CN113101778A - 一种电解铝尾气污染物协同净化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种电解铝尾气污染物协同净化系统及方法，包括洗涤净化塔、洗涤泵、冷凝水箱、冷凝水泵、空冷器、至少两级稳压水箱；洗涤净化塔内由下至上依次设置浆液循环池、文丘里整流层、洗涤喷淋层、脱浆除雾层、至少两级协同净化层；洗涤泵连通浆液循环池和洗涤喷淋层；冷凝水泵连通冷凝水箱和对应的稳压水箱；对应稳压水箱的出液口连通对应协同净化层的进液口，对应协同净化层的出液口连通空冷器，空冷器的出液口连通冷凝水箱。通过在洗涤喷淋层下方设置文丘里整流层，提高气液吸收过程流场的均匀性；对饱和烟气进行至少两级冷凝凝并实现超细颗粒物的协同净化，在大幅提高电解铝尾气污染物协同净化效率的同时，降低系统运行能耗。
Description
技术领域
本申请涉及资源与环境领域，具体涉及一种电解铝尾气污染物净化系统及方法。
背景技术
随着电解铝烟气污染物(二氧化硫、颗粒物和氟化物)的排放要求不断大幅度的提升，特别是在铝行业集中区域，由于排放烟气量基数较大，对污染物的排放浓度提出更高的要求。电解铝废气的处理技术大力发展，例如公开号为CN110820015A的中国发明专利申请公开了一种电解铝废气处理装置，包括布袋除尘器、氟化物吸收机构、尾气处理机构、合成槽和沉降槽，氟化物吸收机构包括反应釜和辅助吸收组件，尾气处理机构包括喷淋箱、喷淋组件、摆动组件和一氧化碳吸收组件，喷淋箱和一氧化碳吸收组件之间设有第一连接管，一氧化碳吸收组件和布袋除尘器之间设有第二连接管，氟化物吸收机构和尾气处理机构均与合成槽通过管道连通，沉降槽设置在合成槽的旁侧且两者之间通过管道连通。
现有成型技术存在改造难、成本高或难以满足新修订的铝工业烟气治理的要求等问题，且针对电解铝尾气中的低浓度酸性、超细颗粒物等污染物捕集效率不高。开发经济性好、能实现低浓度气态污染物及超细颗粒物协同净化的烟气污染物控制技术成为行业的共性要求。因此，开发出电解铝烟气污染物协同净化技术，降低工程改造难度和投资费用，对于电解铝烟气污染物的控制意义重大。具有满足我国今后该领域的技术需求的现实意义。
发明内容
本申请提供一种电解铝尾气污染物协同净化系统及方法，通过在洗涤喷淋层下方设置文丘里整流层，提高气液吸收过程流场的均匀性及污染物协同净化效率；对脱浆除雾后的饱和烟气进行至少两级冷凝、凝并实现超细颗粒物的协同净化，在大幅提高电解铝尾气污染物协同净化效率的同时，降低系统运行能耗。
一种电解铝尾气污染物协同净化系统，包括洗涤净化塔、洗涤泵、冷凝水箱、冷凝水泵、空冷器和至少两级稳压水箱；
所述洗涤净化塔的塔壁上设置烟气入口、塔顶部设置烟气出口，塔体内由下至上依次设置浆液循环池、文丘里整流层、洗涤喷淋层、脱浆除雾层和至少两级协同净化层，所述烟气入口位于浆液循环池和文丘里整流层之间；
所述洗涤泵的入液口通过管路连通浆液循环池、出液口通过管路连通洗涤喷淋层；
所述冷凝水泵的入液口通过管路连通冷凝水箱、出液口通过管路分别连通对应的稳压水箱；
对应稳压水箱的出液口通过管路连通对应协同净化层的入液口，协同净化层的出液口通过管路连通空冷器；
所述空冷器的出液口通过管路连通冷凝水箱的入液口。
优选设置两级稳压水箱和两级协同净化层，在稳压水箱和协同净化层均设置两级的情况下：
一种电解铝尾气污染物协同净化系统，包括洗涤净化塔、洗涤泵、冷凝水箱、冷凝水泵、空冷器、一级稳压水箱和二级稳压水箱；
所述洗涤净化塔的塔壁上设置烟气入口、塔顶部设置烟气出口，塔体内由下至上依次设置浆液循环池、文丘里整流层、洗涤喷淋层、脱浆除雾层、第一协同净化层和第二协同净化层，所述烟气入口位于浆液循环池和文丘里整流层之间；
所述洗涤泵的入液口通过管路连通浆液循环池、出液口通过管路连通洗涤喷淋层；
所述冷凝水泵的入液口通过管路连通冷凝水箱、出液口通过管路分别连通一级稳压水箱和二级稳压水箱；
所述一级稳压水箱的出液口通过管路连通第一协同净化层的入液口，所述第一协同净化层的出液口通过管路连通空冷器的入液口；
所述二级稳压水箱的出液口通过管路连通第二协同净化层的入液口，所述第二协同净化层的出液口通过管路连通空冷器的入液口；
所述空冷器的出液口通过管路连通冷凝水箱的入液口。
以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
可选的，所有协同净化层的结构相同，包括冷凝液进液管廊、冷凝液出液管廊和若干个协同净化单元；
所述冷凝液进液管廊位于对应协同净化层的底部，所述冷凝液进液管廊上设有与协同净化层的入液口连通的总入液口和若干个与协同净化单元连通的出液口；
所述冷凝液出液管廊位于对应协同净化层的顶部，所述冷凝液出液管廊上设有与协同净化层的出液口连通的总出液口和若干个与协同净化单元连通的入液口；
所述若干个协同净化单元位于对应冷凝液进液管廊和冷凝液出液管廊之间，每个协同净化单元包括若干根并行设置的金属翅片管，每个协同净化单元以其金属翅片管的轴线倾斜安装，所述金属翅片管的底部进液口对应连通所述冷凝液进液管廊的出液口、顶部出液口对应连通所述冷凝液出液管廊的入液口。
可选的，所述若干个协同净化单元中每两个协同净化单元为一组并在顶端汇合形成倒V字形，相邻组之间共用冷凝液进液管廊和冷凝液出液管廊。
可选的，所述金属翅片管的轴线与水平面之间的夹角为30～60°。可选的，所述金属翅片管包括中心金属管和位于中心金属管外表面的翅片，相邻翅片之间形成贯通的气流通道；所述翅片包括竖直段和折弯段，所述竖直段垂直于中心金属管的轴线与中心金属管连接，所述折弯段位于气流通道的出口侧。
可选的，所述翅片的竖直段表面经过疏水改性；所述翅片的折弯段表面经过亲水改性。
可选的，所述竖直段中位于中心金属管的轴线下方部分的高度为5mm～20mm、位于中心金属管的轴线上方部分的高度为10mm～20mm；所述折弯段的长度为10～25mm；相邻翅片间的间距为2mm～10mm；所述折弯段与中心金属管的轴线之间的夹角为33°～55°。
可选的，对应稳压水箱的出液口高于对应协同净化层的出液口1.5m～3.0m；稳压水箱液位控制范围为1.0m-5.0m。
在优选设置两级稳压水箱和两级协同净化层的情况下，所述一级稳压水箱的出液口高于第一协同净化层的出液口1.5m～3.0m；所述二级稳压水箱的出液口高于第二协同净化层的出液口1.5m～3.0m；一级稳压水箱和二级稳压水箱内的液位控制范围均为1.0m-5.0m。
可选的，所述文丘里整流层包括两层水平布置的管栅，每层管栅包括若干根等间距分布的金属管，上下两层管栅的金属管的轴线相互平行且交错布置；所述金属管的轴线与烟气入口的轴线在水平投影面上相互垂直；所述金属管的管径为80mm～120mm；流经相邻两根金属管间的烟气的流速为5m/s～12m/s。
可选的，所述洗涤喷淋层在洗涤净化塔内水平设置2-3层，每层洗涤喷淋层包括若干布液管廊和与布液管廊连通的雾化喷嘴；每层洗涤喷淋层喷嘴雾化压力为0.08MPa-0.13MPa，喷淋层覆盖率为200％-500％，喷淋层液气比为2.5L/Nm3-5.0L/Nm3；
可选的，所述脱浆除雾层水平设置于洗涤净化塔内，包括若干等间距分布的金属折弯片或塑料折弯片，每两个相邻的折弯片之间形成上下贯通的折弯通道，相邻两个折弯片之间的间距为5mm-25mm；脱浆除雾层的高度为200mm-300mm。
本申请还提供一种电解铝尾气污染物协同净化方法，优选采用本申请净化系统完成，包括：
(1)含有酸性气体和颗粒物的电解铝烟气由烟气入口进入洗涤净化塔，经文丘里整流层整流均匀后向上流动，浆液循环池内洗涤浆液经洗涤泵送至洗涤喷淋层雾化后向下移动，在文丘里整流层上方，向上流动的烟气气流与向下移动的浆液雾滴形成湍流雾化层，完成传质与换热反应，烟气中部分酸性气体及大粒径颗粒物被捕集净化进入洗涤浆液中；
(2)完成湍流净化的烟气进入洗涤喷淋层，与雾化浆液液滴逆向接触，烟气中的酸性气体和颗粒物与浆液液滴进一步进行碰撞、吸收，烟气中大部分的污染物被洗涤净化，在洗涤净化过程中，高温烟气与喷淋雾化浆液进行换热，洗涤浆液中部分液态水蒸发成水蒸气进入烟气中，净化后的烟气达到饱和状态；
(3)完成洗涤净化后的饱和烟气携带超细颗粒物、雾化后的小粒径浆液液滴以及残留的酸性气体进入脱浆除雾层，在脱浆除雾层的折弯通道内，浆液液滴在惯性作用下与折弯片表面进行碰撞并被捕集，脱除净化烟气中的浆液雾滴和部分细颗粒物；完成脱浆除雾的烟气继续向上流动，依次进入至少两级协同净化层；
(4)稳压水箱内的低温冷凝液经管路送至对应协同净化层下方的冷凝液进液管廊，经冷凝液进液管廊布液后进入协同净化单元的金属翅片管腔体，并沿金属翅片管腔体向上流动，完成洗涤净化和脱浆除雾的饱和烟气通过金属翅片管并与金属翅片管腔体内的低温冷凝液间接换热降温，饱和烟气中的水蒸气以烟气中残留的细颗粒物为凝结核进行冷凝、相变、凝并、长大，并生成液态水滴，完成冷凝、相变、凝并的水滴与金属翅片管上方的亲水性折弯段翅片进行碰撞、捕集，并在亲水性折弯段翅片表面富集长大，形成大粒径水滴，最终在重力作用下落入洗涤浆液循环池，经由至少两级协同净化层完成两级冷凝、相变、凝并、捕集协同净化后的烟气经洗涤净化塔的烟气出口排放；
(5)协同净化层内完成换热升温的高温冷凝液经冷凝液出液管廊进入空冷器，在空冷器内，高温冷凝液与低温环境空气进行间接换热降温，生成低温冷凝液，完成降温的低温冷凝液经空冷器出液口进入冷凝水箱，循环使用。
与现有技术相比，本申请至少具有如下有益效果之一：
(1)本申请提供了一种电解铝尾气污染物低能耗洗涤净化的解决方案，采用文丘里整流管栅整定进口烟气流场，提高尾气净化过程气液接触均匀性，降低洗涤净化过程的液气比和运行阻力；采用高压、高喷淋覆盖率的浆液雾化工艺，提高电解铝烟气污染物净化效率；
(2)本申请提供了一种电解铝尾气污染物协同净化的解决方案，采用间接冷凝换热系统，对洗涤净化后的饱和电解铝尾气进行冷凝、相变、凝并、捕集，对电解铝尾气中残留的超细颗粒物和酸性气体实现高效协同净化、捕集，大幅提高电解铝尾气多污染物协同净化水平；
(3)本申请提供了一种可实现高湿尾气冷凝、换热、除雾一体化的解决方案，通过对污染物协同净化单元中金属翅片管附近翅片表面进行疏水性处理，防止冷凝相变过程生成的液态水在换热翅片表面富集形成液膜，提高翅片换热效率；通过对翅片管上端翅片进行折叠和亲水性处理，提高冷凝液滴捕集效率，实现冷凝、相变、凝并、捕集的一体化；
(4)本申请提供了一种提高冷凝换热系统运行稳定性的解决方案，通过控制稳压水箱的高度和稳压水箱的水位，控制污染物协同控制单元的冷凝水流量及流速，提高冷凝换热过程的稳定性和均匀性，防止冷凝泵出口水压过大造成翅片管张裂、漏液现象。
附图说明
图1为本申请电解铝尾气污染物协同净化系统的结构示意图；
图2为图1中文丘里整流层的结构图；
图3为图1中第一协同净化层的放大图；
图4为图3中A部分的局部放大图；
图5为一组协同净化单元的组装结构示意图；
图6是图5中单根金属翅片管的结构示意图；
图7是图5中单个翅片的结构示意图；
图8为图3中冷凝液进液管廊的结构示意图；
图9为图3中冷凝液出液管廊的结构示意图。
图8和图9中箭头所示为冷凝液流向。
图中所示附图标记如下：
10-洗涤净化塔 20-洗涤泵 30-空冷器
40-冷凝水箱 50-冷凝水泵 60-一级稳压水箱
70-二级稳压水箱
11-浆液循环池 12-烟气入口 13-文丘里整流层
14-洗涤喷淋层 15-脱浆除雾层 16-第一协同净化层
17-第二协同净化层 18-烟气出口
131-金属管
161-冷凝液进液管廊
1611-布液总管 1612-布液支管 1613-出液口
162-协同净化单元 1621-中心金属管 1622-翅片
1622a-折弯段 1622b-竖直段
163-冷凝液出液管廊
1631-收水总管 1632-收水支管 1633-入液口
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
如图1所示，一种电解铝尾气污染物协同净化系统，包括洗涤净化塔10、洗涤泵20、空冷器30、冷凝水箱40、冷凝水泵50和至少两级稳压水箱。
洗涤净化塔10的塔壁上设置烟气入口12、塔顶部设置烟气出口18，洗涤净化塔10的塔体内由下至上依次设置浆液循环池11、文丘里整流层13、洗涤喷淋层14、脱浆除雾层15、至少两级协同净化层。浆液循环池11位于塔体内底部，烟气入口12位于浆液循环池11和文丘里整流层13之间的塔壁上。
以下以设置两级稳压水箱(一级稳压水箱60和二级稳压水箱70)和两级协同净化层(第一协同净化层16和第二协同净化层17)为例进行说明。
洗涤泵20的入液口通过管路连通浆液循环池11，洗涤泵20的出液口通过管路连通洗涤喷淋层14，洗涤浆液通过洗涤泵进行循环喷淋；冷凝水泵50的进液口通过管路连通冷凝水箱40，冷凝水泵50的出液口通过管路分别连通一级稳压水箱60和二级稳压水箱70的入液口；一级稳压水箱60的出液口通过管路连通第一协同净化层16的入液口，第一协同净化层16的出液口通过管路连通空冷器30的入液口；二级稳压水箱70的出液口通过管路连通第二协同净化层17的入液口，第二协同净化层17的出液口通过管路连通空冷器30的入液口；空冷器30的出液口通过管路连通冷凝水箱40的入液口。
电解铝烟气由烟气入口12送入洗涤喷淋塔10向上流动，经文丘里整流层13整流后依次经洗涤喷淋层14、脱浆除雾层15、第一协同净化层16和第二协同净化层17净化处理后，由烟气出口18排出。稳压水箱内的低温冷凝液经管路送至对应协同净化层，在协同净化层内完成换热升温的高温冷凝液经管路进入空冷器30内，高温冷凝液在空冷器30内与低温环境空气进行间接换热降温，生成低温冷凝液，完成降温的低温冷凝液经空冷器30的出液口进入冷凝水箱40，经冷凝水泵50送至稳压水箱，循环使用。
空冷器30可采用常规空冷设备，例如，如图1所示，包括壳体、风机和换热管，壳体的一端开设空气入口、另一端开设空气出口，换热管设置在空气入口与空气出口之间的空气路径上，风机可设置在空气入口处也可设置在空气出口处，如图1所示的实施方式中，风机设于空气入口处，换热管可采用常规的换热管如蛇形换热管，管热管的进液口与连通对应协同净化层的管路相连，换热管的出液口与连通冷凝水箱40的管路相连。
冷凝水箱40、一级稳压水箱60和二级稳压水箱70均为常规的液体容纳设备；洗涤泵20为常规的浆液泵；冷凝水泵50为常规的水泵；各连接管路上可根据需求设置对应的控制阀。
文丘里整流层13位于烟气入口12上方、洗涤喷淋层14下方，用于对进入塔体内的烟气进行整流，使烟气在塔体内均匀上升。一种实施方式中，如图2所示，文丘里整流层13包括两层水平布置的管栅，每层管栅包括若干根等间距分布的金属管131，金属管131优选圆形金属管，上下两层管栅的金属管的轴线相互平行且交错布置，也可以理解为上层管栅的金属管的轴线在水平面上的投影位于下层相邻两根金属管轴线在水平面投影的中间(优选正中间)。烟气在穿过管栅的金属管间隙时，在文丘里效应的作用下，可加快气体流速并使得烟气均匀上升，经文丘里整流层整流均匀后的烟气高速向上流动。
为增强文丘里整流层13的整流作用，一种安装方式中，文丘里整流层13以其金属管的轴线与烟气入口的轴线在水平投影面上相互垂直进行安装，进入塔体内的烟气能更均匀的分流。
作为金属管131的管径和间距设置的一种具体方式，金属管的管径为80mm～120mm；两层管栅的垂直间距为80mm～150mm，同层管栅内相邻金属管之间缝隙的间距为30mm-100mm。在该设置条件下，流经相邻两根金属管间的烟气的流速在5m/s～12m/s内。
洗涤喷淋层14位于文丘里整流层13上方、脱浆除雾层15下方，用于向烟气中喷淋洗涤液，一种具体的实施方式中，在洗涤净化塔内水平设置2-3层洗涤喷淋层，每层洗涤喷淋层包括若干根布液管廊，每根布液管廊上均匀设置若干个雾化喷嘴，雾化喷嘴与布液管廊连通，朝下喷淋。每层洗涤喷淋层喷嘴雾化压力为0.08MPa-0.13MPa，喷淋层覆盖率为200％-500％，喷淋层液气比为2.5L/Nm3-5.0L/Nm3。在其他的实施方式中，洗涤喷淋层14也可湿法喷淋塔的常规喷淋设备。
洗涤浆液在洗涤喷淋层14作用下形成雾化浆液液滴，在文丘里整流层13上方，高速向上流动的烟气气流与向下移动的浆液雾滴形成湍流雾化层，完成传质与换热反应，烟气中部分SO2、HCl等酸性气体及大粒径颗粒物被捕集净化进入洗涤浆液中；烟气继续上升进入洗涤喷淋层14后，烟气中的酸性气体和颗粒物与浆液液滴进一步完成碰撞、吸收，烟气中大部分污染物被洗涤净化，在洗涤净化过程中，高温烟气与喷淋雾化浆液进行换热，洗涤浆液中部分液态水蒸发成水蒸气进入烟气中，净化后的烟气达到饱和状态。
文丘里整流和高压、高覆盖率的喷淋雾化相结合，通过文丘里整流均匀提高气液接触均匀性，降低运行液气比和运行阻力。
脱浆除雾层15水平安装于洗涤净化塔内，位于洗涤喷淋层14上方、第一协同净化层16下方，用于对饱和状态的湿烟气进行脱浆除雾，作为脱浆除雾层的一种具体实施方式，脱浆除雾层15包括若干个等间距分布的金属折弯片或塑料折弯片，折弯片竖向设置，每两个相邻的折弯片之间形成上下贯通的折弯通道，用于烟气流通，相邻两个折弯片之间的间距为5mm-25mm；脱浆除雾层的高度可设置为200mm-300mm。在其他的实施方式中，脱浆除雾层也可采用湿法喷淋塔的其他常用除雾器。
完成洗涤净化后的烟气携带大量难以捕集的超细颗粒物、雾化后的小粒径浆液液滴、残留的酸性气体进入脱浆除雾层15，在脱浆除雾层的折弯通道内，浆液液滴在惯性作用下与折弯片表面进行碰撞并被捕集，脱除净化烟气中的浆液雾滴和部分细颗粒物；完成脱浆除雾的尾气继续向上流动，进入两级协同净化层。
一种实施方式中，协同净化层设置两级，即沿烟气流向依次为第一协同净化层16和第二协同净化层17，第一协同净化层16和第二协同净化层17的结构相同，一种实施方式中，如图3～图9所示(为标识明确，附图以第一协同净化层进行说明)，协同净化层的结构包括：冷凝液进液管廊161、协同净化单元162和冷凝液出液管廊163，冷凝液进液管廊161位于协同净化层的底部，冷凝液出液管廊163位于协同净化层的顶部，协同净化单元162位于冷凝液进液管廊161和冷凝液出液管廊163之间。若干个协同净化单元分布于冷凝液进液管廊161和冷凝液出液管廊163之间，布满塔体的水平截面，每个协同净化单元的入液口和出液口分别连通冷凝液进液管廊161和冷凝液出液管廊163。稳压水箱内的冷凝水送入对应的冷凝液进液管廊，由冷凝液布液管廊布液后进入协同进化单元，经协同净化单元换热后汇入冷凝液出液管廊，经冷凝液出液管廊汇总后送入空冷器。
作为协同净化单元的一种具体实施方式，每个协同净化单元包括若干根并行设置的金属翅片管，每个协同净化单元以其金属翅片管的轴线倾斜安装，金属翅片管的底部进液口连通冷凝液进液管廊上对应的出液口，金属翅片管的顶部出液口连通冷凝液出液管廊上对应的入液口。
金属翅片管的轴线在塔体内倾斜安装，一种实施方式中，金属翅片管的轴线与水平面之间的夹角为30～60°。
单根金属翅片管包括中心金属管1621和位于中心金属管外表面上的翅片1622，相邻翅片1622之间形成贯通的气流通道。一种实施方式中，翅片1622包括竖直段1622b和折弯段1622a，竖直段垂直于中心金属管的轴线并与中心金属管连接，折弯段位于气流通道的出口侧。
通过金属翅片管倾斜安装以及折弯翅片形成的折弯气流通道，在提高冷凝换热效率的同时，可实现冷凝、凝并和除雾捕集的一体化，大幅减小协同净化系统的体积和运行阻力。为进一步充分发挥该作用，可进一步对翅片进行表面改性处理，一种有利的实施方式中，竖直段表面选择疏水改性，折弯段表面选择亲水改性。改性方法本身采用本领域已知方法即可。
作为翅片结构的具体选择，竖直段位于中心金属管的轴线下方部分的高度为5mm～20mm、位于中心金属管的轴线上方部分的高度为10mm～20mm。轴线下方部分的高度可以理解为下方部分最底部的边缘与管下表面连接处的距离；轴线上方部分的高度可以理解为折弯线线处与管上表面连接处的距离。折弯段的长度为10～25mm，折弯段的长度可以理解为折弯部分的外边缘与折弯线之间的距离。相邻翅片间的间距均为2mm～10mm；折弯段与中心金属管的轴线之间的夹角为33°～55°。
若干个协同净化单元在塔体水平截面上的一种分布方式，如图3和图5所示，可将每两个协同净化单元为一组，并在顶端汇合，汇合后连通冷凝液出液管廊，形成倒V字形。在塔体的水平截面上可并行设置若干组，若干组之间共用冷凝液进液管廊和冷凝液出液管廊。
翅片折弯段的弯折方向可向任意一侧倾斜弯折，如图3、图4所示的实施方式中和如图5～图7所示的实施方式中，翅片折弯段的弯折方向不同，均能实现如前所述的功能。
冷凝液进液管廊包括若干布水管，冷凝液进液管廊上设有一个总入液口和若干个出液口，总入液口与对应协同净化层的入液口连通，出液口与协同净化单元内对应的金属翅片管底部入口连通。作为冷凝液进液管廊的一种实施方式，如图8所示，包括布水主管1611和若干根与布水主管1611连通的布水支管1612，各布水支管1612上开设若干个出液口1613，该出液口与对应协同净化单元内金属翅片管底部入口对应连通，冷凝液由布水支管进入对应的协同净化单元内。
冷凝液出液管廊包括若干收水管，冷凝液出液管廊上设有一个总出液口和若干个入液口，总出液口与对应协同净化层的出液口连通，入液口与协同净化单元内对应的金属翅片管顶部出口连通。作为冷凝液出液管廊的一种实施方式，如图9所示，包括收水主管1631和若干根与收水主管1631连通的收水支管1632，各收水支管1632上开设若干个入液口1633，该入液口与对应协同净化单元内金属翅片管顶部出口对应连通。协同净化单元内的冷凝液进入对应的收水支管内，然后汇入收水主管并经由冷凝液出水管廊的总出液口，最终由协同净化层出液口排除至空冷器。
第一协同净化层16内的冷凝液由一级稳压水箱60提供，第二协同净化层17内的冷凝液由二级稳压水箱70提供，稳压水箱的出水口均高于对应协同净化层的出液口，一种实施方式中，一级稳压水箱60的出液口高于第一协同净化层16的出液口1.5m～3.0m，一级稳压水箱液位控制高度为1.0m-5.0m；二级稳压水箱7的出液口高于第二协同净化层17的出液口1.5m～3.0m，一级稳压水箱液位控制高度为1.0m-5.0m。协同净化层的出液口指对应协同净化层的总出液口，即顶层冷凝液出液管廊的总出口。
通过控制稳压水箱的高度和液位，在稳压水箱与污染物协同净化单元之间形成稳定的高差，进而形成稳定的冷凝水流量和流速，提高换热均匀性。
稳压水箱内的低温冷凝液经管路送至冷凝液进液管廊，经冷凝液进液管廊进入污染物协同净化单元的金属翅片管腔体，并沿金属翅片管腔体向上流动，完成洗涤净化和脱浆除雾的饱和烟气通过金属翅片管与金属翅片管腔体内的低温冷凝液间接换热降温，饱和烟气中的水蒸气以烟气中残留的细颗粒物为凝结核进行冷凝、相变、凝并、长大，并生成液态水滴，完成冷凝、相变、凝并的水滴与金属翅片管上方的亲水性折叠翅片进行碰撞、捕集，并在亲水性翅片表面富集长大，形成大粒径水滴，最终在重力作用下落入洗涤浆液循环池，完成两级冷凝、相变、凝并、捕集协同净化后的烟气经洗涤净化塔出口排放。
一种实施方式中，采用上述净化系统进行电解铝烟气污染物协同净化的方法，流程如下：
(1)含有大量酸性气体和颗粒物的电解铝烟气由烟气入口进入洗涤净化塔，经文丘里整流层整流均匀后高速向上流动，浆液循环池内洗涤浆液经洗涤泵送至洗涤喷淋层雾化后向下移动。在文丘里整流层上方，高速向上流动的烟气气流与向下移动的浆液雾滴形成湍流雾化层，完成传质与换热反应，烟气中部分SO2、HCl等酸性气体及大粒径颗粒物被捕集净化进入洗涤浆液中；
(2)完成湍流净化的烟气进入洗涤喷淋层，与雾化浆液液滴逆向接触，烟气中的酸性气体与颗粒与浆液液滴进一步完成碰撞、吸收，烟气中大部分污染物被洗涤净化，在洗涤净化过程中，高温烟气与喷淋雾化浆液进行换热，洗涤浆液中部分液态水蒸发成水蒸气进入烟气中，净化后的烟气达到饱和状态；
(3)完成洗涤净化后的饱和烟气携带大量难以捕集的超细颗粒物、雾化后的小粒径浆液液滴、残留的酸性气体进入脱浆除雾层，在脱浆除雾层折叠通道内，浆液液滴在惯性作用下与折叠片表面进行碰撞并被捕集，脱除净化烟气中的浆液雾滴和部分细颗粒物；完成脱浆除雾的尾气继续向上流动，进入污染物协同净化层；
(4)稳压水箱内的低温冷凝液经管路送至污染物协同净化层下方的冷凝液进液管廊布液后，经冷凝液进液管廊进入污染物协同净化单元的金属翅片管腔体，并沿金属翅片管腔体向上流动，完成洗涤净化和脱浆除雾的饱和烟气通过金属翅片管与金属翅片管腔体内的低温冷凝液间接换热降温，饱和烟气中的水蒸气以烟气中残留的细颗粒物为凝结核进行冷凝、相变、凝并、长大，生成液态水滴，完成冷凝、相变、凝并的水滴与金属翅片管上方的亲水性折叠翅片进行碰撞、捕集，并在亲水性翅片表面富集长大，形成大粒径水滴，最终在重力作用下落入洗涤浆液循环池，完成两级冷凝、相变、凝并、捕集协同净化后的烟气经洗涤净化塔出口排放；
(5)污染物协同净化单元内完成换热升温的高温冷凝液经冷凝液出液管廊进入空冷器，在冷凝器风机作用下，高温冷凝液与低温环境空气进行间接换热降温，生产低温冷凝液，完成降温的低温冷凝液经空冷器出液口进入冷凝水箱，经冷凝水泵送至稳压水箱，循环使用。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电解铝尾气污染物协同净化系统，其特征在于，包括洗涤净化塔、洗涤泵、冷凝水箱、冷凝水泵、空冷器和至少两级稳压水箱；
所述洗涤净化塔的塔壁上设置烟气入口、塔顶部设置烟气出口，塔体内由下至上依次设置浆液循环池、文丘里整流层、洗涤喷淋层、脱浆除雾层和至少两级协同净化层，所述烟气入口位于浆液循环池和文丘里整流层之间；
所述洗涤泵的入液口通过管路连通浆液循环池、出液口通过管路连通洗涤喷淋层；
所述冷凝水泵的入液口通过管路连通冷凝水箱、出液口通过管路分别连通对应的稳压水箱；
对应稳压水箱的出液口通过管路连通对应协同净化层的入液口，每级协同净化层的出液口通过管路连通空冷器；
所述空冷器的出液口通过管路连通冷凝水箱的入液口。
2.根据权利要求1所述的电解铝尾气污染物协同净化系统，其特征在于，所有协同净化层的结构相同，包括冷凝液进液管廊、冷凝液出液管廊和若干个协同净化单元；
所述冷凝液进液管廊位于对应协同净化层的底部，所述冷凝液进液管廊上设有与协同净化层的入液口连通的总入液口和若干个与协同净化单元连通的出液口；
所述冷凝液出液管廊位于对应协同净化层的顶部，所述冷凝液出液管廊上设有与协同净化层的出液口连通的总出液口和若干个与协同净化单元连通的入液口；
所述若干个协同净化单元位于对应冷凝液进液管廊和冷凝液出液管廊之间，每个协同净化单元包括若干根并行设置的金属翅片管，每个协同净化单元以其金属翅片管的轴线倾斜安装，所述金属翅片管的底部进液口对应连通所述冷凝液进液管廊的出液口、顶部出液口对应连通所述冷凝液出液管廊的入液口。
3.根据权利要求2所述的电解铝尾气污染物协同净化系统，其特征在于，所述金属翅片管的轴线与水平面之间的夹角为30～60°；所述若干个协同净化单元中每两个协同净化单元为一组并在顶端汇合形成倒V字形，相邻组之间共用冷凝液进液管廊和冷凝液出液管廊。
4.根据权利要求2所述的电解铝尾气污染物协同净化系统，其特征在于，所述金属翅片管包括中心金属管和位于中心金属管外表面的翅片，相邻翅片之间形成贯通的气流通道；所述翅片包括竖直段和折弯段，所述竖直段垂直于中心金属管的轴线与中心金属管连接，所述折弯段位于气流通道的出口侧。
5.根据权利要求4所述的电解铝尾气污染物协同净化系统，其特征在于，所述翅片的竖直段表面经过疏水改性；所述翅片的折弯段表面经过亲水改性。
6.根据权利要求4所述的电解铝尾气污染物协同净化系统，其特征在于，所述竖直段中位于中心金属管的轴线下方部分的高度为5mm～20mm、位于中心金属管的轴线上方部分的高度为10mm～20mm；所述折弯段的长度为10～25mm；相邻翅片间的间距为2mm～10mm；所述折弯段与中心金属管的轴线之间的夹角为33°～55°。
7.根据权利要求1所述的电解铝尾气污染物协同净化系统，其特征在于，对应稳压水箱的出液口高于对应协同净化层的出液口1.5m～3.0m；稳压水箱液位控制范围为1.0m-5.0m。
8.根据权利要求1所述的电解铝尾气污染物协同净化系统，其特征在于，所述文丘里整流层包括两层水平布置的管栅，每层管栅包括若干根等间距分布的金属管，上下两层管栅的金属管的轴线相互平行且交错布置；所述金属管的轴线与烟气入口的轴线在水平投影面上相互垂直；所述金属管的管径为80mm～120mm；流经相邻两根金属管间的烟气的流速为5m/s～12m/s。
9.根据权利要求1所述的电解铝尾气污染物协同净化系统，其特征在于，所述洗涤喷淋层在洗涤净化塔内水平设置2-3层，每层洗涤喷淋层包括若干布液管廊和与布液管廊连通的雾化喷嘴；每层洗涤喷淋层喷嘴雾化压力为0.08MPa-0.13MPa，洗涤喷淋层覆盖率为200％-500％，洗涤喷淋层的液气比为2.5L/Nm3-5.0L/Nm3；
所述脱浆除雾层水平设置于洗涤净化塔内，包括若干等间距分布的金属折弯片或塑料折弯片，每两个相邻的折弯片之间形成上下贯通的折弯通道，相邻两个折弯片之间的间距为5mm-25mm；脱浆除雾层的高度为200mm-300mm。
10.一种电解铝尾气污染物协同净化方法，其特征在于，包括：
(1)含有酸性气体和颗粒物的电解铝烟气由烟气入口进入洗涤净化塔，经文丘里整流层整流均匀后向上流动，浆液循环池内洗涤浆液经洗涤泵送至洗涤喷淋层雾化后向下移动，在文丘里整流层上方，向上流动的烟气气流与向下移动的浆液雾滴形成湍流雾化层，完成传质与换热反应，烟气中部分酸性气体及大粒径颗粒物被捕集净化进入洗涤浆液中；
(2)完成湍流净化的烟气进入洗涤喷淋层，与雾化浆液液滴逆向接触，烟气中余下部分的酸性气体和颗粒物与浆液液滴进一步进行碰撞、吸收，烟气中大部分的污染物被洗涤净化，在洗涤净化过程中，高温烟气与喷淋雾化浆液进行换热，洗涤浆液中部分液态水蒸发成水蒸气进入烟气中，净化后的烟气达到饱和状态；
(3)完成洗涤净化后的饱和烟气携带超细颗粒物、雾化后的小粒径浆液液滴以及残留的酸性气体进入脱浆除雾层，在脱浆除雾层的折弯通道内，浆液液滴在惯性作用下与折弯片表面进行碰撞并被捕集，脱除净化烟气中的浆液液滴和部分细颗粒物；完成脱浆除雾的烟气继续向上流动，依次进入至少两级协同净化层；
(4)稳压水箱内的低温冷凝液经管路送至对应协同净化层下方的冷凝液进液管廊，经冷凝液进液管廊布液后进入协同净化单元的金属翅片管腔体，并沿金属翅片管腔体向上流动，完成洗涤净化和脱浆除雾的饱和烟气通过金属翅片管并与金属翅片管腔体内的低温冷凝液间接换热降温，饱和烟气中的水蒸气以烟气中残留的细颗粒物为凝结核进行冷凝、相变、凝并、长大，生成液态水滴，完成冷凝、相变、凝并的水滴与金属翅片管上方的亲水性折弯段翅片进行碰撞、捕集，并在亲水性折弯段翅片表面富集长大，形成大粒径水滴，最终在重力作用下落入洗涤浆液循环池，经由至少两级协同净化层完成两级冷凝、相变、凝并、捕集协同净化后的烟气经洗涤净化塔的烟气出口排放；
(5)协同净化层内完成换热升温的高温冷凝液经冷凝液出液管廊进入空冷器，在空冷器内，高温冷凝液与低温环境空气进行间接换热降温，生成低温冷凝液，完成降温的低温冷凝液经空冷器的出液口进入冷凝水箱，循环使用。
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