CN114682050B - 烟气处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟气处理装置及方法，该装置由同轴设置的外筒体和内筒体组成，该外筒体和内筒体之间形成一环形空间，包括：冷却复热段，其对进入环形空间的旋流状态的烟气进行一次冷却，一次冷却后的烟气温度处于酸露点以上；该冷却复热段在处理后的烟气排入大气之前对烟气进行加热；洗涤喷淋段，其通过洗涤喷淋液对经过一次冷却后的烟气进行脱硫处理；深冷段，其对脱硫后的烟气进行二次冷却，二次冷却后的烟气温度降低至酸露点以下，形成的液滴和/或液膜在旋流的离心力和重力作用下脱出。不仅可以满足脱硫和除尘除雾的要求，还能有效解决消除白烟的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及烟气处理技术领域，特别涉及一种烟气脱硫除尘协同消白除雾的装置及方法。
背景技术
锅炉烟气及工厂排放的烟气中含有二氧化硫及粉尘，二氧化硫及粉尘均是大气污染物的主要组成部分，二氧化硫是形成酸雨的主要原因，粒径较小的粉尘是形成的雾霾罪魁祸首之一。
湿法脱硫具有脱硫率高、装置运行可靠、操作简单等优点，因而世界各国现有的烟气脱硫技术主要以湿法脱硫为主。传统的湿法脱硫技术主要有石灰石-石膏法、双碱法脱硫、钠碱法脱硫、氨法脱硫等。上述烟气脱硫技术主要采用逆流喷淋，碱性浆液从脱硫塔上方进行喷淋，在重力作用下自由沉降与烟气逆流接触实现脱硫反应。
烟气中粉尘的粒径较小，大部分在0.1~200µm之间，目前烟气除尘技术主要包括布袋式除尘、静电除尘、湿式除尘等。由于烟气中含有水分，粉尘在布袋式除尘器的滤袋上吸湿黏结，堵塞滤袋的孔隙，因而需频繁对滤袋进行清理或更换，布袋式除尘器的应用受到极大的限制；静电除尘器的主要缺点是造价偏高，安装、维护、管理要求严格，需要高压变电及整流控制设备，电耗较高，且占地面积较大；湿式除尘主要通过喷淋水除去烟气中携带的粉尘，粒径较小的液滴与粉尘结合后仍然会随烟气排出烟囱。
2015年12月11日环境保护部、国家发展改革委员会、国家能源局联合发布《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》（环发[2015]164号），方案中规定到2020年全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超洁净排放，即在基准氧含量6%条件下，烟气粉尘≯10mg/Nm3，SO2≯35mg/Nm3。现有的湿法脱硫装置难以满足排放标准的要求。
随着湿式脱硫技术在我国的大规模推广应用，湿式脱硫技术的一个明显且难以克服的缺点逐渐显露出来，该缺点就是排放烟气在烟囱口会产生“白烟”现象，有时地面还会出现“尘雨”现象。所以，如何能够消除“白烟”现象是目前亟待解决的一个问题。
当含有气态SO3的烟气通过湿法烟气脱硫系统时，由于烟气被急速冷却到酸露点之下，SO3通过均相成核和以颗粒物为凝结核的异质成核作用，快速形成难于捕集的亚微米级的H2SO4气溶胶。一般来说,烟气中颗粒较大的雾滴是可以被吸收塔除去的，但是对亚微米级的H2SO4气溶胶，吸收塔则无能为力，形成的H2SO4亚微米级气溶胶只能通过烟囱排入大气，在烟囱口形成“蓝烟”现象。
因此，亟需一种烟气脱硫除尘协同消白除雾的装置及方法，从而在烟气脱硫除尘的过程中，达到消除白烟和除雾的效果，满足排放标准的要求。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烟气处理装置及方法，不仅可以满足脱硫和除尘除雾的要求，还能有效解决消除白烟的技术问题。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种烟气处理装置，由同轴设置的外筒体和内筒体组成，该外筒体和内筒体之间形成一环形空间，包括：冷却复热段，其对进入环形空间的旋流状态的烟气进行一次冷却，一次冷却后的烟气温度处于酸露点以上；该冷却复热段在处理后的烟气排入大气之前对烟气进行加热；洗涤喷淋段，其通过洗涤喷淋液对经过一次冷却后的烟气进行脱硫处理；深冷段，其对脱硫后的烟气进行二次冷却，二次冷却后的烟气温度降低至酸露点以下，形成的液滴和/或液膜在旋流的离心力和重力作用下脱出。
进一步，上述技术方案中，还包括除雾段，该除雾段设有除雾器，除雾器位于内筒体中且设置在冷却复热段的放热端下方。
进一步，上述技术方案中，冷却复热段设置多层第一热管，该第一热管的吸热端位于环形空间内，该第一热管的放热端位于内筒体中；该第一热管沿外筒体的轴心环形布置且内部装填第一相变介质。
进一步，上述技术方案中，第一相变介质可以为八水氢氧化硼、六水硝酸镁、六水氯化镁或赤藓糖醇等。
进一步，上述技术方案中，多层第一热管可以沿纵向竖直布置或错位布置。
进一步，上述技术方案中，深冷段设置多层第二热管，该第二热管的吸热端位于环形空间内，该第二热管的放热端位于外筒体外；该第二热管沿外筒体的轴心环形布置且内部装填第二相变介质。
进一步，上述技术方案中，第二相变介质为六水氯化钙、癸酸、十水硫酸钠、六水硝酸锌、十四醇或月桂酸等。
进一步，上述技术方案中，多层第二热管可以沿纵向竖直布置或错位布置。
进一步，上述技术方案中，外筒体外部、第二热管的相应位置处设有冷却夹套。
进一步，上述技术方案中，第二热管的吸热端表面以及深冷段相应位置的外筒体内表面、内筒体外表面均涂有防腐结垢涂层。
进一步，上述技术方案中，烟气从外筒体顶部的环形空间进入并螺旋下降，然后从内筒体底部进入并螺旋上升；外筒体的烟气进口以及内筒体的烟气进口均为切向设置。
进一步，上述技术方案中，洗涤喷淋段设有喷淋装置，该喷淋装置设置于环形空间内、且位于冷却复热段和深冷段之间；该喷淋装置通过外筒体侧壁补充新鲜喷淋液，通过内筒体侧壁补充所述烟气经处理后形成的捕集液。
为实现上述目的，根据本发明的第二方面，本发明提供了一种烟气处理方法，包括如下步骤：对旋流状态的烟气进行一次冷却，一次冷却后的烟气温度处于酸露点以上；通过洗涤喷淋液对经过一次冷却后的烟气进行脱硫处理；对脱硫后的烟气进行二次冷却，二次冷却后的烟气温度降低至酸露点以下，形成的液滴和/或液膜在所述旋流的离心力和重力作用下脱出；在处理后的烟气排入大气之前对烟气进行加热处理以消除白烟。
进一步，上述技术方案中，在烟气进行加热处理步骤之前还包括除雾步骤。
进一步，上述技术方案中，一次冷却后的烟气温度可降至160-100℃。二次冷却后的烟气温度可降至70-30℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1）本发明的烟气处理装置及方法基于相变技术，可实现协同脱硫、除尘以及消白和除雾；
2）通过切向进入内、外筒体的环形空间，烟气螺旋下降，在旋流的作用下可强化传热效果及换热效率，并保证了烟气的均匀分布；
3）冷却复热段不仅可以对进入的烟气进行一次冷却，还能对经过处理的准备排入大气的烟气进行加热消白，结构紧凑且实用性较强；
4）烟气从环形空间进入并螺旋下降，再从内筒体底部进入并螺旋上升，使得在紧凑的空间中，烟气的行程得以有效地增加，更有利于脱硫和除尘、以及消白和除雾。
上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
图1是本发明烟气处理装置的立体透视图。
图2是本发明烟气处理装置内部结构正视图。
图3是本发明烟气处理装置内部结构俯视图。
主要附图标记说明：
1-内筒体烟气出口，2-外筒体，3-外筒体烟气入口，4-第一热管，5-喷淋洗涤装置，6-内筒体，7-第二热管，8-冷却夹套，9-捕集液出口，10-冷却介质出口，11-冷却介质入口，12-内筒体烟气入口，13-除雾器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
装置实施例
如图1至3所示，本发明的烟气处理装置由同轴设置的外筒体2和内筒体6组成，外筒体2和内筒体6之间形成一环形空间，烟气通过与外筒体2切向布置的烟气入口（即外筒体烟气入口3）进入外筒体2及内筒体6形成的环形空间，烟气螺旋下降，在旋流的作用下可强化传热效果及换热效率，并保证了烟气的均匀分布。在该环形空间中，从上至下依次包括冷却复热段、洗涤喷淋段以及深冷段。
进一步如图1至3所示，冷却复热段对进入环形空间的旋流状态的烟气进行一次冷却，一次冷却后的烟气温度处于酸露点以上，具体地，一次冷却可将烟气温度降至160-100℃，优选150-110℃，更优选140-120℃。进一步如图1所示，冷却复热段通过第一热管4进行冷却，第一热管4可设置多层，第一热管4的吸热端位于环形空间内，用于烟气的一次冷却。该第一热管的放热端位于内筒体6中，通过放热端将此部分热量用于给处理后的烟气加热，即可在处理后的烟气排入大气之前对烟气进行加热以便有效消除白烟。多层的第一热管4沿纵向竖直布置或错位布置（本发明图中所示采用竖直布置方式）。第一热管4沿外筒体2的轴心环形布置且内部装填第一相变介质。优选而非限制性地，第一相变介质可以选择八水氢氧化硼、六水硝酸镁、六水氯化镁或赤藓糖醇等。
进一步如图1至3所示，经过一次冷却的烟气继续螺旋下降到达洗涤喷淋段，洗涤喷淋段通过洗涤喷淋液对经过一次冷却后的烟气进行脱硫处理。在洗涤喷淋段烟气因旋流作用可与循环的洗涤喷淋液充分接触。洗涤喷淋段设有喷淋洗涤装置5，该喷淋洗涤装置5设置于环形空间内、且位于冷却复热段和深冷段之间；该喷淋洗涤装置5通过外筒体2侧壁补充新鲜喷淋液，通过内筒体6侧壁补充烟气经处理后形成的捕集液。
进一步如图1至3所示，脱硫后的烟气进入深冷段进行二次冷却，二次冷却后的烟气温度降低至酸露点以下，具体地，将烟气温度降至70-30℃，优选为60-40℃。此阶段通过异质成核原理利用水气相变脱出烟气中的粉尘、残硫及水汽。深冷段设置多层第二热管7，第二热管7的吸热端位于环形空间内，第二热管7的放热端位于外筒体2的外部。多层第二热管7也可沿纵向竖直布置或错位布置（本发明图中所示采用竖直布置方式）。第二热管7沿外筒体2的轴心环形布置且内部装填第二相变介质。优选而非限制性地，第二相变介质可以选择六水氯化钙、癸酸、十水硫酸钠、六水硝酸锌、十四醇或月桂酸等。外筒体2的外部、第二热管7的相应位置处设有冷却夹套8，冷却夹套8设有冷却介质入口11和冷却介质出口10（参考图1、图2），用于辅助第二热管7进行散热。在第二热管7的外管壁及外筒体2内壁、内筒体6的外壁均涂有防腐防垢涂层。在此温度下烟气中的水汽以粉尘为凝结核形成液滴或在装置的表面形成液膜捕集粉尘。在烟气旋流的作用下新形成的液滴、液膜及烟气夹带的液滴以及残存的颗粒物不断碰撞、聚并、长大，并在离心力及重力的作用下脱出。脱出的捕集液汇聚在装置底部，由捕集液出口9排出装置。
进一步如图1至3所示，本发明的烟气处理装置还包括除雾段，该除雾段设有除雾器13，除雾器13位于内筒体中且设置在冷却复热段的放热端下方。二次冷却后的烟气先通过内筒体6的烟气入口12切向进入内筒体（如图1、3所示），在内筒体中做螺旋上升，再进入除雾器13去除夹带的液滴。除雾操作后，烟气在内筒体6中继续上升，并再次进入冷却复热段。此次经过冷却复热段，第一热管4的放热端的气相相变物质发生凝结放热，对烟气进行加热，降低烟气饱和度从而达到消除白烟的目的。加热后的烟气通过内筒体烟气出口1排入大气中。
方法实施例
本发明的烟气处理方法是基于相变技术的烟气协同脱硫除尘消白除雾方法，包括如下步骤：
首先，烟气在外筒体2与内筒体6形成的环形空间内螺旋下降，在旋流的作用下强化传热效果及换热效率，并保证了烟气的均匀分布；接下来，烟气螺旋向下进入冷却复热段，在该段，第一热管4的吸热端中的相变物质发生相变吸热，对旋流状态的烟气进行一次冷却，一次冷却后的烟气温度处于酸露点以上；然后，烟气继续螺旋向下进入洗涤喷淋段，通过洗涤喷淋液对经过一次冷却后的烟气进行脱硫处理；再次，对脱硫后的烟气进行二次冷却，二次冷却后的烟气温度降低至酸露点以下，形成的液滴和/或液膜在旋流的离心力和重力作用下脱出，脱出的捕集液汇聚在塔底排出；然后，深冷后的烟气通过内筒体6的烟气入口12切向进入内筒，在内筒体6中做螺旋上升，并进入除雾器去除夹带的液滴；再然后，烟气在内筒体中再次进入冷却复热段，此时烟气与第一热管4的放热端接触。第一热管4的放热端的气相相变物质发生凝结放热，对烟气进行加热处理以消除白烟；最后，处理后的烟气排入大气。
本发明的烟气处理装置及方法可实现协同脱硫、除尘以及消白和除雾。通过切向进入环形空间，烟气螺旋下降，在旋流的作用下可强化传热效果及换热效率，并保证了烟气的均匀分布。冷却复热段不仅可以对进入的烟气进行一次冷却，还能对经过处理的准备排入大气的烟气进行加热消白，结构紧凑且实用性较强。烟气从环形空间进入并螺旋下降，再从内筒体底部进入并螺旋上升，使得在紧凑的空间中，烟气的行程得以有效地增加，更有利于脱硫和除尘、以及消白和除雾。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种烟气处理装置，其特征在于，由同轴设置的外筒体和内筒体组成，该外筒体和内筒体之间形成一环形空间，包括：
冷却复热段，其对进入所述环形空间的旋流状态的烟气进行一次冷却，所述一次冷却后的烟气温度处于酸露点以上；该冷却复热段在处理后的烟气排入大气之前对所述烟气进行加热；
洗涤喷淋段，其通过洗涤喷淋液对经过所述一次冷却后的烟气进行脱硫处理；
深冷段，其对所述脱硫后的烟气进行二次冷却，所述深冷段设置多层第二热管，该第二热管的吸热端位于所述环形空间内，该第二热管的放热端位于所述外筒体外；所述二次冷却后的烟气温度降低至酸露点以下，形成的液滴和/或液膜在所述旋流的离心力和重力作用下脱出；
所述烟气从所述外筒体顶部的环形空间进入并螺旋下降，然后从所述内筒体底部进入并螺旋上升。
2.根据权利要求1所述的烟气处理装置，其特征在于，还包括除雾段，该除雾段设有除雾器，该除雾器位于所述内筒体中且设置在所述冷却复热段的放热端下方。
3.根据权利要求1所述的烟气处理装置，其特征在于，所述冷却复热段设置多层第一热管，该第一热管的吸热端位于所述环形空间内，该第一热管的放热端位于所述内筒体中；该第一热管沿所述外筒体的轴心环形布置且内部装填第一相变介质。
4.根据权利要求3所述的烟气处理装置，其特征在于，所述第一相变介质为八水氢氧化硼、六水硝酸镁、六水氯化镁或赤藓糖醇。
5.根据权利要求3所述的烟气处理装置，其特征在于，多层所述第一热管沿纵向竖直布置或错位布置。
6.根据权利要求1所述的烟气处理装置，其特征在于，所述第二热管沿所述外筒体的轴心环形布置且内部装填第二相变介质。
7.根据权利要求6所述的烟气处理装置，其特征在于，所述第二相变介质为六水氯化钙、癸酸、十水硫酸钠、六水硝酸锌、十四醇或月桂酸。
8.根据权利要求6所述的烟气处理装置，其特征在于，多层所述第二热管沿纵向竖直布置或错位布置。
9.根据权利要求6所述的烟气处理装置，其特征在于，所述外筒体外部、所述第二热管的相应位置处设有冷却夹套。
10.根据权利要求6所述的烟气处理装置，其特征在于，所述第二热管的吸热端表面以及所述深冷段相应位置的外筒体内表面、内筒体外表面均涂有防腐结垢涂层。
11.根据权利要求1所述的烟气处理装置，其特征在于，所述外筒体的烟气进口以及内筒体的烟气进口均为切向设置。
12.根据权利要求1所述的烟气处理装置，其特征在于，所述洗涤喷淋段设有喷淋装置，该喷淋装置设置于所述环形空间内、且位于所述冷却复热段和深冷段之间；该喷淋装置通过所述外筒体侧壁补充新鲜喷淋液，通过所述内筒体侧壁补充所述烟气经处理后形成的捕集液。
13.一种烟气处理方法，其特征在于，应用如权利要求1至12中任意一项所述的装置，包括如下步骤：
对旋流状态的烟气进行一次冷却，所述一次冷却后的烟气温度处于酸露点以上；
通过洗涤喷淋液对经过所述一次冷却后的烟气进行脱硫处理；
对所述脱硫后的烟气进行二次冷却，所述二次冷却后的烟气温度降低至酸露点以下，形成的液滴和/或液膜在所述旋流的离心力和重力作用下脱出；
在处理后的烟气排入大气之前对所述烟气进行加热处理以消除白烟。
14.根据权利要求13所述的烟气处理方法，其特征在于，在所述烟气进行加热处理步骤之前还包括除雾步骤。
15.根据权利要求13所述的烟气处理方法，其特征在于，所述一次冷却后的烟气温度降至160-100℃。
16.根据权利要求13所述的烟气处理方法，其特征在于，所述二次冷却后的烟气温度降至70-30℃。
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