CN202191838U - 一种燃煤工业锅炉烟气处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃煤工业锅炉烟气处理装置，包括文丘里喷雾反应器、湿式静电反应器、高压电源、吸收剂循环池、引风机和烟囱，所述的文丘里喷雾器的扩散管与湿式静电反应器的进气口连接，所述的湿式静电反应器的出气口与引风机、烟囱依次连接，所述的出水口与吸收剂循环池连接，吸收剂循环池连接吸收剂仓。本实用新型装置可以实现烟气中粉尘、SO₂和NOx等多种污染物的同时脱除，污染物脱除效率高，工艺简单可靠，能大大节省投资和运行成本。

Description

一种燃煤工业锅炉烟气处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种烟气处理装置，尤其涉及一种利用文丘里喷雾复合湿式静电，用于燃煤工业锅炉烟气中多种污染物脱除的装置。 

背景技术

我国是一个工业锅炉生产和使用大国，据统计，2008年我国在用工业锅炉50多万台，数量大，分布广，其中80％以上是燃煤锅炉。目前，我国燃煤工业锅炉具有如下特点：(1)单台锅炉平均容量小，锅炉总体能耗水平高，节能减排管理水平低，能源浪费和环境污染严重。(2)锅炉用煤种多变、煤质差，燃烧恶化，且燃烧方式落后，以层燃锅炉为主，燃烧效率较低，污染物排放强度高。(3)锅炉烟囱低矮、排烟温度高、污染大。(4)在用锅炉量大面广，布局相当分散，污染治理减排难度大。作为重要的能源转换设备，目前我国燃煤工业锅炉的年总耗煤量近5亿吨，约占全国煤炭消费总量的1/5，是除发电锅炉以外的第二大耗能设备，是我国能源的消费大户和主要的大气污染源之一。2010年，我国工业锅炉燃煤排放二氧化硫约1000万吨、氮氧化合物约200万吨、粉尘约100万吨，废渣约9000万吨，是我国仅次于燃煤发电的第二大煤烟型污染源。因此，大力发展燃煤工业锅炉烟气中多种污染物的全面控制是实现大气污染物大幅度减排的关键环节，这就对燃煤工业锅炉烟气污染控制技术开发与应用提出了非常迫切的要求。 

但是，由于我国一般工业企业的经济实力较差和现有烟气污染控制技术较为落后，大多数燃煤工业锅炉除尘脱硫设备依然比较落后，有些甚至无除尘脱硫装置，极少有脱硝装置。目前，国内燃煤工业锅炉烟气污染治理主要集中在除尘，配套使用的除尘设备绝大部分为旋风除尘器，但50％的旋风除尘器未正常运行，正逐步淘汰。究其原因主要是旋风除尘器易堵塞，易漏风，使得除尘效率显著下降；我国于90年代初开始研发燃煤工业锅炉的烟气脱硫技术，目前能稳定运行的烟气脱硫方法大约有10余种，但真正进入市场也就是几种，且投资及运行费用比较昂贵，推广应用较为困难。一些棘手的技术问题，如运行效率低、腐蚀、结垢、 堵塞、二次污染、汽水分离及灰水分离等仍未得到很好解决，使燃煤工业锅炉烟气脱硫的发展举步维艰；而对于燃煤工业锅炉的烟气脱硝，目前国内尚属空白。 

传统的燃煤烟气污染物控制，是一种污染物采取一套烟气脱除装置的控制方式，当需要同时控制多种污染物时，势必导致***复杂、占地面积大、成本高等问题。根据当前及今后燃煤工业锅炉烟气污染控制发展的市场需求，研究开发高效新型的多种污染物同时脱除技术并实现工业化示范，逐步推广应用，是未来一段时期内燃煤工业锅炉烟气污染控制技术发展重点和趋势。 

近年来，美国、日本等发达国家对燃煤多种污染物一体化脱除技术的研究较为活跃，其中一些技术已处于早期商业化阶段。目前，研究较多的烟气中多种污染物同时脱除技术有氧化吸收技术(如等离子体法，光催化法，过氧化氢氧化吸收技术)，还原技术(如尿素同时脱硫脱硝技术)和湿式络合吸收技术等。但这些技术都还不是十分成熟，大都处于示范阶段，未实现大规模工业化应用。虽然燃煤烟气污染物一体化控制技术研究已经取得了初步进展，但离工业化应用尚需时日，需解决***设计、工艺控制、技术集成等关键技术问题。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种利用文丘里喷雾复合湿式静电、可同时脱除燃煤工业锅炉烟气中粉尘、SO₂和NOx等多种污染物的装置，以解决现有技术中投资大、运行效率低、推广应用困难等问题。 

一种燃煤工业锅炉烟气处理装置，包括文丘里喷雾反应器、湿式静电反应器、高压电源、吸收剂循环池、引风机、烟囱和吸收剂仓， 

所述的文丘里喷雾反应器包括收缩管、喉管和扩散管，所述的喉管入口处沿喉管四周均匀布置多个吸收剂喷嘴，优选布置4个。所述的喉管的长度优选为喉管直径的1～1.2倍。所述的收缩管的收缩角优选为25～30°，所述的扩散管的扩散角优选为6～8°。所述的文丘里喷雾反应器优选采用水平布置。 

所述的湿式静电反应器包括壳体，所述的壳体上部设有出气口，壳体下部设有进气口。所述的壳体内部由多个单元放电通道组合而成。单元放电通道上方、高于出气口位置设有绝缘板，绝缘板上方设有绝缘子，用绝缘板将绝缘子与烟气隔离。所述的壳体的底部设有灰斗和出水口。 所述的出水口与吸收剂循环池连接。所述的湿式静电反应器优选采用垂直布置。 

每个单元放电通道内均包括放电极板和放电电极，所述的放电电极设在放电通道中心，所述的放电极板即构成放电单元通道壁。所述的放电极板接地，放电电极接高压电源的负高压。 

作为一种优选方案，所述的放电极板为不锈钢钢板，放电极板上方设有喷水管。所述的喷水管材料为PPR，直径为6～8mm，喷水管正下方每隔100mm开设喷水口，喷水口高于放电极板10mm。所述的放电电极为不锈钢管，不锈钢管的直径为6～8mm，不锈钢管表面缠绕螺旋线，螺旋线间距25mm，螺旋线直径2～3mm。 

所述的单元放电通道优选为边长为300～400mm的正方形或者直径为300～400mm的圆形。湿式静电反应器的横截面积可根据所处理的烟气量和单元通道内的烟气流速来确定，单元通道内的烟气流速一般控制在0.2～0.4m/s。 

作为一种优选，湿式静电反应器的进气口上部可设置多孔的气流均布板。 

所述文丘里喷雾器的扩散管与湿式静电反应器的进气口连接，湿式静电反应器的出气口与引风机、烟囱依次连接。 

所述的吸收剂循环池与文丘里喷雾器的吸收剂喷嘴连接，所述的吸收剂循环池与吸收剂仓连接。 

待处理的燃煤工业锅炉烟气从锅炉进入文丘里喷雾反应器，经收缩管后流速逐渐增大，形成高速流动的气体，来自吸收剂循环池的吸收剂沿喉管周边均匀分布的吸收剂喷嘴进入，吸收剂液滴在喉管被高速的烟气气流雾化和加速，吸收剂液滴和粉尘颗粒之间存在惯性碰撞，实现粉尘的初步团聚；在扩散管中，气流速度的减小和压力的回升，使以粉尘颗粒为凝结核的凝聚速度加快，形成直径较大的含尘液滴，大大有助于捕集脱除。同时由于烟气流速的减少，停留时间增大，SO₂和液滴之间的吸收反应将得到进一步强化，SO₂的脱除效率进一步提高。烟气经过文丘里喷雾器后，大的液滴在重力沉降作用下流入湿式静电反应器底部的灰斗。而细小的含尘液滴经过单元放电通道时被荷上负电荷，在电场力的作用下向放电极板运动，最后被放电极板捕集。放电过程中捕集的液滴自上而下沿着放电极板流入灰斗，最后在出水口汇集排出，流入吸收剂循环池并进行水封。同时，SO₂在湿式静电反应器与液滴的传质吸 收反应仍在进行，而且液滴中的粉尘对亚硫酸根具有催化氧化作用，能够进一步提高SO₂的吸收效果。另外，在高湿度下电晕放电过程能够产生较多的氧化性自由基OH、HO₂等等，能够氧化烟气中的NO成为NO₂、HNO₂和HNO₃，而且液滴中的粉尘具有催化氧化作用，能够促进这些氧化物质被液滴吸收，最终实现NOx的有效脱除。这样就实现了粉尘、SO₂以及NOx的同时脱除。 

在文丘里喷雾反应器中，喉管处烟气流动能够有效雾化液体吸收剂，而雾化的效果则取决于喉管处的烟气流动速度，烟气速度越大雾化效果越好，但是阻力也同时增加，所以从实际应用考虑出发所述的喉管处烟气流动速度一般在90～110m/s。另外，为了获得高效的粉尘捕集和SO₂的吸收效果，吸收剂的喷入量至关重要，根据传统的湿法烟气脱硫技术，本实用新型中所述的吸收剂喷入量即液气比控制在8～15L/m³。 

在湿式静电反应器，反应器的横截面积可根据所处理的烟气量和烟气流速来确定，为了获得较好的液滴捕集效果，与传统的干式静电除尘相比，需要降低湿式静电反应器的烟气流速，所以本实用新型中所述的烟气流速控制在0.2～0.4m/s。在本实用新型中由于在文丘里喷雾反应器中注入了较多的液体吸收剂，所以在湿式静电反应器中放电极板上能够形成一层薄液膜，有助于SO₂、NOx的吸收，同时这能够避免干式静电除尘中的粉尘返混、反电晕等问题的出现，改善细微颗粒物的脱除。由于长期运行粉尘颗粒会粘结在放电极板上，影响电晕放电，所以在放电极板上方布置喷水管，定期向极板喷水进行清洗。清洗方式采用大流量间断喷水清洗，喷水量为3～4kg/(m³.h)，供水压力为0.2～0.3MPa。 

湿式静电反应器壳体内的放电极板采用正方形或圆形结构，结构紧凑，加工方便，反应器容易放大适应不同的锅炉容量；湿式静电反应器壳体内的放电电极采用缠绕螺旋线的不锈钢管，这是因为：由于放电空间湿度较大，放电时容易发生火花放电，导致放电电压整体下降，从而降低除雾效果，所以不适合采用常规的芒刺状电极。螺旋线型的放电电极，不易击穿，能够提高放电电压，从而提高液滴的捕集效果。放电极板和放电电极由于在结露的状态下运行，为了防止SO₂和NOx的腐蚀性，保证稳定运行，所以放电极板和放电电极的材料均为不锈钢。 

本实用新型装置使用复合技术实现了燃煤锅炉烟气中多种污染物粉尘、SO₂和NOx的同时脱除，大大节省烟气净化投资和运行成本，工艺简单可靠；并且烟气污染物的脱除效率高，其中粉尘的脱除效率达到99 ％以上，SO₂脱除效率可以达到95％以上，NOx的脱除效率也可以达到50％左右，适应烟气净化领域的发展趋势。 

附图说明

图1是采用本实用新型装置的工艺流程简图。 

图2是本实用新型装置中文丘里喷雾器和湿式静电反应器的结构示意图。 

图3是湿式静电反应器中的单元放电通道和放电极板上的喷水管的布置图。 

图4是本实用新型装置中的湿式静电反应器螺旋线放电电极的结构示意图。 

图中各附图标记说明： 

1-锅炉          2-文丘里喷雾反应器    3-湿式静电反应器    4-高压电源 

5-吸收剂循环池  6-引风机              7-烟囱              8-吸收剂仓 

9-收缩管        10-喉管               11-扩散管           12-壳体 

13-进气口       14-出气口             15-放电极板         16-放电电极 

17-喷水管       18-灰斗               19-气流均布板       20-出水口 

21-绝缘子       22-绝缘板             23-放电通道         24-螺旋线 

具体实施方式

如图1所示的燃煤工业锅炉烟气处理装置，包括文丘里喷雾反应器2、湿式静电反应器3、高压电源4、吸收剂循环池5、引风机6、烟囱7和吸收剂仓8。文丘里喷雾反应器2、湿式静电反应器3、引风机6和烟囱7依次连接，高压电源4与湿式静电反应器3连接，吸收剂循环池5与湿式静电反应器3的下部通过管路连接。 

所述的文丘里喷雾复合湿式静电反应器如图2所示，包括水平布置的文丘里喷雾反应器2和垂直布置的湿式静电反应器3。所述的文丘里喷雾反应器2由收缩管9、喉管10和扩散管11组成。收缩管9的收缩角为25～30°。喉管10内的烟气流速控制在90～110m/s，喉管10长度为1～1.2倍的喉管直径，喉管10入口处沿周边均匀布置4个喷嘴。扩散管11的扩散角为6～8°。 

所述的湿式静电反应器3包括壳体12，壳体12下部设有进气口13， 进气口13与文丘里喷雾器的扩散管11连接，连接段的长度在2m以上。壳体上部设有出气口14，出气口14与引风机6、烟囱7依次连接。同时进气口13上部设有多孔气流均布板19，开孔率为30～50％。 

如图3所示，壳体12内部由多个单元放电通道23组合而成，可根据烟气量的大小和污染物脱除的要求进行放大。单元放电通道23为正方形或者圆形，正方形边长或圆形的直径为300～400mm。单元放电通道23内的烟气流速控制在0.2～0.4m/s。单元放电通道23由放电极板15和放电电极16组成，放电电极16设在放电通道的中心位置，放电极板15即构成单元放电通道壁。放电极板15接地，放电电极16接高压电源的负高压，形成负电晕。绝缘子21布置在湿式静电反应器3的顶部并采用绝缘板22与出口烟气隔离。电晕放电过程中捕集的液滴自上而下沿着放电极板15流动，流入湿式静电反应器3的灰斗18，最后在出水口20汇集，流入吸收剂循环池5并进行水封。 

放电极板15上方设有喷水管17，喷水管17定期喷水，清洗极板。喷水管布置如图3所示。喷水管17材料为PPR，直径为6～8mm。喷水管17正下方每隔100mm开设喷水口，并比放电极板15高10mm。由于长期运行粉尘颗粒会粘结在放电极板上，所以在放电极板上方布置喷水管，定期向极板喷水进行清洗。清洗方式采用大流量间断喷水清洗，喷水量为3～4kg/(m³.h)，供水压力为0.2～0.3MPa。 

如图4所示，放电电极16为不锈钢管，不锈钢管直径为6～8mm。不锈钢管表面缠绕螺旋线24，螺旋线24间距25mm，螺旋线24直径2～3mm。由于放电空间湿度较大，采用螺旋线型的放电电极，放电时不易击穿，能够提高放电电压，从而提高液滴的捕集效果。 

所述的湿式静电反应器3的出水口(20)连接至吸收剂循环池5，所述的吸收剂循环池5通过吸收剂仓8定期补充吸收剂。 

从锅炉1出来的烟气首先进文丘里喷雾反应器2，烟气在文丘里喷雾器2的收缩管9内被提升流速，高速流动的烟气在喉管10将喷入的吸收剂雾化、加速，烟气在与雾化后的吸收剂液滴碰撞反应后，实现粉尘的初步沉降和SO₂的初步脱除。之后烟气经文丘里喷雾器2的扩散管11进入湿式静电反应器3，大的液滴在重力沉降作用下流入湿式静电反应器3底部的灰斗18。放电极板15接地，放电电极16接负高压。细小的含尘液滴经过放电通道23时被荷上负电荷，在电场力的作用下向放电极板15运动，最后被放电极板15捕集，自上而下沿着放电极板15流入灰 斗18，最后在出水口20汇集排出至吸收剂循环池5。吸收剂仓8定期向吸收剂循环池5补充吸收剂。同时，SO₂在湿式静电反应器3与液滴的传质吸收反应仍在进行，而且液滴中的粉尘对亚硫酸根具有催化氧化作用，能够进一步提高SO₂的吸收效果。另外，在高湿度下电晕放电过程能够产生较多的氧化性自由基OH、HO₂等等，能够氧化烟气中的NO成为NO₂、HNO₂和HNO₃，而且液滴中的粉尘具有催化氧化作用，能够促进这些氧化物质被液滴吸收，实现NO_x的脱除。最后，经过净化后的烟气通过引风机6，最后从烟囱7排出。 

应用例1 

采用如图1所示的脱除方法，喉管内的烟气流速控制100m/s，湿式静电反应器通道内烟气流速为0.3m/s。处理3000m³/h的燃煤工业锅炉烟气，以NaOH碱液作为吸收剂，施加55kV的直流高压，经环保部门监测，除尘效率99.15％，脱硫效率96.91％，脱硝效率47.57％。 

Claims (10)

1.一种燃煤工业锅炉烟气处理装置，包括文丘里喷雾反应器(2)、湿式静电反应器(3)、高压电源(4)、吸收剂循环池(5)、引风机(6)、烟囱(7)和吸收剂仓(8)，其特征在于：

所述的文丘里喷雾反应器(2)包括收缩管(9)、喉管(10)和扩散管(11)，所述的喉管(10)的入口处沿喉管(10)的周边设置有吸收剂喷嘴；

所述的湿式静电反应器(3)包括壳体(12)，所述的壳体(12)的上部和下部分别设有出气口(14)和进气口(13)；所述的壳体(12)的内部设有若干单元放电通道(23)，所述的单元放电通道(23)上方设有绝缘板(22)，所述的绝缘板(22)上方设有绝缘子(21)；所述的壳体(12)的底部设有灰斗(18)和出水口(20)；

所述的文丘里喷雾反应器(2)的扩散管(11)与湿式静电反应器(3)的进气口(13)连接，所述的湿式静电反应器(3)的出气口(14)与引风机(6)、烟囱(7)依次连接，所述的出水口(20)与吸收剂循环池(5)连接。

2.如权利要求1所述的燃煤工业锅炉烟气处理装置，其特征在于：所述的湿式静电反应器(3)的进气口(13)的上方设有多孔气流均布板(19)。

3.如权利要求1所述的燃煤工业锅炉烟气处理装置，其特征在于：所述的单元放电通道(23)包括放电极板(15)和放电电极(16)，所述的放电电极(16)设在单元放电通道(23)的中心，所述的放电极板(15)构成单元放电通道壁；所述的放电极板(15)接地，所述的放电电极(16)接高压电源(4)的负高压。

4.如权利要求1所述的燃煤工业锅炉烟气处理装置，其特征在于：所述的文丘里喷雾反应器(2)水平布置，所述的湿式静电反应器(3)垂直布置。

5.如权利要求1所述的燃煤工业锅炉烟气处理装置，其特征在于：所述的吸收剂喷嘴有4个。

6.如权利要求1所述的燃煤工业锅炉烟气处理装置，其特征在于：所述的喉管(10)的长度为喉管(10)直径的1～1.2倍。

7.如权利要求1所述的燃煤工业锅炉烟气处理装置，其特征在于：所述的收缩管(9)的收缩角为25～30°。

8.如权利要求1所述的燃煤工业锅炉烟气处理装置，其特征在于：所述的扩散管(11)的扩散角为6～8°。

9.如权利要求1所述的燃煤工业锅炉烟气处理装置，其特征在于：所述的单元放电通道(23)为边长为300～400mm的正方形或者直径300～400mm的圆形。

10.如权利要求3所述的燃煤工业锅炉烟气处理装置，其特征在于：所述的放电极板(15)为不锈钢钢板，放电极板(15)上方布置有喷水管(17)；所述的放电电极(16)为不锈钢管，不锈钢管直径为6～8mm；不锈钢管表面缠绕螺旋线(24)，螺旋线(24)间距25mm，螺旋线(24)直径2～3mm。

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