CN112755659B - 一种多重涡流烟气除雾收水装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多重涡流烟气除雾收水装置及方法；包括有脱硫塔顶部的多重涡流除雾系统以及收水箱清洗系统。烟气流过多级涡流除雾器时，烟气所携带的雾滴以及颗粒物在多级涡流管束的内壁面以及多级涡流除雾器之间的曲折通道产生惯性分离和耗散凝结沉降。脱除的雾滴在多级涡流除雾器内部通道中冷凝凝结，在内壁面积聚成水流流进收水箱。本专利将除雾器同收水装置结合起来，不仅可以实现高效除雾除尘，节约水资源，还具有节能、流场均布性好等特点。
Description
技术领域
本发明涉及湿法烟气脱硫装置中的除雾器及其冲洗工艺，尤其涉及一种多重涡流烟气除雾收水装置及方法。
背景技术
随着全球对环境保护工作的日益重视，火电厂锅炉的烟气排放标准也得到了相应的提高，新标准对传统的火电厂运行方式作出了巨大的挑战。对此，优化传统烟气脱硫运行工艺对企业的可持续发展具有十分重要的意义。
湿式石灰石/石膏法烟气脱硫系统是目前火力发电厂应用最广泛的脱硫系统。其中除雾器及冲洗系统是湿式石灰石/石膏法烟气脱硫系统中主要的系统之一，除雾器用来脱除脱硫后湿烟气的液滴及颗粒物，保护下游设备免遭腐蚀和结垢，目前在工程上使用较多的除雾器有平板式除雾器、屋脊式除雾器、管式除雾器等。
在烟气脱硫系统能耗中，水系统能耗是不容忽视的部分，尤其在我国中西部缺水地区。在脱硫系统水耗中，由烟气带走的水蒸气量占有约80％的比重，因此提高除雾器的除雾效率，并将凝并的液滴收集起来，不仅可以降低烟气微细颗粒物的排放、避免对下游设备的腐蚀和堵塞以及雾滴随着烟气在烟囱附近沉降产生“石膏雨”等现象的发生，还可以节约水资源，具有十分重要的节能意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种多重涡流烟气除雾收水装置及方法。本发明既可在湿式石灰石/石膏法烟气脱硫系统中提高除雾除尘效率，降低微细雾滴颗粒的排放，又可以收集液滴，实现节水的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
一种多重涡流烟气除雾收水装置，包括设置在脱硫塔顶部的除雾系统和冲洗水收集系统；所述除雾系统包括多层涡流除雾收水层4和多层喷淋冲水层3，它们彼此间隔，并上下交错分布；
脱硫后的烟气流由脱硫塔底部上升，经过涡流除雾收水层4时，烟气流所携带的雾滴以及颗粒物被涡流除雾收水层4捕获；与烟气分离后的雾滴及颗粒物汇集至冲洗水收集系统中；净化后的烟气排出脱硫塔外部。
所述涡流除雾收水层4是由多个管束排列而成；管束的截面结构形状由渐开线型拟合而成；下方渐开线的上半曲线被切开，形成一个积水槽斗；积水槽斗连通冲洗水收集系统；
烟气流在渐开线结构的管束外部与内部形成的多个曲折烟气通道，产生了多个涡流，使微细颗粒在涡流中发生耗散凝结沉降，实现微细颗粒同烟气之间的分离；而雾滴在管束的下方渐开线构成的内部通道涡流中凝并长大，产生熵增实现冷凝凝结，在上方渐开线的内弧面聚成水流由积水槽斗收集后汇入冲洗水收集系统中。
所述管束的截面形状为一半圆弧线，该半圆弧线的其中一端向内迂回，形成一个兼做积水槽斗的迂回部。
所述管束的截面形状还可以是呈G字型、C字型、J字型结构。
所述多层喷淋冲水层3具有多个向上和向下喷射水流的喷嘴，用于对涡流除雾收水层4进行冲洗，冲洗后的积水由积水槽斗收集后汇入水箱2。根据作业要求，多层喷淋冲水层3冲洗作业周期可以是间隔(30--180分钟)冲洗一次或者连续冲洗等。
所述涡流除雾收水层4通过管板7同脱硫塔联结起来，起到固定密封及形成烟气通道的作用。
所述冲洗水收集系统包括水箱2，安装在水箱2顶部的冲洗水阀6，安装在水箱2底部的排水管1及电磁阀5。
所述管束的两端直接与水箱2连通或者通过管路连通。所述管束可采用倾斜安装，以形成高低落差便于排水。
所述管板7为不锈钢材质或者其它耐酸碱腐蚀的材质。
一种多重涡流烟气除雾收水方法，其包括如下步骤：
在脱硫塔中，脱硫后的烟气流由迎风端流入到涡流除雾收水层4阵列中；
一部分烟气中携带的液滴及颗粒物在惯性力的作用下不断地撞击涡流除雾收水层4管束的外壁面，形成外部涡流，液滴同颗粒物在涡流运动中发生动量耗散至沉降，实现雾滴分离；
另一部分烟气逸流进涡流除雾收水层4各管束的内壁面，由于粘性和非正压流场的作用在渐开线的内弧面形成内部涡流，形成了自身的内部曲折通道，使烟气及雾滴在其中发生动量传递，形成一个涡流区，提高了耗散强度，加速了雾滴以及颗粒物沉降在其内弧面，并在该内弧面凝并后由积水槽斗收集后汇入冲洗水收集系统中；内外弧表面形成的液膜同时使烟气中微细颗粒物及液滴凝并，再次净化后的烟气排入大气。
当机组停止运行时，打开冲洗水阀6和电磁阀5，对水箱2进行冲洗。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
(1)分离效率高：涡流除雾收水层4(构成了多级涡流除雾收水器)，它们分层错列布置，对烟气产生剧烈的扰流作用。烟气在多级涡流除雾收水器间交替收缩和扩张的曲折通道内、多级涡流除雾收水器内部通道以及多级涡流除雾收水器上方流动时均形成涡流，烟气不断偏转上升，大颗粒在惯性力的作用下不断撞击双涡流管束的管壁，有效提高颗粒的撞击效率，使得分离效率得以提高。
(2)除尘效率高：烟气中的颗粒物在多级涡流除雾收水器之间的曲折通道以及多级涡流除雾收水器内部通道流动时，形成多个涡流并带动颗粒物在其间流动，提高颗粒物之间的碰撞效率，同时在内外弧面上形成液膜，促进细小颗粒之间的凝结长大成大颗粒发生惯性分离，提高了除尘效率。
(3)除水效率高：高能级的烟气在多级涡流除雾收水器之间流动时，由于粘性和非正压流线除雾器形状的作用产生涡流，发生能量耗散，产生熵增，烟气的能级发生降低，促进了雾滴的凝结，同时多级涡流除雾收水器流线错列布置，能够有效防止烟气的二次携带，提高了收水效率。
(4)节能：该多级涡流除雾收水器中，烟气雾滴以及其它颗粒物的分离均是由于烟气流自身动能发生耗散使得他们发生沉降，从而实现了分离效果。多级涡流除雾收水器的流线形状有效的降低迎风面的形状阻力损失，不用增加额外的动力机械以及能量，从而实现了节能的目的。
(5)高效节水：烟气流在渐开线结构的管束外部与内部形成的多个曲折烟气通道，产生了多个涡流，使微细颗粒在涡流中发生耗散凝结沉降，实现微细颗粒同烟气之间的分离；而雾滴在管束的下方渐开线构成的内部通道涡流中凝并长大，产生熵增实现冷凝凝结，在上方渐开线的内弧面聚成水流由积水槽斗收集后汇入冲洗水收集系统中，溢流水对下层管束具有自冲洗作用和自湿润功能，大大减少了冲洗水用量及冲洗频率；
除此之外，在多层喷淋冲水层中，向上喷射的大部分冲洗水在冲洗管束渐开线结构的内表面，冲洗后的冲洗水容易积聚在迂回部，然后汇集至水箱2中收集，有效的减少了脱硫系统的耗水量，实现高效节水。
(6)流场均布性好，二次携带少：多级涡流除雾收水器具有均布烟气的作用，当烟气进入管排阵列时，流场分布更加均匀，可以有效减少烟气的局部二次携带和局部分离现象的发生。另外，冲洗后的冲洗水及烟气收集水容易积聚在迂回部，可以有效的减少了烟气流对水膜的撕裂与携带，大大降低了二次携带。
附图说明
图1为本发明的多重涡流烟气除雾收水装置主视示意图
图2为本发明的多级涡流除雾收水器收水装置侧视示意图
图3为本发明高压冲洗水系统冲洗收水过程示意图
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1-3所示。本发明公开了一种多重涡流烟气除雾收水装置，包括设置在脱硫塔顶部的除雾系统和冲洗水收集系统；所述除雾系统包括多层涡流除雾收水层4和多层喷淋冲水层3，它们彼此间隔，并上下交错分布；
多层涡流除雾收水层4(构成了多级涡流除雾收水器)，布置方式采用多级错列布置，起到强化烟气在除雾器管束中流动的紊流强度，增加涡流数量以提高耗散强度的作用。
脱硫后的烟气流由脱硫塔底部上升，经过涡流除雾收水层4时，烟气流所携带的雾滴以及颗粒物被涡流除雾收水层4捕获；与烟气分离后的雾滴及颗粒物汇集至冲洗水收集系统中；净化后的烟气排出脱硫塔外部。
所述涡流除雾收水层4是由多个管束排列而成；管束的截面结构形状由渐开线型拟合而成；下方渐开线的上半曲线被切开，形成一个积水槽斗；积水槽斗连通冲洗水收集系统；
烟气流在渐开线结构的管束外部与内部形成的多个曲折烟气通道，产生了多个涡流，使微细颗粒在涡流中发生耗散凝结沉降，实现微细颗粒同烟气之间的分离；而雾滴在管束的下方渐开线构成的内部通道涡流中凝并长大，产生熵增实现冷凝凝结，在上方渐开线的内弧面聚成水流由积水槽斗收集后汇入冲洗水收集系统中。
上面提到，该管束的截面结构为渐开线型拟合而成，实际上可以理解为为一半圆弧线，该半圆弧线的其中一端向内迂回，形成一个兼做积水槽斗的迂回部。还可以是呈G字型、C字型、J字型等结构。这种结构既起到减轻烟气对多级涡流除雾收水器的下流线上半部的冲蚀，又可以收集除雾器截留的液滴。
所述多层喷淋冲水层3具有多个向上和向下喷射水流的喷嘴，用于对涡流除雾收水层4进行冲洗，冲洗后的积水由积水槽斗收集后汇入水箱2。根据作业要求，多层喷淋冲水层3冲洗作业周期可以是间隔(30--180分钟)冲洗一次或者连续冲洗等。
所述涡流除雾收水层4通过管板7同脱硫塔联结起来，起到固定密封及形成烟气通道的作用。
所述冲洗水收集系统包括水箱2，安装在水箱2顶部的冲洗水阀6，安装在水箱2底部的排水管1电磁阀5。对水箱2进行定期冲洗，避免液滴中的浆液淤积在水箱2底部，腐蚀收水箱2。
所述管束的两端直接与水箱2连通或者通过管路连通。所述管束可采用倾斜安装，以形成高低落差便于排水。
所述管板7为不锈钢材质或者其它耐酸碱腐蚀的材质。
当烟气以一定流速经过多级涡流除雾收水器的管束阵列时，由于多级涡流除雾收水器的平行错列布置构成了曲折的烟气通道，改变了烟气的流速和流向，使得流动轨迹发生不断的偏折，强化了烟气的涡流流动，再加上多级涡流除雾收水器自身的形状特点包括有渐开线流线形状以及由于切去上部分圆弧，形成了自身的内部曲折通道，容易在多级涡流除雾收水器的内部发生离心涡束以及涡流。雾滴以及微细颗粒由于自身的重力较大，在离心力和惯性力的耦合作用下撞击多级涡流除雾收水器的外壁面和内壁面，再加上涡流耗散沉降的作用，实现了雾滴极其微细颗粒同烟气的高效分离。由于涡流耗散导致的熵增，强化了多级涡流除雾收水器收集雾滴的凝结过程。
根据热力学第二定律，高能级的烟气在多级涡流除雾收水器间流动产生涡流耗散以及惯性碰撞加速了烟气同雾滴以及细小颗粒之间的分离，加速了雾滴之间的凝结的过程中为自发熵增的过程，不需要附加额外的能量。
根据边界层理论，本发明多级涡流除雾收水器的管束单体截面结构为多条渐开线拟合而成，下方渐开线的上半曲线被切开，减少了烟气对多级涡流除雾收水器的腐蚀，形成了多级涡流除雾收水器的内部通道，增加了涡流的数量以及强度。在阻力损失方面，所述多级涡流除雾收水器的流线可以有效的减少烟气在形状阻力方面的动量损失。
在冲洗水系统中，利用垂直向下喷射的冲洗水冲击多级涡流除雾收水器的外表面，沿着光滑流线型表面向下冲洗，倾斜一定角度向上喷射的冲洗水冲洗多级涡流除雾收水器内表面，喷射的冲洗水首先喷射到上内表面，而后在重力的作用下，继续向下冲洗，不断汇聚的冲洗水可以有效的去除残留在多级涡流除雾收水器内表面的尘垢以及浆液，提高冲洗的清洁度。冲洗多级涡流除雾收水器内表面之后的冲洗水积聚在双涡流除雾收水器内表面，将冲洗水收集流进水箱2中。
本发明将惯性分离、离心分离、涡流耗散沉降、液膜凝并等原理相结合，同时考虑到了节水的重要性。将除雾系统同收水系统结合起来，将多级涡流除雾收水器收集的水排进水箱2作为调节脱硫系统的备用水，实现节约水资源以及节能的目的。
在脱硫塔中，脱硫后的烟气流由迎风端流入到涡流除雾收水层4阵列中；
一部分烟气中携带的液滴及颗粒物在惯性力的作用下不断地撞击涡流除雾收水层4管束的外壁面，形成外部涡流，液滴同颗粒物在涡流运动中发生动量耗散至沉降，实现雾滴分离；
另一部分烟气逸流进涡流除雾收水层4各管束的内壁面，由于粘性和非正压流场的作用在渐开线的内弧面形成内部涡流，形成了自身的内部曲折通道，使烟气及雾滴在其中发生动量传递，形成一个涡流区，提高了耗散强度，加速了雾滴以及颗粒物沉降在其内弧面，并在该内弧面凝并后由积水槽斗收集后汇入冲洗水收集系统中；再次净化后的烟气排入大气。
当机组停止运行时，打开电磁阀5和冲洗水阀6，对水箱2进行冲洗。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多重涡流烟气除雾收水方法，其特征在于，基于多重涡流烟气除雾收水装置实现；
所述多重涡流烟气除雾收水装置，包括设置在脱硫塔顶部的除雾系统和冲洗水收集系统；所述除雾系统包括多层涡流除雾收水层(4)和多层喷淋冲水层(3)，它们彼此间隔，并上下交错分布；
脱硫后的烟气流由脱硫塔底部上升，经过涡流除雾收水层(4)时，烟气流所携带的雾滴以及颗粒物被涡流除雾收水层(4)捕获；与烟气分离后的雾滴及颗粒物汇集至冲洗水收集系统中；净化后的烟气排出脱硫塔外部；
所述涡流除雾收水层(4)是由多个管束排列而成；管束的截面结构形状由渐开线型拟合而成；下方渐开线的上半曲线被切开，形成一个积水槽斗；积水槽斗连通冲洗水收集系统；
烟气流在渐开线结构的管束外部与内部形成的多个曲折烟气通道，产生了多个涡流，使微细颗粒在涡流中发生耗散凝结沉降，实现微细颗粒同烟气之间的分离；而雾滴在管束的下方渐开线构成的内部通道涡流中凝并长大，产生熵增实现冷凝凝结，在上方渐开线的内弧面聚成水流由积水槽斗收集后汇入冲洗水收集系统中；
所述管束的截面形状为一半圆弧线，该半圆弧线的其中一端向内迂回，形成一个兼做积水槽斗的迂回部；
所述涡流除雾收水层(4)是由多个管束排列而成，所述管束的截面形状呈G字型、C字型、J字型；
多重涡流烟气除雾收水过程，包括如下步骤：
在脱硫塔中，脱硫后的烟气流由迎风端流入到涡流除雾收水层(4)阵列中；
一部分烟气中携带的液滴及颗粒物在惯性力的作用下不断地撞击涡流除雾收水层(4)管束的外壁面，形成外部涡流，液滴同颗粒物在涡流运动中发生动量耗散至沉降，实现雾滴分离；
另一部分烟气逸流进涡流除雾收水层(4)各管束的内壁面，由于粘性和非正压流场的作用在渐开线的内弧面形成内部涡流，形成了自身的内部曲折通道，使烟气及雾滴在其中发生动量传递，形成一个涡流区，提高了耗散强度，加速了雾滴以及颗粒物沉降在其内弧面，并在该内弧面凝并后由积水槽斗收集后汇入水箱(2)中；内外弧表面形成的液膜使烟气中微细颗粒物及液滴凝并，再次净化后的烟气排入大气。
2.根据权利要求1所述多重涡流烟气除雾收水方法，其特征在于：所述多层喷淋冲水层(3)具有多个向上和向下喷射水流的喷嘴，用于对涡流除雾收水层(4)进行冲洗，冲洗后的积水由积水槽斗收集后汇入水箱(2)。
3.根据权利要求2所述多重涡流烟气除雾收水方法，其特征在于：所述涡流除雾收水层(4)通过管板(7)同脱硫塔联结起来，起到固定密封及形成烟气通道的作用。
4.根据权利要求1所述多重涡流烟气除雾收水方法，其特征在于：所述冲洗水收集系统包括水箱(2)，安装在水箱(2)顶部的冲洗水阀(6)，安装在水箱(2)底部的排水管(1)及电磁阀(5)。
5.根据权利要求4所述多重涡流烟气除雾收水方法，其特征在于：所述管束的两端直接与水箱(2)连通或者通过管路连通；所述管束可采用倾斜安装。
6.根据权利要求3所述多重涡流烟气除雾收水方法，其特征在于：所述管板(7)为不锈钢材质。
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