超低排放節(jié)水消煙協(xié)同凈化系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種超低排放節(jié)水消煙協(xié)同深度凈化系統(tǒng)及方法，用于進一步處理出口煙氣，以滿足超低排放、消煙及節(jié)水協(xié)同深度凈化要求。該系統(tǒng)主要包括依次布置在脫硫塔出口煙道內的微冷相變促聚器、多污染物捕集器和微熱消煙器，脫硫塔出來的煙氣依次經過微冷相變促聚器、多污染物捕集器和微熱消煙器處理后經煙囪排放。相比現有的直接加熱抬升煙氣減緩煙囪冒白煙的常規(guī)做法,直接將含大量水汽的飽和或過飽和煙氣由直接升溫至不飽和狀態(tài)，需要消耗較多的能量，本發(fā)明消煙協(xié)同凈化系統(tǒng)中消煙采用微降溫、再微升溫的方法，既促進細微顆粒、霧滴、可溶鹽等多污染物脫除，回收煙氣中水，又具有明顯的節(jié)能降耗優(yōu)勢，而且同時實現了真正意義上的消煙。
【專利說明】
超低排放節(jié)水消煙協(xié)同凈化系統(tǒng)及方法
[0001 ]
技術領域： 本發(fā)明提供一種超低排放節(jié)水消煙協(xié)同凈化系統(tǒng)及方法，屬資源環(huán)境煙氣凈化領域。
[0002]
【背景技術】： 隨著火電廠大氣污染物控制進入超低排放階段，火電煙氣排放中的NOx、S〇2、塵等污染 物排放濃度要求分別要示控制在50 mg/m3、35 mg/m3、10mg/m3以下，甚至有部分地區(qū)（如上 海、浙江等)要求采取控制措施消除脫硫后煙囪石膏雨、有色煙雨等現象，達到不冒白煙。
[0003] 目前，通過低氮燃燒+高效SCR技術可以實現NOx超低排放，通過單/雙塔雙循環(huán)等 技術可以實現SO2超低排放，而煙塵的超低排放一直困擾著燃煤電站及相關工業(yè)鍋爐，通過 增加濕式電除塵可以實現煙塵超低排放，但投資及運行維護費用高，系統(tǒng)運行的可靠性和 穩(wěn)定性有待時間的進一步考驗。所以，不采用濕式電除塵實現煙塵超低排放且能夠同時消 除石膏雨和白煙的技術具有潛在的市場需求。
[0004] 對于消除石膏雨和白煙，目前常規(guī)的做法主要是采用對煙氣直接再熱措施，該措 施運行能耗高，會大幅增加了發(fā)電煤耗，不利于生產節(jié)能，且潛在系統(tǒng)結垢堵塞等危及生產 安全的隱患。
[0005] 因此，開發(fā)適合國情發(fā)展需要，滿足超低排放控制要求，且能夠消除石膏雨、尾部 煙氣有色煙羽的多功能超低排放節(jié)水消煙協(xié)同凈化方法、技術及裝備尤為重要。
[0006]

【發(fā)明內容】
： 本發(fā)明提供一種多功能超低排放節(jié)水消煙協(xié)同凈化系統(tǒng)，用于進一步處理出口煙氣， 多污染物深度凈化減排，以滿足低排排放煙肉消煙要求。
[0007] 本發(fā)明另一目的在于提供一種煙氣超低排放節(jié)水消煙協(xié)同凈化方法。
[0008] 本發(fā)明采用的具體技術方案如下： 一種多功能超低排放節(jié)水消煙協(xié)同凈化系統(tǒng)，主要包括依次布置在脫硫塔出口煙道內 的微冷相變促聚器、多污染物捕集器和微熱消煙器，脫硫塔出來的煙氣依次經過微冷相變 促聚器、多污染物捕集器和微熱消煙器處理后經煙囪排放;微冷相變促聚器與多污染物捕 集器之間間距為5~15 m;多污染物捕集器與微熱消煙器之間間距為5~25m。
[0009] 本發(fā)明的進一步設計在于： 該系統(tǒng)配置有沖洗系統(tǒng)，包括栗、沖洗管路和噴嘴，用于對微冷相變促聚器、多污染物 捕集器和微熱消煙器進行清洗。
[0010] 該系統(tǒng)還配置有疏水系統(tǒng)，包括在多污染物捕集器兩側的疏水槽，疏水槽與脫硫 塔內部或漿液制備系統(tǒng)連通，或與脫硫石膏脫水皮帶機濾餅沖洗水系統(tǒng)連接，或引去灰渣 系統(tǒng)與渣水混合共治。
[0011] 微冷相變促聚器、微熱消煙器結構相似，主要由殼體、進口介質通流管路及隔離關 斷閥、進口分配箱、與煙氣流向垂直穿過煙道的換熱管路、出口匯流箱、出口介質通流管路 及隔離關斷閥組成;進口分配箱和出口匯流箱對稱布置，且分成若干小室，每組進出口小室 對應連接一組換熱管路、相應的進出口介質通流管路及隔離關斷閥以實現分區(qū)獨立控制功 能;每組進出口小室煙氣側壁面為蜂窩孔板，每個開孔均對應連接相應的換熱管路;殼體由 金屬板與進口分配箱和出口匯流箱連接形成密封框架組成，或通過焊接或法蘭與煙道連 接。
[0012] 本發(fā)明煙氣超低排放消煙協(xié)同凈化方法，該方法包括以下處理過程： 第一，脫硫塔出口!^溫度的煙氣經微冷相變促聚器降溫至T2(降溫0.1~I(TC)，在溫降 及相變的共同作用下，煙氣中細霧滴凝聚，細微顆粒凝并團聚，經過微冷相變促聚器的換熱 管路或換熱器對煙氣進行凝結、除霧、除塵處理，脫出部分水份，處理后煙氣進入多污染物 捕集器； 第二，經由多污染物捕集器進一步捕集煙氣中大部分余留霧滴和顆粒物，脫出絕大部 分凝結水，處理后的煙氣再送入微熱消煙器； 第三，微熱消煙器再將煙氣升溫至τ3(升溫0.1~I(TC)成為不飽和煙氣，經由煙囪排 放； 其中!^通過以下公式計算得到： T2=44.29ne0-065T1/Hi-Ti (1) 其中T3通過以下公式計算得到： T3 =46.5045δθ°· 065tVHo-T2 (2) 式中，T1S脫硫塔出口煙氣實際溫度，1~2為微冷相變促聚器出口應控制的煙氣溫度、T 3 為微熱消煙器加熱后應控制的煙氣溫度，Ho為環(huán)境空氣濕度、H1為脫硫塔出口煙氣濕度，τι為 冷卻經濟降溫系數，取值范圍0.05-1，δ微熱經濟系數，取值范圍〇-〇. 75。
[0013] 該方法還包括以下過程:沖洗系統(tǒng)定期對微冷相變促聚器、多污染物捕集器和微 熱消煙器的表面進行沖洗，沖冼出水及煙道內的凝結水被回收后，經疏水系統(tǒng)返回至吸收 塔或送至漿液制備系統(tǒng)，或替代部分脫硫系統(tǒng)的用水，以降低脫硫系統(tǒng)水耗量。
[0014] 微冷相變促聚器和微熱消煙器的換熱管路采用導熱性能比較好的、耐腐蝕耐磨損 的氟塑料或金屬熱管，也可以采用成熟的大表面積換熱器。微冷相變促聚器的冷卻換熱介 質一般為電廠的經過預處理工業(yè)用水，微熱消煙器的加熱介質一般來自電廠余熱回收系統(tǒng) 的熱水或其他換熱介質。
[0015] 本發(fā)明微冷相變促聚器的多污染物深度凈化及節(jié)水工作原理： 本發(fā)明系統(tǒng)中的微冷相變促聚器，具有降溫冷凝、相變凝聚作用。水汽可凝結成無數超 比表面的細微霧滴，可促進可溶酸氣（如HCl、HF、SO2、SO3、NO2等）溶解吸收，也利于潤濕SO 3 氣溶膠、超細顆粒物等難以脫除的PM2.5前體污染物，改變表面理化特性，利于其碰撞聚集成 霧滴、逐漸長大成水滴，從煙氣中洗滌、凝聚、脫析出氣、液、固各相態(tài)的污染物，包括攜帶的 可溶鹽類離子，實現污染物的深度凈化和減排。同時具有降溫換熱作用，尤其在相變瞬間， 熱量的微驟變，會促使顆粒物發(fā)生熱凝并，且產生大量超細的霧滴，加強了細微顆粒物及氣 溶膠表面的潤濕增濕，改變其特性，促進超細凝結核形成細顆粒物和超細霧滴。細顆粒物、 超細霧滴進一步熱凝并、團聚并逐漸形成易捕集的大顆粒、大霧滴，可實現煙氣除塵去濕； 飽和水汽及攜帶的霧滴在溫降條件下，會凝結析出大量的水，通過回收返回脫硫系統(tǒng)再利 用，可以節(jié)約脫硫系統(tǒng)用水。
[0016] 本發(fā)明的節(jié)水消煙工藝方法圖解如下： 圖2所示為本發(fā)明結合煙氣濕含量曲線進行的消除白煙的方法圖解，圖中曲線為煙氣 溫度-濕度飽和曲線，當排放煙氣到達煙囪出口時，在對應的環(huán)境溫度下，水蒸汽氣相分壓 數據點在飽和濕度線曲線以上時為飽和或過飽和濕煙氣，排放時會產生白煙。消除白煙原 理在于將飽和或過飽和煙氣中的水分脫出，將煙氣排至環(huán)境時仍為不飽和煙氣即不會產生 白煙現象。而脫出的水可以回用到脫硫、灰渣等系統(tǒng)替代工藝用水，從而減少其他系統(tǒng)水 耗。
[0017]圖中，脫硫塔出口煙氣為40-60°C左右攜帶大量霧滴的過飽和濕煙氣（即A點，曲線 對應飽和，曲線上為過飽和區(qū)，曲線下為不飽和區(qū)），直接排放后溫度降至環(huán)境溫度(如圖中 D點）會產生白煙。也就是不采取措施只要直線AD與飽和線有交叉就會產生白煙。而本發(fā)明 先通過微冷相變促聚器降溫將煙氣狀態(tài)由A降至B點（即圖中AB線），將會凝結析出脫出大量 水滴和霧滴及細微顆粒物，經過多污染物捕集器除塵除霧后，再經由微熱消煙器升溫至C點 后排放，BC線過程使得飽和煙氣成為不飽和煙氣，凝結出水氣。排放過程中，煙氣變化過程 為CD線，CD過程煙氣均為不飽和狀態(tài)，也就是CD與飽和濕度曲線不交叉，因而排放時就不會 產生白煙。
[0018] 現有的消煙系統(tǒng)直接將飽和或過飽和煙氣直接升溫，煙氣由飽和濕度線左側A點 升溫至右側比E點更高的溫度，一般75°C以上，除將過飽和煙氣加熱使其含水汽分壓進入不 飽和狀態(tài)外，還需要將煙氣中攜帶的大量漿液液滴和霧滴也蒸發(fā)，所含的全水份氣相分壓 全部進入不飽和氣體區(qū)域，排放后只暫時看不到白煙，但是因為排煙與環(huán)境溫度溫差大，與 環(huán)境大氣迅速混合后，水汽分壓迅速又返回過飽和區(qū)域，所以會出現高溫煙氣排出煙囪一 段距離(0.5到2m左右)又產生白煙的情況，尤其是環(huán)境濕度高的地區(qū)。而且該方法需要超過 本發(fā)明方法幾倍的能耗，根據試驗研究驗證，能耗較本申請要高1-3倍;本發(fā)明消煙協(xié)同凈 化系統(tǒng)中消煙是從A到B先微降溫脫水，再從B點微升溫，具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢，同時實現了 真正的消除煙羽。
[0019] 本發(fā)明相比現有技術具有如下優(yōu)點： 本發(fā)明中，相變凝聚器用于將煙氣經濟降溫ZT降=T2-IVC，使得煙氣中的飽和、過飽和 水汽凝結析出，同時煙氣中的細微霧滴與細微顆粒物發(fā)生相變凝聚長大凝結，并隨析出的 水滴碰撞管壁被捕集，達到除塵除霧目的。
[0020] 本發(fā)明中，多污染物捕集器用于煙氣的進一步凈化，經過相變凝聚器煙道內的水 汽被降溫^:發(fā)凝聚出大量霧滴并逐步長大，同時逐步浸潤煙氣中發(fā)生相變凝聚已團聚的 細微顆粒，但其中只有部分被相變冷卻凝聚器截留，增設多污染物捕集器有助于另外一部 分霧滴和顆粒的進一步脫除。
[0021 ] 本發(fā)明中，微熱消煙器用于將經過前面兩個設施后的煙氣溫度升溫ZTfT3-T2 °C， 目的在于將已脫水除塵后的煙氣由飽和濕煙氣變?yōu)椴伙柡蜐駸煔?，具體升溫溫度需要結合 環(huán)境溫度及當地大氣壓確定，可以通過微熱使得煙氣變?yōu)楦蔁煔?，排放煙囪口可以消除?煙。
[0022]本發(fā)明中沖洗及疏水系統(tǒng)，對三個設施進行定期沖洗，噴嘴布置設施斷面全覆蓋， 沖洗方式采用間隙運行，各個設施前后安裝壓力表用以監(jiān)控阻力變化情況。多污染物捕集 器兩側設置疏水槽，用于將煙道內的凝結水及沖洗水回收返回吸收塔或漿液制備系統(tǒng)。
[0023]
【附圖說明】： 圖1為本發(fā)明的超低排放節(jié)水消煙協(xié)同凈化系統(tǒng)圖。
[0024] 圖2為結合煙氣濕度曲線的消除白煙的方法原理圖。
[0025] 圖3為微冷相變促聚器和微熱消煙器結構圖。
[0026] 圖中：1-微冷相變促聚器;2-多污染物捕集器;3-微熱消煙器;4-疏水槽;5-脫硫 塔。11-殼體；12-介質通流管路；13-隔離關斷閥；14-進口分配箱；15-出口匯流箱；16-換熱 管路；17-進口小室；18-出口小室；19-煙道。
[0027]【具體實施方式】： 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述： 實施例一： 如圖1所示，本發(fā)明的多功能超低排放節(jié)水消煙協(xié)同凈化系統(tǒng)，主要包括四部分，分別 為依次布置在脫硫塔出口煙道內的微冷相變促聚器1、多污染物捕集器2、微熱消煙器3和相 應的沖洗與疏水系統(tǒng)。微冷相變促聚器與多污染物捕集器之間間距設置為10 m;多污染物 捕集器與微熱消煙器之間間距為IOm。
[0028] 根據各部分的位置關系，脫硫塔5出口煙氣依次經微冷相變促聚器1、多污染物捕 集器2和煙氣微熱消煙器3處理后經煙囪排放。
[0029] 沖洗系統(tǒng)包括栗、沖洗管路和噴嘴，用于對微冷相變促聚器、多污染物捕集器和煙 氣微熱消煙器進行清洗。
[0030] 疏水系統(tǒng)采用在多污染物捕集器兩側的疏水槽結構形式，疏水槽4與脫流塔或漿 液制備系統(tǒng)連通。
[0031] 實施例二： 在實施例一的基礎上，本發(fā)明系統(tǒng)中的微冷相變促聚器和微熱消煙器結構相似，布置 在煙道19中，如圖3所示，主要由殼體11、進口介質通流管路12及其(進口）隔離關斷閥13、進 口分配箱14、與煙氣流向垂直穿過煙道的換熱管路16、出口匯流箱15、出口介質通流管路12 及其（出口）隔離關斷閥組成;進口分配箱14和出口匯流箱15對稱布置，且分成若干小室，每 組進、出口小室對應連接一組換熱管路16、相應的進出口介質通流管路及隔離關斷閥以實 現分區(qū)獨立控制功能;每組進口小室17和出口小室18煙氣側壁面為蜂窩孔板，每個開孔均 對應連接相應的換熱管路;殼體11由金屬板與進口分配箱和出口匯流箱連接形成密封框架 組成，或通過焊接或法蘭與煙道連接。換熱管路為導熱性能比較好的耐溫耐腐耐磨氟塑料 或金屬材質。
[0032] 實施例三： 本發(fā)明煙氣超低排放消煙協(xié)同凈化方法，采用實施例二的系統(tǒng)處理過程如下： 首先測量以下數據:脫硫塔出口煙氣實際溫度T1，環(huán)境空氣濕度Ho、脫硫塔出口煙氣 濕度H1，確定冷卻經濟降溫系數η，取值范圍〇. 05-1 (本例取0.5)，微熱經濟系數δ，取值范圍 0-0.75(本例取 0.35)。
[0033] 下式中：Τ2*微冷相變促聚器出口應控制的煙氣溫度、T3為微熱消煙器加熱后應控 制的煙氣溫度。
[0034] 第一，脫硫塔出口 IVC的煙氣經微冷相變促聚器降溫至IVC凝結、除霧、除塵處理， 處理后煙氣進入多污染物捕集器； T2=44.29ne0· 065tVHi-Ti (1) 第二，經由多污染物捕集器進一步捕集煙氣中余留霧滴和顆粒物，之后的煙氣再送入 微熱消煙器； 第三，微熱消煙器再將煙氣升溫至T3 °C成為不飽和煙氣，經由煙肉排放， T3 =46.5045δθ°· 065tVHo-T2 (2) 第四，由沖洗系統(tǒng)定期對微冷相變促聚器、多污染物捕集器和微熱消煙器的表面進行 沖洗，沖冼出水及煙道內的凝結水經疏水系統(tǒng)返回至吸收塔，或送至漿液制備系統(tǒng)，亦或用 于脫硫石膏濾餅沖洗，替代脫硫用工藝水。
[0035] 應用實例： 以某5萬m3/h煙氣處理量的煙氣脫硫裝置后加裝本發(fā)明的超低排放節(jié)水消煙協(xié)同凈化 系統(tǒng)，其中微冷相變促聚器和微熱消煙器均配備有導熱媒(水)輸送栗，微冷相變促聚器冷 卻介質為開式冷卻水(不需計算冷卻耗能，只統(tǒng)計輸送栗功耗），微熱消煙器的加熱介質為 外來熱水(熱量計入能耗統(tǒng)計），本發(fā)明裝置各個設施開啟控制條件及效果見下表1所示四 組試驗： 其中試驗2的情況近似傳統(tǒng)的直接加熱消白煙的方法，可見采用本發(fā)明系統(tǒng)能耗可以 比傳統(tǒng)直接將煙氣加熱方法節(jié)約能耗45.7%，且可以促進多污染物減排。
[0036] 試驗4對應本發(fā)明的系統(tǒng)和方法;試驗1采用本發(fā)明系統(tǒng)，多污染物捕集器投運，微 冷相變促聚器、微熱消煙器均不投運;試驗2采用本發(fā)明系統(tǒng)，多污染物捕集器投運，其中微 冷相變促聚器停運、微熱消煙器投運升溫;試驗3采用本發(fā)明系統(tǒng)，多污染物捕集器投運，其 中微冷相變促聚器投運、微熱消煙器停運。試驗4與試驗1比較，顆粒物排放減少61.4%，主要 是由于脫硫后煙氣中顆粒物主要成分為石膏，來源于脫硫煙氣攜帶的石膏漿液霧滴，在微 冷相變促聚器對煙氣降的同時引起水汽相變，大量細微石膏霧滴凝聚析出從而脫出煙氣， 同時有部分細微顆粒、S03團聚，減少。
[0037] 此外，凝結水樣可形成的二次顆粒物的前體污染物還有漿液或水中溶解的各種可 形成可溶鹽的離子包括(：1'廠《& +、1%2+辦2+、1(+等也被脫除進入液相，直接減排了氣相 中的污染物，因而本發(fā)明微冷相變促聚器的投入，多污染物捕集器后煙氣驟凝采樣分析攜 帶的可溶鹽類含量明顯下降，對多污染物捕集器后煙氣的凝結水樣中各可溶鹽離子含量檢 測結果見表2，檢測參照DL/T997-2006、GB5750_2006標準，其中檢測設備：ICS-200，Optim 700 DV等。
[0038] 表1

由表2可見，本發(fā)明超低排放節(jié)水消煙協(xié)同凈化系統(tǒng)開啟后，排放煙氣中可溶鹽類物質 的排放量下降明顯，下降量71.58%，微冷相變促聚器開啟前后凝結液的電導率下降79.21%， 明顯減排了氣相中的污染物，真正實現了低排放。
【主權項】
1. 一種超低排放節(jié)水消煙協(xié)同凈化系統(tǒng)，其特征在于：主要包括依次布置在脫硫塔出 口煙道內的微冷相變促聚器、多污染物捕集器和微熱消煙器，脫硫塔出來的煙氣依次經過 微冷相變促聚器、多污染物捕集器和微熱消煙器處理后經煙囪排放;微冷相變促聚器與多 污染物捕集器之間間距為5~15 m;多污染物捕集器與微熱消煙器之間間距為3~25m。2. 根據權利要求1所述超低排放節(jié)水消煙協(xié)同凈化系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)配置有沖 洗系統(tǒng)，包括栗、沖洗管路和噴嘴，用于對微冷相變促聚器、多污染物捕集器和微熱消煙器 進行清洗。3. 根據權利要求2所述超低排放節(jié)水消煙協(xié)同凈化系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)還配置有 疏水系統(tǒng)，包括在多污染物捕集器兩側的疏水槽，疏水槽與脫硫塔內部或漿液制備系統(tǒng)連 通，或與脫硫石膏脫水皮帶機濾餅沖洗水系統(tǒng)連接，或引去灰渣系統(tǒng)與渣水混合共治。4. 根據權利要求1-3任一所述超低排放節(jié)水消煙協(xié)同凈化系統(tǒng)，其特征在于:微冷相變 促聚器和微熱消煙器結構相似，主要由殼體、進口介質通流管路及其隔離關斷閥、進口分配 箱、與煙氣流向垂直穿過煙道的換熱管路、出口匯流箱、出口介質通流管路及其隔離關斷閥 組成。5. 根據權利要求4所述超低排放節(jié)水消煙協(xié)同凈化系統(tǒng)，其特征在于:進口分配箱和出 口匯流箱對稱布置，且分成若干小室，每組進出口小室對應連接一組換熱管路，每組進出口 小室煙氣側壁面為蜂窩孔板，每個開孔均對應連接相應的換熱管路;殼體主要由金屬板與 進口分配箱和出口匯流箱連接形成密封框架組成，或通過焊接或法蘭與煙道連接。6. 利用權利要求1-5任一系統(tǒng)的煙氣超低排放消煙協(xié)同凈化方法，該方法包括以下處 理過程： 第一，脫硫塔出口 T1溫度的煙氣經微冷相變促聚器降溫至!^溫度，在溫降及相變的共同 作用下，凝聚煙氣中細霧滴和細微顆粒凝，由微冷相變促聚器的換熱管路或換熱器對煙氣 進行凝結、除霧、除塵處理，脫出部分水份，處理后煙氣進入多污染物捕集器； 第二，經由多污染物捕集器進一步捕集煙氣中大部分余留霧滴和顆粒物，脫出絕大部 分凝結水，處理后的煙氣再送入微熱消煙器； 第三，微熱消煙器將煙氣升溫至T3溫度成為不飽和煙氣，經由煙肉排放； 其中微冷相變促聚器出口應控制的煙氣溫度!^通過以下公式計算得到： T2=44.29ne0-065T1/Hi-Ti (1) 其中微熱消煙器加熱后應控制的煙氣溫度T3通過以下公式計算得到： T3 =46.5045δθ°· 065tVHo-T2 (2) 式中，T1S脫硫塔出口煙氣實際溫度，Ho為環(huán)境空氣濕度、H1為脫硫塔出口煙氣濕度，η 為冷卻經濟降溫系數，取值范圍0.05-1，δ微熱經濟系數，取值范圍〇-〇. 75。7. 根據權利要求6所述煙氣超低排放消煙協(xié)同凈化方法，該方法還包括以下過程:沖洗 系統(tǒng)定期對微冷相變促聚器、多污染物捕集器和微熱消煙器的表面進行沖洗，沖冼出水及 煙道內的凝結水被回收后，經疏水系統(tǒng)返回至吸收塔或送至漿液制備系統(tǒng)，或替代部分脫 硫系統(tǒng)的用水。
【文檔編號】B01D53/14GK105920967SQ201610557160
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】許月陽, 薛建明, 王宏亮, 管明, 管一明, 戴偉偉, 付森林
【申請人】國電環(huán)境保護研究院