本發(fā)明屬于燃煤煙氣細(xì)顆粒物及SO3酸霧排放控制的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用水汽相變技術(shù)提高濕法煙氣脫硫系統(tǒng)對(duì)細(xì)顆粒物及SO3酸霧的脫除效果的方法及裝置。
二.
背景技術(shù)：
細(xì)顆粒物及SO3酸霧污染已成為我國(guó)突出的大氣環(huán)境問(wèn)題，是導(dǎo)致大氣能見(jiàn)度降低、酸雨、霧霾天氣和全球氣候變化等重大環(huán)境問(wèn)題的重要因素。目前，我國(guó)80％以上的大中型燃煤電站采用的濕法脫硫工藝。由于脫硫洗滌液的洗滌作用，濕法煙氣脫硫系統(tǒng)雖可協(xié)同脫除煙氣中部分較大的細(xì)顆粒物及SO3酸霧，但由于存在脫硫洗滌液霧化夾帶、脫硫產(chǎn)物結(jié)晶析出，以及各種氣-液、氣-液-固脫硫反應(yīng)等物化過(guò)程，本身又可能會(huì)形成細(xì)顆粒物，使得濕法煙氣脫硫系統(tǒng)對(duì)細(xì)顆粒物的脫除效率僅為10-20％，且隨粒徑的減小脫除效率顯著下降。此外，由于大部分SO3酸霧粒徑較小，基本為亞微米級(jí)，因此慣性力作用不明顯，脫硫過(guò)程的洗滌作用對(duì)其捕集效率僅為30-40％。
針對(duì)傳統(tǒng)污染物控制設(shè)施對(duì)細(xì)顆粒物及SO3酸霧的脫除效率亟需提高的現(xiàn)狀；目前，采用各種物理或化學(xué)作用使細(xì)顆粒物及SO3酸霧長(zhǎng)大后加以清除是增強(qiáng)濕法脫硫等傳統(tǒng)污染物控制設(shè)施脫除細(xì)顆粒物及SO3酸霧的重要技術(shù)手段。其中，基于過(guò)飽和水汽在微粒表面凝結(jié)特性的水汽相變技術(shù)特別適合與濕法脫硫等煙氣中水汽含量較高的過(guò)程結(jié)合。在濕法脫硫洗滌過(guò)程中高溫?zé)煔馀c低溫脫硫洗滌液相接觸，使部分脫硫洗滌液汽化，煙溫降低，煙氣相對(duì)濕度增大，脫硫凈煙氣可達(dá)到飽和狀態(tài)，較易實(shí)現(xiàn)細(xì)顆粒物及SO3酸霧凝結(jié)長(zhǎng)大所需的過(guò)飽和水汽環(huán)境。此外，由于脫硫凈煙氣經(jīng)過(guò)脫硫洗滌液噴淋洗滌后已經(jīng)接近或者達(dá)到飽和狀態(tài)，也很容易實(shí)現(xiàn)過(guò)飽和水汽環(huán)境的建立，使細(xì)顆粒物及SO3酸霧在過(guò)飽和水汽環(huán)境中再次凝結(jié)長(zhǎng)大。申請(qǐng)?zhí)枮?00710132250.0的發(fā)明專利公開(kāi)了一種濕法煙氣脫硫中應(yīng)用水汽相變促進(jìn)PM2.5脫除的方法，采用在塔進(jìn)口煙氣、脫硫凈化煙氣中添加蒸汽兩種方式，分別使煙氣在脫硫洗滌過(guò)程中及脫硫凈化煙氣達(dá)到過(guò)飽和；但單靠添加蒸汽方式實(shí)現(xiàn)過(guò)飽和水汽環(huán)境的建立，能耗過(guò)高。
三、
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：本發(fā)明針對(duì)濕法脫硫系統(tǒng)對(duì)細(xì)顆粒物及SO3酸霧的脫除效率亟需提高的需求，提供一種濕法脫硫協(xié)同脫除細(xì)顆粒物及SO3酸霧的方法及裝置，在脫硫洗滌過(guò)程中及洗滌過(guò)程后建立過(guò)飽和水汽環(huán)境，使細(xì)顆粒物及SO3酸霧凝結(jié)長(zhǎng)大，進(jìn)而被脫硫洗滌液沖洗及高效除霧器攔截脫除，增強(qiáng)濕法脫硫系統(tǒng)對(duì)細(xì)顆粒物及SO3酸霧的脫除。
技術(shù)方案：一種濕法脫硫協(xié)同脫除細(xì)顆粒物及SO3酸霧的方法，高溫?zé)煔馀c脫硫塔入口煙道內(nèi)噴出的霧化水接觸，利用高溫?zé)煔馐轨F化水滴在進(jìn)入脫硫塔內(nèi)部之前部分蒸發(fā)，同時(shí)，由于煙氣溫度降至酸露點(diǎn)以下，部分SO3氣體非均相凝結(jié)于細(xì)顆粒物上，其余SO3氣體均相凝結(jié)為SO3酸霧，經(jīng)降溫增濕調(diào)質(zhì)后，高相對(duì)濕度的煙氣由脫硫塔下部煙氣進(jìn)口進(jìn)入塔內(nèi)，與頂部噴出的低溫脫硫洗滌液逆流接觸，高相對(duì)濕度煙氣在與脫硫洗滌液逆流接觸過(guò)程中達(dá)到過(guò)飽和，過(guò)飽和水汽在細(xì)顆粒物及SO3酸霧表面發(fā)生核化凝結(jié)，使細(xì)顆粒物及SO3酸霧粒度增大，凝結(jié)長(zhǎng)大的液滴由脫硫洗滌液噴淋脫除，已處于近飽和或者飽和狀態(tài)的脫硫凈煙氣自下而上與頂部噴淋的冷水逆流接觸洗滌后再次達(dá)到過(guò)飽和，使脫硫過(guò)程中形成的顆粒物、從脫硫洗滌過(guò)程中逃逸出的細(xì)顆粒物及SO3酸霧再次核化，進(jìn)而凝結(jié)長(zhǎng)大，被后續(xù)高效除霧器攔截脫除后排出。
所述的脫硫塔入口煙道噴入的霧化水來(lái)自于脫硫洗滌液換熱器冷卻水出水，霧化水的添加量以能夠控制煙氣經(jīng)降溫增濕調(diào)節(jié)后水汽體積百分含量增至15-20％、溫度降至70-80℃為準(zhǔn)。
所述的脫硫洗滌液換熱器安裝于脫硫洗滌液進(jìn)液管道上，脫硫洗滌液換熱器進(jìn)口與脫硫塔底部的脫硫洗滌液出口連接，脫硫洗滌液換熱器的冷卻水由上部進(jìn)入，下部排出。
脫硫洗滌液溫度為30～35℃，比進(jìn)口煙氣溫度低15℃以上，脫硫操作液氣比控制在10L/Nm3以上.
所述的脫硫塔頂部冷水噴淋層，噴淋液滴平均粒徑1-2mm；冷水溫度20-30℃，比脫硫凈煙氣溫度低10℃以上，液氣比控制在1L/Nm3左右。
一種實(shí)施所述的濕法脫硫協(xié)同脫除細(xì)顆粒物及SO3酸霧的方法的裝置，該裝置包括脫硫塔、脫硫洗滌液換熱器；脫硫塔頂部設(shè)有煙氣出口，煙氣出口煙道內(nèi)設(shè)有高效除霧器，脫硫塔中下部設(shè)有煙氣進(jìn)口，煙氣進(jìn)口煙道內(nèi)設(shè)有煙氣降溫增濕裝置，脫硫塔頂部設(shè)有冷水噴淋層，冷水噴淋層下設(shè)置脫硫洗滌液噴淋層，脫硫洗滌液噴淋層與脫硫洗滌液換熱器連接，脫硫洗滌液換熱器的冷卻水出口與煙氣降溫增濕裝置的溫水入口連接。
所述的煙氣降溫增濕裝置設(shè)有雙流體霧化噴嘴。
所述的脫硫洗滌液換熱器的換熱管采用氟塑料毛細(xì)管或不銹鋼螺旋翅片管。
所述的脫硫塔頂部冷水噴淋層采用實(shí)心錐噴嘴，脫硫塔頂部冷水噴淋層離高效除霧器的距離為2-3m。
所述的脫硫塔包括噴淋塔、旋流板塔、填料塔、湍球塔中的任一種。
有益效果：
1、在脫硫塔入口煙道設(shè)置降溫增濕裝置，噴入霧化溫水；一方面，通過(guò)增加煙氣含濕量，使其后續(xù)與經(jīng)脫硫洗滌液換熱器降溫后的低溫脫硫洗滌液接觸，發(fā)生強(qiáng)烈的傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象，可在脫硫過(guò)程中獲得過(guò)飽和水汽環(huán)境，使細(xì)顆粒物及SO3酸霧凝結(jié)長(zhǎng)大，進(jìn)而增強(qiáng)細(xì)顆粒物及SO3酸霧的洗滌脫除效率。同時(shí)，霧化水蒸發(fā)導(dǎo)致煙氣溫度降低，進(jìn)而減少工況煙氣量，增加細(xì)顆粒物及SO3酸霧在脫硫塔中的停留時(shí)間，增強(qiáng)細(xì)顆粒物及SO3酸霧脫除效率，并減弱因脫硫液滴夾帶導(dǎo)致的細(xì)顆粒的排放。此外，霧化溫水取自后續(xù)脫硫洗滌液換熱器，無(wú)需額外消耗能量。
2、針對(duì)脫硫凈煙氣已接近或者達(dá)到飽和狀態(tài)，通過(guò)在脫硫洗滌液噴淋層和高效除霧器之間設(shè)置冷水噴淋層，利用冷水噴淋作用使煙氣溫度降低，進(jìn)而建立過(guò)飽和水汽環(huán)境，使細(xì)顆粒物及SO3酸霧再次凝結(jié)長(zhǎng)大，被后續(xù)高效除霧器攔截脫除，可實(shí)現(xiàn)細(xì)顆粒物及SO3酸霧的高效脫除。
3、通過(guò)降低脫硫塔入口煙氣溫度及脫硫洗滌液溫度，在實(shí)現(xiàn)脫硫塔內(nèi)建立過(guò)飽和水汽環(huán)境的同時(shí)，又使脫硫塔入口煙氣溫度降低到最佳脫硫效率狀態(tài)、減少脫硫洗滌過(guò)程中水分的蒸發(fā)，節(jié)省脫硫洗滌耗水量；同時(shí)，由于脫硫塔入口煙氣溫度降低至酸露點(diǎn)以下，部分SO3冷凝至細(xì)顆粒物表面，可隨細(xì)顆粒物的脫除而脫除。
4、本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，只需在脫硫塔入口煙道增設(shè)降溫增濕裝置、脫硫洗滌液進(jìn)液管路上加裝脫硫洗滌液換熱器和高效除霧器前設(shè)置冷水噴淋層即可增強(qiáng)濕法煙氣脫硫系統(tǒng)對(duì)細(xì)顆粒物及SO3酸霧的捕集效果，可廣泛應(yīng)用于安裝有濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的燃煤電站鍋爐和工業(yè)鍋爐。
四、附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖
圖中：1-煙氣降溫增濕裝置；2-雙流體霧化噴嘴；3-脫硫塔；4-脫硫洗滌液換熱器；5-脫硫洗滌液循環(huán)泵；6-脫硫洗滌液噴淋層；7-脫硫塔頂部冷水噴淋層；8-實(shí)心錐噴嘴；9-高效除霧器。
五、具體實(shí)施方式
一種濕法脫硫協(xié)同脫除細(xì)顆粒物及SO3酸霧的方法，其步驟為：在脫硫塔入口煙道中的降溫增濕裝置內(nèi)噴入霧化溫水，利用霧化溫水在高溫?zé)煔庵械恼舭l(fā)對(duì)煙氣進(jìn)行降溫增濕處理，經(jīng)降溫增濕后煙氣中水汽含量增至15-20％左右，溫度降至70-80℃；脫硫洗滌液通過(guò)安裝于脫硫洗滌液進(jìn)液管路上的脫硫洗滌液換熱器降溫至30-35℃；在脫硫凈煙氣離開(kāi)脫硫洗滌液噴淋層后、進(jìn)入高效除霧器之前，通過(guò)脫硫塔頂部冷水噴淋層的噴淋作用降溫3-5℃；來(lái)自脫硫塔入口降溫增濕裝置的煙氣由脫硫塔下部煙氣進(jìn)口進(jìn)入塔內(nèi)，與上部噴出的30-35℃的脫硫洗滌液逆流接觸，使煙氣在脫硫洗滌過(guò)程中達(dá)到過(guò)飽和，過(guò)飽和的水汽在細(xì)顆粒物及SO3酸霧表面發(fā)生核化凝結(jié)，細(xì)顆粒物及SO3酸霧粒度增大，由脫硫洗滌液脫除凝結(jié)長(zhǎng)大的液滴；經(jīng)過(guò)脫硫洗滌液的脫硫凈煙氣在離開(kāi)脫硫洗滌液噴淋層后、進(jìn)入高效除霧器之前，通過(guò)脫硫塔頂部冷水噴淋層降溫3-5℃，使煙氣在進(jìn)入高效除霧器之前再次達(dá)到過(guò)飽和，過(guò)飽和的水汽在脫硫過(guò)程中形成的顆粒物表面、從脫硫洗滌過(guò)程中逃逸出的細(xì)顆粒物及SO3酸霧表面再次凝結(jié)，細(xì)顆粒物及SO3粒度進(jìn)一步增大，隨后由高效除霧器攔截脫除。
所述的脫硫入口煙道霧化熱水來(lái)自于脫硫洗滌液換熱器冷卻水出水，在脫硫塔入口煙道中的降溫增濕裝置內(nèi)噴入，。
所述的脫硫洗滌液換熱器置于脫硫洗滌液進(jìn)液管道上，冷卻水由上部進(jìn)入，下部排出，以獲得最大的換熱效率。
所述的脫硫塔頂部冷水噴淋層，噴淋液滴平均粒徑1-2mm。冷水溫度20-30℃，比脫硫凈煙氣溫度低10℃以上，液氣比控制在1L/Nm3左右。
一種濕法脫硫協(xié)同脫除細(xì)顆粒物及SO3酸霧方法的裝置，該裝置由煙氣降溫增濕裝置、脫硫塔、脫硫洗滌液換熱器、脫硫塔頂部冷水噴淋層組成；煙氣降溫增濕裝置設(shè)置于脫硫塔入口煙道內(nèi)，煙氣降溫增濕裝置的溫水入口與脫硫洗滌液換熱器的冷卻水出口由管道連接；脫硫塔頂部冷水噴淋層的冷水入口與脫硫洗滌液換熱器的冷卻水入口由管道連接。
煙氣降溫增濕裝置內(nèi)設(shè)有雙流體霧化噴嘴，通過(guò)產(chǎn)生的細(xì)小液滴進(jìn)入煙道迅速吸熱蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣的增濕降溫的效果。
脫硫洗滌液換熱器與脫硫洗滌液間接換熱，換熱管既可采用氟塑料毛細(xì)管，也可采用不銹鋼螺旋翅片管，可在保證換熱效率的同時(shí)減少腐蝕。
脫硫塔頂部冷水噴淋層采用實(shí)心錐噴嘴，脫硫塔頂部冷水噴淋層離高效除霧器的距離為2-3m，確保細(xì)顆粒物及SO3酸霧可以充分長(zhǎng)大。
實(shí)施例1
如圖1所示，本發(fā)明的濕法脫硫協(xié)同脫除細(xì)顆粒物及SO3酸霧的裝置，主要有煙氣降溫增濕裝置1、脫硫塔3、脫硫洗滌液換熱器4、脫硫塔頂部冷水噴淋層7組成。煙氣降溫增濕裝置1設(shè)于脫硫塔3入口煙道處，內(nèi)設(shè)雙流體霧化噴嘴2；脫硫洗滌液換熱器4設(shè)置于脫硫洗滌液進(jìn)液管道上，換熱器冷卻水采用上進(jìn)下出布置；脫硫塔頂部冷水噴淋層7設(shè)置于脫硫塔2上部高效除霧器9與脫硫洗滌液噴淋層6之間，脫硫塔頂部冷水噴淋層7離高效除霧器9距離為2-3m。脫硫塔3可采用噴淋塔、旋流板塔、填料塔、湍球塔等塔類型，塔內(nèi)設(shè)有脫硫洗滌液噴淋層6，脫硫洗滌液噴淋層6通過(guò)管道與設(shè)在脫硫塔塔底出口的脫硫洗滌液循環(huán)泵5相連。
一種濕法脫硫協(xié)同脫除細(xì)顆粒物及SO3酸霧的方法為：來(lái)自燃煤電站鍋爐或工業(yè)鍋爐的煙氣進(jìn)入設(shè)于脫硫塔3之前的煙氣降溫增濕裝置1中時(shí)，經(jīng)雙流體霧化噴嘴2噴入霧化溫水水滴，利用高溫?zé)煔馐轨F化水滴在進(jìn)入脫硫塔3之前部分蒸發(fā)，霧化溫水來(lái)自脫硫洗滌液換熱器4，添加量以能夠控制煙氣經(jīng)降溫增濕調(diào)節(jié)后水汽體積百分含量增至15-20％、溫度降至70-80℃為準(zhǔn)。同時(shí)，由于煙氣溫度已降至酸露點(diǎn)以下，部分SO3氣體非均相凝結(jié)于細(xì)顆粒物上，其余SO3氣體均相凝結(jié)為SO3酸霧。經(jīng)降溫增濕調(diào)質(zhì)后，高相對(duì)濕度的煙氣由脫硫塔3下部煙氣進(jìn)口進(jìn)入塔內(nèi)，與經(jīng)脫硫洗滌液循環(huán)泵5、脫硫洗滌液噴淋層6噴出的低溫脫硫洗滌液逆流接觸，脫硫洗滌液溫度為30～35℃，比進(jìn)口煙氣溫度低15℃以上，脫硫操作液氣比控制在10L/Nm3以上。其中，脫硫洗滌液溫度由脫硫洗滌液換熱器4調(diào)節(jié)。高相對(duì)濕度煙氣在與脫硫洗滌液逆流接觸過(guò)程中達(dá)到過(guò)飽和，過(guò)飽和水汽在細(xì)顆粒物及SO3酸霧表面發(fā)生核化凝結(jié)，使細(xì)顆粒物及SO3酸霧粒度增大，凝結(jié)長(zhǎng)大的液滴由脫硫洗滌液噴淋脫除。脫硫凈煙氣在進(jìn)入高效除霧器9前，在脫硫塔頂部冷水噴淋層7中經(jīng)過(guò)實(shí)心錐噴嘴8噴淋洗滌，冷水溫度20-30℃，噴淋液滴平均粒徑1-2mm，比脫硫凈煙氣溫度低10℃以上，液氣比控制在1L/Nm3左右。已處于近飽和或者飽和狀態(tài)的脫硫凈煙氣在經(jīng)過(guò)脫硫塔頂部冷水噴淋層7后再次達(dá)到過(guò)飽和，使脫硫過(guò)程中形成的顆粒物、從脫硫洗滌過(guò)程中逃逸出的細(xì)顆粒物及SO3酸霧再次核化，進(jìn)而凝結(jié)長(zhǎng)大，被后續(xù)高效除霧器9攔截脫除。濕法煙氣脫硫工藝可為石灰石-石膏法、氨法、雙堿法、海水法、鈉堿法、氧化鎂法中的任意一種。
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明不只限于此實(shí)施例。
實(shí)施例2
煙氣由全自動(dòng)燃煤鍋爐產(chǎn)生，煙氣量為350Nm3/h，輔以氣溶膠發(fā)生器、SO3發(fā)生器在煙氣中添加適量燃煤飛灰及SO3，使燃煤煙氣中含塵濃度為44mg/m3，其中細(xì)顆粒物濃度為16mg/m3，SO3濃度為39mg/m3。該系統(tǒng)由煙氣降溫增濕裝置、脫硫塔、脫硫洗滌液換熱器、脫硫洗滌液噴淋層、脫硫塔頂部冷水噴淋層、高效除霧器組成；脫硫塔采用石灰石/石膏法煙氣脫硫。脫硫洗滌液換熱器為氟塑料換熱器，換熱管管徑為6mm氟塑料管。濕式脫硫塔采用塔徑219mm、塔高5250mm的噴淋塔，噴淋塔頂部安裝高效除霧器。含塵煙氣先進(jìn)入煙氣降溫增濕裝置，經(jīng)雙流體霧化噴嘴噴入溫度約31℃的微細(xì)水霧，噴入處煙溫134℃。經(jīng)維薩拉-HMT337型溫濕度變送器測(cè)定，降溫增濕后煙氣中水汽體積百分含量由8.78％增至17.45％，煙溫降至72℃。然后進(jìn)入脫硫塔與34℃的脫硫洗滌液逆流接觸，脫硫塔設(shè)置三級(jí)噴淋，液氣比15L/Nm3。脫硫塔頂部冷水噴淋層采用實(shí)心錐噴嘴，冷水水溫為18℃，液氣比為0.8L/Nm3。經(jīng)維薩拉-HMT337型溫濕度變送器測(cè)定，脫硫凈煙氣溫降可達(dá)4℃。脫硫塔出口粉塵濃度經(jīng)WJ-60B型皮托管平行全自動(dòng)煙塵采樣儀測(cè)試為16mg/m3；其中，采用電稱低壓沖擊器ELPI在線測(cè)試，脫硫塔出口細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度為7mg/m3。采用高溫冷凝法對(duì)脫硫塔出口SO3酸霧濃度進(jìn)行測(cè)試，脫硫塔出口SO3酸霧濃度為16mg/m3。
對(duì)比例1
煙氣降溫增濕裝置中未噴入霧化溫水、脫硫洗滌液換熱器未開(kāi)啟、脫硫塔頂部冷水噴淋層未投運(yùn)，其余同實(shí)施例1。經(jīng)測(cè)定，脫硫塔出口粉塵濃度分別為20mg/m3，細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度分別為13mg/m3，SO3酸霧濃度為25mg/m3。