CN107344052A - 烟气净化与烟羽控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一套烟气净化与烟羽控制方法及装置，对烟气进行深度净化，并实现了对白色烟羽的治理。该装置，包括沿烟气流向依次布置的非均相核化团聚反应***，烟气深度净化***和烟气升温反应***，以及热泵循环***，热泵循环***通过管路连接非均相核化团聚反应***和烟气升温反应***，烟气经非均相核化团聚反应***净化，进入烟气深度净化***进一步去除细颗粒物，经过深度净化处理后烟气由烟气升温反应***升温后排放，非均相核化团聚反应***吸收的烟气热量与热泵***的冷却介质进行换热，升温后加热介质用来烟气升温反应***烟气升温。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于核化团聚与热泵升温的烟气净化与烟羽控制方法及装置，属于环境保护领域。
背景技术
近几年来，冬季灰霾问题十分突出，大气中灰霾中，直接排放和二次转化的实际源头，与燃煤排放关系。 源头防治中，燃除了控制煤直接污染物外，还要兼顾脱硝脱硫过程带来的二次污染物。就成分而言，灰霾中除了有机污染物(OM)外，主要为硝酸盐和硫酸盐等可溶性盐，就来源而言，灰霾的形成过程中，二次转化占据份额较大，对PM2.5和有机气溶胶颗粒物贡献分别约为30-77%和44-71%。
湿法脱硫工艺后饱和湿烟气进入大气环境遇冷，水蒸气凝结成微小液滴。白色烟羽影响环境感观，有些老百姓甚至误认为排放的是有毒有害废气，引发恐慌和投诉。 因而煤发电锅炉应采取有效措施消除石膏雨、有（白）色烟羽现象。
在燃煤火电厂超低排放实施过程中，应兼顾深度节水和废水零排放，比如一台60万千瓦煤电机组，采用湿法脱硫工艺，每小时带走脱硫蒸发水量每小时约为80-100吨，由烟囱排走的水汽量大于200吨。
目前现有超低排放技术路线而言，大多是在技术实践的摸索中逐渐发展完善的，尽管可凝污染物的协同脱除引起关注，但协同脱除的机制尚不明晰。同时，除尘除雾技术也面临简化（或一体化）工艺、降低单位烟气处理能耗等多方面的挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一套对烟气进行深度净化的装置，对烟气进行深度净化，并实现了对白色烟羽的治理。
本发明另一目的是提供一种烟气净化与烟羽控制方法。
本发明的具体技术方案如下：
烟气净化与烟羽控制装置，包括沿烟气流向依次布置的非均相核化团聚反应***，烟气深度净化***和烟气升温反应***，以及热泵循环***，热泵循环***通过管路连接非均相核化团聚反应***和烟气升温反应***，烟气经非均相核化团聚反应***净化，进入烟气深度净化***进一步去除细颗粒物，经过深度净化处理后烟气由烟气升温反应***升温后排放，非均相核化团聚反应***吸收的烟气热量与热泵***的冷却介质进行换热，升温后加热泵***的热介质用来烟气升温反应***烟气升温。
本发明的进一步设计在于：
非均相核化团聚反应***主要包括：变介质进口储仓、凝并介质流动管束、凝变介质出口储仓及其支撑框架。
非均核化团聚反应***冷却介质采用空气或水，冷却介质温度可由热泵***控制;非均核化团聚反应***管束材质采用不锈钢或氟材料制成。
烟气深度净化***主要由阴极***、阳极***、电源***和自动喷淋***组成。
自动喷淋***主要由喷嘴、调节阀、输送泵、集液储罐组成，分为第一和第二喷淋***，第一层喷淋***设置在烟气深度净化***上方，第一层喷淋***设置在烟气深度净化***下方，第一层喷淋***方向与烟气流动方向一致，第二层喷淋***方向与烟气方向相反，保证深度净化***阴极和阳极全覆盖。
热泵***主要为非均核化团聚反应***和烟气升温反应***提供冷却介质和加热介质，主要由冷凝交换器，膨胀阀，蒸发交换器，压缩机和离心泵组成。
烟气升温反应***主要由热一次冷却水出口，热一次冷却水母管，热一次水进口，热一次水母管组成。
***统还配置有电源***，电源***采用高频电源或脉冲电源。
利用上述装置进行烟气净化与烟羽控制方法，该方法包括以下步骤：
烟气首先经非均相核化团聚反应***净化；
再进入烟气深度净化***进一步去除细颗粒物；
然后烟气由烟气升温反应***升温后排放；
其中，非均相核化团聚反应***吸收的烟气热量与热泵***的冷却介质进行换热，升温后加热介质用来烟气升温反应***烟气升温。
其中，非均相核化团聚反应***的比核化面积控制在5~7 m2/(m3.s) 范围。
本发明与其他技术相比，主要优势如下：
（1）本发明很好地解决了传统除尘设备对细颗粒物低脱除率的难题，实现了低温高湿烟气环境中PM2.5及SO3、可溶性盐等前体物的高效协同脱除；
（2）本发明通过非均相核化反应、烟气升温反应与热泵***耦合，非均相核化反应过程中回收热量经过热泵***，可实现排烟温度升温，大大实现了节约水资源，显著改善了白色烟羽问题，使得电厂烟气排放满足日趋严格的排放标准。
附图说明
图1实施例一烟气净化与烟羽控制装置的结构示意图。
图2为实施例一非均相核化团聚反应器的结构示意图。
图3为实施例一烟气升温反应器的结构示意图。
图4为实施例一热泵***的结构示意图。
图中：1-含尘高湿烟气，2-非均相核化团聚反应器，3-第一层喷淋***，4-深度净化***，5-第二层喷淋***，6-集液槽，7-废水，8-冲洗水，9-烟气升温反应器，10-净烟气，11-热一次水，12-热一次冷却水，13-冷一次热水，14-冷一次水，15-1凝变介质出口储仓，15-2凝变介质进口储仓,16-凝变管束，17-支撑板，18-支撑框架，19-凝变介质进口，20-凝变介质出口，21-非均相核化团聚净烟气，22-深度净化后烟气，23-调节阀，24-热一次冷却水出口，25-热一次冷却水母管，26-热一次水进口，27-热一次水母管，28-冷凝交换器，29-膨胀阀，30-蒸发交换器，31-压缩机，32-1、32-2离心泵，32-热泵***，33-废水收集***
具体实施方式：
面对现有细颗粒物控制技术过程中存在的如何实现脱硫后低温高湿复杂烟气环境中PM2.5及SO3、可溶性盐等前体物的高效协同脱除、如何对核化团聚反应器进行约束和设计、白色烟羽治理，烟尘超低排放控制技术中节水等诸多问题，本发明提出了基于核化团聚与热泵升温的烟气净化与烟羽控制装置。
本发明应用颗粒群平衡动力学理论方法，研究非均相成核与凝变团聚过程演变规律，揭示了细颗粒物、可溶性盐等前体物深度净化机理，构建了基于比核化面积的凝变除湿复合设计方法。
本发明非均核化团聚反应***工作原理：湿法脱硫后的低温高湿烟气进入非均核化团聚反应***，发生凝结和聚并反应，其本质上是通过物理或化学作用提高亚微米级颗粒团聚的过程。较大粒径颗粒由于自身惯性和管束的拦截作用而被壁面水膜粘附脱除，同时管束冷却工质迫使饱和烟气中的水蒸气发生相变，或直接冷凝为微小雾滴，增加了局部区域内的雾滴浓度而增强了颗粒间的碰撞概率，促使细颗粒物长大与脱除；或者以细颗粒物为冷凝核发生表面凝结而润湿颗粒，提高了微细颗粒间的粘附与长大。在惯性、拦截、布朗扩散、热泳和扩散泳等作用下，促使微细颗粒相互碰撞接触而不断长大，团聚后的颗粒物部分随气流冲击在冷凝管束上而被脱除，部分经非均核化团聚反应***出口进入烟气深度净化***而被脱除。
通过耦合传热和相变的迭代优化，非均相核化团聚反应器可实现最佳温降4~5℃，最佳比核化面积5~7m2/(m3.s)等核心参数。比核化面积是设计非均相团聚反应器的关键参数，是指1 m3/s烟气所需要的核化单元的面积.
实施例一：
如图1-图4所示，本发明的烟气净化与烟羽控制装置包括沿烟气流向依次布置的非均相核化团聚反应***，烟气深度净化***和烟气升温反应***，以及热泵循环***。其中，非均相核化团聚反应***设置在装置入口处，烟气深度净化***设置在装置的竖直段，气升温反应***设置在装置的水平段。
热泵循环***通过管路连接非均相核化团聚反应***和烟气升温反应***，烟气经非均相核化团聚反应***净化，进入烟气深度净化***进一步去除细颗粒物，经过深度净化处理后烟气由烟气升温反应***升温后排放，非均相核化团聚反应***吸收烟气热量与热泵***的冷却介质进行换热，升温后加热介质用来烟气升温反应***烟气升温，显著改善白烟现象。
经过脱硫后复杂的低温高湿原烟气1经过非均相核化团聚反应器2，与热泵***提供的冷却介质进行换热，烟气中的细颗粒物、液滴等在非均相核化团聚反应器2内发生核化团聚后进入废水收集***，烟气进入深度净化***4进行荷电捕集，将烟气中的细颗粒物高效脱除，经过深度净化***4处理后的烟气由烟气升温反应器9进行升温后，净烟气10由烟囱排放。第一层喷淋***3和第二层喷淋***5分别对深度净化***4的下部和上部进行冲洗。
在非均相核化团聚反应器2内，原烟气1与热泵***29提供的凝并介质流动方向垂直，形成错流。热泵***29提供的凝并介质14经非均相核化团聚反应器2内凝变介质进口储仓15-2汇聚后，经管束16流动，进入凝变介质出口储仓15-1，通过凝变介质出口20返回热泵***29。
热泵***29提供的升温介质由热一次水进口26，进入烟气升温反应器9，经热一次冷却水出口24返回热泵***，烟气与升温介质在烟气升温反应器9内进行换热。烟气经烟气升温反应***一般可升温5-8℃。
当需要提供凝并介质时，热泵***29内的压缩机31对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过蒸发交换器30将循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷凝交换器28冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地下水或土壤里。在热量不断转移至地下的过程中，通过蒸发交换器30，为非均相核化团聚反应器2提供低温凝并介质。
当需要给烟气升温时，热泵***压缩机31对冷媒做功。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过蒸发交换器30冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷凝交换器28冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。热泵将地下的热量不断转移至外部环境的过程中，为烟气升温反应器9供热。
应用实例一：
某电厂#1机组（630MW）超低排放改造方案，增加二级脱硫塔，拆除GGH***，为满足排放达标及有效避免而可能产生的“石膏雨”现象，在#1机组新增的二级脱硫塔后增设核化团聚与热泵升温的烟气净化与烟羽控制装置，烟囱前设置烟气升温反应系通。
装置中非均相核化团聚反应器采用8 mm管径、0.7mm 壁厚的管束布置，间距30mm，单位温降比核化面积约为5.59 m2/(m3.s)，检测结果显示：在满负荷工况下，湿式静电除尘器出口烟尘质量浓度为1.74 mg/m3（标态、干基、6%02），PM2.5脱除效率为77.4%；S03 脱除效率为76.0%，液滴脱除效率为75.2%；除尘器全***压力降为846.4 Pa，排烟温度55℃，显著改善了白烟现象。排放烟气中可溶盐类物质的排放量下降明显，下降量71.58%，相变开启前后凝结液的电导率下降79.21%。
Claims (10)
1.烟气净化与烟羽控制装置，包括沿烟气流向依次布置的非均相核化团聚反应***，烟气深度净化***和烟气升温反应***，以及热泵循环***，热泵循环***通过管路连接非均相核化团聚反应***和烟气升温反应***，烟气经非均相核化团聚反应***净化，进入烟气深度净化***进一步去除细颗粒物，经过深度净化处理后烟气由烟气升温反应***升温后排放，非均相核化团聚反应***吸收的烟气热量与热泵***的冷却介质进行换热，升温后加热介质用来烟气升温反应***烟气升温。
2.根据权利要求1所述烟气净化与烟羽控制装置，其特征是：非均相核化团聚反应***主要包括：变介质进口储仓、凝并介质流动管束、凝变介质出口储仓及其支撑框架。
3.根据权利要求2所述烟气净化与烟羽控制装置，其特征是：非均核化团聚反应***冷却介质采用空气或水，冷却介质温度可由热泵***控制;非均核化团聚反应***管束材质采用不锈钢或氟材料制成。
4.根据权利要求1-3任一所述烟气净化与烟羽控制装置，其特征是：烟气深度净化***主要由阴极***、阳极***、电源***和自动喷淋***组成。
5.根据权利要求4所述烟气净化与烟羽控制装置，其特征是：自动喷淋***主要由喷嘴、调节阀、输送泵、集液储罐组成，分为第一和第二喷淋***，第一层喷淋***设置在烟气深度净化***上方，第一层喷淋***设置在烟气深度净化***下方，第一层喷淋***方向与烟气流动方向一致，第二层喷淋***方向与烟气方向相反，保证深度净化***阴极和阳极全覆盖。
6.根据权利要求5所述烟气净化与烟羽控制装置，其特征是：热泵***主要为非均核化团聚反应***和烟气升温反应***提供冷却介质和加热介质，主要由冷凝交换器，膨胀阀，蒸发交换器，压缩机和离心泵组成。
7.根据权利要求5所述烟气净化与烟羽控制装置，其特征是：烟气升温反应***主要由热一次冷却水出口，热一次冷却水母管，热一次水进口，热一次水母管组成。
8.根据权利要求1所述烟气净化与烟羽控制装置，其特征是：***统还配置有电源***，电源***采用高频电源或脉冲电源。
9.利用权利1-8任一所述装置进行烟气净化与烟羽控制方法，该方法包括以下步骤：
烟气首先经非均相核化团聚反应***净化；
再进入烟气深度净化***进一步去除细颗粒物；
然后烟气由烟气升温反应***升温后排放；
其中，非均相核化团聚反应***吸收的烟气热量与热泵***的冷却介质进行换热，升温后加热介质用来烟气升温反应***烟气升温。
10.根据权利要求9所述烟气净化与烟羽控制方法，其中，非均相核化团聚反应***的比核化面积控制在5.5~6.5m2/(m3.s)范围。
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