CN103463910A

CN103463910A - 一种高温高湿烟气降温脱硫综合处理装置及方法

Info

Publication number: CN103463910A
Application number: CN2013103935459A
Authority: CN
Inventors: 莫建松; 刘兴利; 程常杰
Original assignee: Zhejiang Tianlan Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Tianlan Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2013-12-25

Abstract

本发明公开了一种高温高湿烟气降温脱硫综合处理装置及方法，装置包括：与高温烟道出口连接的换热器；与换热器的热流出口连接的惯性分离器；与惯性分离器的出口连接的降温除尘烟道，该降温除尘烟道倾斜设置，入口端位于出口端下方，且该降温除尘烟道内设有若干层喷淋装置；与降温除尘烟道的出口连接的汽水分离器；与汽水分离器的出口连接的湿式脱硫塔，该湿式脱硫塔的烟气出口连接至所述换热器的冷流入口。本发明针对高温高湿烟气温度高及净化烟气温度低等特点，采用换热器及再直冷降温相结合的方式进行高温高湿烟气降温脱硫综合处理，控制湿法脱硫入口烟气温度在80～100℃，保证较高的脱离效率，且设备简单，成本低。

Description

一种高温高湿烟气降温脱硫综合处理装置及方法

技术领域

本发明涉及高温高湿烟气降温脱硫技术领域，具体涉及一种高温高湿烟气降温脱硫综合处理装置及方法。

背景技术

金属铸造、冶炼、垃圾焚烧等行业在生产过程中一般会产出大量的高温高湿烟气，如果直接进行除尘、二氧化硫脱除处理，不仅二氧化硫的脱除效率低，而且出口烟气带水情况严重，水在烟道中凝结，造成烟道腐蚀、结垢。为消除这些问题，高温高湿烟气在湿法脱硫前需要先降温、除湿处理。此外，湿法烟气脱硫净化后的烟气往往温度较低，不利于烟气负压排放。

中国实用新型专利文献200720028287.4公开了一种高温烟气综合处理设备，包括与高温烟气通道连接的换热器，与所述的换热器的出烟口连接的惯性除尘器，与所述的惯性除尘器的出烟口通过连接管道连接的湿式除尘器，与所述的湿式除尘器的出气口连接的水气分离装置；所述的连接管道内设有一组雾化喷淋装置，所述湿式除尘器内设有过滤层、三组雾化喷淋装置、一组清洗喷淋装置和滤水装置。连接管道和湿式除尘器下部共设有3处雾化喷淋装置向烟气中喷淋处理液，湿式除尘器上部设有清洗喷淋装置向下喷淋净水。该设备通过较低的经济投入和运行成本可以对高温含尘烟气进行脱硫除尘综合处理，但是其结构复杂，脱硫效率不高，喷淋处理液不做处理，产生二次污染。

中国发明专利文献200910012243.6公开了一种高温烟气降温调质设备，包括双流体电器控制装置、在高温烟气入口与出口之间设置的水、气管路，水泵、气泵的压力和流量可变频调节，控制出口烟气温度120～150℃，该发明对冷却水水质要求低，雾化效果好，但是降温效果不佳，出口烟气夹带水雾。

发明内容

本发明提供了一种高温高湿烟气降温脱硫综合处理装置及方法，针对高温高湿烟气温度高及净化烟气温度低等特点，采用换热器及直冷降温相结合的方式进行高温高湿烟气降温脱硫综合处理，控制湿法脱硫入口烟气温度在80～100℃，保证较高的脱离效率，且设备简单，成本低。

一种高温高湿烟气降温脱硫综合处理装置，包括：

与高温烟道出口连接的换热器；

与换热器的热流出口连接的惯性分离器；

与惯性分离器的出口连接的降温除尘烟道，该降温除尘烟道倾斜设置，入口端位于出口端下方，且该降温除尘烟道内设有若干层喷淋装置；

与降温除尘烟道的出口连接的汽水分离器；

与汽水分离器的出口连接的湿式脱硫塔，该湿式脱硫塔的烟气出口连接至所述换热器的冷流入口。

高温高湿烟气含有大量热能，如果直接进行湿法烟气脱硫，由于脱硫***气液接触空间、时间不变，高温高湿烟气降温缓慢，造成气液吸收温度较高，脱硫效率降低。此外，湿法烟气脱硫净化后的烟气往往温度较低，不利于烟气的抬升排放。所述的一级换热器还设有与烟囱连接的冷流体出口端。高温高湿烟气与低温净烟气在一级换热器内完成热传递。低温净烟气温度升高，从烟囱排放。高温高湿烟气温度降低。

根据热量公式Q=L_g,N/22.4(C_p,m1t_g1-C_p,m2t_g2)，

式中L_g,N——烟气量，m³/h；

C_p,m1，C_p,m2——烟气为0～t_g1和0～t_g2时的平均摩尔定压热容，kJ/(kmol·℃)；

t_g1，t_g2——烟气冷却前后温度，℃。

通过热量衡算发现，等量的净化后烟气升温吸收的热量小于高温高湿烟气降到目标温度释放的热量。表明经过一级换热器后，热烟气仍然需要进一步降温才能达到目标温度。

所述的带喷淋的烟道内设有若干层喷淋设备，所述的带喷淋的烟道是倾斜的，其入烟口的位置低于其出烟口的位置。为了提高降温效果，高温高湿烟气与喷淋水逆流接触。喷淋水及烟气凝结水沿倾斜的烟道流入惯性分离器锥形底部，排出。

为了进一步保证湿法烟气脱硫前烟气温度在设计温度范围内，所述的带喷淋的烟道末端连接汽水分离器处配有热电偶，对烟气温度进行监测。

携带大量水分的低温高湿烟气进入汽水分离器，经过汽水分离器内的离心分离、碰撞等作用，烟气中的水分分离出来，饱和干烟气经过一段较短的保温烟道进入湿式脱硫塔内，进行气液吸收。此时的烟气温度较低，含湿量降低，气液接触脱硫时，气液传质温度较低，脱硫效率较高。此外，高温高湿烟气经过了惯性分离器的汽水分离、喷淋降温以及汽水分离器的作用，烟气中的粉尘杂质、二氧化硫等也实现了部分去除，有利于烟气二氧化硫去除率的提高。

所述的惯性分离器底部成椎体形状，分离出的水及粉尘可以在此处汇集，并且带喷淋的烟道内喷淋设备喷淋而下的水也汇集在此，一并排出。排出的水可以经过简单过滤再次作为降温水循环使用。

作为优选，还包括一个PLC控制器和设置在所述惯性分离器内的温度传感器，所述PLC控制器的输入端连接温度传感器，所述PLC控制器的输出端连接所述喷淋装置。

进一步优选，所述温度传感器为热电偶。

高温高湿烟气经一级换热器后进入惯性分离器，所述的惯性分离器内配有热电偶，所述的热电偶连接PLC控制柜，PLC控制柜接收来自热电偶的电信号，经过PLC程序热量计算，又将喷淋水量电信号输送到降温除尘烟道的喷淋装置，调控喷淋水量，以达到高温高湿烟气降温的目标温度。

作为优选，所述降温除尘烟道入口上方且位于所述惯性除尘器内设有一挡板。

进一步优选，所述挡板倾斜设置，与竖直向的夹角为40-50°，上端固定在所述惯性分离器的内壁上，下端向所述惯性分离器的中心延伸，所述挡板的长度为降温除尘烟道的入口直径的1.3～1.5倍。

所述的惯性分离器的作用是使热交换后的高温高湿烟气中夹带的小水滴、粉尘等分离下来，其中烟气中的部分SO₃也能从烟气中分离出来，提高热交换后烟气的酸露点，降低其对后续设备的腐蚀结垢。为了提高小水滴、粉尘等在惯性分离器内的去除效率，所述的惯性分离器内，烟气出口的上边沿设有一档板；所述的挡板向内、向下倾斜，与水平面呈40-50°夹角，挡板防止烟气直接流入下一环节。

所述温度传感器位于惯性分离器的烟气出口的对立面，挡板的上方，换热器出口的下方，距离换热器出口30-50cm。从温度传感器给出的温度确定直冷降温的降温幅度。

作为优选，所述降温除尘烟道内设有2～5层喷淋装置。

进一步优选，所述喷淋装置所述喷淋装置包括位于降温除尘烟道外且与降温除尘烟道走向一致的喷水总管、间隔连通在喷水总管上且延伸进降温除尘烟道内的喷水支管以及设置在喷水支管上的雾化喷头，喷水总管及各喷水支管上均设有控制阀。

更优选，还设有与雾化喷头相连的喷头电机水泵，所述雾化喷头的喷口朝下且与降温除尘烟道平行安装在所述喷水支管上。

更优选，所述雾化喷头为实心圆锥形，活动安装在所述喷水支管上。

所述的喷头电机水泵为雾化喷头提供压力，所述雾化喷头与烟道平行安装，喷淋冷却水与烟气逆流接触，并且呈实心圆锥形，角度可调。

本发明采用的是雾化喷头和喷头电机水泵的组合喷淋结构，冷却水的雾化效果越好，降温效果越好，可根据喷淋水量及雾化喷头和喷头电机水泵的组合的最佳喷水量确定开启的喷淋层数，与同类设计相比，在相同的降温效果的情况下，节约了水资源及能耗。

作为优选，所述的降温除尘烟道倾斜设置，入口端位于出口端下方。这样喷淋冷却水完成降温以后，顺烟道流入惯性分离器。

作为优选，所述降温除尘烟道的出口处或者汽水分离器的烟气入口处设有一个第二温度传感器，直观反应高温高湿烟气最终降温结果，在线监测降温***运行状况。

作为优选，所述湿式脱硫塔的烟气入口与降温除尘烟道的出口之间还设有一段保温烟道。高温烟气经两次降温后经保温烟道进入湿式脱硫塔，进行烟气脱硫。

作为优选，还包括与所述换热器的冷流出口连接的烟囱。

高温高湿烟气与低温净烟气在一级换热器内完成热传递。低温净烟气温度升高，从烟囱排放。高温高湿烟气温度降低。

作为优选，所述湿式脱硫塔包括塔体；由上至下依次设于塔体内的3～5层除雾器、2～3层喷淋器、吸收区和塔釜；连通吸收区的烟气入口；以及位于塔顶的烟气出口。

更优选，所述湿式脱硫塔的吸收区高度为4～6m。湿式脱硫塔内气液反应温度较低，相应的气液吸收反应速率提高。降低吸收区高度，节约成本。

更优选，所述湿式脱硫塔的塔釜的塔径D₁较吸收区塔径D₂大，D₁=1.1～1.5D₂。因为气液吸收反应温度较低，致使塔釜浆液温度较低，吸收二氧化硫后形成的大量亚硫酸钙氧化反应速率减慢，增大塔釜容积，提高脱硫浆液在塔釜的停留时间，浆液内的脱硫剂、亚硫酸钙及二水硫酸钙得到充分反应。

本申请中的降温预处理设备与这种结构的脱硫塔组合使用时，处理效果最好。

本发明惯性分离器及汽水分离器排出的冷却水及冷凝水呈酸性，并含有一定量的粉尘。作为优先，可将冷却水及冷凝水汇集，经过滤等简单处理后可以作为化浆水、冲渣水等再次使用，无二次污染。

本发明还提供一种高温高湿烟气降温脱硫综合处理方法，步骤包括：

（1）高温高湿烟气流经换热器，在换热器内与来自脱硫塔的低温净烟气进行热传递，对烟气进行一次降温；

（2）经一次降温的烟气顺势流入惯性分离器，在惯性分离器内，粒径大于10μm的液滴及粉尘被捕集下来，从底部排出；

（3）除尘后的烟气进入降温除尘烟道，逆向喷入冷却水，对烟气进行二次降温，PLC控制器采集惯性分离器内的烟气温度，根据该温度控制降温除尘烟道内冷却水的喷入量；

（4）二次降温后的烟气进入汽水分离器中，完成冷凝水与气体的分离；

（5）分离后的气体进入湿式脱硫塔，在湿式脱硫塔内与喷淋浆液接触，完成二氧化硫脱除；

（6）从湿式脱硫塔排出的低温净烟气进入步骤（1）中的换热器中，与高温高湿烟气换热后从烟囱排出。

进入湿式脱硫塔前烟气温度为80-100℃，经过换热的净化烟气进入烟囱排放前烟气温度为70-90℃。

本发明针对高温高湿烟气温度高及净化烟气温度低等特点，采用换热器及再直冷降温相结合的方式进行高温高湿烟气降温脱硫综合处理。该装置充分利用了换热器、烟道等，既能显著降低了烟气温度、含湿量，又能抬升净化烟气温度，有利于烟气抬升排放，还能提高湿法烟气脱硫效率。

本发明的有益效果：

（1）本发明提供了一种适宜的高温高湿烟气降温脱硫综合处理装置及方法，可以控制进塔烟气温度在80-100℃，烟气含湿量降低，气液吸收反应温度降低，二氧化硫去除效率提高。

（2）本发明的换热器内进行的是高温高湿烟气与低温净烟气的换热处理，不仅降低了高温高湿烟气的温度，还提高了低温净烟气的温度，有利于净烟气的抬升排放。

（3）本发明从惯性分离器、汽水分离器底部排出的水经过滤等处理后可作为化浆工艺水、冲渣水等回用，无二次污染。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是烟气降温除湿部分的结构示意图。

图3是保温烟道和湿式脱硫塔的结构示意图

具体实施方式

如图2所示，高温高湿烟气降温脱硫综合处理装置的降温除湿部分，包括换热器1、惯性分离器2、降温除尘烟道3、汽水分离器4、保温烟道5、湿式脱硫塔6和PLC控制器7。

换热器1采用气式换热器，带有一个热流入口103、一个热流出口、一个冷流入口102和一个冷流出口101，热流入口101连接高温烟道，热流出口连接惯性分离器2的烟气入口。

惯性分离器2的底部为倒锥形，倒锥形的底部设有排液口203和相应的阀门，便于分离出的液体的排放，惯性分离器2的一侧侧壁上带有烟气出口，该烟气出口连接降温除尘烟道3的入口端。

惯性分离器2内位于烟气出口的上方设置一个挡板202，该挡板202用于挡去烟气中的水滴、粉尘，防止直接进入降温除尘烟道3腐蚀烟道，挡板202倾斜设置，上沿固定在惯性分离器2的内壁上，略高于惯性分离器的烟气出口204的上沿，下端向中心倾斜，与竖直向的夹角为40～50°，挡板202的延伸长度为惯性分离器2的烟气出口直径的1.3～1.5倍。

惯性分离器2内还设有一个温度传感器201，该温度传感器201优选为热电偶，该热电偶是可以安装在惯性分离器的烟气出口204的对立面，挡板202的上方，距离换热器出口50cm处。降温除尘烟道3倾斜设置，入口端低于出口端，倾斜角度大致为20°-50°，降温除尘烟道3的出口端连接汽水分离器的烟气入口403，降温除尘烟道3的长度一般设置为1.5m-3m。

降温除尘烟道3内设置若干层喷淋装置301，一般设置2～5层，本实施方式中设置3层，喷淋装置301包括位于降温除尘烟道3下方且与降温除尘烟道3走向一致的喷水总管、间隔一定距离连通在喷水总管上且延伸进降温除尘烟道3内的喷水支管、喷水总管及各喷水支管上均设有控制阀。喷淋装置301还包括的雾化器，即雾化喷头和喷头电机水泵组合，雾化喷头活动安装在喷水支管上，与烟道平行安装，喷口朝下，雾化喷头且呈实心圆锥形，角度45°，喷淋冷却水与烟气逆流接触，喷头电机水泵为雾化喷头提供压力。

汽水分离器4带有一个烟气入口401，一个烟气出口402和一个液体排出口401，汽水分离器的烟气入口401和汽水分离器的烟气出口402均位于汽水分离器4的侧壁上，汽水分离器的液体排出口401位于汽水分离器4的底部，在为了方便监测烟气的降温效果，在汽水分离器的烟气入口401处再设置一个第二温度传感器302，直观反应高温高湿烟气最终降温结果，在线监测降温***运行状况。

汽水分离器4的烟气出口连接保温烟道5，如图3所示，保温烟道5的出口连接湿式脱硫塔6的烟气入口，湿式脱硫塔6采用常规湿式脱硫塔，优选地，包括塔体；由上至下依次设于塔体内的3～5层除雾器、2～3层喷淋器、吸收区和塔釜；连通吸收区的烟气入口；以及位于塔顶的烟气出口，塔釜的塔径D₁较吸收区塔径D₂大，D₁=1.1～1.5D₂，其烟气出口通过烟道连接至换热器1的冷流入口102，换热器1的冷流出口101通过烟道连接至烟囱。冷、热烟气进行热交换，可以消除高温烟气脱硫后出口烟气带水情况。

PLC控制器7的输入端701连接惯性分离器2内的温度传感器201，输出端702连接喷淋装置301的所有控制阀。

PLC控制器7采集惯性分离器2内烟气的温度，经过程序换算控制喷淋装置301的开启层数。可以根据实际情况适时调整，节约水资源，还可控制湿法脱硫入口烟气稳定。

本发明的工艺流程如下：

如图1所示为本发明的工艺流程图：

（3）经一次降温的高温高湿烟气经惯性分离器进入带喷淋的烟道，进行二次降温；

（4）惯性分离器内配有温度传感器，该温度传感器的温度值传输到PLC控制柜；PLC控制柜输出端控制烟道喷淋设备的开启；

（5）开启烟道喷淋设备，在烟道内喷淋冷却水与烟气逆流接触，完成二次降温；

（6）完成二次降温的高温高湿烟气进入汽水分离器，在汽水分离器内完成冷凝水与气体的分离；

（7）完成降温除湿过程的烟气进入湿式脱硫塔，与喷淋浆液接触，完成二氧化硫脱除过程；

（8）从湿式脱硫塔排出的低温净烟气与高温高湿烟气换热后从烟囱排出；

（9）从惯性分离器、汽水分离器底部排出的水经过滤等处理后可作为化浆工艺水、冲渣水等回用，无二次污染。

高温高湿烟气经一级降温后进行惯性分离，去除烟气中的粉尘及小水滴，然后对烟气进行喷淋降温，喷淋降温后进入保温烟道保温，然后进入湿式脱硫塔中进行湿式脱硫，脱硫后的静烟气作为冷流体送入换热器中对高温烟气进行降温，同时净烟气温度得到提升后有利于出口烟气的排放，降低烟雾。

实施例1

某冶金生产线的高温高湿烟气的烟气量100000Nm3/h，进入烟气入口1的烟气温度180℃左右，烟气湿度25%左右，二氧化硫浓度2300mg/m3，烟气主要组成成分为RO₂15%、O₂13%、H₂O25%、N₂47%。

运行时，高温高湿烟气经换热器进入惯性分离器，惯性分离器内热电偶探测到的烟气温度为140℃左右，经过PLC控制柜热量衡算，需要喷淋的液气比为0.32L/m³可使进入汽水分离器的烟气温度降低至90℃，开启2层喷淋，单层喷淋液气比0.16L/m³，喷淋冷却水雾化效果好，经过带喷淋的烟道二次降温，温度探头监测到的温度值为91℃左右。

低温湿烟气经过汽水分离器后，饱和干烟气经过较短的保温烟道进入湿式脱硫***，湿式脱硫塔内气液反应温度50℃，湿式脱硫塔出口烟气温度50℃左右，二氧化硫浓度100mg/m³，脱硫效率达95.65%。净化后的低温烟气通过管道流入一级换热器的冷流体端，与高温高湿烟气进行热传递后，一级换热器的冷流体出口101处的烟气温度85℃左右。

实施例2

某冶金生产线的高温高湿烟气的烟气量480000Nm3/h，进入烟气入口1的烟气温度170℃左右，烟气湿度30%左右，二氧化硫浓度2000mg/m3，烟气主要组成成分为RO₂14%、O₂13%、H₂O30%、N₂43%。

运行时，高温高湿烟气经换热器进入惯性分离器，惯性分离器内热电偶探测到的烟气温度为131℃左右，经过PLC控制柜热量衡算，需要喷淋的液气比为0.25L/m³可使进入汽水分离器的烟气温度降低至90℃，开启5层喷淋，单层喷淋液气比0.05L/m³，喷淋冷却水雾化效果好，经过带喷淋的烟道二次降温，温度探头监测到的温度值为90℃左右。

低温湿烟气经过汽水分离器后，饱和干烟气经过较短的保温烟道进入湿式脱硫***，湿式脱硫塔内气液反应温度50℃，湿式脱硫塔出口烟气温度50℃左右，二氧化硫浓度98mg/m³，脱硫效率达95.1%。净化后的低温烟气通过管道流入一级换热器的冷流体端，与高温高湿烟气进行热传递后，一级换热器的冷流体出口101处的烟气温度85℃左右。

Claims

1.一种高温高湿烟气降温脱硫综合处理装置，其特征在于，包括：

与高温烟道出口连接的换热器；

与换热器的热流出口连接的惯性分离器；

与降温除尘烟道的出口连接的汽水分离器；

2.根据权利要求1所述高温高湿烟气降温脱硫综合处理装置，其特征在于，还包括一个PLC控制器和设置在所述惯性分离器内的温度传感器，所述PLC控制器的输入端连接温度传感器，所述PLC控制器的输出端连接所述喷淋装置。

3.根据权利要求2所述高温高湿烟气降温脱硫综合处理装置，其特征在于，所述降温除尘烟道入口上方且位于所述惯性除尘器内设有一挡板。

4.根据权利要求3所述高温高湿烟气降温脱硫综合处理装置，其特征在于，所述挡板倾斜设置，与竖直向的夹角为40°～50°，上端固定在所述惯性分离器的内壁上，下端向所述惯性分离器的中心延伸，所述挡板的长度为降温除尘烟道的入口直径的1.3～1.5倍。

5.根据权利要求2所述高温高湿烟气降温脱硫综合处理装置，其特征在于，所述降温除尘烟道内设有2～5层喷淋装置。

6.根据权利要求2所述高温高湿烟气降温脱硫综合处理装置，其特征在于，所述喷淋装置包括位于降温除尘烟道外且与降温除尘烟道走向一致的喷水总管、间隔连通在喷水总管上且延伸进降温除尘烟道内的喷水支管以及设置在喷水支管上的雾化喷头，喷水总管及各喷水支管上均设有控制阀。

7.根据权利要求2所述高温高湿烟气降温脱硫综合处理装置，其特征在于，所述湿式脱硫塔的烟气入口与降温除尘烟道的出口之间还设有一段保温烟道。

8.根据权利要求2所述高温高湿烟气降温脱硫综合处理装置，其特征在于，还包括与所述换热器的冷流出口连接的烟囱。

9.一种高温高湿烟气降温脱硫综合处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述高温高湿烟气降温脱硫综合处理工艺，其特征在于，进入湿式脱硫塔前烟气温度为80-100℃，经过换热的净化烟气进入烟囱排放前烟气温度为70-90℃。