本发明涉及一种消白烟烟囱，属于环保技术领域。
背景技术：
在湿法脱硫、电厂、VOCs废气处理以及磷酸生产及浓缩系统等工作场合中，排放烟气在烟囱口会产生“白烟”现象，“白烟”的主要成分为水蒸气，主要来源有两个方面：一是烟气脱硫装置的除雾器效率低，除雾后的烟气中仍携带小水滴（即过饱和水）；二是烟气较高，一般高于烟气露点温度10℃～20℃，高温烟气排放至大气中，烟气温度降低，导致烟气所携带的饱和水量降低，水蒸气析出凝结成小水滴形成“白烟”。大量的“白烟”甚至会形成数公里的“白烟长龙”，给人带来强烈的视觉冲击，影响环境美观。此外，大量水汽从烟囱直接排放于大气中，造成了水资源的浪费。因此，需要一种经济、有效的方法解决烟囱的“白烟”问题。
CN104990096A提供了一种烟囱白烟低能耗治理方法，包括在装置内沿烟气输入至输出的方向设置有换热装置，烟气利用换热装置采用先降温再升温的方法实现白烟的消除。充分利用了冷却塔在中温领域具有极高能效比的优点，显著降低了白烟治理能耗，同时利用多个换热装置组成了能量回收互反馈系统。但要采用三个换热装置，每个换热装置由一组或多组换热器组成，成本较高，结构也比较复杂。
CN205090396U提供了一种烟囱除沫降噪装置，用于烟囱上部，进烟管与烟囱相连，包括内管和外管，外管内套设有内管，内管一侧紧贴外管一侧内壁，内管底部设有进烟管，进烟管穿过外管连通外界与内管管腔，水蒸汽进入外管内部时逐渐冷凝，通过外管上的集水管，冷凝水进入热水收集槽内，避免了排放烟气中含有水沫对环境卫生造成的影响。但由于水蒸汽进入外管时冷凝量有限，因此并不能有效地解决烟囱的“白烟”问题。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种消白烟烟囱，在传统烟囱顶部安装除雾器及外套筒，大大降低了烟气中饱和水的比例，显著地消除了白烟，减小了对周边环境的污染，有效地解决了烟囱的“白烟”问题。
本发明的消白烟烟囱，底部设有烟气进口，顶部为烟气出口，在烟囱顶部设置外套筒和除雾器。
所述的外套筒设置于烟囱外侧，与烟囱同轴布置，所述的外套筒为上下开口的筒状结构，可以为圆筒状或锥筒状，外套筒上沿高出烟囱上沿一定距离，一般为50～2000m，优选为300～1000mm，外套筒下沿低于烟囱上沿，优选低于烟囱上沿600mm～3000mm；外套筒与烟囱之间为环形空间，优选底部开口直径为烟囱顶部开口直径的1.005～1.2倍。
所述的除雾器设置于烟囱内部，除雾器顶部与烟囱上沿平齐。
外套筒的总高度为除雾器高度的3～20倍，优选为5～10倍；外套筒通过支撑筋与烟囱固定连接，外套筒的材质优选与烟囱材质相同。
所述的烟气从烟囱顶部进入外套筒，从外套筒顶部排出，烟气的气速较高，在流经外套筒时会在烟囱与外套筒之间产生负压，空气在负压的吸力作用下流经烟囱与外套筒之间的环形空间进入外套筒上部，空气在外套筒内与烟气混合后一起从外套筒顶部排放，烟气在离开外套筒顶部排放之前就已与空气充分混合，大幅降低了“白烟”生成量。
本发明中所述的烟囱上沿为烟囱顶部开口的边缘，所述的外套筒上沿为外套筒顶部开口的边缘，外套筒下沿为外套筒底部开口的边缘。
所述的除雾器包括若干个并列的除雾组件，每个除雾组件均包括升气管和外筒，外筒设置在升气管的外侧，优选与升气管在同一轴线上；升气管固定在塔盘上，升气管的顶部设置封盖板；升气管的圆周上均匀设置若干整流通道，整流通道沿升气管外壁的切线方向水平嵌入，整流通道靠近外筒一侧的侧壁I与升气管管壁相切，另一侧壁II与升气管管壁相交，各整流通道旋转方向相同；整流通道顶部与封盖板齐平，底部与升气管管壁相交。
所述的除雾器中的塔盘与烟囱内壁固定连接，塔盘上开有若干圆孔，升气管外壁与塔盘在圆孔处配合并固定连接。
所述的除雾器中，整流通道一般设置1～12个，优选4-8个。整流通道的壁厚优选与升气管的壁厚相同。
所述的除雾器中，整流通道的长度l为侧壁II的长度，宽度w为整流通道两侧壁间的最大水平距离，高度h为整流通道顶部和底部间的最大垂直距离；其中长度l为宽度w的2～5倍，优选为3～4倍；整流通道的截面形状为矩形、椭圆形、圆形、梯形或半圆形等中的一种或几种组合，优选为矩形、椭圆形或圆形中的一种或几种组合。整流通道的尺寸根据实际的工况或设计需求，由本领域技术人员予以确定，如所述整流通道的高度h一般为20～600mm，优选为100～300mm；整流通道的宽度w一般为10～200mm，优选为20～100mm。整流通道的总截面积为升气管横截面积的0.2～0.9倍，优选为升气管横截面积的0.3～0.6倍。
所述的除雾器中，所述的整流通道的侧壁II末端可以与升气管内壁齐平或伸入到升气管内部一定距离m，m为长度l的0.1～0.9倍，优选为0.3～0.6倍。当整流通道的侧壁II末端与升气管内壁齐平时，整流通道底部末端也与升气管内壁齐平；当整流通道的侧壁II伸入到升气管内部一定距离m时，整流通道底部末端与侧壁末端齐平。
所述的除雾器中，整流通道底部距离塔盘有一定距离A，距离A为20～200mm，优选为40～80mm。
所述的除雾器中，升气管下端与塔盘平齐或低于塔盘一段距离，二者密闭连接；升气管的直径及塔盘的开孔率可以根据实际的工况或设计需求，由本领域技术人员予以确定。
所述的除雾器中，整流通道、封盖板与升气管可以焊接在一起或整体成型。
所述的除雾器中，外筒优选为圆筒，外筒直径D为升气管直径d的1.5-6倍，优选为2-3倍。外筒的上沿高出升气管的上沿一定距离P，距离P为整流通道高度h的1～8倍，优选为2～5倍。外筒的下沿距离塔盘有一定距离B，且低于整流通道的下沿，外筒下沿距塔盘的距离B为5～100mm，优选为20～50mm。外筒的总高度H为整流通道高度的2.5～10倍，优选为3～5倍。外筒的形状还可以为锥筒、倒锥筒或变径圆筒等中的一种或几种组合。
所述的除雾器中，外筒的内表面设置凹槽或凸起。凸起或凹槽与外筒的轴线平行，或者可以与轴线成一定夹角。所述的凹槽或凸起的截面还可以为矩形、三角形或圆形等适宜形状。
所述的除雾器中，外筒的内表面优选设置如图5所示的截面形状的凹槽，该凹槽的截面由一条圆弧和一条直线段构成；其中圆弧与外筒内表面圆周的交点分别做圆弧和圆周的切线，切线之间的夹角为α，α为5°～70°，优选为10°～40°；圆弧与直线段交点处所做的圆弧的切线与直线段的夹角为β，β为30°～110°，优选为45°～90°。凹槽的深度Z，即圆弧与直线段交点至外筒内表面圆周上的最短距离为外筒壁厚的0.1～0.7倍，优选为0.3～0.5倍；圆弧与外筒内表面圆周的交点和直线段与外筒内表面圆周的交点间的弧长为外筒内表面圆周的1/80～1/6。
所述的除雾器中，外筒的下端开口还可以设置成锯齿形或波浪形结构，从而更加有利于分离出的液体从外筒的内壁成连续流滴落。
所述的除雾器各组件的连接处保证密封，不产生漏气现象。
本发明同时提供一种湿法脱硫反应装置，该装置采用了上述的消白烟烟囱。
本发明的消白烟烟囱在湿法脱硫工艺、VOCs废气处理以及磷酸生产及浓缩工艺中的应用，可以对以上产生“白烟”的烟囱进行改造，也可以随新的装置进行建造。
本发明的烟囱，工作时，烟气自烟气进口进入烟囱并向上流动，进入除雾器时，烟气自塔盘下部空间进入升气管，气相夹带液相上升，遇到封盖板后气相流动方向发生改变，即由上升方向改为水平或近似水平方向，而部分小液滴由于惯性作用与封盖板发生碰撞，并附着在封盖板上，附着的液滴逐渐变大，当液滴大到其自身产生的重力超过烟气的上升力与液体表面张力的合力时，液滴就从封盖板表面上被分离下来，完成了第一次气液分离；夹带液滴的烟气沿水平或近似水平方向进入整流通道，由于整流通道有一定的长度，且整流通道总截面积小于升气管横截面积，原本速度方向比较分散的夹带液滴的烟气，在进入整流通道后，速度方向改为沿着整流通道的方向，速度方向比较规则和集中，且由于流通面积减小，使夹带液滴的烟气进入整流通道后速度增加。夹带液滴的烟气的速度方向改变时，部分液滴与整流通道内壁发生碰撞，并附着在整流通道内壁上，进而被不断流经整流通道的烟气吹出整流通道并下落，完成第二次气液分离。同时，在整流通道内，由于夹带液滴的烟气速度方向改变，部分小液滴在惯性力作用下发生相互碰撞，小液滴聚集成为大液滴，且夹带液滴的烟气流经整流通道时速度增加，加剧了液滴的运动，提高了小液滴相互碰撞的几率，使小液滴更容易聚集成为大液滴，并随烟气一起以较大的速度流出整流通道。从整流通道流出的夹带液滴的烟气具有较大的速度，速度方向比较集中，且夹带的液滴比较大，继续与外筒内壁发生碰撞，再次改变烟气的流动方向，即夹带液滴的烟气由沿着整流通道方向改为沿着外筒内壁的圆周方向流动。由于夹带液滴的烟气速度较大，且沿着开设有凹槽的外筒内壁旋转向上流动，因此会产生比较明显的刮面效应。所述的刮面效应，是指夹带液滴的高速烟气沿外筒内壁旋转向上流动时，液滴在惯性力的作用下不断被甩向外沿，液滴进入凹槽并沿凹槽内的圆弧段运动，由于夹角α为5°～70°，能够使液滴继续沿着凹槽的圆弧面做平滑地运动，液滴间接触聚集变大，直至遇到直线段受到阻碍，聚集变大的液滴与直线段壁面强烈撞击，并附着在外筒内壁凹槽的直线段上，液滴继续聚集并变大，进而沿外筒内壁顺流而下；而烟气则继续保持高速沿外筒内壁旋转向上流动，第三次实现了气液分离。通过上述整流、加速及刮面效应，使流体在流动过程中实现液滴与烟气的分离。经除雾器除雾、加速后的烟气从烟囱出口以较大的速度进入外套筒，由于外套筒上部气体流速较大，而外套筒下部空气流速小，因此外套筒上下会产生一定的压力差，在这个压力差的驱动下，大量的空气沿外套筒与烟囱之间的通道从外套筒下端进入外套筒，并与烟气充分混合后一起从烟气出口排出，大大降低了烟气中饱和水的比例，显著地消除了白烟，减小了对周边环境的污染，有效地解决了烟囱的“白烟”问题。
与现有技术相比，本发明的烟囱具有以下优点：
1、在原有烟囱的基础上进行改进，在烟囱内增加除雾器，除雾器内的除雾组件通过整流、加速及刮面效应，使流体在流动过程中实现液滴与烟气的分离，将烟气夹带的大量液态雾滴进行捕集，除去了烟气中的过饱和水，避免了水资源的严重浪费，减小了对周边环境的污染。
2、在烟囱顶部设置外套筒，经过除雾、加速后的烟气使外套筒上下的产生压力差，大量空气进入外套筒与烟气充分混合后一起从烟气出口排出，起到了稀释烟气的作用，大大降低了烟气中饱和水的比例，显著地消除了白烟。
附图说明
图1为本发明的消白烟烟囱的结构示意图。
图2为本发明的单个除雾组件的示意图。
图3为本发明的单个除雾组件中一种整流通道及带凹槽外筒的截面示意图。
图4为本发明的单个除雾组件中另一种整流通道及带凹槽外筒的截面示意图。
图5为截面为圆弧和直线段构成的凹槽示意图。
图中各标记为：1-烟气进口；2-烟囱；3-外套筒；4-除雾器；5-烟气出口；
其中除雾器中：41-塔盘；42-升气管；43-整流通道；44-外筒；45-封盖板；46-凹槽或凸起。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的烟囱做进一步的详细说明。
本发明的消白烟烟囱，底部设有烟气进口1，顶部为烟气出口，在烟囱2顶部设置外套筒3和除雾器4。
所述的外套筒3设置于烟囱2外侧，与烟囱2同轴布置，所述的外套筒3为上下开口的筒状结构，可以为圆筒状或锥筒状，外套筒3上沿高出烟囱2上沿一定距离Q，一般为50～2000m，优选为300～1000mm，外套筒3下沿低于烟囱2上沿，优选低于烟囱2上沿600mm～3000mm；外套筒3与烟囱2之间为环形空间，优选底部开口直径为烟囱2顶部开口直径的1.005～1.2倍。
所述的除雾器4设置于烟囱2内部，除雾器4顶部与烟囱2上沿平齐。
外套筒3的总高度为除雾器4高度的3～20倍，优选为5～10倍；外套筒3通过支撑筋与烟囱2固定连接，外套筒3的材质优选与烟囱2材质相同。
所述的烟气从烟囱2顶部进入外套筒3，从外套筒3顶部排出，烟气的气速较高，在流经外套筒3时会在烟囱2与外套筒3之间产生负压，空气在负压的吸力作用下流经烟囱2与外套筒3之间的环形空间进入外套筒3上部，空气在外套筒3内与烟气混合后一起从外套筒3顶部排放，烟气在离开外套筒3顶部排放之前就已与空气充分混合，大幅降低了“白烟”生成量。
本发明中所述的烟囱2上沿为烟囱2顶部开口的边缘，所述的外套筒3上沿为外套筒3顶部开口的边缘，外套筒3下沿为外套筒3底部开口的边缘。
所述的除雾器4包括若干个并列的除雾组件，每个除雾组件均包括升气管42和外筒44，外筒44设置在升气管42的外侧，优选与升气管42在同一轴线上；升气管42固定在塔盘41上，升气管42的顶部设置封盖板45；升气管42的圆周上均匀设置若干整流通道43，整流通道43沿升气管42外壁的切线方向水平嵌入，整流通道43靠近外筒44一侧的侧壁I与升气管42管壁相切，另一侧壁II与升气管42管壁相交，各整流通道43旋转方向相同；整流通道43顶部与封盖板45齐平，底部与升气管42管壁相交。
所述的除雾器4中的塔盘41与烟囱内壁固定连接，塔盘41上开有若干圆孔，升气管42外壁与塔盘41在圆孔处配合并固定连接。
所述的除雾器4中，整流通道43一般设置1～12个，优选4-8个。整流通道43的壁厚优选与升气管42的壁厚相同。
所述的除雾器4中，整流通道43的长度l为侧壁II的长度，宽度w为整流通道43两侧壁间的最大水平距离，高度h为整流通道43顶部和底部间的最大垂直距离；其中长度l为宽度w的2～5倍，优选为3～4倍；整流通道43的截面形状为矩形、椭圆形、圆形、梯形或半圆形等中的一种或几种组合，优选为矩形、椭圆形或圆形中的一种或几种组合。整流通道43的尺寸根据实际的工况或设计需求，由本领域技术人员予以确定，如所述整流通道43的高度h一般为20～600mm，优选为100～300mm；整流通道43的宽度w一般为10～200mm，优选为20～100mm。整流通道43的总截面积为升气管42横截面积的0.2～0.9倍，优选为升气管42横截面积的0.3～0.6倍。
所述的除雾器4中，所述的整流通道43的侧壁II末端可以与升气管42内壁齐平或伸入到升气管42内部一定距离m，m为长度l的0.1～0.9倍，优选为0.3～0.6倍。当整流通道43的侧壁II末端与升气管42内壁齐平时，整流通道43底部末端也与升气管42内壁齐平；当整流通道43的侧壁II伸入到升气管42内部一定距离m时，整流通道43底部末端与侧壁末端齐平。
所述的除雾器4中，整流通道43底部距离塔盘41有一定距离A，距离A为20～200mm，优选为40～80mm。
所述的除雾器4中，升气管42下端与塔盘41平齐或低于塔盘41一段距离，二者密闭连接；升气管42的直径及塔盘41的开孔率可以根据实际的工况或设计需求，由本领域技术人员予以确定。
所述的除雾器4中，整流通道43、封盖板45与升气管42可以焊接在一起或整体成型。
所述的除雾器4中，外筒44优选为圆筒，外筒44直径D为升气管42直径d的1.5-6倍，优选为2-3倍。外筒44的上沿高出升气管42的上沿一定距离P，距离P为整流通道43高度h的1～8倍，优选为2～5倍。外筒44的下沿距离塔盘41有一定距离B，且低于整流通道43的下沿，外筒44下沿距塔盘41的距离B为5～100mm，优选为20～50mm。外筒44的总高度H为整流通道43高度的2.5～10倍，优选为3～5倍。外筒44的形状还可以为锥筒、倒锥筒或变径圆筒等中的一种或几种组合。
所述的除雾器4中，外筒44的内表面设置凹槽或凸起46。凸起或凹槽46与外筒44的轴线平行，或者可以与轴线成一定夹角。所述的凹槽或凸起46的截面还可以为矩形、三角形或圆形等适宜形状。
所述的除雾器4中，外筒44的内表面优选设置如图5所示的截面形状的凹槽46，该凹槽46的截面由一条圆弧和一条直线段构成；其中圆弧与外筒44内表面圆周的交点分别做圆弧和圆周的切线，切线之间的夹角为α，α为5°～70°，优选为10°～40°；圆弧与直线段交点处所做的圆弧的切线与直线段的夹角为β，β为30°～110°，优选为45°～90°。凹槽46的深度Z，即圆弧与直线段交点至外筒44内表面圆周上的最短距离为外筒44壁厚的0.1～0.7倍，优选为0.3～0.5倍；圆弧与外筒44内表面圆周的交点和直线段与外筒44内表面圆周的交点间的弧长为外筒44内表面圆周的1/80～1/6。
本发明的消白烟烟囱工作时，烟气自烟气进口1进入烟囱2并向上流动，进入除雾器4，在除雾器4内通过整流、加速及刮面效应，使流体在流动过程中实现液滴与烟气的分离，除去了烟气中的过饱和水。经除雾器4除雾、加速后的烟气从烟囱2出口以较大的速度进入外套筒3，由于外套筒3上部气体流速较大，而外套筒3下部空气流速小，因此外套筒3上下会产生一定的压力差，在这个压力差的驱动下，大量的空气沿外套筒3与烟囱2之间的通道从外套筒3下端进入外套筒3，并与烟气充分混合后一起从烟气出口5排出，大大降低了烟气中饱和水的比例，显著地消除了白烟，减小了对周边环境的污染，有效地解决了烟囱的“白烟”问题。
实施例1
现有一应用于湿法脱硫工艺的烟囱，烟囱直径为3000mm，使用时发现烟囱口出现大量白烟，严重影响环境美观。在原有烟囱基础上进行改造，在烟囱顶部增设除雾器及外套筒，外套筒直径为3050mm，除雾器采用200个除雾组件，改造后的消白烟烟囱投入使用后，发现消白烟烟囱出口的白烟明显消除，改善了周围环境。