CN110124465A - 一种低能耗湿烟气收水消白装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低能耗湿烟气收水消白装置，包括：收水消白塔和冷却液循环系统；收水消白塔由下至上依次设置烟气入口、洗涤净化喷淋层、冷凝液收集层、冷凝降温层、干燥脱水层、混风降湿层和烟气出口；冷却液循环系统包括冷却液降温塔、冷却液储存箱和冷却液循环泵；冷凝降温层入液口通过管道与冷却液循环泵出液口连通，冷凝降温层出液口与冷却液降温塔入液口连通，冷却液储存箱通过管路与冷却液降温塔出液口及冷却液循环泵入液口连通。本发明还公开了基于收水消白装置的收水消白方法。采用本发明提供的低能耗湿烟气收水消白方法可大幅降低工业湿烟气消白的投资运行成本，并实现湿烟气中蒸汽水回收及资源利用，降低企业净化环保运行投资成本。
Description
技术领域
本发明涉及资源与环境领域，具体涉及一种低能耗湿烟气收水消白装置及方法。
背景技术
在工业生产过程中，各种工业装置会向环境空气中排放大量的高湿饱和烟气，其中大部分工业饱和湿烟气的排放温度为50～60℃，湿烟气中水蒸气占12～18％，每向环境中排放1m3湿烟气，同时排放约120～180g水蒸气。
工业湿烟气排放过程向环境中排放了大量的水份，造成了水资源的浪费，据初步统计，我国每年因湿烟气排放而向环境空气中排放的水超过50亿吨。
大量饱和湿烟气进入大气中，受较低的环境温度影响，饱和水蒸气进一步冷凝，形成较为明显的白烟现象。含有大量雾滴的白烟不仅造成严重的视觉污染，因重力作用，还增加了烟气中的污染物扩散难度，污染物极易在白烟排放源附近富集，对区域环境质量构成严重不利影响。
尤其是在冬季低温环境下，饱和湿烟气中的水蒸气冷凝量更大，白烟现象尤其明显。同时，冬季环境空气稳定度较高，大量饱和湿烟气的排放进一步会在地面附近空气层中形成逆湿层，加剧了饱和湿烟气排放源附近环境空气中污染物的富集速度，因此，大量饱和湿烟气的排放是我国冬季区域性雾霾天气的主要诱因之一。
目前，针对饱和湿烟气治理的技术主要由烟气直接加热法、混风法、冷凝再热法等。
直接加热法和冷凝再热法均需要外加热源对高湿烟气进行升温，降低烟气湿度白烟消除，需要大量的外加热源。加热法消白烟技术增加的热源需要增加工业燃煤量来提供，不仅系统运行能耗较高，而且新增的燃煤量还会增加污染物排放。
混风法是通过将大量环境空气与高湿烟气进行混合后，将混合烟气降低到饱和湿度以下，实现烟气的不饱和排放，从而消除白烟。受环境温度影响，往往需要较大的环境空气量与工业湿烟气进行混合，混风装置占地较大，且混风风机运行能耗较高。
因此，如何低能耗实现工业高湿烟气的不饱和排放，是工业湿烟气治理面临的难题。
发明内容
本发明提供了一种低能耗湿烟气收水消白装置及方法，通过对高湿烟气进行间接降温冷凝、除雾干燥，将湿烟气中的大部分水蒸气降温冷凝生成液态水进行回收，并利用烟气排放过程形成的负压通过混风单元引入部分环境空气对饱和湿烟气进行混风降湿达到不饱和状态排放，实现低能耗湿烟气消白、蒸汽水回收及资源利用，大幅降低湿烟气净化运行能耗。
具体技术方案如下：
一种低能耗湿烟气收水消白装置，包括：收水消白塔和冷却液循环系统；所述收水消白塔由下至上依次设置烟气入口、洗涤净化喷淋层、冷凝液收集层、冷凝降温层、干燥脱水层、混风降湿层和烟气出口；所述冷却液循环系统包括冷却液降温塔、冷却液储存箱和冷却液循环泵；所述冷凝降温层入液口通过管路与冷却液循环泵出液口连通，冷凝降温层出液口通过管路与冷却液降温塔入液口连通，所述冷却液储存箱通过管路与冷却液降温塔出液口及冷却液循环泵入液口连通。
所述洗涤净化喷淋层采用空塔喷淋和/或填料洗涤的方式对工业烟气进行洗涤；优选空塔喷淋方式。
所述的干燥脱水层内设置若干层除雾器，每层除雾器内设置一层除雾填料。
作为优选，所述的干燥脱水层内设置1-3层除雾器，每层除雾器的填料层高度为10-40cm。
除雾器填料可以为金属丝网、非金属折叠板等。
所述的混风降湿层位于收水消白塔的烟气出口变径处；混风降湿层由若干混风单元组成，混风单元在收水消白塔内沿周向均匀分布；每个混风单元由入口气流通道和出口旋流模块组成，每个混风单元入口与收水消白塔塔壁连接并与大气环境连通，出口旋流模块与收水消白塔烟气出口连通。
依靠烟气出口段的负压提升力，大气环境中的低温干空气从混风单元入口气流通道进入收水消白塔内，与冷凝、脱水、干燥后的烟气在混风单元的旋流模块作用下迅速混合均匀，烟气达到不饱和状态，实现无白烟排放。
进一步的，所述混风单元的出口旋流模块由若干旋流叶片组成。
作为优选，所述出口旋流模块的高度为10-30cm，直径为20-50cm；每个出口旋流模块的旋流叶片个数为5-10个，旋流叶片与水平面夹角为30-75°。
所述的冷凝降温层内设置若干层冷凝器，所述冷凝器为折流板式冷凝器。
折流板式冷凝器由若干等间距布置的折叠金属翅片和分两层等间距垂直穿过每个金属翅片的若干冷凝管组成，且每根上层冷凝管与一根相邻的下层冷凝管通过弯管连通。
作为优选，所述的冷凝降温层内设置1-4层冷凝器，每层冷凝器高度为5-30cm；每层冷凝器上层冷凝管入口为冷凝器入液口，下层冷凝管出口为出液口。
所述的冷却液降温塔底部设有进风口，顶部设有出风口；所述出风口处设有风机，塔内设有冷凝翅片管。
在出风口风机的作用下，冷空气从塔底部进风口进入，冷空气与冷凝翅片管内的换热后的高温冷凝液进行换热。
冷凝降温层内的折流板式换热器的出液口与冷凝翅片管的入液口连通，冷凝翅片管的出液口通过管路与冷却液储存箱入液口连通，冷却液储存箱出液口与折流板式换热器的入液口连通，冷却液循环泵设置在冷却液储存箱出液口与折流板式换热器的入液口之间的连通管路上，形成冷却循环系统。
所述的冷却液储存箱顶部设有冷却液补给口。
所述的冷却液为软化水。
基于同样的发明构思，本发明还提供了一种低能耗湿烟气收水消白方法，优选通过所述的低能耗湿烟气收水消白装置实现，包括以下步骤：
(1)工业烟气从烟气入口进入收水消白塔，经洗涤净化喷淋层去除烟气中的污染物，烟气湿度达到饱和状态；
(2)饱和烟气经冷凝液收集层进入冷凝降温层，经冷凝器换热降温达到过饱和状态，烟气中的水蒸气冷凝液化成液态水滴，大颗粒凝结水滴在重力作用下落入冷凝液收集层排出塔外，小颗粒凝结水滴随气流上升进入干燥脱水层，在惯性作用下被干燥脱水层内的除雾器填料层捕集，并在重力作用下落入冷凝液收集层排出塔外；
(3)完成冷凝降温、干燥脱水的饱和烟气在流经收水消白塔出口变径时，环境空气受排烟负压作用由混风降湿层混风单元入口气流通道进入混风单元，由混风单元出口旋流模块进入消白塔出口烟道，与处理后的饱和烟气经旋流模块混合均匀，混合后的烟气达到不饱和状态，混合烟气由收水消白塔出口实现无白烟排放。
步骤(1)中，若所述的工业烟气为没有污染物的高湿烟气，可不设洗涤净化喷淋层。
本发明提供的低能耗湿烟气收水消白工艺采用洗涤降温增湿、冷却降温凝结收水、除雾干燥以及混风降湿相结合，在混风工艺中利用排烟囱中烟气上升过程形成的自拔力，将洗涤塔外的环境空气带入烟囱与冷凝收水后的饱和烟气混合，使其达到不饱和状态，从而实现烟气的不饱和排放，使排烟囱口无“白烟”冒出，消白过程中不需要外加动力，大幅降低了整个消白工艺的能耗。
步骤(2)中，每立方饱和烟气对应冷却液的循环流量为1-10L，冷却液在冷凝管内流速为0.2-2.0m/s。
进一步的，饱和烟气与冷凝器换热后，湿烟气的温度下降3～10℃。
步骤(3)中，混风单元出口总面积为烟气出口截面面积的10％～30％；环境空气混入量为处理后的饱和烟气量的20％-50％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供了一种可实现水资源回收利用的湿烟气消白烟方案，通过对湿烟气冷凝收水，然后进行混风的工艺消白烟，在消白烟之前对烟气进行降温冷凝，将气态水蒸气转化为液态水并进行高效回收，可大幅降低消白过程所需的混风量并降低企业用水成本；
(2)本发明提供了一种低能耗的消白烟解决方案，通过在收水消白塔出口变径处增加混风单元，利用烟气排放过程形成的负压推动环境空气进入排烟口与完成冷凝收水的烟气强化混合，实现烟气的不饱和排放并消除白烟现象，白烟消除过程无需外加动力能耗；
(3)本发明提供了一种运行稳定的湿烟气收水解决方案，对湿烟气进行间接冷凝降温，大量水蒸气冷凝行成的液态水可在除雾收水过程中在除雾器表面形成液膜清洗除雾器，防止除雾器结垢、堵塞，大幅提高系统的运行稳定性。
附图说明
图1为本发明的低能耗湿烟气收水消白系统的结构示意图；
图2为冷凝器结构示意图；
图3为混风单元在收水消白塔内的分布示意图；
图4为混风单元的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种低能耗湿烟气收水消白装置，包括收水消白塔1和冷却液循环系统；其中收水消白塔1由下至上依次设置烟气进口、洗涤净化喷淋层1-1、冷凝液收集层1-2、冷凝降温层1-3、干燥脱水层1-4、混风降湿层1-5和烟气出口1-6；冷却液循环系统包括冷却液降温塔2、冷却液储存箱3和冷却液循环泵4。
冷凝降温层1-3的入液口通过管路与冷却液循环泵4出液口连通，冷凝降温层1-3出液口通过管路与冷却液降温塔2入液口连通，冷却液储存箱通3过管路与冷却液降温塔2出液口及冷却液循环泵4入液口连通。
冷凝降温层1-3内设置若干层冷凝器，每层冷凝器由若干等间距布置的折叠金属翅片和分两层等间距垂直穿过每个金属翅片的若干冷凝管组成，且每根上层冷凝管与相邻的一根下层冷凝管通过弯管形式连通。每层冷凝器上层冷凝管入口为冷凝器入液口1-3-1，下层冷凝管出口为冷凝器出液口1-3-2。
低温循环冷却液由冷凝器入液口1-3-1进入，低温冷凝液用于吸收冷凝器热量，对饱和湿烟气进行冷凝降温。完成冷凝换热的高温冷凝液由冷凝器出液口1-3-2流出。
完成换热升温的冷凝液经管道送至冷却液降温塔2内的冷凝液换热翅片管2-1内，在冷却液降温塔2顶部的引流风机2-2作用下，低温环境空气由冷却液降温塔2底部进入，并通过冷凝液换热翅片管2-1对完成换热的高温冷凝液进行间接换热降温。完成冷凝降温的低温冷凝液经管路送至冷凝液储存箱3中，经冷凝液循环泵4送至冷凝降温层1-3用于对烟气换热降温。
干燥脱水层内设置若干层除雾器，每层除雾器内设置一层除雾填料。除雾器填料可以为金属丝网、非金属折叠板等。
混风降湿层位于收水消白塔1上方的烟气出口变径处，混风降湿层由若干混风单元沿收水消白塔1内周向均匀分布组成；每个混风单元由入口气流通道1-5-1和出口旋流模块1-5-2组成，每个混风单元入口与收水消白塔1塔壁连接，且与大气环境连通，出口旋流模块1-5-2与收水消白塔1的烟气出口1-6连通。
具体收水消白过程如下：
工业烟气由收水消白塔1的烟气入口进入塔内，与洗涤净化喷淋层1-1喷出的雾化洗涤液逆向接触反应，烟气中的污染物被洗涤净化雾滴吸收、捕集，同时高温烟气与净化洗涤液完成换热，烟气达到饱和状态；完成洗涤净化的烟气向上流动穿过冷凝液收集层1-2后进入冷凝降温层1-3，与冷凝降温层1-3中的冷凝器接触换热、降温，烟气达到过饱和状态，饱和烟气中的水蒸气降温冷凝形成液态凝结水滴，较大颗粒的凝结水滴在重力作用下落入冷凝液收集层1-2中，由冷凝液收集层1-2排出塔外，较小颗粒的凝结液滴随气流继续上升进入干燥脱水层1-4。在惯性的作用下，细小凝结水滴与干燥脱水层1-4中的除雾器填料发生碰撞、捕集，并在除雾器填料表面形成液膜最终在重力作用下从除雾器填料下端落入冷凝液收集层1-2中排出塔外。完成冷凝除雾干燥的烟气继续向上流动进入混风降湿层1-5，由于排烟温度高于环境温度，受空气浮力影响，收水消白塔1出口变径处产生的负压推动低温低湿环境空气从混风降湿层1-5内的混风单元入口气流通道1-5-1进入，并经旋流模块1-5-2旋流后进入出口烟道，在混风单元旋流模块1-5-2的旋流叶片作用下，环境空气与冷凝、脱水、干燥后的烟气迅速混合均匀，烟气达到不饱和状态。完成混风的不饱和烟气从收水消白塔1上端的烟气出口1-6排出，实现无白烟排放。
实施例
某印染厂洗涤车间收集的高湿烟气采用本发明技术方案脱白，烟气量10万Nm3/h，进塔烟温50～60℃，冷凝降温层内的冷凝器设置两层，冷却液循环系统采用溴化锂作为冷凝液，冷凝液环量150m3/h，回收水量5t/h。混风单元出口面积占烟道截面积为35％，混风量为30000Nm3/h，环境温度在10℃，烟囱出口处烟气湿度低于75％，烟囱出口无白烟现象。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低能耗湿烟气收水消白装置，其特征在于，包括：收水消白塔和冷却液循环系统；所述收水消白塔由下至上依次设置烟气入口、洗涤净化喷淋层、冷凝液收集层、冷凝降温层、干燥脱水层、混风降湿层和烟气出口；所述冷却液循环系统包括冷却液降温塔、冷却液储存箱和冷却液循环泵；所述冷凝降温层入液口通过管路与冷却液循环泵出液口连通，冷凝降温层出液口通过管路与冷却液降温塔入液口连通，所述冷却液储存箱通过管路与冷却液降温塔出液口及冷却液循环泵入液口连通。
2.根据权利要求1所述的低能耗湿烟气收水消白装置，其特征在于，所述的干燥脱水层内设置若干层除雾器，每层除雾器内设置一层除雾填料。
3.根据权利要求1所述的低能耗湿烟气收水消白装置，其特征在于，所述的混风降湿层位于收水消白塔的烟气出口变径处；混风降湿层由若干混风单元组成，混风单元在收水消白塔内沿周向均匀分布；每个混风单元由入口气流通道和出口旋流模块组成，每个混风单元入口与收水消白塔塔壁连接并与大气环境连通，出口旋流模块与收水消白塔烟气出口连通。
4.根据权利要求3所述的低能耗湿烟气收水消白装置，其特征在于，所述混风单元的出口旋流模块由若干旋流叶片组成。所述出口旋流模块的高度为10-30cm，直径为20-50cm；每个出口旋流模块的旋流叶片个数为5-10个，旋流叶片与水平面夹角为30-75°。
5.根据权利要求1所述的低能耗湿烟气收水消白装置，其特征在于，所述的冷凝降温层内设置若干层冷凝器，所述冷凝器为折流板式冷凝器。
6.根据权利要求5所述的低能耗湿烟气收水消白装置，其特征在于，所述的冷凝降温层内设置1-4层冷凝器，每层冷凝器高度为5-30cm；每层冷凝器上层冷凝管入口为冷凝器入液口，下层冷凝管出口为出液口。
7.一种低能耗湿烟气收水消白方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)工业烟气从烟气入口进入收水消白塔，经洗涤净化喷淋层去除烟气中的污染物，烟气湿度达到饱和状态；
(2)饱和烟气经冷凝液收集层进入冷凝降温层，经冷凝器换热降温达到过饱和状态，烟气中的水蒸气冷凝液化成液态水滴，大颗粒凝结水滴在重力作用下落入冷凝液收集层排出塔外，小颗粒凝结水滴随气流上升进入干燥脱水层，在惯性作用下被干燥脱水层内的除雾器填料层捕集，并在重力作用下落入冷凝液收集层排出塔外；
(3)完成冷凝降温、干燥脱水的饱和烟气在流经收水消白塔出口变径时，环境空气受排烟负压作用由混风降湿层混风单元入口气流通道进入混风单元，由混风单元出口旋流模块进入消白塔出口烟道，与处理后的饱和烟气经旋流模块混合均匀，混合后的烟气达到不饱和状态，混合烟气由收水消白塔出口实现无白烟排放。
8.根据权利要求7所述的低能耗湿烟气收水消白方法，其特征在于，冷凝降温层内的冷却液为软化水；饱和烟气与冷凝降温层换热后，湿烟气的温度下降3～10℃。
9.根据权利要求8所述的低能耗湿烟气收水消白方法，其特征在于，步骤(2)中，每立方饱和烟气对应冷却液的循环流量为1-10L，冷却液在冷凝管内流速为0.2-2.0m/s。
10.根据权利要求7所述的低能耗湿烟气收水消白方法，其特征在于，步骤(3)中，混风单元出口总面积为烟气出口截面面积的10％～30％；环境空气混入量为处理后的饱和烟气量的20％-50％。
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