CN110385007A - 一种提高热能利用率的烟气脱白方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高热能利用率的烟气脱白方法，包括如下步骤：S1：高温烟气阶梯冷凝，冷凝器分为高温腔室和低温腔室，烟气依次进入高温腔室和低温腔室冷凝，蒸汽凝结实现阶梯式降温；S2：烟气脱硫，经S1冷凝后的烟气进入脱硫塔，酸性烟气从底部向上流动，与喷淋的碱性脱硫浆液逆向接触发生化学反应，生成亚硫酸落入脱硫塔底部回收利用；S3：除尘除雾，经S2脱硫后的烟气经高效微旋流除尘除雾装置在有效捕捉粒径5μm以下的液态水的同时，将饱和烟气中的气态水部分转变成液态水，烟气由饱和状态转变成欠饱和状态；S4：废气加热，经S3除尘除雾后的烟气经水气换热器加热升温；S5：废气排放，经S4烟气升温后，烟气的饱和度降低，通过烟囱排放入大气。

Description

一种提高热能利用率的烟气脱白方法
技术领域
本发明属于锅炉烟气处理工艺技术领域，具体涉及一种提高热能利用率的烟气脱白方法。
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。
现有常规的加热方法(热风烟气混合式加热法或MGGH)仅能够消除白色烟羽的视觉感受，无法回收水份，不能减少污染物和水汽的排放，烟气中所携带的PM2.5、Hg、SO3等多种污染物也并不因烟气被烘干后而消失，对大气环境而言，烟气中的污染物排放总量并未因视觉的改善而减少，仍会对大气环境造成不利影响，无法回收烟气中的气态水，且白色烟气中带有大量余热，不能回收利用，造成热能浪费。
在现有技术中，采用烟气脱白技术方案有以下几种：
中国专利申请201811201113.2公开了湿法脱硫烟气脱白装置与脱白方法，它的总体结构包括三部分：烟气脱硫部分、脱硫浆液冷却部分、冷却水散热部分；脱硫浆液冷却部分由多级蒸发器、多级冷凝器和多级蒸汽管组成，具体包括：进水管、进水泵、多级蒸发器、出水泵、蒸汽管、多级冷凝器、冷凝水出口、真空抽气口；脱硫浆液缓存区的脱硫浆液，通过进水泵、进水管进入多级蒸发器，脱硫浆液在多级蒸发器内从上到下流动，逐级闪蒸蒸发，每一级蒸发产生的蒸汽，从蒸汽管流入多级冷凝器，脱硫浆液经过多级蒸发后温度降低，低温的脱硫浆液经过出水泵返回脱硫塔，蒸汽凝结水回用于脱硫塔除雾器冲刷，不凝气从真空抽气口排出后，送到脱硫塔。
中国专利申请公开了201820210972.7一种烟气脱白装置，包括第一冷却器、第二冷却器、脱硫塔、加热器、烟囱，原烟依次通过第一冷却器、第二冷却器、脱硫塔、加热器、烟囱；本装置的主要优点是对粒径小于5μm以下的微颗粒有很好的去除效果，并且在烟气脱白运行过程中随着烟气的浓度变化装置自动变频，从而获得最低的运行能耗。
但是上述现有技术中，采用的烟气脱白装置，在使用过程中，烟气排放含有大量的热能，回收利用率低，造成一定程度的热能浪费，影响烟气脱白的效果。
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，而提供一种提高热能利用率的烟气脱白方法。
本发明提供一下技术方案：
一种提高热能利用率的烟气脱白方法，包括如下步骤：
S1：高温烟气阶梯冷凝，冷凝器分为高温腔室和低温腔室，烟气依次进入高温腔室和低温腔室冷凝，通过换热器冷水吸热，蒸汽凝结实现阶梯式降温；
S2：烟气脱硫，经S1冷凝后的烟气进入脱硫塔，脱硫塔内部上下分布有多层脱硫浆液喷淋装置，酸性烟气从底部向上流动，与喷淋的碱性脱硫浆液逆向接触发生化学中和反应，生成亚硫酸落入脱硫塔底部回收利用；
S3：除尘除雾，经S2脱硫后的烟气经高效微旋流除尘除雾装置在有效捕捉粒径5μm以下的液态水的同时，将饱和烟气中的气态水部分转变成液态水，烟气由饱和状态转变成欠饱和状态；
S4：废气加热，经S3除尘除雾后的烟气经水气换热器加热升温；
S5：废气排放，经S4烟气升温后，烟气的饱和度降低，通过烟囱排放入大气。
优选的，S1中高温腔室连通有第一热循环管路，第一热循环管路的加热器采用蓄热式水水换热器，对锅炉进行加热；低温腔室连通有第二热循环管路，第二热循环管路的加热器采用流体连接间接式的水气换热器，对S4中的废气加热。
优选的，S1中冷凝器的高温腔室进出烟气温差值范围15-33℃。
优选的，S1中冷凝器的低温腔室进出烟气温差值范围10-25℃。
优选的，S4中经水气换热器升温后，烟气温度升至70～85℃。
优选的，经S1冷却后的烟气，烟气温度T≤60℃，烟气相对湿度RH≤85％。
优选的，经S3除尘除雾后的烟气，烟气相对湿度RH≤15％，烟气中粉尘颗粒物S≤15mg/m3。
优选的，所述的方法采用一种提高热能利用率的烟气脱白装置，包括锅炉、引风机、脱硫塔、除尘器、烟囱；还包括烟气余热吸收机构，烟气余热吸收机构包括冷凝器、第一加热器和第二加热器；所述冷凝器设置在引风机和脱硫塔之间，所述冷凝器内部设置有挡板，通过挡板分隔成高温腔室和低温腔室，高温腔室内设置有第一冷凝管，低温腔室内设置有第二冷凝管，第一冷凝管连通第一热循环管路，第二冷凝管连通第二热循环管路，第一热循环管路连接有第一热泵和第一加热器；第二热循环管路连接有第二热泵和第二加热器；收集烟气热量对锅炉和排放烟气进行加热。
优选的，所述第一热循环管路和第二热循环管路设温湿度传感器，并设阀门，所述阀门连接温湿度传感器，所述温湿度传感器连接 PLC控制器。
优选的，所述冷凝器为圆柱形，内部下方中心位置设置有电机，电机的传动轴连接丝杆，所述丝杆中间位置通过连接块连接有活动挡板，所述活动挡板为半圆形；所述活动挡板的上方设置有固定挡板，所述固定挡板连接在冷凝器内壁上，所述固定挡板为半圆形。
优选的，所述丝杆上涂有润滑脂，增加转动的流畅度。
优选的，所述活动挡板和固定挡板上下没有间隙；所述活动挡板能够跟随丝杆转动；所述固定挡板的上方是低温腔室，内部设置有第二冷凝管，所述第二冷凝管连通第二热循环管路，第二热循环管路设置有第二热泵；所述活动挡板下方是高温腔室，内部设置有第一冷凝管，所述第一冷凝管连通第一热循环管路，第一热循环管路设置有第一热泵。
优选的，所述第一热循环管路连通第一加热器，所述第一加热器采用水水换热器，对锅炉进行加热；所述第二热循环管路连通第二加热器，所述第二加热器采用水气换热器，对排放的气体加热。
优选的，所述水水换热器采用蓄热式换热器，对锅炉进行加热；所述水气换热器采用流体连接间接式换热器，对排放的气体进行加热。
优选的，所述冷凝器采用分段式冷凝，通过电机控制活动挡板，进而控制通气的有效面积，当活动挡板和固定挡板组成一个圆形时，通气面积为0，此时，可以有效延长高温气体在冷凝器内部停留的时间，进一步提高冷凝效果，使烟气放热完全，达到热能高效回收的目的；烟气在冷凝器停留的时间为t(单位为s),通气的有效面积为S(单位m2)；则烟气热能回收效率μ满足以下关系式：
上述公式中，α为关系因子，取值范围为0.357-5.859；π为圆周率，d为冷凝器内壁直径。
根据上述公式，可有效通过控制烟气在冷凝器中的时间和通气有效面积，估算烟气热能回收率，使热能回收达到最大化。
优选的，所述冷凝器上上开设有进气口和出气口；所述冷凝器底部开设有导流管，导流管连通第一热泵，将高温冷凝水输入到第一热循环管路对锅炉进行加热。
优选的，所述冷凝器的一侧还设置有控制系统，包括DSC 控制器和无线信号收发器，无线信号收发器与PLC控制器通过导线连接。
优选的，所述PLC控制器包括显示屏、处理器、数据监测模块、自动调节模块、开关调节模块和报警模块。
优选的，所述数据监测模块、自动调节模块、开关调节模块和报警模块连接处理器，所述处理器连接显示器，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调节模块调节各工作环节的开启和关闭。
优选的，所述第一冷凝管和第二冷凝管均为“S”形状，且为金属材质。
优选的，烟气中颗粒物的粒子直径满足：
D＝(μV0H)1/2/ρWLT；
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，W为除尘除雾装置的宽度m，L为除尘除雾装置的长度m。
优选的，v0的取值范围为6m/s～15m/s。
当颗粒物粒子直径满足上式要求时，除尘效果最佳；烟气中的颗粒物沉降到5mg/m3以下，含水量降低到15％以下，达到粉尘超低排放标准，提高热能利用的同时，脱白效果好。
另外，上述技术方案中，锅炉产生的高温烟气经管道连接的引风机进入冷凝器，烟气经过冷凝之后温度降低，之后经烟气管道进入脱硫塔进行脱硫喷淋处理；脱硫之后烟气经管道进入除尘器，除尘除雾；除尘除雾后的烟气经第二加热器的水气换热器加热升温；烟气升温后，烟气的饱和度降低，通过烟囱排放入大气。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明一种提高热能利用率的烟气脱白方法，通过设置的活动挡板和固定挡板可以调节通气的有效面积，从而延长高温气体在冷凝器内部停留的时间，进一步提高冷凝效果，使烟气放热时间更长，提高热能利用率，提高烟气脱白效果。
(2)本发明一种提高热能利用率的烟气脱白方法，通过设置的活动挡板和固定挡板把冷凝器内部分成两个腔室，实现热能阶梯式回收利用，高温腔室回收的余热用于锅炉加热，低温腔室回收的余热用于排放烟气加热，达到热能的充分利用和良好的烟气除白。
(3)本发明一种提高热能利用率的烟气脱白方法，本装置布局合理，大幅降低投资成本，能够降低系统整体投资金额的 30％-40％。
(4)本发明一种提高热能利用率的烟气脱白方法，通过 可有效通过控制烟气在冷凝器中的时间和通气有效面积，估算烟气热能回收率，使热能回收达到最大化；相对传统除白装置节能效率提升40％-60％，2.1g/kWh-5.3g/kWh。
(5)本发明一种提高热能利用率的烟气脱白方法，当颗粒物粒子直径满足D＝(μV0H)1/2/ρWLT时，除尘效果最佳；烟气中的颗粒物沉降到5mg/m3以下，含水量降低到15％以下，达到粉尘超低排放标准，提高热能利用的同时，脱白效果好。
(6)本发明一种提高热能利用率的烟气脱白方法，烟气先冷凝可使换热器设计体积缩小；减少入塔热量，降低水蒸发量，降低烟气含湿量。降低脱硫塔流速有利脱硫，热量回用至出口，排烟温度高，烟气提升能力强；视觉污染消除效果好；烟气侧阻力增加较大；运行可靠，维护费用低。
附图说明
图1是本发明一种提高热能利用率的烟气脱白方法工艺流程图。
图2是本发明一种提高热能利用率的烟气脱白装置系统结构示意图。
图3是本发明一种提高热能利用率的烟气脱白装置冷凝器结构示意图。
图4是本发明一种提高热能利用率的烟气脱白装置活动挡板示意图。
图5是本发明一种提高热能利用率的烟气脱白装置固定挡板示意图。
图6是本发明一种提高热能利用率的烟气脱白装置控制系统流程图。
图中：1、锅炉；2、引风机；3、冷凝器；4、脱硫塔；5、除尘器；6、第一加热器；7、烟囱；8、第二加热器；9、第一热循环管路；10、第二热循环管路；11、第一热泵；12、第二热泵；301、进气口；302、出气口；303、电机；304、丝杆； 305、固定挡板；306、活动挡板；307、第一冷凝管；308、第二冷凝管；309、连接块；3010、导流管。
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，一种提高热能利用率的烟气脱白方法，包括如下步骤：
S1：高温烟气阶梯冷凝，冷凝器分为高温腔室和低温腔室，烟气依次进入高温腔室和低温腔室冷凝，通过换热器冷水吸热，蒸汽凝结实现阶梯式降温；
S2：烟气脱硫，经S1冷凝后的烟气进入脱硫塔，脱硫塔内部上下分布有多层脱硫浆液喷淋装置，酸性烟气从底部向上流动，与喷淋的碱性脱硫浆液逆向接触发生化学中和反应，生成亚硫酸落入脱硫塔底部回收利用；
S3：除尘除雾，经S2脱硫后的烟气经高效微旋流除尘除雾装置在有效捕捉粒径5μm以下的液态水的同时，将饱和烟气中的气态水部分转变成液态水，烟气由饱和状态转变成欠饱和状态；
S4：废气加热，经S3除尘除雾后的烟气经水气换热器加热升温；
S5：废气排放，经S4烟气升温后，烟气的饱和度降低，通过烟囱排放入大气。
S1中高温腔室连通有第一热循环管路，第一热循环管路的加热器采用蓄热式水水换热器，对锅炉进行加热；低温腔室连通有第二热循环管路，第二热循环管路的加热器采用流体连接间接式的水气换热器，对S4中的废气加热；S1中冷凝器的高温腔室进出烟气温差值范围15-33℃；S1中冷凝器的低温腔室进出烟气温差值范围 10-25℃；S4中经水气换热器升温后，烟气温度升至70～85℃；经 S1冷却后的烟气，烟气温度T≤60℃，烟气相对湿度RH≤85％；经S3 除尘除雾后的烟气，烟气相对湿度RH≤15％，烟气中粉尘颗粒物 S≤15mg/m3。
如图2-6所示，一种提高热能利用率的烟气脱白，包括锅炉1、引风机2、脱硫塔4、除尘器5、烟囱7；还包括烟气余热吸收机构，烟气余热吸收机构包括冷凝器3、第一加热器6和第二加热器8；所述冷凝器3设置在引风机2和脱硫塔4之间，所述冷凝器3内部设置有挡板，通过挡板分隔成高温腔室和低温腔室，高温腔室内设置有第一冷凝管307，低温腔室内设置有第二冷凝管308，第一冷凝管307连通第一热循环管路9，第二冷凝管308 连通第二热循环管路10，第一热循环管路9连接有第一热泵11 和第一加热器6；第二热循环管路10连接有第二热泵12和第二加热器8；收集烟气热量对锅炉1和排放烟气进行加热。
所述第一热循环管路9和第二热循环管路10设温湿度传感器，并设阀门，所述阀门连接温湿度传感器，所述温湿度传感器连接PLC 控制器；更好的控制排烟的温度，达到增强烟气除白的目的。
所述冷凝器3为圆柱形，内部下方中心位置设置有电机303，电机303的传动轴连接丝杆304，所述丝杆304中间位置通过连接块309连接有活动挡板306，所述活动挡板306为半圆形；所述活动挡板306的上方设置有固定挡板305，所述固定挡板305 连接在冷凝器3内壁上，所述固定挡板305为半圆形；通过设置的活动挡板306和固定挡板305可以调节通气的有效面积，从而延长高温气体在冷凝器3内部停留的时间，进一步提高冷凝效果，使烟气放热时间更长，提高热能利用率，提高烟气脱白效果。
所述丝杆304上涂有润滑脂，增加转动的流畅度。
所述活动挡板306和固定挡板305上下没有间隙；所述活动挡板306能够跟随丝杆304转动；所述固定挡板305的上方是低温腔室，内部设置有第二冷凝管308，所述第二冷凝管308 连通第二热循环管路10，第二热循环管路10设置有第二热泵 12；所述活动挡板306下方是高温腔室，内部设置有第一冷凝管307，所述第一冷凝管307连通第一热循环管路9，第一热循环管路9设置有第一热泵11；通过设置的活动挡板306和固定挡板305把冷凝器3内部分成两个腔室，实现热能阶梯式回收利用，高温腔室回收的余热用于锅炉1加热，低温腔室回收的余热用于排放烟气加热，达到热能的充分利用和良好的烟气除白。
所述第一热循环管路9连通第一加热器6，所述第一加热器 6采用水水换热器，对锅炉1进行加热；所述第二热循环管路 10连通第二加热器8，所述第二加热器8采用水气换热器，对排放的气体加热。
所述水水换热器采用蓄热式换热器，对锅炉1进行加热；所述水气换热器采用流体连接间接式换热器，对排放的气体进行加热；达到热能阶梯回收的目的，热能利用率大大增加。
所述冷凝器3上上开设有进气口301和出气口302；所述冷凝器3底部开设有导流管3010，导流管3010连通第一热泵11，将高温冷凝水输入到第一热循环管路9对锅炉1进行加热。
所述冷凝器3的一侧还设置有控制系统，包括DSC控制器和无线信号收发器，无线信号收发器与PLC控制器通过导线连接；可以使用户远程控制烟气脱白装置，增加了烟气脱白设备的自动化程度。
所述PLC控制器包括显示屏、处理器、数据监测模块、自动调节模块、开关调节模块和报警模块。
所述数据监测模块、自动调节模块、开关调节模块和报警模块连接处理器，所述处理器连接显示器，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调节模块调节各工作环节的开启和关闭。
所述第一冷凝管307和第二冷凝管308均为“S”形状，且为铝合金材质，导热效果好。
上述技术方案中，锅炉1产生的高温烟气经管道连接的引风机2 进入冷凝器3，烟气经过冷凝器3之后温度降低，之后经烟气管道进入脱硫塔4进行脱硫喷淋处理；脱硫之后烟气经管道进入除尘器5，除尘除雾；除尘除雾后的烟气经第二加热器8的水气换热器加热升温；烟气升温后，烟气的饱和度降低，通过烟囱7排放入大气。
实施例二：
如图1-6所示，与实施例一不同之处在于，所述冷凝器3 采用分段式冷凝，通过电机303控制活动挡板306，进而控制通气的有效面积，当活动挡板306和固定挡板305组成一个圆形时，通气面积为0，此时，可以有效延长高温气体在冷凝器3 内部停留的时间，进一步提高冷凝效果，使烟气放热完全，达到热能高效回收的目的；烟气在冷凝器3停留的时间为t(单位为s),通气的有效面积为S(单位m2)；则烟气热能回收效率μ满足以下关系式：
上述公式中，α为关系因子，取值范围为0.357-5.859；π为圆周率，d为冷凝器3内壁直径。
根据上述公式，可有效通过控制烟气在冷凝器3中的时间和通气有效面积，估算烟气热能回收率，使热能回收达到最大化。
实施例三：
如图1-6所示，与实施例一、二不同之处在于，所述烟气中颗粒物的粒子直径满足：
D＝(μV0H)1/2/ρWLT；
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，W为除尘除雾装置的宽度m，L为除尘除雾装置的长度m。
v0的取值范围为6m/s～15m/s。
当颗粒物粒子直径满足上式要求时，除尘效果最佳；烟气中的颗粒物沉降到5mg/m3以下，含水量降低到15％以下，达到粉尘超低排放标准，提高热能利用的同时，脱白效果好。
装置工作原理：烟气经过炉产生之后，依次进入引风机2、冷凝器3、脱硫塔4、除尘器5、第一加热器6，最后由烟囱7 排出；烟气进入冷凝器3之后，电机303带动活动挡板306旋转，将烟气阻隔在高温腔室，烟气遇第一冷凝管307，将热量通过第一冷凝管307传递，经第一热循环管路9和第一热泵11后通过水水换热器对锅炉1进行加热，达到热能的重复利用；之后烟气温度有所下降，电机303间歇运动带动活动挡板306转动，烟气进入低温腔室，烟气遇第二冷凝管308，将热量通过第二冷凝管308传递，经第二热循环管路10和第二热泵12后通过水气换热器对排放的烟气进行加热；之后，进行脱硫除尘，烟气经加热后排放，烟气脱白效果好，达到烟气排放国家标准；同时实现热能的高效的回收利用；烟气先冷凝可使换热器设计体积缩小；减少入塔热量，降低水蒸发量，降低烟气含湿量；降低脱硫塔4流速有利脱硫，热量回用至出口，排烟温度高，烟气提升能力强。
通过上述技术方案得到的是一种提高热能利用率的烟气脱白方法，并通过一种提高热能利用率的烟气脱白装置设置的冷凝器3，进行高温烟气二次放热，通过热循环管路和加热器对热能回收利用，用于锅炉1的加热和排放气体的加热，提高热能利用率，视觉污染消除效果好；烟气侧阻力增加较大；运行可靠，维护费用低。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高热能利用率的烟气脱白方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1：高温烟气阶梯冷凝，冷凝器分为高温腔室和低温腔室，烟气依次进入高温腔室和低温腔室冷凝，通过换热器冷水吸热，蒸汽凝结实现阶梯式降温；
S2：烟气脱硫，经S1冷凝后的烟气进入脱硫塔，脱硫塔内部上下分布有多层脱硫浆液喷淋装置，酸性烟气从底部向上流动，与喷淋的碱性脱硫浆液逆向接触发生化学中和反应，生成亚硫酸落入脱硫塔底部回收利用；
S3：除尘除雾，经S2脱硫后的烟气经高效微旋流除尘除雾装置在有效捕捉粒径5μm以下的液态水的同时，将饱和烟气中的气态水部分转变成液态水，烟气由饱和状态转变成欠饱和状态；
S4：废气加热，经S3除尘除雾后的烟气经水气换热器加热升温；
S5：废气排放，经S4烟气升温后，烟气的饱和度降低，通过烟囱排放入大气。
2.根据权利要求1所述的一种提高热能利用率的烟气脱白方法，其特征在于：S1中高温腔室连通有第一热循环管路，第一热循环管路的加热器采用蓄热式水水换热器，对锅炉进行加热；低温腔室连通有第二热循环管路，第二热循环管路的加热器采用流体连接间接式的水气换热器，对S4中的废气加热。
3.根据权利要求1或2所述的一种提高热能利用率的烟气脱白方法，其特征在于：S1中冷凝器的高温腔室进出烟气温差值范围15-33℃。
4.根据权利要求1所述的一种提高热能利用率的烟气脱白方法，其特征在于：S1中冷凝器的低温腔室进出烟气温差值范围10-25℃。
5.根据权利要求1所述的一种提高热能利用率的烟气脱白方法，其特征在于：S4中经水气换热器升温后，烟气温度升至70～85℃。
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