CN104014236A - 一种烟气净化与余热深度回收一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟气净化与余热深度回收一体化装置，包括净化换热塔、烟气***及换热器。净化换热塔的内部由风帽层分为下部的喷淋室和上部的填料室；喷淋室包括喷淋层和水池，水池分别与补水***、水处理泵、水质处理***、水循环泵连接，水循环泵出口与换热器的加热热水进口相连，其出口与喷淋层连接；水池上方的塔壁开有烟气入口；填料室包括浆液分布层、填料层、浆液池和补浆装置；浆液池分别与浆液处理泵、浆液处理***、浆液循环泵连接，浆液循环泵出口接换热器的加热浆液进口，其出口接补浆装置。本发明装置可用于燃气热电冷三联供分布式***、天然气锅炉、燃气-蒸汽联合循环、燃油电站等尾部烟气综合处理。

Description

一种烟气净化与余热深度回收一体化装置

技术领域

本发明涉及一种烟气的综合处理利用技术，尤其是集烟气余热深度回收与脱硫、脱硝及除尘于一体的装置。

背景技术

根据国家***统计，我国2012年能源消费结构是361732万吨标准煤，其中煤炭占比66.6%，石油占比为19.54%，天然气占比为5.4%。当前我国严重依赖煤炭消费的结果便是环境污染非常严重，同时能源利用效率低。在这双重压力下，逼迫国家不得不发展清洁能源。但是目前可大量安全获得且来源广泛的清洁高效的能源只有天然气。天然气的主要成分为甲烷（CH₄），现在利用方式主要为燃气轮机、燃气内燃机和天然气锅炉三种燃烧利用方式，其燃烧后主要产物为二氧化碳（CO₂）和水蒸汽（水蒸汽的气化潜热占天然气高位发热量的10%-11%），同时产生大量的NOx及少量的二氧化硫SO₂和粉尘等污染物。燃气轮机和燃气内燃机的尾气经过余热锅炉或者溴化锂制冷（热）机利用后以及天然气锅炉的排烟，为了防止低温腐蚀，其排放温度都在100℃以上。这些烟气直接排放到大气中，不但造成环境污染，同时也浪费了巨大的能源。

烟气余热深度回收装置可分为间接接触式和直接接触式。因换热温差低，间接接触式需要较大的换热面积，且传热系数低，导致余热回收装置体积大，材料多，成本高。同时因为低温腐蚀的问题，换热材料需要采用特殊的防腐金属材料或做防腐处理，这样就进一步增加了成本。直接接触式换热可以在洗涤烟气的同时又可进行换热，一举两得。

当前烟气常用的脱硫脱硝方法为“湿法烟气脱硫（Wet-FGD）和NH₃选择性催化还原（SCR）技术脱硝”。“催化还原(SCR)技术脱硝”技术是在催化剂的作用下通入NH₃与烟气中的NOx反应还原生成N₂，但是NH₃的使用会对环境造成危害，并且NH₃易泄露造成二次污染，因此人们积极寻求更加经济有效的还原法去除NOx的治理工艺。如果能够利用湿法烟气脱硫的技术有点和规模优势，同时又可以高效的将NOx去除，则是脱硫脱硝一体化技术的关键。而在湿法联合脱硫脱硝技术中，液相脱除烟气中的NOx(一般NO占90％以上)的主要障碍是NO在水中溶解度很低，这极大地增加了液相的传质阻力，通过改变温度以及溶液的pH值的方法都不能使NO在水中溶解度明显提高。此外，脱硫脱硝反应温度需要在低温下进行。因此，使NO转化为容易吸收的形态是脱硝的关键。填料接触式可增强气液的扩散效果，使化学反应充分。因此，采用填料方法使NO与溶液充分混合，便是一个行之有效的方法。

综上所述，在充分回收烟气余热的基础上，将烟气温度降低到利于脱硫脱硝反应进行的温度区域，节约能源；同时将烟气中的SO2、NOx和粉尘去除，保护环境；因此需要一种烟气余热回收与净化于一体的低成本高效的处理装置。

发明内容

为了克服当前常用烟气脱硝方法SCR易造成NH₃逃逸形成二次污染的不足，同时解决烟气余热深度回收问题，本发明提供一种烟气与尿素溶液直接接触进行换热，同时将烟气中的NOx、SO₂和粉尘脱除，具有余热回收和烟气净化功能于一体的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种烟气净化与余热深度回收一体化装置，包括净化换热塔、烟气***及换热器，净化换热塔的内部由气液分离的风帽层分为上下两部分，下部为喷淋室，上部为填料室；所述喷淋室包括喷淋层和水池，水池分别与补水***、水处理泵、水循环泵连接，水处理泵连接到水质处理***，水循环泵出口与换热器的加热热水进口相连，加热热水出口与喷淋层连接；所述水池上方的塔壁处开有烟气入口，烟气***的烟气由此进入喷淋室；所述填料室包括浆液分布层、填料层、浆液池和补浆装置，浆液池由风帽层与塔壁构成，补浆装置包括依次连接的浆液箱、阀门和补浆泵；浆液池分别与浆液处理泵、浆液循环泵连接，浆液处理泵连接到浆液处理***，浆液循环泵出口接换热器的加热浆液进口，加热浆液出口接补浆泵。

所述喷淋层和填料层共同设置于净化换热塔的塔身内，或者所述喷淋层设置在烟气入口处的烟道中，与填料层错开布置。

当喷淋层和填料层共同设置于净化换热塔的塔身内时，由风帽组成的风帽层向同一个方向倾斜0°-10°。

进一步地，所述喷淋层位于喷淋室顶部，水池位于喷淋室底部；填料层位于浆液分布层的下方。

所述喷淋层均匀布置喷嘴，所述净化换热塔的塔壁设有保温层。

所述净化换热塔的烟气出口处还布置有风机。

烟气在喷淋室洗涤时，一部分水会被烟气携带和蒸发，需要补水***不断不如损失的水分，同时洗涤后的水含有烟尘等杂质，落入塔底的水池内后需要进入水质处理***进行处理；水池内被加热的水通过水循环泵送到换热器进行换热降温，然后再次进入喷淋层进行喷洒。在水池上方的塔壁处开有烟气进口，烟气由此进入喷淋室。喷淋层位于喷淋室顶部，风帽层下部，喷淋层均匀布置喷嘴，喷嘴可用螺旋喷嘴等，水经过喷嘴的雾化成小液滴，对逆流而上的烟气进行洗涤换热；喷淋室的塔壁处外部要进行保温，防止热量散失。

风帽层与塔壁构成浆液池，填料层散落下来的浆液聚集在浆液池内，浆液池底部的溶液通过水质处理泵送到反应产物处理车间，浆液池上部的溶液由循环泵送到换热器进行换热；在浆液池上方设有填料层，所用材料需要耐腐蚀，填料层是烟气和尿素溶液充分混合区域，使烟气和溶液充分混合以便起到了物质和能量的交换，同时洗涤烟气中的粉尘；填料层上方为浆液分布层，浆液通过浆液分布层合理布置的分布器均匀散落到填料层上，使得烟气与浆液充分接触；浆液在填料层内向下流动并与烟气接触时吸热并进行化学反应，最后落到浆液池内，经过循环泵送入换热器，完成换热后的低温浆液再进入分布器进行循环；为了控制浆液的浓度和纯度以便高效率的脱硫脱硝，在换热器的管道上设有补浆装置，在浆液池内通过浆液处理***对浆液进行除杂。塔顶部为烟气出口，在烟气出力不够的情况下，通过布置风扇，增加引力。

烟气***主要包括余热锅炉、燃气轮机或燃气内燃机等，排出的烟气从塔底的烟气进口进入塔内，向上流动，在喷淋室内与逆流而下的水进行洗涤降温，低温初步净化烟气经浆液池内风帽进入填料室，经过填料层的脱硫脱硝和进一步除尘后经换热净化塔烟气出口排入大气。

换热器是外部冷却***与装置的衔接部分，可以设有冷却介质出口和进口。散落到水池的水吸收了烟气的大部分热量，通过循环泵进入换热器将热量传递给外部需要加热的介质，换热后的浆液继续循环利用，这一个完整过程实现了对烟气余热深度回收的过程，同时填料层内脱硫脱硝反应所释放出的热量，被浆液吸收送入换热器交换给外部介质，也保证了脱硫脱硝的高效进行。

本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点：

1.  本发明采用直接接触式换热的空塔喷淋降温的方法，在低烟气阻力的情况下，对烟气进行余热回收和除尘洗涤，结构简单，换热效果好。

2.  本发明由于采用在脱硫脱硝反应塔内设置填料层，从而增大了烟气和尿素溶液的混合时间和强度，一方面大大提高了难于溶于水的NO的溶解度，提高了NOx和SO₂的脱除率，另一方面还增强了烟气与溶液换热效果，此外还对烟气进行了洗涤。尿素湿法脱硫脱硝反应是放热反应，通过换热器对吸收浆液中的热量，这样不但吸收了烟气余热，而且还吸收了脱硫脱硝反应中放出的热量，维持了高效的脱硫脱硝率

3.  本发明采用先在喷淋室内洗涤降温，再在填料室内进行脱硫脱硝的方法，该方法避免了填料层的堵塞，同时将脱硫脱硝反应温度控制在一个较佳区域，最终排出的是洁净低温烟气，真正实现了烟气余热深度回收和脱硫脱硝技术一体化。

4. 本发明集合了烟气余热深度回收与净化于一体，占地面积小，结构简单，实现了烟气综合处理的多种功能。可用于燃气热电冷三联供分布式***、天然气锅炉、燃气-蒸汽联合循环、燃油电站等尾部烟气综合处理。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为一种烟气净化与余热深度回收一体化装置实施例示意图；

图2为烟气余热深度布置在烟道中的实施例示意图。

图中：1-冷却介质出口，2-冷却介质进口，3-换热器，4-阀门，5-浆液箱，6-补浆泵，7-加热浆液出口，8-加热热水进口，9-加热浆液进口，10-水循环泵，11-加热热水出口，12-水池，13-保温层，14-浆液循环泵，15-新浆液，16-塔壁，17-填料层，18-浆液分布层，19-填料室，20-风机，21-烟气出口，22-净化换热塔，23-风帽，24-浆液池，25-浆液处理泵，26-浆液处理***，27-喷淋层，28-喷淋室，29-烟气入口，30-补水***，31-水处理泵，32-水质处理***。

具体实施方式

如图1所示，烟气净化与余热深度回收一体化装置包括净化换热塔22、换热器3、浆液补液箱5以及它们之间连接的管道、阀门和泵，外部接口有冷却介质出口1和冷却介质进口2、浆液处理***26、烟气进口28、补水***29、水质处理***32。

净化换热塔22是整个装置的核心设备，其由风帽23构成的风帽层分为喷淋室28和填料室19。喷淋室28由浆液池12、喷淋层27和烟气进口29构成，喷淋室19的外壁需要敷设保温层13。填料室19由浆液池24、填料层17、浆液分布层18构成。净化换热塔22的外形没有特殊要求，不局限于圆柱形，方形等。

本发明工作时，燃气内燃机、余热锅炉等排烟经过烟气进口29进入喷淋室28，在喷淋室28内与喷淋层27喷洒的液滴（所用介质不局限于水）进行换热和洗涤，初步净化的烟气由风帽23进入填料室19进行深度净化。

喷淋室28内的水池12中热水一部分通过水循环泵10经加热水入口8进入换热器3，换热后的低温水经加热水出口进入喷淋层27的喷嘴，雾化成水滴；另一部分含有杂质的热水经过水处理泵31接入水质处理***32，损失的水分由给水***30补入。

烟气由风帽23进入填料室19后，上升进入填料层17内与浆液进行充分的脱硫脱硝的反应，净化后的烟气被风机20吸引经过烟气出口21排入大气。风机20可以根据需要设置多台或者不设置。填料层17是一个化学反应区域，尿素浆液与烟气在此区域进行强烈的物质扩散和化学反应，同时烟气的粉尘进一步被脱除。脱硫脱硝过程释放出的热量被浆液带走落入浆液池21内，浆液一部分由浆液处理泵25送入浆液处理***26，另一部分由浆液循环泵14送入换热器3，被冷却后由加热浆液出口7混合浆液池7的补浆形成新浆液15送入浆液分布层18。为了弥补浆液的损失与浓度，设置高浓度新尿素浆液箱5，需要补充浆液时，打开阀门4，开启补浆泵6即可，当循环浓度达到要求时，关闭阀门4，再关闭补浆泵6。

图2为将喷淋室28和填料室17分开布置，喷淋室28置于烟道中，充分利用烟气的行走过程。燃气内燃机、余热锅炉等排烟经过烟气进口29进入喷淋室28。喷淋室28充分利用烟道的空间，在烟道上方布置喷淋层27，下方为水池12。烟气通过烟道时，水滴从烟道顶部的喷淋层27喷洒下来，对烟气进行降温洗涤。初步净化的烟气进入净化换热塔22中，烟气逆流而上在填料层17中与尿素溶液充分混合（所用介质不局限于尿素溶液），进行脱硫脱硝反应，最后从烟气出口21排入大气。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化和变换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种烟气净化与余热深度回收一体化装置，包括净化换热塔（22）、烟气***及换热器（3），其特征在于，净化换热塔（22）的内部由气液分离的风帽层分为上下两部分，下部为喷淋室，上部为填料室；

所述喷淋室（28）包括喷淋层（27）和水池（12），水池（12）分别与补水***（30）、水处理泵（31）、水循环泵（10）连接，水处理泵（31）连接到水质处理***（32），水循环泵（10）出口与换热器（3）的加热热水进口（8）相连，加热热水出口（11）与喷淋层（27）连接；所述水池（12）上方的塔壁处开有烟气入口（29），烟气***的烟气由此进入喷淋室（28）；

所述填料室（19）包括浆液分布层（18）、填料层（17）、浆液池（24）和补浆装置，浆液池（24）由风帽层与塔壁构成，补浆装置包括依次连接的浆液箱（5）、阀门（4）和补浆泵（6）；浆液池（24）分别与浆液处理泵（25）、浆液循环泵（14）连接，浆液处理泵（25）连接到浆液处理***（26），浆液循环泵（14）出口接换热器（3）的加热浆液进口（9），加热浆液出口（7）接补浆泵（6）。

2.根据权利1所述的一种烟气净化与余热深度回收一体化装置，其特征在于，所述喷淋层（27）和填料层（17）共同设置于净化换热塔（22）的塔身内，或者所述喷淋层（27）设置在烟气入口（29）处的烟道中，与填料层（17）错开布置。

3.根据权利2所述的一种烟气净化与余热深度回收一体化装置，其特征在于，当喷淋层（27）和填料层（17）共同设置于净化换热塔（22）的塔身内时，由风帽（23）组成的风帽层向同一个方向倾斜0°-10°。

4.根据权利1、2或3所述的一种烟气净化与余热深度回收一体化装置，其特征在于，所述喷淋层（27）位于喷淋室顶部，水池（12）位于喷淋室底部；填料层（17）位于浆液分布层（18）的下方。

5.根据权利1、2或3所述的一种烟气净化与余热深度回收一体化装置，其特征在于，所述喷淋层均匀布置喷嘴，所述净化换热塔（22）的塔壁设有保温层。

6.根据权利1、2或3所述的一种烟气净化与余热深度回收一体化装置，其特征在于，所述净化换热塔（22）的烟气出口（21）处还布置有风机（20）。