CN114682060B - 消白烟装置及消白烟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了消白烟装置，其包括：分配段，其底部与烟囱的顶部相连通；以及多个排烟管，其均匀分布在分配段的表面，多个排烟管的横截面积之和大于或等于烟囱的横截面积，其中，由烟囱进入分配段的烟气分散至多个排烟管后排入大气。本发明还公开了一种消白烟方法，至少包括如下步骤：将湿法脱硫烟气分成多股烟气后排入大气。本发明通过将湿法脱硫烟气由烟囱排放的一股烟气分成由排烟管排放的多股烟气，每股烟气量大幅度减少，且烟气离开各个排烟管时呈放射状分别向不同方向进行扩散，因而避免烟气交叉的现象，加速烟气在大气中的扩散，烟气中的雾滴在大气中的扩散速度大于水蒸汽冷凝形成雾滴的速度时“白烟”消失，从而实现消白烟。
Description
技术领域
本发明涉及大气污染物治理技术领域，特别涉及用于湿法脱硫后消白烟装置及消白烟方法。
背景技术
湿法脱硫后的烟气为饱和湿烟气，从烟囱排出温度约为45~65℃，水汽含量约为10~25%。脱硫烟气外排至大气中，烟气中的水汽在冷空气的作用下，迅速冷凝为微小的水滴，雾滴凝结后来不及扩散，形成可视白烟，影响环境和居民生活。
现行消除白烟常用的方法，从本质上来说，就是让从烟囱外排的烟气在与环境空气的混合、冷却、扩散过程中，烟气始终处于不饱和状态，烟气中的水蒸汽就不会凝结析出，达到消白烟的效果。因此，对烟气进行降温减少烟气中的水汽含量、对烟气进行加热升温以提高烟气的不饱和度，就是消除烟气白烟的基础。
常用的消白烟方法有：（1）烟气冷凝法，就是将湿烟气温度降低到接近环境温度，使烟气中的水汽冷凝为液态水分离出烟气系统，但该方法所需冷量较大，烟气温度较低失去提升力，需额外增加烟气增压机，导致装置投资和运行费用较高。（2）烟气加热升温法，就是将湿烟气进行加热升温，提高烟气的不饱和度后排放，以消除白烟，该方法能耗较高。（3）烟气先冷凝后加热法，对烟气进行降温，使烟气中的水汽冷凝析出凝结水，降低烟气中的绝对湿度，烟气中的水蒸汽含量降低。对冷凝后的烟气进行升温，降低烟气中的相对湿度，提高烟气的不饱和度，消除白色烟羽。
烟气加热主要采用两种方式：一是间壁式加热，烟气与加热介质两流体被固体壁面间隔开，不发生混合，通过间壁进行热量的交换，例如GGH（烟气-烟气再热器）、MGGH（热媒式烟气-烟气再热器）等；二是混合式加热，将热的清洁气体与脱硫后的净化烟气混合后，排至大气，可将烟气温度加热至要求温度，热的清洁气体包括热空气、热二次风、热烟气等。
上述消白烟方法对现有装置进行改造，无论是对烟气进行冷却降温还是加热升温，均需额外增加换热器、机泵或风机等设备，大部分湿法脱硫后烟气压力较低（尤其是燃煤锅炉烟气），还需要额外增加风机。烟气中存在酸性污染物，具有腐蚀性，对设备的材质等级要求较高，因而装置改造所需的投资较高；新增设备需要额外的占地面积，对于布置紧凑、空地较少的现有装置改造难度较大；上述消白烟方法需消耗水、电、气、风等公用工程，还需要消耗大量的冷源或热源，造成装置能耗大幅增加，进而装置生产成本大幅度增加，生产企业经济效益降低，严重挫伤企业对湿法脱硫装置进行消白烟的积极性。
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
本发明的目的之一在于，提供一种消白烟装置及消白烟方法，从而改善现有的消白烟技术能耗较高的问题。
本发明的另一目的在于，提供一种消白烟装置及消白烟方法，从而能够方便地对烟囱进行消白烟改造。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种消白烟装置，其包括：分配段，其底部与烟囱的顶部相连通；以及多个排烟管，其均匀分布在分配段的表面，多个排烟管的横截面积之和大于或等于烟囱的横截面积，其中，由烟囱进入分配段的烟气分散至多个排烟管后排入大气。
进一步，上述技术方案中，多个排烟管由柔性材料制成，在使用状态时，分配段的表面和多个排烟管的自由端具有相同的磁性或电性，使得多个排烟管的自由端朝向远离分配段的方向运动直至达到稳定状态。
进一步，上述技术方案中，在停用状态时，多个排烟管弯曲从而集中收纳。
进一步，上述技术方案中，多个排烟管和分配段通电后具有相同的电性。
进一步，上述技术方案中，制成多个排烟管的柔性材料为导电材料或添加导电填料的绝缘材料。
进一步，上述技术方案中，导电材料为石墨、碳纳米管或石墨烯；导电填料为金、银、铜和/或镍。
进一步，上述技术方案中，排烟管涂覆有导电涂层或者排烟管上设有导电组件。
进一步，上述技术方案中，柔性材料为布料、纤维织物、橡胶、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚氨酯。
进一步，上述技术方案中，多个排烟管和分配段上设有磁性组件。
进一步，上述技术方案中，多个排烟管由刚性材料制成。
进一步，上述技术方案中，分配段为圆柱、圆台、正多边形棱柱、球缺和椭球缺中的一种或几种的组合。
进一步，上述技术方案中，消白烟装置还包括：连接段，其将烟囱与分配段密封连接，连接段的下端与烟囱的直径相匹配，上端与分配段的底部相匹配。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种消白烟方法，至少包括如下步骤：将湿法脱硫烟气分成多股烟气后排入大气。
进一步，上述技术方案中，消白烟方法采用如上述技术方案中任意一项的消白烟装置。
与现有技术相比，本发明具有如下一个或多个有益效果：
1. 本发明通过将湿法脱硫烟气由烟囱排放的一股烟气分成由排烟管排放的多股烟气，即将一股烟气通过多个“小烟囱”排入大气中，每个“小烟囱”排放的烟气量仅为烟囱排放量的几百分之一乃至几千分之一，烟气量大幅度减少，且烟气离开各个排烟管时呈放射状分别向不同方向进行扩散，因而避免烟气交叉的现象，加速烟气在大气中的扩散，烟气中的雾滴在大气中的扩散速度大于水蒸汽冷凝形成雾滴的速度时“白烟”消失，从而实现消白烟。
2. 本发明消白烟装置的排烟管可由柔性材料制造，柔性材料重量轻且可弯曲，消白烟装置制造完成后（非使用状态下）排烟管可缠绕或捆绑在分配段上，降低装置体积、重量和占地面积，方便运输、储存，降低储运成本。
3. 本发明的消白烟装置无需消耗冷源和/或热源及公用工程，因而装置能耗不会增加（即使需要向排烟管和分配段通电时，所耗电量对整个系统的耗电量影响微乎其微，近似于零），符合节能减排的目标，提高了该技术的市场竞争力，具有广阔的应用前景。现有的直接冷却、先冷凝后加热、直接加热和混合式加热等方法需要大量的冷源/和热源，能耗较高。
4. 利用本发明对现有湿法脱硫装置进行消白烟改造，只需在烟囱排放口顶部增加本发明的消白烟装置即可，不需要对脱硫塔本体、烟道或其他设备进行改造，改动工作量小，无需额外的占地面积，投资费用低。
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是根据本发明的一实施方式的消白烟装置的立体结构示意图。
图2是根据本发明的一实施方式的消白烟装置的俯视示意图。
图3是根据本发明的一实施方式的消白烟装置的正视示意图。
图4是根据本发明的另一实施方式的消白烟装置的正视示意图。
图5是根据本发明的又一实施方式的消白烟装置的正视示意图。
图6是根据本发明的另一实施方式的消白烟装置的立体结构示意图。
图7是根据本发明的一实施方式的消白烟装置的俯视示意图。
图8是根据本发明的一实施方式的消白烟装置的正视示意图。
图9是根据本发明的又一实施方式的消白烟装置的正视示意图。
图10是根据本发明的另一实施方式的消白烟装置的立体结构示意图。
图11是根据本发明的又一实施方式的消白烟装置的立体结构示意图。
图12是根据本发明的一实施方式的消白烟装置的局部结构示意图。
图13是根据本发明的另一实施方式的消白烟装置的局部结构示意图。
主要附图标记说明：
10-烟囱，20-连接段，31-圆柱分配段，32-正多边形棱柱分配段，33-球缺分配段，331-第一磁性组件，40-排烟管，41-第二磁性组件，50-法兰，60-金属导线。
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。
如图1至图11所示，根据本发明具体实施方式的消白烟装置，其包括：分配段和均匀地分布在分配段的表面上的多个排烟管40。分配段可以为圆柱分配段31，如图1~图5所示；分配段也可以为正多边形棱柱分配段32，如图6~图9所示；分配段也可以为球缺分配段33，如图10和图11所示。应了解的是本发明的分配段并不以此为限，分配段可以为圆柱、圆台、正多边形棱柱、球缺和椭球缺中的一种或几种的组合。分配段底部与烟囱10的顶部相连通，由烟囱10进入分配段的烟气分散至多个排烟管40后排入大气。多个排烟管40的横截面积之和大于或等于烟囱10的横截面积，横截面指的是垂直烟气流动方向的横截面。示例性地，多个排烟管40的横截面积之和与烟囱10的横截面积之比在1~200之间，本发明并不以此为限。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，多个排烟管40可以由柔性材料制成，在使用状态时，分配段的表面和多个排烟管40的自由端具有相同的磁性或电性，使得多个排烟管40的自由端朝向远离分配段的方向运动直至达到稳定状态。进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，多个排烟管40采用柔性材料制成，多个排烟管40可以弯曲、扭转、变形而不失去性能，在停用状态时，多个排烟管40能够缠绕或捆固在分配段上集中收纳。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，多个排烟管40和分配段通电后具有相同的电性。示例性地，制成多个排烟管40的柔性材料可以为导电材料或添加导电填料的绝缘材料。例如，导电材料可以为石墨、碳纳米管或石墨烯；导电填料为金、银、铜和/或镍。示例性地，排烟管40也可以涂覆导电涂层，或者也可以在排烟管40上设置导电组件（图中未示出）。本发明并不以此为限，排烟管可以通过适当的方式带电。通过向分配段和排烟管40通电，使二者带有同性电荷，利用同性电荷互相排斥促使排烟管40的自由端向远离分配段的方向运动，并且各个排烟管40之间也存在排斥作用，最终系统达到最稳定的状态。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，柔性材料为布料、纤维织物、橡胶、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚氨酯。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，多个排烟管40和分配段上可以设有磁性组件。示例性地，参考图13所示，球缺分配段33的表面设有第一磁性组件331，排烟管40的自由端设有第二磁性组件41，并且二者磁性相同，利用同性相斥促使排烟管40的自由端向远离圆柱形分配段31的方向运动直到稳定状态。示例性地，磁性组件可以为磁铁或磁铁与五金、塑胶组合形成的元件，本发明并不以此为限。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，多个排烟管40也可以由刚性材料制成。示例性地，刚性材料可以为金属材料或非金属材料，本发明并不以此为限。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，消白烟装置还包括：连接段20，连接段20将烟囱10与分配段密封连接，连接段20的下端与烟囱10的直径相匹配，上端与分配段的底部相匹配，从而方便地将本发明的消白烟装置固定在烟囱10的顶部。
根据本发明具体实施方式的消白烟方法，其至少包括如下步骤：将湿法脱硫烟气分成多股烟气后排入大气。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，消白烟方法采用如上述技术方案中任意一项的消白烟装置。
根据本发明一个或多个实施方式的消白烟装置工作原理如下：当排烟管40采用柔性材料制造且制造排烟管40的柔性材料为可导电的柔性材料、排烟管40的外表面和/或内表面涂覆导电涂层或排烟管40上设置可导电组件时，首先向分配段和排烟管40上通电，使其带上同性电荷，利用同性电荷互相排斥促使排烟管40的自由端（即，连通大气的一端）向远离分配段的方向运动，且所有排烟管40上带有同性电荷互相排斥直至达到最稳定的状态。第二步将湿法脱硫烟气由烟囱10引入本发明的消白烟装置，烟气经连接段20进入分配段，再由分配段进入各个排烟管40，然后排入大气中。由于各个排烟管40以分配段为中心呈放射状分布，各个排烟管40的自由端之间存在一定间距，烟气离开各个排烟管40时呈放射状分别向不同方向进行扩散，因而不存在烟气交叉的现象，加速烟气在大气中的扩散。烟气由离开烟囱10的一股烟气变成离开多个排烟管40的多股烟气，烟气与大气的接触面积大幅度增加，且排烟管40排出的每股烟气的流量是烟囱10排出的烟气流量的几百分之一乃至几千分之一，烟气量减少，因而烟气扩散速度增加，离开排烟管40的烟气不再产生“白烟”或仅会产生少量白烟，实现消白烟的效果。
下面以具体实施例的方式更详细地说明本发明的消白烟装置及消白烟方法，应了解的是，实施例仅为示例性的，本发明并不以此为限。
实施例1
参考图1~3所示，本实施例中，消白烟装置采用圆柱分配段31，排烟管40沿圆柱形分配段31自上而下共设置36层（参考图3所示），每层设置32个排烟管40（参考图2所示），共设置1152个排烟管40。本实施例中，排烟管40采用刚性材料制成，刚性材料为金属材料（Q345B+316L）。排烟管40的横截面积之和与烟囱10的横截面积之比为35。投用该消白烟设备装置前后，在相同天气条件及风速条件下，烟囱口的白烟长度由20m变为完全消失。
实施例2
参考图1、2和4所示，本实施例中，消白烟装置采用圆柱分配段31，排烟管40沿圆柱形分配段31自上而下共设置46层（参考图4所示），每层设置32个排烟管40（参考图2所示），共设置1472个排烟管40。本实施例中，排烟管40采用刚性材料制成，刚性材料为金属材料304L。排烟管40的横截面积之和与烟囱10的横截面积之比为45。投用该消白烟设备装置前后，在相同天气条件及风速条件下，烟囱口的白烟长度由50m变为完全消失。
实施例3
参考图1、2、5和图12所示，本实施例中，消白烟装置采用圆柱分配段31，排烟管40沿圆柱形分配段31自上而下共设置62层（参考图5所示），每层设置32个排烟管40（参考图2所示），共设置1984个排烟管40。本实施例中，排烟管40的横截面积之和与烟囱10的横截面积之比为60。排烟管40采用柔性材料制成，柔性材料为聚氯乙烯（PVC）衬里的帆布管，帆布管内穿设有可导电的金属丝，金属丝即为导电组件。圆柱分配段31由金属材质制成。排烟管40通过法兰50连接在圆柱分配段31上，并且法兰50采用金属导线60进行跨接，排烟管40内的金属丝与法兰50相连接，电流能够由圆柱分配段31流向排烟管40。本实施例中，消白烟装置与烟囱10之间采取了绝缘措施。投用该消白烟设备装置前后，在相同天气条件及风速条件下，烟囱口的白烟长度由60m变为完全消失。
实施例4
参考图6~8和图12所示，本实施例中，消白烟装置采用正多边形棱柱分配段32，本实施例中为正十六边形棱柱分配段，排烟管40沿正多边形棱柱分配段32自上而下共设置10层（参考图8所示），每层设置16个排烟管40（参考图7所示），共设置160个排烟管40。排烟管40的横截面积之和与烟囱10的横截面积之比为5。排烟管40采用柔性材料制成，柔性材料为聚乙烯软管，排烟管40内外表面均涂覆有导电金属层，正多边形棱柱分配段32由金属材质制成。排烟管40通过法兰50连接在正多边形棱柱分配段32上，并且法兰50采用金属导线60进行跨接，排烟管40内的金属丝与法兰50相连接，电流能够由正多边形棱柱分配段32流向排烟管40。本实施例中，消白烟装置与烟囱10之间采取了绝缘措施。投用该消白烟设备装置前后，在相同天气条件及风速条件下，烟囱口的白烟长度由80m变为20m。
实施例5
参考图6、7、9和图12所示，本实施例中，消白烟装置采用正多边形棱柱分配段32，本实施例中为正十六边形棱柱分配段，排烟管40沿正多边形棱柱分配段32自上而下共设置30层（参考图9所示），每层设置16个排烟管40（参考图7所示），共设置480个排烟管40。排烟管40的横截面积之和与烟囱10的横截面积之比为15。排烟管40采用柔性材料制成，柔性材料为聚丙烯软管，排烟管40内填充有银纳米颗粒，使得排烟管40具备导电性能，正多边形棱柱分配段32由金属材质制成。排烟管40通过法兰50连接在正多边形棱柱分配段32上，并且法兰50采用金属导线60进行跨接，排烟管40内的金属丝与法兰50相连接，电流能够由正多边形棱柱分配段32流向排烟管40。本实施例中，消白烟装置与烟囱10之间采取了绝缘措施。投用该消白烟设备装置前后，在相同天气条件及风速条件下，烟囱口的白烟长度由100m变为20m。
实施例6
参考图10和图13所示，本实施例中，消白烟装置采用球缺分配段33，球缺分配段33上设置120个排烟管40。排烟管40的横截面积之和与烟囱10的横截面积之比为10。排烟管40采用柔性材料制成，柔性材料为聚苯乙烯软管，排烟管40的自由端设有第二磁性组件41，球缺分配段33的外表面设有第一磁性组件331，第一磁性组件331和第二磁性组件41的磁性相同，二者相互排斥。投用该消白烟设备装置前后，在相同天气条件及风速条件下，烟囱口的白烟长度由50m变为10m。
实施例7
参考图11和图13所示，本实施例中，消白烟装置采用球缺分配段33，球缺分配段33上设置480个排烟管40。排烟管40的横截面积之和与烟囱10的横截面积之比为120。其他设计与实施例6相同。投用该消白烟设备装置前后，在相同天气条件及风速条件下，烟囱口的白烟长度由100m变为完全消失。
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 (11)
1. 一种消白烟装置，其特征在于，包括：
分配段，其底部与烟囱的顶部相连通；以及
多个排烟管，其均匀分布在所述分配段的表面，所述多个排烟管的横截面积之和大于或等于所述烟囱的横截面积，多个排烟管由柔性材料制成，所述分配段的表面和所述多个排烟管的自由端具有相同的磁性或电性，在使用状态时，所述多个排烟管的自由端朝向远离所述分配段的方向运动直至达到稳定状态；
其中，由所述烟囱进入所述分配段的烟气分散至所述多个排烟管后排入大气。
2.根据权利要求1所述的消白烟装置，其特征在于，在停用状态时，所述多个排烟管弯曲从而集中收纳。
3.根据权利要求1所述的消白烟装置，其特征在于，所述多个排烟管和所述分配段通电后具有相同的电性。
4.根据权利要求3所述的消白烟装置，其特征在于，制成所述多个排烟管的柔性材料为导电材料或添加导电填料的绝缘材料。
5.根据权利要求4所述的消白烟装置，其特征在于，所述导电材料为石墨、碳纳米管或石墨烯；所述导电填料为金、银、铜和/或镍。
6.根据权利要求3所述的消白烟装置，其特征在于，所述排烟管涂覆有导电涂层或者所述排烟管上设有导电组件。
7.根据权利要求6所述的消白烟装置，其特征在于，所述柔性材料为布料、纤维织物、橡胶、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚氨酯。
8.根据权利要求1所述的消白烟装置，其特征在于，所述多个排烟管和所述分配段上设有磁性组件。
9.根据权利要求1所述的消白烟装置，其特征在于，所述分配段为圆柱、圆台、正多边形棱柱、球缺和椭球缺中的一种或几种的组合。
10.根据权利要求1所述的消白烟装置，其特征在于，还包括：
连接段，其将所述烟囱与所述分配段密封连接，所述连接段的下端与所述烟囱的直径相匹配，上端与所述分配段的底部相匹配。
11.一种消白烟方法，其特征在于，采用如权利要求1~10中任意一项所述的消白烟装置，至少包括如下步骤：
将湿法脱硫烟气分成多股烟气后排入大气。
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