CN110898584A - 低温湿式烟气除尘消白装置及其使用方法 - Google Patents

低温湿式烟气除尘消白装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了低温湿式烟气除尘消白装置及其使用方法，它包括由下至上分布的水收集段（1）、烟气雾化段（2）、烟气换热段、混合除雾段（3）和排放段（4）构成的塔型腔体（5），烟气雾化段连通有烟气输送管道（6），烟气换热段包括位于塔型腔体两侧的与外界相通的换热管束（7），换热管束内的换热管间隔垂直分布，换热管束的底部与烟气雾化段连通用以收纳烟气，混合除雾段位于换热管束顶端。本发明的有益效果是烟气从下而上运行，自然空气从外向内运行，进行非接触式换热冷凝，在烟气通道内实现水汽的碰撞、附着、吸收和凝聚，并沿通道管壁在重力作用下流入到收水区，除尘效率可以达到99%以上，使得烟气得到深度净化，白雾消失。

Description

低温湿式烟气除尘消白装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及工业领域，特别是涉及到烟气脱硫除尘消白装置及其使用方法。
背景技术
目前我国燃煤电厂发电机组绝大部分都设置了除尘和脱硫装置，其中湿法脱硫工艺占全部脱硫装置的90%左右，目前湿法脱硫系统存在的问题主要为：
SO3脱除率低，仅40%~50%；PM2.5微细粉尘、气溶胶粒子脱除效率低；湿式电除尘可以去除部分微细粉尘和气溶胶粒子，但拖尾更加严重；氨法脱硫作为烟气脱硫治理的主流方法之一，当燃煤烟气SO2含量超过2000mg/m3，工艺本身氨逃逸浓度达标很难实现，普遍存在氨逃逸、“浓白烟”排放问题，烟羽拖尾现象十分明显，大量白色浆滴飘落影响周边群众的正常生活。
目前，为了解决以上问题，人们相继在脱硫脱硝外排烟气上增加了湿式电除尘装置、管束式除尘装置。但是这些技术只能部分解决除尘和雾滴，对于烟气白色烟羽水雾和落雨等不但无法解决，反而更严重了。
按照燃烧吨煤放散烟气10000Nm3/t、湿烟气所含水分112g/Nm3估算，每燃烧1吨煤湿烟气带走水份1吨，主要包括煤中原始含水、脱硫补充水，2014年全国消耗煤36-37亿吨，燃煤烟气带入大气的水份高达三十多亿吨。
其次是天然气燃烧，1单位体积的天然气，会产生2倍体积的水蒸汽。2014年我国天然气消耗量1800亿立方米，则产生3600亿立方米水蒸汽，折合近3亿吨水分。仅此两项，每年就人为增加~40亿吨的水分进入大气。加上钢铁、化工等其它行业，总量超过50亿吨，主要集中在京津冀、长三角、珠三角等经济发展区域，这也是这些地区雾霾严重的重要原因，
因此，为达到对脱硫外排烟气进行深度净化和消雾减少环境污染目标，解决现有脱硫脱硝与除尘中存在的这些问题，是本技术领域中当前急需完成的任务。
目前，针对完成湿法脱硫的饱烟气除湿、消白技术主要有烟气直接加热法、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，降低烟气湿度消除白烟，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脱硫饱和湿烟气进行混合，混风装置占地较大，且混风风机运行能耗较高。
中国发明专利公开号CN109603546A公开了烧结烟气脱硫脱硝除尘消白净化工艺方法，将烧结原烟气引入回转式烟气换热器，与脱硝后进入回转式烟气换热器的高温烧结烟气进行换热，升温后的烧结原烟气经过补燃器加热至320℃后,再将氨气均匀喷入其中，然后进入脱硝反应器进行烟气脱硝，脱硝后的高温烧结烟气通过回转式烟气换热器把热量换给烧结原烟气后再进入氨法脱硫系统，进行降温、除尘、脱硫，最后对脱硫后烟气进行深度除尘和除雾，该工艺结构复杂，使用成本高，能源消耗也较大。
中国发明专利公开号CN110152460A公开了一种利用烟囱套筒节水消白烟装置及方法，装置包括烟囱、换热管栅、取热泵、脱硫塔和脱硫泵；利用电厂原有套筒式烟囱在排烟过程形成的自拔力，对完成换热升温的环境空气与出口烟气混风，实现尾气无白烟排放，该专利需要依赖脱硫塔与烟囱配合才能完成消白作业，烟气在脱硫塔内完成净化，净化后的烟气与完成换热升温的环境空气在烟囱内混风，而在烟囱上安装套筒需要停产，制作成本高，经济效益低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的湿法脱硫除尘装置无法处理含湿量较高的烟气产生的“浓白烟”，为此提供一种低温湿式烟气除尘消白装置及其使用方法。
本发明的技术方案是：低温湿式烟气除尘消白装置，它包括由下至上分布的水收集段、烟气雾化段、烟气换热段、混合除雾段和排放段构成的塔型腔体，所述烟气雾化段连通有烟气输送管道，所述烟气换热段包括位于塔型腔体两侧的与外界相通的换热管束，所述换热管束内的换热管间隔垂直分布，所述换热管束的底部与烟气雾化段连通用以收纳烟气，所述混合除雾段位于换热管束顶端。
上述方案的改进是所述换热管束顶部连通有内壁板，所述内壁板的顶部与混合除雾段连通。
上述方案中所述换热管束为石墨烯材质。
上述方案的进一步改进是所述换热管束的管壁内适配有若干垂直分布的旋流板。
上述方案中所述旋流板为螺旋形。
上述方案的更进一步改进是相邻旋流板之间设有导流器。
上述方案的又一改进是所述换热管束管内壁设有亲水涂层。
上述方案中所述烟气雾化段内设有雾化加湿器。
上述方案中所述排放段内设有引风机。
低温湿式烟气除尘消白装置的使用方法，它包括以下步骤：烟气从烟气输送管道输入烟气雾化段进行雾化，雾化后的烟气进入换热管束，同时外界空气穿过换热管束进入塔型腔体内形成空气升温段，烟气在换热管束内经过冷凝去除多余的水分和灰尘，同时与换热管束外的空气进行热交换，从换热管束顶部排出的烟气与经过加热的空气混合形成不饱和水蒸气，由排放段排出。
本发明的有益效果是将除尘和脱硫脱硝与消除外排水雾融合在一个一体化处理过程中，有效提高了设备的适用性和经济性，达到了环境保护目标。
附图说明
图1是本发明的低温湿式烟气除尘消白装置示意图；
图中，1、水收集段，2、烟气雾化段，3、混合除雾段，4、排放段，5、塔型腔体，6、烟气输送管道，7、换热管束，8、内壁板，9、引风机，10、空气升温段。
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、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，低温湿式烟气除尘消白装置，它包括由下至上分布的水收集段1、烟气雾化段2、烟气换热段、混合除雾段3和排放段4构成的塔型腔体5，所述烟气雾化段连通有烟气输送管道6，所述烟气换热段包括位于塔型腔体两侧的与外界相通的换热管束7，所述换热管束内的换热管间隔垂直分布，所述换热管束的底部与烟气雾化段连通用以收纳烟气，所述混合除雾段位于换热管束顶端。
水收集段是一个密闭的腔体，相当于一个蓄水池，烟气雾化段内设有雾化加湿器，提高烟气含湿量，促进烟气中粉尘和溶胶粒子凝聚。同时投加碱液（NaOH）调节烟气PH值到中性，PH值控制在7.0-7.5，PH值采用自动在线监测仪表，分析收水区水质PH值获得。排放段的顶部与外界连通用于排放净化后的不饱和水蒸气，换热管束是横向布置的垂直管体，管体材料可以是石墨烯或者钢管，管体的两端通过衬板固定在塔型腔体内部。烟气从下而上运行，在烟气换热段自然空气从外向内运行，进行非接触式换热冷凝，换热管束设置旋流板和水洗装置。在换热管束内实现水汽的碰撞、附着、吸收和凝聚，并沿管壁在重力作用下流入到水收集段。排放段内设有引风机9，用于将不饱和水蒸气排出。
本发明的优选例是换热管束顶部连通有内壁板8，所述内壁板的顶部与混合除雾段连通，这样拖延了换热后的烟气与升温空气的接触时间，也就增加了空气升温段10所能够容纳的空气体积，在有限的空间内实现混风。
本发明的创新点在于利用自然风与换热管束内的烟气进行换热，利用烟气给自然风加热，最后由换热管束排出的低温烟气与升温空气混合得到不饱和水蒸气，换热管束内的烟气流通量小于进入空气升温段的空气含量，确保低温烟气被升温空气充分稀释成不饱和水蒸气，整个过程无需引入外界能源，也无需借助外界烟囱实现混风过程，消白过程简单高效，既可以用于现有的脱硫塔的改造，也可以用于经过脱硫塔排放出的烟气的处理。
低温湿式烟气除尘消白装置的使用方法，它包括以下步骤：烟气从烟气输送管道输入烟气雾化段进行雾化，雾化后的烟气进入换热管束，同时外界空气穿过换热管束进入塔型腔体内形成空气升温段，烟气在换热管束内经过冷凝去除多余的水分和灰尘，同时与换热管束外的空气进行热交换，从换热管束顶部排出的烟气与经过加热的空气混合形成不饱和水蒸气，由排放段排出。
本发明所采用的技术工艺是：在一个工艺过程中，通过冷凝相变团聚技术使烟气中超细颗粒物外表形成液膜，实现了超细颗粒的长大；并在梯度团聚、热团聚和湍流团聚作用下，采用若干换热管构成的换热管束、旋流板结构对超细颗粒进行净化去除并回收冷凝水；同时利用烟气冷凝相变放出的热量提高冷源风温度与外排烟气混合，实现水雾消除。
工艺在实现超洁净除尘和消除水雾的同时，回收烟气中的冷凝水，减少带入大气的水气减少雾霾的发生。本发明方法可以应用于燃烧产生的超细颗粒物排放控制领域。
基于超细粉尘相变冷凝放大特性，外排饱和湿烟气遇冷降温,所含水蒸气相变凝结,同时采用有利于微细颗粒团聚放大的旋流工艺结构，烟气在温度梯度和旋流离心力作用下,水蒸气团聚长大后的颗粒物向冷凝壁面移动并附着,实现水蒸气和粉尘和气溶胶在冷凝壁面的附着精华，冷凝水在重力作用下随液膜流动到水收集段后收集净化，实现烟气中二氧化硫和烟尘的深度净化。
冷凝水回收过程中，降低了水蒸气含水量。水蒸气由气态凝结成液态，放出汽化热使环境冷风加热升温，与经过脱湿的烟气在排出口前混合形成不饱和水蒸气，在空气中将不再形成汽雾，达到消除外排烟气白雾目标。
发明装置采用多管冷凝换热形式，降低烟气温度使烟气中微细粒子团聚长大，烟气在管程，环境冷风在壳程。采用石墨烯材料制作换热管，换热管内面覆盖亲水涂层，凝结水在管程形成凝结水膜面。管内设置多层旋流板导流。旋流板叶片使烟气形成搅拌和旋流，使烟气中的水蒸气、烟尘、冷凝管壁和冷凝雾化的水蒸气液滴发生碰撞、附着、凝聚、离心分离等综合性的作用。同时在温度梯度作用下,水蒸气凝聚后的颗粒物也趋向于向冷凝壁面移动。旋流板为螺旋形，相邻旋流板之间设有导流器，换热管束管内壁设有亲水涂层。尘液收集采用降液槽道设置，通过降液槽道减少气液二次泛液，降液槽道设置在换热管壁内，引导液体落入下面的水收集段。在混合除雾段，可以设置混合器，升温环境冷风与经过脱湿的烟气在排出口前混合形成不饱和水蒸气，没有大幅降低烟气温度，不会影响烟气排放高度，同时烟气为不饱和状态，不产生水雾，节水的同时降低能源消耗，还减少了烟气对雾霾的影响。湿式冷凝深度净化除雾装置将以上多项技术综合在一个一体化计数装置中，达到消除外排烟气水雾，同时脱除SO3酸雾、NH3气溶胶、PM2.5、液滴、汞等重金属粒子的作用。本发明可与新建脱硫装置同步建设，也可对现有脱硫装置进行改造。

Claims (10)

1.低温湿式烟气除尘消白装置，其特征是：它包括由下至上分布的水收集段（1）、烟气雾化段（2）、烟气换热段、混合除雾段（3）和排放段（4）构成的塔型腔体（5），所述烟气雾化段连通有烟气输送管道（6），所述烟气换热段包括位于塔型腔体两侧的与外界相通的换热管束（7），所述换热管束内的换热管间隔垂直分布，所述换热管束的底部与烟气雾化段连通用以收纳烟气，所述混合除雾段位于换热管束顶端。
2.如权利要求1所述的低温湿式烟气除尘消白装置，其特征是：所述换热管束顶部连通有内壁板（8），所述内壁板的顶部与混合除雾段连通。
3.如权利要求1所述的低温湿式烟气除尘消白装置，其特征是：所述换热管束为石墨烯材质。
4.如权利要求1或3所述的低温湿式烟气除尘消白装置，其特征是：所述换热管束的管壁内适配有若干垂直分布的旋流板。
5.如权利要求4所述的低温湿式烟气除尘消白装置，其特征是：所述旋流板为螺旋形。
6.如权利要求4所述的低温湿式烟气除尘消白装置，其特征是：相邻旋流板之间设有导流器。
7.如权利要求1或3所述的低温湿式烟气除尘消白装置，其特征是：所述换热管束管内壁设有亲水涂层。
8.如权利要求1所述的低温湿式烟气除尘消白装置，其特征是：所述烟气雾化段内设有雾化加湿器。
9.如权利要求1所述的低温湿式烟气除尘消白装置，其特征是：所述排放段内设有引风机（9）。
10.如权利要求1所述的低温湿式烟气除尘消白装置的使用方法，其特征是：它包括以下步骤：烟气从烟气输送管道输入烟气雾化段进行雾化，雾化后的烟气进入换热管束，同时外界空气穿过换热管束进入塔型腔体内形成空气升温段（10），烟气在换热管束内经过冷凝去除多余的水分和灰尘，同时与换热管束外的空气进行热交换，从换热管束顶部排出的烟气与经过加热的空气混合形成不饱和水蒸气，由排放段排出。
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