之间。

进一步的，所述第一管道靠近脱硫塔的一侧设温湿度传感器，所述第四管道上设阀门，所述阀门连接温湿度传感器，所述温湿度传感器连接DCS系统。

进一步的，所述脱硫塔的下端侧壁上设进口，所述脱硫塔的上端设出口，所述出口连接第一管道。

进一步的，所述第一喷淋管设至少两层。

进一步的，所述第一喷淋管通过循环泵连接浆液槽，所述浆液槽内设搅拌器。

进一步的，所述数据监测模块包括密度计、PH计、液位计、料位计和烟气连续监测仪。

进一步的，所述密度计和PH计设于浆液槽内，所述烟气连续监测仪设至少两个，所述的至少一个烟气连续监测仪设于烟气进口处，所述的另外至少一个烟气连续监测仪设于换热器和烟囱之间。

进一步的，所述两层及两层以上除尘除雾装置的组合体的筒体直径为50～800mm。

进一步的，所述脱硫塔的烟气进口处依次通过除尘器和引风机连接锅炉。

进一步的，所述浆液槽远离进气口的一端设排液口，所述排液口连接旋流器。

进一步的，所述密度计采用核辐射密度计，所述PH计上设两个PH探头。

进一步的，所述换热器采用玻璃板、碳化硅陶瓷管、氟塑料换热器的任一种。

进一步的，所述换热器采用氟塑料换热器，所述氟塑料换热器的管径为10～50mm，壁厚为1～1.5mm。

进一步的，锅炉烟气的除尘效率满足：

其中，η为颗粒的分级除尘效率，r为离心半径m，ω为离心角速度r/s，L为除尘除雾装置的长度m，W为除尘除雾装置的宽度m，n为旋流式除雾器单元的层数，v₀为烟气进入除尘除雾装置的初始流速m/s，H为除尘除雾装置的高度m，T为烟气温度K。

烟气中颗粒物的粒子直径满足：

其中d为烟气颗粒物的粒子直径m，μ为空气粘度Pa·s，v₀为烟气进入除尘除雾装置的初始流速m/s，H为除尘除雾装置的高度m，ρ为烟气密度mg/m³，ω为离心角速度r/s，W为除尘除雾装置的宽度m，L为除尘除雾装置的长度m。

进一步的，v₀的范围为6m/s～15m/s。

进一步的，烟气密ρ满足

其中p为烟气压力pa，M为烟气平均分子量mg/mol，R_M为气体常数，R_M＝8.314J/(mol·K)，T为烟气温度K。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的一种锅炉烟气多级换热脱白方法，烟气经第一级旋流板除尘除雾器和第二级旋流板除尘除雾器两级除尘除雾，第一级旋流板除尘除雾器以相对第二级旋流板除尘除雾器略低的烟气流速分离烟气中的水雾及其包裹的超细微粉尘，通过离心作用分级分层设计，满足不同粒径、质量微尘粒子的脱除，同时对烟气中所含水雾也有明显的去除作用。

2、本发明提供的一种锅炉烟气多级换热脱白方法，烟气在第一级除尘除雾后进行冷却喷淋集液，利用低温循环水降低烟气的温度，将烟气所含水蒸气析出，降低烟气的水含量和湿度，喷淋降温使烟气包裹凝并，再次将微尘和水雾脱出，大量冷凝液有效脱出SO₃、气溶胶和可溶性盐等，烟气得到深度净化。

3、本发明提供的一种锅炉烟气多级换热脱白方法，烟气中的颗粒物沉降到10mg/m³以下，含水量降低到20％以下，达到粉尘超低排放标准，有效消除了烟气拖尾，提高烟气脱白效率。

附图说明

图1是本发明一种锅炉烟气多级换热脱白方法工艺流程图。

图2是本发明一种锅炉烟气多级换热脱白装置结构示意图。

图3是本发明一种锅炉烟气多级换热脱白装置脱硫塔示意图。

图4是本发明一种锅炉烟气多级换热脱白装置控制系统流程图。

图5是本发明一种锅炉烟气多级换热脱白装置数据监测模块示意图。

图中：1、脱硫塔；2、第一管道；3、温湿度传感器；4、阀门；5、换热器；6、烟囱；7、第三管道；8、热泵；9、水箱；10、水泵；11、第四管道；12、控制室；13、显示器；14、处理器；15、数据监测模块；16、自动调节模块；17、开关量顺序模块；18、报警模块；101、二级除尘除雾装置；102、第二喷淋管；103、一级除尘除雾装置；104、第一喷淋管；105、气体均布器；106、进口；107、浆液槽；108、搅拌器；109、循环泵；110、出口；111、排水管；151、密度计；152、PH计；153、液位计；154、料位计；155、烟气连续监测仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种锅炉烟气多级换热脱白的方法，包括如下步骤：

S1：脱硫喷淋，锅炉烟气进入脱硫塔进行喷淋脱硫，烟气由脱硫喷淋区下部进入后与脱硫喷淋液逆流接触，经脱硫喷淋区后被水汽饱和或接近饱和，烟气脱硫喷淋后温度降至55～70℃；S2：一级除尘除雾，经S1脱硫后的烟气以5m/s～10m/s的流速继续流向脱硫塔上部，进入第一级旋流板除尘除雾器，烟气在旋流板的引导下，在旋流板除尘除雾器内发生高速旋转，去除烟气中的水雾和细微粉尘颗粒；S3：冷却，经S2除尘除雾后的烟气流向脱硫塔内部上端的冷却喷淋集液区，烟气经冷水冷却、包裹、凝并，析出烟气中的水蒸气，冷却后的烟气温度降至45℃左右，烟气相对湿度小于80％；S4：二级除尘除雾，经S3冷却后的烟气以10m/s～15m/s的流速继续流向脱硫塔上部，进入第二级旋流板除尘除雾器，第二次去除烟气中的水雾和细微粉尘颗粒，烟气达到饱和度，烟气以30～50℃的温度排出脱硫塔；S5：升温排放，经S4排出的烟气进入换热器，经换热器升温至70～80℃后，烟气的饱和度降低，通过烟囱排放入大气。

如图2-3所示，所述方法采用一种锅炉烟气多级换热脱白装置，包括脱硫塔1、气体均布器105、一级除尘除雾装置103、二级除尘除雾装置101、冷却装置、换热器5、烟囱6和检测装置，所述脱硫塔1内部从下往上依次设气体均布器105、第一喷淋管104、一级除尘除雾装置103、第二喷淋管102和二级除尘除雾装置101，所述脱硫塔1通过第一管道2连接换热器5的低温输入端，所述换热器5的高温输出端通过第二管道16连接烟囱6，所述第二喷淋管102连接冷却装置，所述脱硫塔1的底部设浆液槽107，所述的脱白装置通过控制系统控制，所述脱硫塔1的下端侧壁上设进口106，所述脱硫塔1的上端设出口110，所述出口110连接第一管道2。

烟气通过进口进入脱硫塔1经气体均布器105使烟气在脱硫塔内气流均布，通过脱硫第一喷淋管104喷淋后，进入一级除尘除雾装置103，进行第一次除雾和除粉尘，一级除尘除雾装置103利用离心原理实现除尘除雾功能，烟气流在旋流式除雾器单元的引导下发生高速旋转并产生离心效果，这种离心力的分离作用比板式除雾器能分离出更小的雾滴粒径，从而在实现脱水除雾功能的同是高效去除超细微粉尘，然后经过冷却装置的冷却喷淋冷凝降温，将烟气中所含水蒸气析出后，进入二级除尘除雾装置101进行第二次高效除尘除雾，最后经换热器升温后，降低饱和度，通过烟囱排入大气中；其中除尘除雾装置设置了两级，一级除尘除雾装置103以相对二级除尘除雾装置101略低的烟气流速分离烟气中的水雾及包裹的超细微粉尘，一级除尘除雾装置103和二级除尘除雾装置101之间设冷却装置，起到冷却喷淋包裹凝并的作用，使烟气冷凝降温并提高二级除尘除雾装置101的效率。

所述冷却装置包括排水管111、热泵8、水箱9和水泵10，所述排水管111通过第三管道7连接热泵8的输入端，所述热泵8的输出端连接水箱9的输入端，所述水箱9的输出端通过水泵10连接第四管道11，所述第四管道11的一端连接水泵10，所述第四管道11的另一端连接第二喷淋管102，所述排水管111设于脱硫塔1内、第二喷淋管102的下端和一级除尘除雾装置103的上端之间，冷却装置利用循环低温水迅速降低烟气温度，将烟气所含水蒸气析出，减少烟气水含量和湿度，塔外冷却可利用热泵8回收热量，通过喷淋降温使烟气包裹、凝并，再次将尘和水雾脱除，大量冷凝液有效脱出SO₃、气溶胶和可溶性盐等成分，烟气得到深度净化。

实施例2

如图2所示，所述第一喷淋管104通过循环泵109连接浆液槽107，所述浆液槽107内设搅拌器108，所述第一喷淋管104设至少两层，更进一步的，所述脱硫塔的烟气进口处依次通过除尘器和引风机连接锅炉，所述浆液槽远离进气口的一端设排液口，所述排液口连接旋流器，通过循环泵109将集液槽107内的脱硫液经第一喷淋管104喷入脱硫塔1内，经过喷嘴雾化后，喷射至反应区域，增大浆液与烟气的接触面积实现烟气的脱硫，搅拌器108采用现有技术的常规搅拌器，搅拌器108搅拌集液槽107内的脱硫液，带动浆液处于流动状态，防止因为凝固沉淀而影响脱硫效果，搅拌器108设至少2台，搅拌器108持续工作直至集液槽107内的浆液完全排空。

实施例3

所述换热器105采用玻璃板、碳化硅陶瓷管、氟塑料换热器的任一种，优选的换热器105采用氟塑料换热器，所述氟塑料换热器的管径为10～50mm，壁厚为1～1.5mm，所述氟塑料换热器采用模块化设计，管束内包括600～5000根管子，管管之间用氟塑料卷板互相隔开并固定，氟塑料耐腐蚀性极强，化学性能稳定，在-190℃～220℃范围内可正常使用，表面光滑且有适度的柔性，不易结垢，烟气阻力小，耐老化，使用寿命长且具备自清洁功能。

实施例4

如图2、图4-5所示，所述控制系统包括控制室12和DCS系统，所述DCS系统包括显示器13、处理器14、数据监测模块15、自动调节模块16、开关量顺序模块17和报警模块18，所述数据监测模块15、自动调节模块16、开关量顺序模块17和报警模块18连接处理器14，所述处理器14连接显示器13，所述显示器13设于操作室内，所述数据监测模块15将测量的各部分数据输送至处理器14，所述处理器14根据监测数据通过自动调节模块16调节各部件，所述处理器14通过开关量顺序模块17调节各工作环节的启动和关闭，所述第一管道2靠近脱硫塔1的一侧设温湿度传感器3，所述第四管道11上设阀门4，所述阀门连接温湿度传感器3，所述温湿度传感器4连接DCS系统，所述数据监测模块15包括密度计151、PH计152、液位计153、料位计154和烟气连续监测仪155，所述密度计151和PH计152设于浆液槽107内，所述烟气连续监测仪155设至少两个，所述的至少一个烟气连续监测仪155设于烟气进口106处，所述的另外至少一个烟气连续监测仪155设于换热器5和烟囱6之间。

数据监测模块15的基本功能主要有：数据采集、数据处理、屏幕显示、参数越限报警、事故追忆记录、事件顺序记录、操作员记录、性能与效率计算以及经济分析、报表打印、屏幕拷贝、历史数据存储和查询等，监控脱硫设备工况、工艺系统运行参数、主要辅机的运行状态、主要阀门开关状态、调节执行器幵度、电源状态以及主要电气参数；自动调节模块16主要监控设备内的压力调节、给料量调节及水量调节等；设备的联锁保护与启停控制以及一些主要阀门的开关控制由开关量顺序模块17完成，DCS在系统设计过程中的应用，能够就系统的自动化生产能力进行提高，有效的降低了烟气中的硫含量，实现颗粒物的超低排放，有效消除了石膏雨和拖尾，减轻了烟囱烟羽现象。

实施例5

锅炉烟气的除尘效率满足

其中，η为颗粒的分级除尘效率，r为离心半径m，ω为离心角速度r/s，L为除尘除雾装置的长度m，W为除尘除雾装置的宽度m，n为旋流式除雾器单元的层数，v₀为烟气进入除尘除雾装置的初始流速m/s，H为除尘除雾装置的高度m，T为烟气温度K，一级除尘除雾装置的温度为50～60℃，二级除尘除雾装置的温度为45℃，锅炉烟气进入一级除尘除雾装置的流速为6m/s～9m/s，进入二级除尘除雾装置的流速为9m/s～15m/s，n不超过3时，颗粒物可沉降到5～10mg/m³，含水小于15mg/m³。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种锅炉烟气多级换热脱白的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1：脱硫喷淋，锅炉烟气进入脱硫塔进行喷淋脱硫，烟气由脱硫喷淋区下部进入后与脱硫喷淋液逆流接触，经脱硫喷淋区后被水汽饱和或接近饱和；

S2：一级除尘除雾，经S1脱硫后的烟气继续流向脱硫塔上部，进入第一级旋流板除尘除雾器，烟气在旋流板的引导下，在旋流板除尘除雾器内发生高速旋转，去除烟气中的水雾和细微粉尘颗粒；

S3：冷却，经S2除尘除雾后的烟气流向脱硫塔内部上端的冷却喷淋集液区，烟气经冷水冷却、包裹、凝并，析出烟气中的水蒸气；

S4：二级除尘除雾，经S3冷却后的烟气继续流向脱硫塔上部，进入第二级旋流板除尘除雾器，第二次去除烟气中的水雾和细微粉尘颗粒，烟气达到饱和度，烟气排出脱硫塔；

S5：升温排放，经S4排出的烟气进入换热器，经换热器升温后，烟气的饱和度降低，通过烟囱排放入大气，锅炉烟气的除尘效率满足：η=rωL(n+1)/ v₀HWT，其中，η为颗粒的分级除尘效率，r为离心半径m，ω为离心角速度r/s，L为除尘除雾装置的长度m，W为除尘除雾装置的宽度m，n为旋流式除雾器单元的层数，v₀为烟气进入除尘除雾装置的初始流速m/s，H为除尘除雾装置的高度m，T为烟气温度K；

烟气中颗粒物的粒子直径满足：d=(μv₀H/ρωWLT)^1/2, 其中d为烟气颗粒物的粒子直径m，μ为空气粘度Pa·s，v₀为烟气进入除尘除雾装置的初始流速m/s，v₀的范围为6m/s～15m/s，H为除尘除雾装置的高度m，ρ为烟气密度mg/m³，ω为离心角速度r/s，W为除尘除雾装置的宽度m，L为除尘除雾装置的长度m。

2.根据权利要求1所述的一种锅炉烟气多级换热脱白的方法，其特征在于：S2中的烟气流速为5m/s～10m/s，S4中的烟气流速为10m/s～15m/s。

3.根据权利要求1所述的一种锅炉烟气多级换热脱白的方法，其特征在于：S1中烟气脱硫喷淋后温度降至55～70℃。

4.根据权利要求1所述的一种锅炉烟气多级换热脱白的方法，其特征在于：S4中排出脱硫塔的烟气温度为30～50℃。

5.根据权利要求1所述的一种锅炉烟气多级换热脱白的方法，其特征在于：S5中经换热器升温后，烟气温度升至70～80℃。

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