CN117282213A - 一种湿法脱硫烟气消白方法及装置 - Google Patents

一种湿法脱硫烟气消白方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种湿法脱硫烟气消白方法及装置，该方法通过热空气与烟气混合进行烟气消白，通过各种温度、湿度数据采集和相应的计算，最终计算出烟气消白所需的热空气临界加热温度THCT，然后通过实时调节加热器的热媒用量，直至热空气温度Tah与热空气临界加热温度THCT相等时再进行烟气外排。本发明适用于热空气与湿法脱硫的饱和湿烟气混合式加热消白烟，同时也适用于热空气与降温冷凝后的湿法脱硫烟气混合式加热消白烟，可实时确定实现烟气消白烟的热空气临界加热温度并实时调整热媒用量来控制热空气温度，以实现混合式加热消白烟热媒用量的自动控制，从而在消除白烟的同时，避免因操作人员缺少调整外排烟温的理论依据而导致的装置不必要能耗。

Description

一种湿法脱硫烟气消白方法及装置
技术领域
本发明涉及烟气排放控制技术领域，特别涉及一种湿法脱硫烟气消白方法及装置。
背景技术
在能源、石化、冶金、化工等领域的生产过程中会产生大量的烟气，这些烟气中含有大量的SO2、NOX和粉尘(颗粒物)等有害物质，这些有害物质引起了一系列的环境问题，如雾霾、酸雨、温室效应等，对生态环境造成严重污染。目前，环保领域在烟气脱硫的工艺过程中，普遍采用湿法脱硫工艺，即在脱硫吸收塔中通过喷淋碱液洗去或吸收烟气中的SO2，湿法脱硫后的饱和湿烟气从烟囱排出，与温度较低的环境空气接触，烟气降温过程中，烟气中水蒸气冷凝析出，凝结水滴对光线产生折射、散射，形成白色烟羽。
目前，现有的烟气消白方法主要有三种，即：烟气直接加热法、烟气直接冷凝法及烟气先冷凝再加热法。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，但由于烟气中存在粉尘、气溶胶、SO3雾滴等组分，间壁式加热器在运行过程中烟气阻力逐渐增加，并存在结垢、腐蚀及堵塞的情况，造成装置停工检修，影响装置的长周期运行；二是混合式加热，将热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，热清洁气体包括热空气、热二次风、热烟气等，热的清洁气体与烟气混合位置为烟气脱硫装置与烟囱之间，因而避免了间壁式加热存在的问题，因而得到了大量推广应用。
对于“混合式加热消白烟”装置，热清洁气体的临界加热温度与环境状况密切相关。环境温度越低，环境湿度越高，实现湿法脱硫烟气消白烟所需要的热清洁气体的临界加热温度越高，反之亦然。在实际运行过程中，热清洁气体的临界加热温度一般按照设计温度运行，虽然在天气状况良好(环境温度高、湿度低)的情况下可适当降低热清洁气体的临界加热温度，但由于操作人员缺少调整热清洁气体临界加热温度的理论依据，调整起来比较盲目，造成热清洁气体的加热温度过低会出现白烟、热清洁气体的加热温度过高时装置能耗较大。
因此，亟需一种湿法脱硫烟气消白方法及装置，可实时确定实现烟气消白烟的热空气临界加热温度并实时调整热媒用量来控制热空气温度，以实现混合式加热消白烟热媒用量的自动控制，在最小的能耗下实现白色烟羽的消除，从而降低装置能耗。
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
本发明的目的在于提供一种湿法脱硫烟气消白方法及装置，适用于热空气与湿法脱硫的饱和湿烟气混合式加热消白烟，同时也适用于热空气与降温冷凝后的湿法脱硫烟气混合式加热消白烟，可实时确定实现烟气消白烟的热空气临界加热温度并实时调整热媒用量来控制热空气温度，以实现混合式加热消白烟热媒用量的自动控制，从而在消除白烟的同时，避免因操作人员缺少调整外排烟温的理论依据而导致的装置不必要能耗。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种湿法脱硫烟气消白方法，通过热空气与烟气混合进行烟气消白，包括如下步骤：A、采集湿法脱硫烟囱外排口相应高度的大气温度Te和大气相对湿度数据；采集风机入口处的空气温度Ta及空气相对湿度/>数据；B、通过大气温度Te和大气相对湿度/>空气温度Ta及空气相对湿度/>计算获得大气含湿量ωe及空气含湿量ωa；C、采集湿法脱硫后饱和湿烟气的烟气温度TG并计算获得烟气含湿量ωG；D、采集风机出口处的干空气流量Fa和湿法脱硫后的干烟气流量FG，结合空气含湿量ωa和烟气含湿量ωG计算烟气与空气的混合气体含湿量ωmix；E、利用混合气体含湿量ωmix计算交点温度Tmix；根据交点温度Tmix、混合气体含湿量ωmix、烟气温度TG、烟气含湿量ωG以及大气含湿量ωe计算烟气消白所需的热空气临界加热温度THCT；F、实时调节加热器的热媒用量，直至热空气温度Tah与热空气临界加热温度THCT相等时进行烟气外排。
进一步，上述技术方案中，步骤B中的大气含湿量ωe、空气含湿量ωa以及步骤C中的烟气含湿量ωG的计算可采用如下方式：
其中，Ps为饱和水蒸气分压力，即当气体的相对湿度为100％时水蒸气的分压力，单位为Pa；含湿量的单位为g/kg干空气；
步骤D中的混合气体含湿量ωmix的计算可采用如下方式：
步骤E中的交点温度Tmix的计算可采用如下方式：
步骤E中的热空气临界加热温度THCT的计算可采用如下方式：
进一步，上述技术方案中，当烟气中含有雾滴处于过饱和状态时，通过雾滴含量A对热空气临界加热温度THCT的计算公式(4)进行如下修正：
其中，A为湿法脱硫后的烟气中雾滴含量，g/kg干烟气。
进一步，上述技术方案中，雾滴含量A可通过除雾器结构因子、烟气流速因子、除雾器压降因子以及除雾器冲洗因子进行综合界定。
进一步，上述技术方案中，当热空气的温度测点与烟气和热空气混合处存在一定距离时，和/或，烟气和热空气混合处与烟囱排放口存在一定距离时，通过温度偏差σ对热空气临界加热温度THCT的计算公式(5)进行如下修正：
其中，σ为温度偏差，具体界定为-5℃～5℃。
进一步，上述技术方案中，当烟气和热空气混合处与烟囱排放口存在一定距离时，温度偏差σ通过传热面积因子、烟囱构造因子、烟气与大气的温度差因子、烟气流速因子以及环境风力等级因子进行综合界定。
进一步，上述技术方案中，当热空气临界加热温度THCT≤风机入口处的空气温度Ta时，则将加热器的热媒用量调整为0t/h。
进一步，上述技术方案中，烟气消白方法将空气经风机进行增压，增压后的空气通过加热器进行加热后与湿法脱硫后的烟气进行混合，混合后的升温烟气经烟囱排放至大气。
进一步，上述技术方案中，烟气消白方法适用于热空气与湿法脱硫后的饱和湿烟气混合式加热，或，适用于热空气与降温冷凝后的湿法脱硫烟气混合式加热。
为实现上述目的，根据本发明的第二方面，本发明提供了一种湿法脱硫烟气消白装置，湿法脱硫塔与烟囱为一体设置或分体设置，且通过热空气与烟气混合进行烟气消白，包括：大气及空气数据采集单元，其用于采集湿法脱硫烟囱外排口相应高度的大气温度Te和大气相对湿度数据；采集风机入口处的空气温度Ta及空气相对湿度/>数据；大气及空气含湿量计算单元，其用于通过大气温度Te和大气相对湿度/>空气温度Ta及空气相对湿度/>计算获得大气含湿量ωe及空气含湿量ωa；烟气温度采集及烟气含湿量计算单元，其用于采集湿法脱硫后饱和湿烟气的烟气温度TG并计算获得烟气含湿量ωG；流量采集及混合气体含湿量计算单元，其用于采集风机出口处的干空气流量Fa和湿法脱硫后的干烟气流量FG，结合空气含湿量ωa和烟气含湿量ωG计算烟气与空气的混合气体含湿量ωmix；热空气临界加热温度计算单元，其利用混合气体含湿量ωmix计算交点温度Tmix；根据交点温度Tmix、混合气体含湿量ωmix、烟气温度TG、烟气含湿量ωG以及大气含湿量ωe计算烟气消白所需的热空气临界加热温度THCT；烟气外排控制单元，其用于实时调节加热器的热媒用量，直至热空气温度Tah与热空气临界加热温度THCT相等时进行烟气外排。
进一步，上述技术方案中，当湿法脱硫塔与烟囱之间设有冷凝器或冷凝段时，烟气温度TG和干烟气流量FG为冷凝后的烟气数据。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明的烟气消白方法及装置，采用热清洁气体(空气)与脱硫后的净化烟气混合式加热消白烟，有效避免间壁式加热器消白烟所存在的加热器阻力上升、结垢、腐蚀及堵塞的情况；
2)本发明根据外界的温度、湿度等天气状况以及湿法脱硫后或脱硫并冷凝后的烟气温度，自动计算出混合式加热消白烟所需的热空气临界加热温度THCT，通过调整装置热媒用量使热空气温度Tah与计算得到的热空气临界加热温度相等，可有效实现装置热媒用量的自动控制，避免操作人员盲目调整，避免出现因热空气加热温度过低造成外排烟气出现白烟、热空气加热温度过高造成装置能耗较大的情况，也可有效降低操作人员的工作量；
3)由于烟气中含有雾滴，此时烟气处于过饱和状态，烟气状态点应位于饱和湿空气线上方，因而计算消白临界加热温度时会有一定误差，本发明采用雾滴含量A对热空气临界加热温度计算公式进行修正，从而使计算结果更加精确，使本发明的消白方法与实际情况更加吻合，提高了消白的准确性和可靠性；
4)由于测量仪表本身的量程范围较大、机械性能或电器结构不完善往往会存在一定的测量误差；仪表安装不规范或使用环境中存在较大干扰也会造成一定误差，甚至出现测量仪表故障或失灵的情况；又由于热空气的温度测点与烟气和热空气混合之处存在一定距离，特别是烟气和热空气混合处与烟囱排放口也存在一定距离(且该距离无法进行调整)，烟气流经该距离后温度会降低，因而烟气消白烟所需的热空气实际温度与温度测点的温度存在一定偏差。针对上述情况，本发明使用了温度偏差σ对热空气临界加热温度计算公式进行修正，根据现场实际情况调试后确定温度偏差σ的数值，从而使热空气临界加热温度计算公式更加精确，使本发明的消白烟方法与实际情况更加吻合，提高了本发明的准确性和可靠性。
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是本发明湿法脱硫烟气消白方法的原理示意图。
图2是本发明烟气混合式加热消白方法的原理示意图。
图3是本发明湿法脱硫烟气消白方法的流程示意图。
图4是本发明湿法脱硫烟气消白装置的一种实施方式结构示意图。
图5是本发明湿法脱硫烟气消白装置的另一种实施方式结构示意图。
主要附图标记说明：
100-湿法脱硫塔，101-除雾器；200-烟囱，201-第二大气温湿度检测仪；300-加热器，301-热空气温度检测仪，302-热媒，303-流量调节阀；400-风机，401-空气监测单元，402-空气流量检测仪；500-脱硫烟囱一体塔，501-除尘脱硫段，502-除雾段，503-第一烟气温度检测仪，504-第一烟气流量检测仪，505-烟囱段，506-第一大气温湿度检测仪；600-冷凝器，601-冷媒，602-第二烟气温度检测仪，603-第二烟气流量检测仪。
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”的元件将取向在所述元件或特征的“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。
参考图1，烟气“消白烟”(也即烟气消白、烟气脱白)方法主要有如下三种：烟气直接加热法、烟气直接冷凝法及烟气先冷凝再加热法。通过图1的饱和曲线图可以看出，烟气经湿法脱硫塔后形成低温饱和湿烟气，其状态如图1上的A点所示，环境大气状态如C点所示，A点与C点之间的直线与饱和曲线产生交叉则会产生白烟。进一步如图1所示，烟气直接加热法(A-B-C)：加热脱硫净化后的烟气，可以使烟气的状态点由A变为B，降低烟气的相对湿度，线段BC与饱和曲线相切于点F，即烟气由状态点B变为环境空气状态点C的过程中不会变为饱和状态，则不会形成“白烟”。进一步如图1所示，烟气先冷凝后加热法(A-D-E-C)：对外排烟气降温，烟气由状态点A变为状态点D，在此过程中烟气析出凝结水，降低烟气中的绝对湿度，烟气中的水蒸气含量降低；对冷凝后的烟气进行升温，烟气由状态点D变为状态点E，降低烟气中的相对湿度，消除白色烟羽；线段EC与饱和曲线相切于点F，即烟气由状态点E变为环境空气状态点C的过程中不会变为饱和状态，也不会形成“白烟”。进一步如图1所示，烟气直接冷凝法(A-D-F-C)：对净烟气降温，烟气由状态点A变为状态点F，温度接近环境温度，将湿烟气在烟囱外的冷凝过程提前至在烟囱前发生，烟气进入大气后直接与环境融合，同样不会形成“白烟”。
本发明采用混合式加热消白烟的方法，适用于湿法脱硫后的烟气与热空气混合或湿法脱硫并冷凝后的烟气与热空气混合。混合式加热消白烟的原理如下：参考图2所示，湿法脱硫后的烟气的状态点A位于水蒸气饱和曲线(饱和湿空气线)上(当烟气中含有雾滴时烟气的状态点变为A’，A’位于水蒸气饱和曲线上方)；热空气与烟气混合后的气体含湿量降低为ω＝ωmix；过环境状态点E向水蒸气饱和曲线作切线(切点为T)，ET的延长线与ω＝ωmix相交于点B，点B的温度(Tmix)即为混合后的气体能够实现消除白烟的临界混合温度；EC为空气的等湿加热线，空气经加热器后含湿量不变温度增加，EC与AB的延长线相交于点C，则点C的温度(THCT)即为热空气的临界加热温度，即空气经加热器后的温度大于等于THCT就可实现湿法脱硫白烟的消除(当烟气中含有雾滴时，EC与A’B的延长线相交于点C’，则点C’的温度即为热空气的临界加热温度THCT)。
本发明的湿法脱硫烟气消白方法，通过热空气与烟气混合进行烟气消白，包括如下步骤：
步骤S101，采集湿法脱硫烟囱外排口相应高度的大气温度Te和大气相对湿度数据；采集风机入口处的空气温度Ta及空气相对湿度/>数据。
具体地，本发明可通过图4中所示的第一大气温湿度检测仪506或图5中所示的第二大气温湿度检测仪201采集烟囱外排口相应高度的大气温度Te和大气相对湿度数据。不同行业所采用的湿法脱硫外排烟气的烟囱高度不一致，一般在50m以上，甚至部分水泥烟囱高度超过200m。高空的温度和湿度与地面存在一定差异。海拔(高度)每升高100m，气温降低0.5～1.5℃，湿度也有差异。本发明在烟囱外排口附近或与其高度相同的构筑物上设置有温度检测仪及湿度检测仪，检测烟气排放后所处位置的大气温度Te及大气相对湿度/>因而与在地面检测相比，本发明后续得出的热空气临界加热温度更加精确，误差更小。
进一步地，本发明可通过图4或图5中所示的空气监测单元401采集风机入口处的空气温度Ta及空气相对湿度数据。
步骤S102，通过步骤S101中采集到的大气温度Te和大气相对湿度空气温度Ta及空气相对湿度/>计算获得大气含湿量ωe及空气含湿量ωa。
具体地，大气含湿量ωe及空气含湿量ωa(单位为g/kg干空气)可通过如下方式进行计算：
其中，Ps为饱和水蒸气分压力，即当气体的相对湿度为100％时水蒸气的分压力，单位为Pa；饱和水蒸气分压力Ps可采用戈夫-格雷奇(Goff-Gratch)公式(参考如下公式)进行计算；T为温度，单位为K。
该公式中，
C1＝-7.90298，C2＝5.028081，C3＝1.3816×10-7，C4＝8.1328×10-3；CS＝lg1013.246，a＝373.16。
步骤S103，采集湿法脱硫后饱和湿烟气的烟气温度TG并计算获得烟气含湿量ωG。
具体地，通过图4中所示的第一烟气温度检测仪503采集“一体塔”中湿法脱硫后的烟气温度TG或通过图5中所示的第二烟气温度检测仪602采集“分体塔”中湿法脱硫且冷凝后的烟气温度TG。进一步通过采集得到的烟气温度TG及(湿法脱硫后的烟气为饱和湿烟气)代入前述公式(1)并仍通过前述戈夫-格雷奇公式计算得到烟气含湿量ωG。
步骤S104，采集所述风机出口处的干空气流量Fa和湿法脱硫后的干烟气流量FG，结合所述空气含湿量ωa和所述烟气含湿量ωG计算烟气与空气的混合气体含湿量ωmix。
具体地，本发明通过图4或图5中所示的空气流量检测仪402采集风机400出口处的干空气流量Fa；通过图4中所示的第一烟气流量检测仪504采集“一体塔”中的湿法脱硫后的干烟气流量FG，通过图5中所示的第二烟气流量检测仪603采集“分体塔”中的湿法脱硫且冷凝后的干烟气流量FG。
结合前述步骤S102中计算获得的空气含湿量ωa以及步骤S103中计算获得的烟气含湿量ωG，采用如下方式计算烟气与空气的混合气体含湿量ωmix：
步骤S105，过大气环境状态点(Te，ωe)向水蒸气饱和曲线作切线(参考图2)，切点为(Ttan，ωtan)，
其中，
步骤S106，利用步骤S104中获得的混合气体含湿量ωmix计算交点温度Tmix；根据交点温度Tmix、混合气体含湿量ωmix、以及前述烟气温度TG、前述烟气含湿量ωG、大气含湿量ωe计算烟气消白所需的热空气临界加热温度THCT。
具体地，交点温度Tmix的计算采用如下方式：
热空气临界加热温度THCT的计算采用如下方式：
发明人经进一步研究发现，现有湿法脱硫所采用的除雾器对粒径较大的雾滴(≥30μm)脱除效率较高，但对于小粒径雾滴脱除效率较低，湿法脱硫后的烟气中在所难免会含有雾滴，在计算热空气临界加热温度时如果不考虑雾滴对其的影响，把湿法脱硫后的烟气当作饱和湿烟气，认为其状态点(参考图2中的A点)位于饱和湿空气线上，热空气临界加热温度THCT的计算结果会有一定的偏差。由于烟气中含有雾滴，此时烟气处于过饱和状态，烟气状态点应位于饱和湿空气线上方(参考图2中的A’点)，因而仅通过前述公式(4)计算热空气临界加热温度THCT时会有一定误差，因此，本发明进一步采用雾滴含量A对热空气临界加热温度THCT计算公式进行修正，从而使其计算结果更加精确。
雾滴含量A与很多因素有关，经发明人研究发现，通过除雾器结构因子、烟气流速因子、除雾器压降因子以及除雾器冲洗因子等进行综合界定雾滴含量A更为科学有效。具体地，1)关于除雾器的结构型式，例如平板式除雾器、屋脊式除雾器、旋流式除雾器、静电除雾器、管式除雾器等的结构型式不同，除雾效率也不同，烟气中雾滴含量也不同。2)关于烟气流速，当烟气流速过大时，会使得原来已经除去的液滴再次被气流带走，从而形成二次携带，除雾效率降低，烟气中雾滴含量增加；当进气速度太小时，会使得产生的离心力太小而不能够除去液滴，烟气中雾滴含量增加。3)关于除雾器压降(即除雾器结垢程度)，除雾器结垢严重时，烟气流通面积降低，除雾器压降增大，除雾效率降低，烟气中雾滴含量增加。4)关于除雾器冲洗水的压力、冲洗频次、冲洗水量及冲洗覆盖率，上述影响因素降低后都会导致除雾效率降低，使得烟气中雾滴含量增加。
综合考虑以上与雾滴含量A高度关联的四个影响因子，可以针对现场的实际情况对雾滴含量A的具体数值进行界定。即在本步骤S105中，优选而非限制性地，当烟气中含有雾滴处于过饱和状态时，通过雾滴含量A对热空气临界加热温度THCT的计算公式(4)进行如下修正：
其中，A为湿法脱硫后的烟气中雾滴含量，g/kg干烟气。
发明人经进一步研究发现，测量仪表本身的量程范围较大、机械性能或电器结构不完善往往会存在一定的误差；仪表安装不规范或使用环境中存在较大干扰也会造成一定误差，甚至出现测量仪表故障或失灵的情况；另外，更为重要的是，热空气的温度测点与烟气和热空气混合之处存在一定距离，烟气和热空气混合后与烟囱排放口也存在一定距离，特别是烟气和热空气混合处与烟囱排放口的距离是无法通过调整设备结构消除的，烟气流经该距离后温度会降低，因而烟气排放至大气中的实际温度与温度测点的温度存在一定偏差。针对上述情况，本发明使用温度偏差σ对消白烟需要的热空气临界加热温度THCT计算公式进行进一步修正，根据现场实际情况调试后确定温度偏差σ的数值，从而使热空气临界加热温度THCT的计算更加精确。
针对烟气和热空气混合处与烟囱排放口存在一定距离所带来的的计算误差，采用本发明的温度偏差σ与很多因素有关，经发明人研究发现，通过传热面积因子、烟囱构造因子、烟气与大气的温度差因子、烟气流速因子以及环境风力等级因子等对温度偏差σ进行综合界定更为科学有效。具体地，1)关于传热面积因子，烟气和热空气混合处测点与烟囱排放口之间的烟道和/或烟囱与大气的传热面积，其与烟道和/或烟囱的形状、尺寸以及测点与烟囱排放口之间的距离等因素相关，传热面积越大，则温度偏差越大。2)关于烟囱构造因子，烟气和热空气混合处测点与烟囱排放口之间的烟道和/或烟囱的材质、壁厚、内衬和/或隔热层(保温层)的材质及厚度，烟道和/或烟囱的材质、内衬和/或隔热层(保温层)的材质导热系数越大，所需的温度偏差越大；烟道和/或烟囱的壁厚、内衬和/或隔热层(保温层)的厚度越大，所需的温度偏差越小。3)关于烟气与大气的温度差因子，温度差(冬天)越大，所需的温度偏差越大；温度差(夏天)越小，所需的温度偏差越小；4)关于环境空气中的风力等级因子，风越大，越有利于烟气热量的散失，所需的温度偏差越大；5)关于烟气流速因子，烟气流速越大，越有利于烟气热量的散失，所需的温度偏差越大。
综合考虑以上与温度偏差σ高度关联的五个影响因子，可以针对现场的实际情况对温度偏差σ的具体数值进行界定。即当烟气和热空气混合处与烟囱排放口存在一定距离时，通过温度偏差σ对热空气临界加热温度THCT的计算公式(5)进行如下修正：
其中，σ为温度偏差，具体界定为-5℃～5℃。
步骤S107，实时调节加热器300的热媒302用量，直至加热后的热空气温度Tah与步骤S106中计算获得的热空气临界加热温度THCT相等时进行烟气外排。
具体地，如图4、5所示，本发明通过风机400引入增压空气，空气进入加热器300后，通过流量调节阀303调节热媒302的用量，对空气进行加热，当热空气温度检测仪301检测到热空气温度Tah与步骤S106中计算获得的热空气临界加热温度THCT相等时，将热空气与湿法脱硫后(参考图4)或湿法脱硫并冷凝后(参考图5)的烟气进行混合，以便避免外排烟气中的白烟现象。进一步地，如果热空气临界加热温度THCT≤空气温度Ta，则将加热器的热媒用量调整为0t/h(即无需对空气进行加热)。
本发明通过热空气与烟气混合进行烟气消白，烟气可以是湿法脱硫后的烟气，例如图4所示的脱硫烟囱一体塔500中，自下而上依次设有除尘脱硫段501、除雾段502以及烟囱段505，脱硫和除雾后的烟气在烟囱段505的根部处与加热后的热空气进行混合，混合后的烟气进行外排以消除白烟。烟气还可以是湿法脱硫并冷凝后的烟气，例如图5所示的“分体塔”，即包括湿法脱硫塔100和烟囱200，湿法脱硫塔100中设有除雾器101，湿法脱硫后的烟气在进入烟囱200之前，先通过冷凝器600中的冷媒601进行冷凝，降温后的烟气再与热空气在烟囱200根部进行混合，混合后的烟气进行外排以消除白烟。这里需要说明的是，图4中的“一体塔”也可以在脱硫段501和除雾段502之间增加冷凝段，待混合的烟气就变成了湿法脱硫并冷凝后的烟气；同样地，图5中的“分体塔”也可以取消冷凝器，这样，待混合的烟气就变成了湿法脱硫后的烟气。
实施例1
如图4所示，本实施例的消白装置由湿法脱硫塔、加热器300、风机400组成，其中湿法脱硫塔为脱硫烟囱一体塔500，自下而上包括脱硫段501、除雾段502和烟囱段505，除雾段502上方设置有第一烟气温度检测仪503和第一烟气流量检测仪504，在脱硫烟囱一体塔500的烟囱段505外排口附近设置第一大气温湿度检测仪506。加热器300的热空气出口管线上设置有热空气温度检测仪301，风机400入口处设置空气监测单元401，风机400出口设置有空气流量检测仪402。
某湿法脱硫烟气采用热空气混合式加热消白烟，相关设计参数如下：脱硫后的烟气量为200000Nm3/h(湿基)、脱硫后烟气温度为50℃，设计要求在大气环境温度10℃、大气相对湿度为50％的条件下实现消白烟，风机风量为100000Nm3/h(湿基)，加热后热空气温度设计值为113.4℃，加热器300采用低温热水器和蒸汽加热器串联的方式，热媒302分别为80℃的低温热水和1.0MPa、250℃的蒸汽，满足设计指标要求需耗费低温热水100t/h及蒸汽3.1t/h。
采用本发明的湿法脱硫烟气消白方法及装置，热媒302用量的自动控制流程如下：
首先，通过烟囱段505外排口下方设置的第一大气温湿度检测仪506实时获得大气温度Te为19℃、大气相对湿度为55％，通过风机400入口设置的空气监测单元401实时获得空气温度Ta为20℃、空气相对湿度/>为58％，通过风机400出口设置的空气流量检测仪402实时获得干空气流量Fa为98673Nm3/h，除雾段502上方设置有第一烟气温度检测仪503和第一烟气流量检测仪504分别获得烟气温度TG为50℃和干烟气流量FG为175794Nm3/h；
其次，将获取的大气温度Te及大气相对湿度空气温度Ta及相对湿度/>带入公式(1)计算得到大气含湿量ωe＝7.501g/kg干空气，及空气含湿量ωa＝8.431g/kg干空气，将获取的烟气温度TG及/>代入公式(1)和戈夫-格雷奇公式，得到烟气含湿量ωG＝81.216g/kg干烟气；
然后，将获取的干空气流量Fa和干烟气流量FG、计算获得的空气含湿量ωa和烟气含湿量ωG代入公式(2)，得到混合气体含湿量ωmix＝58.252g/kg干烟气；
再然后，过大气环境状态点(Te，ωe)向水蒸气饱和曲线作切线，切点为(Ttan，ωtan)；
接下来，通过公式(3)计算出前述切线与直线ω＝ωmix的交点温度Tmix＝56.4℃；
再次，通过公式(4)计算出烟气消白烟所需的热空气临界加热温度THCT＝67.9℃；
最后，控制***通过流量调节阀303实时调节加热器300的蒸汽用量，使热空气温度Tah与计算获得的热空气临界加热温度THCT相等。
此时，低温热水用量100t/h，蒸汽用量0.46t/h，蒸汽用量比设计值降低2.64t/h，蒸汽用量大幅降低，能耗随之降低。
实施例2
如图4所示，本实施例的消白方法及装置与实施例1相同。运行一段时间后发现烟囱段505顶部排放口排出的烟气出现少许白烟，对装置进行诊断后发现，脱硫烟囱一体塔500内设置的除雾器501的除雾效率降低，脱硫后的烟气中含有大量雾滴，综合考量雾滴含量A的影响因子，并采样检测换算后，雾滴含量高达1.0g/kg干烟气，将雾滴含量A对公式(4)进行修正得到公式(5)，经修正后，烟囱段505排放烟气的白烟消失，使本发明的消白烟方法与实际情况更加吻合，提高了本发明的准确性和可靠性。
实施例3
如图5所示，消白装置由湿法脱硫塔100、烟囱200、加热器300、风机400、冷凝器600组成，其中湿法脱硫塔100内设置有除雾器101；烟囱200外排口下方设置有第二大气温湿度检测仪201，用于实时检测大气温度和大气相对湿度；加热器300的烟气出口管线上设置有热空气温度检测仪301；风机400入口设置有空气监测单元401，风机400出口设置有空气流量检测仪402；冷凝器600的烟气外排管线上设置有第二烟气温度检测仪602和第二烟气流量检测仪603。
某湿法脱硫烟气采用热空气混合式加热消白烟，相关设计参数如下：首先采用冷凝器600对湿法脱硫饱和湿烟气进行冷凝降温，冷凝降温后的烟气量为150000Nm3/h(湿基)、烟气温度为45℃，设计要求在大气环境温度5℃、大气相对湿度为60％的条件下实现消白烟，风机风量为50000Nm3/h(湿基)，加热后热空气温度设计值为173.7℃，换热器300的热媒302采用1.0MPa、250℃的蒸汽，满足设计指标要求需耗费蒸汽4.9t/h。
采用本发明的湿法脱硫烟气消白方法及装置，热媒302用量的自动控制流程如下：
首先，通过烟囱200外排口下方设置的第二大气温湿度检测仪201实时获得大气温度Te为25℃、大气相对湿度为65％，通过风机400入口设置的空气监测单元401实时获得空气温度Ta为27℃、空气相对湿度/>为67％，通过风机400出口设置的空气流量检测仪402实时获得干空气流量Fa为48832Nm3/h，通过冷凝器600的烟气外排管线上设置的第二烟气温度检测仪602和第二烟气流量检测仪603分别获得冷凝降温后的烟气温度TG为45℃和干烟气流量FG为135911Nm3/h；
其次，将获取的大气温度Te及大气相对湿度空气温度Ta及相对湿度/>带入公式(1)计算得到大气含湿量ωe＝12.893g/kg干空气，及空气含湿量ωa＝15.009g/kg干空气，将获取的烟气温度TG及/>代入公式(1)和戈夫-格雷奇公式，得到烟气含湿量ωG＝64.963g/kg干烟气；/>
然后，将获取的干空气流量Fa和干烟气流量FG、计算获得的空气含湿量ωa和烟气含湿量(ωG)代入公式(2)，得到混合气体含湿量ωmix＝51.759g/kg干烟气；
再然后，过大气环境状态点(Te，ωe)向水蒸气饱和曲线作切线，切点为(Ttan，ωtan)；
接下来，通过公式(3)计算出前述切线与直线ω＝ωmix的交点温度Tmix＝47.3℃；
再次，通过公式(4)计算出烟气消白烟所需的热空气临界加热温度THCT＝54.2℃。
最后，控制***通过流量调节阀303实时调节加热器300的蒸汽用量，使热空气温度Tah与计算获得的热空气临界加热温度(THCT)相等。
此时，蒸汽用量0.8t/h，蒸汽用量比设计值降低4.1t/h，蒸汽用量大幅降低，能耗随之降低。
实施例4
本实施例的消白装置及消白方法均与实施例3相同。运行一年后发现烟囱200顶部排放口排出的烟气出现少许白烟，通过对雾滴含量A的影响因子进行综合考量，对冷凝器600后的烟气进行采样分析，界定雾滴含量A＝0.2g/kg干烟气；通过对温度偏差σ的影响因子进行综合考量，将温度偏差σ界定为2℃，采用雾滴含量A及温度偏差σ对公式(5)进行修正，修正为公式(6)，此时外排烟气不再出现白烟。
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)

1.一种湿法脱硫烟气消白方法，其特征在于，通过热空气与烟气混合进行烟气消白，包括如下步骤：
A、采集湿法脱硫烟囱外排口相应高度的大气温度Te和大气相对湿度数据；采集风机入口处的空气温度Ta及空气相对湿度/>数据；
B、通过所述大气温度Te和大气相对湿度所述空气温度Ta及空气相对湿度/>计算获得大气含湿量ωe及空气含湿量ωa；
C、采集湿法脱硫后饱和湿烟气的烟气温度TG并计算获得烟气含湿量ωG；
D、采集所述风机出口处的干空气流量Fa和湿法脱硫后的干烟气流量FG，结合所述空气含湿量ωa和所述烟气含湿量ωG计算烟气与空气的混合气体含湿量ωmix；
E、利用所述混合气体含湿量ωmix计算交点温度Tmix；根据所述交点温度Tmix、所述混合气体含湿量ωmix、所述烟气温度TG、所述烟气含湿量ωG以及所述大气含湿量ωe计算烟气消白所需的热空气临界加热温度THCT；
F、实时调节加热器的热媒用量，直至热空气温度Tah与所述热空气临界加热温度THCT相等时进行烟气外排。
2.根据权利要求1所述的湿法脱硫烟气消白方法，其特征在于，所述步骤B中的大气含湿量ωe、空气含湿量ωa以及步骤C中的烟气含湿量ωG的计算采用如下方式：
其中，Ps为饱和水蒸气分压力，即当气体的相对湿度为100％时水蒸气的分压力，单位为Pa；含湿量的单位为g/kg干空气；
所述步骤D中的混合气体含湿量ωmix的计算采用如下方式：
所述步骤E中的交点温度Tmix的计算采用如下方式：
所述步骤E中的热空气临界加热温度THCT的计算采用如下方式：
3.根据权利要求2所述的湿法脱硫烟气消白方法，其特征在于，当烟气中含有雾滴处于过饱和状态时，通过雾滴含量A对所述热空气临界加热温度THCT的计算公式(4)进行如下修正：
其中，A为湿法脱硫后的烟气中雾滴含量，g/kg干烟气。
4.根据权利要求3所述的湿法脱硫烟气消白方法，其特征在于，所述雾滴含量A通过除雾器结构因子、烟气流速因子、除雾器压降因子以及除雾器冲洗因子进行综合界定。
5.根据权利要求3所述的湿法脱硫烟气消白方法，其特征在于，当热空气的温度测点与烟气和热空气混合处存在一定距离时，和/或，烟气和热空气混合处与烟囱排放口存在一定距离时，通过温度偏差σ对所述热空气临界加热温度THCT的计算公式(5)进行如下修正：
其中，σ为温度偏差，具体界定为-5℃～5℃。
6.根据权利要求5所述的湿法脱硫烟气消白方法，其特征在于，当烟气和热空气混合处与烟囱排放口存在一定距离时，所述温度偏差σ通过传热面积因子、烟囱构造因子、烟气与大气的温度差因子、烟气流速因子以及环境风力等级因子进行综合界定。
7.根据权利要求1所述的湿法脱硫烟气消白方法，其特征在于，当所述热空气临界加热温度THCT≤所述风机入口处的空气温度Ta时，则将所述加热器的热媒用量调整为0t/h。
8.根据权利要求1所述的湿法脱硫烟气消白方法，其特征在于，所述烟气消白方法将所述空气经所述风机进行增压，增压后的空气通过所述加热器进行加热后与湿法脱硫后的所述烟气进行混合，混合后的升温烟气经烟囱排放至大气。
9.根据权利要求8所述的湿法脱硫烟气消白方法，其特征在于，所述烟气消白方法适用于热空气与湿法脱硫后的饱和湿烟气混合式加热，或，适用于热空气与降温冷凝后的湿法脱硫烟气混合式加热。
10.一种湿法脱硫烟气消白装置，其特征在于，湿法脱硫塔与烟囱为一体设置或分体设置，且通过热空气与烟气混合进行烟气消白，包括：
大气及空气数据采集单元，其用于采集湿法脱硫烟囱外排口相应高度的大气温度Te和大气相对湿度数据；采集风机入口处的空气温度Ta及空气相对湿度/>数据；
大气及空气含湿量计算单元，其用于通过所述大气温度Te和大气相对湿度所述空气温度Ta及空气相对湿度/>计算获得大气含湿量ωe及空气含湿量ωa；
烟气温度采集及烟气含湿量计算单元，其用于采集湿法脱硫后饱和湿烟气的烟气温度TG并计算获得烟气含湿量ωG；
流量采集及混合气体含湿量计算单元，其用于采集所述风机出口处的干空气流量Fa和湿法脱硫后的干烟气流量FG，结合所述空气含湿量ωa和所述烟气含湿量ωG计算烟气与空气的混合气体含湿量ωmix；
热空气临界加热温度计算单元，其利用所述混合气体含湿量ωmix计算交点温度Tmix；根据所述交点温度Tmix、所述混合气体含湿量ωmix、所述烟气温度TG、所述烟气含湿量ωG以及所述大气含湿量ωe计算烟气消白所需的热空气临界加热温度THCT；
烟气外排控制单元，其用于实时调节加热器的热媒用量，直至热空气温度Tah与所述热空气临界加热温度THCT相等时进行烟气外排。
11.根据权利要求10所述的湿法脱硫烟气消白装置，其特征在于，当所述湿法脱硫塔与烟囱之间设有冷凝器或冷凝段时，所述烟气温度TG和干烟气流量FG为冷凝后的烟气数据。
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