燃煤电厂节能除尘增效协同智能化调控除白系统及方法与流程

本发明属于燃煤烟气污染物控制技术领域,具体地说是涉及一种燃煤电厂节能除尘增效协同智能化调控除白系统及方法。

背景技术：

随着三部委《关于印发<煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)>的通知》(发改能源〔2014〕2093号)的出台，严格能效准入门槛，同时要求燃煤大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机排放限值(即在基准氧含量6％条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米)。实现烟尘、二氧化硫达到超低排放要求的主要技术路线有湿法脱硫除尘一体化技术或湿法脱硫除尘一体化+湿电除尘技术，目前国内93％的火力发电厂系统采用此类工艺。燃煤电厂的烟气经上述工艺处理后，烟气温度降至48～52℃，经高烟囱排放。此时烟气通常是过饱和湿烟气，含有大量水蒸气和部分凝结水。如果烟气从烟囱口排入温度比较低的环境空气中，单位质量干空气携带的水蒸汽量(饱和比湿)降低，烟气中的部分水蒸气就会析出并凝结成微小的雾状液滴。当烟气扩散速度低于冷凝速度时，烟气中的饱和状态水遇冷变成过饱和态而凝结，造成烟气的抬升高度降低，导致烟气不能迅速消散，特别是当地区温度、气压较低或在阴霾天气的时间段，形成大量白色烟羽容易引起公众的误解，产生“视觉污染”，给周边居民生产生活带来不良影响，同时湿烟气带走大量的水，造成水资源浪费。而且白烟处于低温高湿的状态，还会导致烟气抬升高度降低、扩散范围缩小，使得周边近地点的污染物浓度增加，产生“近地污染”。

为减轻白色烟羽造成的“视觉污染”和“近地污染”，国内外部分电厂采用烟气加热装置，使烟气温度到一定值后再由烟囱排放至大气中，如德国规定烟囱排放湿烟气温度不低于72℃(2002年采用欧盟标准后，不再限制烟气的排放温度必须大于该温度)，日本规定为90～110℃，英国规定不低于80℃。我国部分电厂采用ggh，使排烟温度升高到80℃左右再排放。

为使烟气充分扩散，防止冷烟气下沉，同时避免低温造成烟道的腐蚀，通过ggh将烟气温度加热到80℃左右，在减缓下游设备的腐蚀的同时提高烟囱排烟的扩散能力。但ggh容易结垢、堵塞，并腐蚀，一旦ggh发生结垢并长期堆积，将导致换热元件与烟气间的热阻升高，造成换热效率降低，对下游设备的腐蚀性增强；同时导致吸收塔耗水量增加、增压风机出力运行，加大电耗，增加了厂用电，甚至导致脱硫系统停运。

国内有电厂利用蒸汽直接加热法或冷凝法以实现无白烟排放。对于蒸汽直接加热法能量消耗较大，造成水的流失，同时对烟尘和sox无对应的深度脱除作用。饱和湿烟气冷凝法通过外部冷凝源控制过程相变度，配合高效除雾器，可以有效促进细微颗粒物的凝聚及脱除冷凝法可以减少排放，降低水耗，能耗较少，但是对应的除白雾效果受外部环境温度影响较大，当环境温度较低时，除白雾效果不佳，若要深度解决白雾，还需对饱和湿烟气进一步加热。

中国专利cn102980171a公开了一种燃煤锅炉烟气余热深度回收利用与烟气冷凝脱硫除尘用省煤器，提供了一种利用烟气中水蒸气气化潜热的省煤器，该专利所涉及的技术利用烟气中部分水蒸气的汽化潜热，但是烟气中的水未被清洁的分离加以利用，并且除白烟效果不佳。

中国专利cn104930539a公开了一种燃煤电厂烟气回热系统及节能节水超净排放方法，通过增加低温省煤器、真空闪蒸闪凝装置和低温热泵换热装置实现烟气的节水降耗洁净排放的目的，但是如果排烟温度在30～40℃之间，对于环境温度低的地区难以实现烟气的无白烟排放，且系统相对复杂、故障率高、占地面积大、运行维护成本费用高。

技术实现要素：

为弥补现有技术不足，改进燃煤电厂污染物脱除系统，本发明提供了一种燃煤电厂节能除尘增效协同智能化调控除白系统及方法，其是一种高可靠低成本、相变凝聚强化细颗粒物、sox及雾滴高效脱除协同燃煤电厂烟气智能化除白雾系统及方法。

一种燃煤电厂节能除尘增效协同智能化调控除白系统，所述除白系统包括脱硫塔、烟气相变凝聚器、湿式静电多脱器、烟气升温除白装置和智能化调温系统，所述脱硫塔通过脱硫塔出口烟道与烟气相变凝聚器相连通，所述烟气相变凝聚器通过烟气相变凝聚器出口烟道与湿式静电多脱器相连通，所述湿式静电多脱器与烟气升温除白装置相连通，所述烟气升温除白装置与烟囱相连通，所述智能化调温系统分别与外界大气监测系统和烟气升温除白装置相连。

作为优选，所述烟气相变凝聚器包括壳体以及设置在壳体内的冷凝换热管，所述冷凝换热管分别与冷却水入口管、冷却水出口管相连通，所述壳体底部通过冷凝液收集管与排水箱相连通，所述排水箱通过挡板与循环水箱相连，所述排水箱通过排水泵与脱硫塔相连通，所述循环水箱通过循环水泵与自清洗过滤器相连通，所述自清洗过滤器分别与湿电多脱器喷淋水管、除雾器冲洗水管相连通。

作为优选，所述冷凝换热管相互串联，方向与烟气流向垂直，并呈交错布置，所述冷凝换热管与壳体之间通过密封圈、金属件相连，所述冷却水入口管与冷凝换热管末排管相连通并插入冷凝换热管的底部，所述冷却水出口管与第一排冷凝换热管相连通。

作为优选，所述冷凝换热管采用翅片蛇形管形式的冷凝换热翅片管，所述冷凝换热管材质采用氟塑料，与烟气接触的壳体部分材质选用saf2205，壳体外部材质选用20#钢。

作为优选，所述湿式静电多脱器通过湿式静电多脱器排水管与排水箱相连通，湿式静电多脱器中的阳极管表面镀上环氧树脂或聚四氟乙烯。阳极管表面进行改性处理，实现亲水不沾污的功能。

作为优选，所述烟气升温除白装置包括低品位蒸汽入口总管、低品位蒸汽入口支管、烟气升温除白装置换热管、烟气升温除白装置外框架、烟气升温除白装置内筋板、低品位蒸汽出口支管、低品位蒸汽出口总管，所述烟气升温除白装置换热管设置在烟气升温除白装置外框架内，烟气升温除白装置换热管分别与低品位蒸汽入口支管、低品位蒸汽出口支管相连通，所述低品位蒸汽入口支管与低品位蒸汽入口总管相连通，低品位蒸汽出口支管与低品位蒸汽出口总管相连通；所述低品位蒸汽入口总管与厂区低品位蒸汽锅炉相连通，所述智能化调温系统与低品位蒸汽入口总管相连通。

作为优选，所述烟气升温除白装置换热介质为锅炉低品位蒸汽；烟气升温除白装置中低品位蒸汽管材质选用saf2205，换热管水平布置，方向与烟气流向垂直，所述低品位蒸汽出口支管两侧以管板固定。

一种燃煤电厂节能除尘增效协同智能化调控除白方法，采用上述除白系统，包括下述步骤：

(1)经脱硫塔处理后的饱和湿烟气，经脱硫塔出口烟道进入烟气相变凝聚器；

(2)饱和湿烟气经过烟气相变凝聚器，利用电厂工业用水作为冷源，将烟气温度降低1～3℃，饱和湿烟气由于温度降低，在冷凝换热管表面形成的冷凝液膜吸收、吸附烟气中部分sox和细颗粒物，冷凝液经冷凝液收集管进入排水箱；同时细颗粒物和液滴在冷凝换热管附近凝结长大，冷凝长大后的细颗粒物和液滴随湿烟气进入后续的湿式静电多脱器；

(3)湿式静电多脱器将长大后的细颗粒物、液滴、烟气中的sox及其他可凝结颗粒物进行深度脱除，同时湿烟气在湿式静电多脱器中进一步降温冷凝，在阳极管表面形成的冷凝液膜将吸附在阳极管表面的颗粒物洗涤，洗涤液由湿式静电多脱器下方的湿式静电多脱器排水管进入排水箱；

(4)湿式静电多脱器处理后的湿烟气，输送至烟气升温除白装置，烟气升温除白装置所用热源为锅炉低品位蒸汽，湿烟气经蒸汽加热后，温度升高至85～90℃，经烟气升温除白装置后方的烟道输送至烟囱，经烟囱排放至外界环境中，实现湿烟气的深度清洁无白雾排放；其中，利用智能化调温系统根据外界环境参数调控低品位蒸汽入口总管进口蒸汽量；用于加热湿烟气的蒸汽温度降低后，进入厂区蒸汽凝结水系统处理。

作为优选，所述经冷凝液收集管和湿式静电多脱器排水管收集的水进入排水箱，水中所含的颗粒物经自身重力沉降作用沉积在排水箱底部，排水泵与排水箱相连，定期利用排水泵将排水箱的底部浆液排放至脱硫塔底部浆液池；上清液利用排水箱和循环水箱之间的挡板自流至循环水箱，循环水泵与循环水箱相连，自清洗过滤器与循环水泵出口管道相连，经自清洗过滤器处理后的水，输送至湿式静电多脱器的喷淋水管或者脱硫塔除雾器冲洗水管，实现水资源重复利用。

作为优选，所述外界大气监测系统设置在烟囱上方，监测外界环境参数。外界环境参数包括湿度、温度、风速，结合脱硫塔出口烟气参数(温度、湿度)，利用智能化调温处理程序和运行数据库，实时调整再热烟气排放的最佳扩散温度和速度情况下冷凝水耗量、低品位蒸汽耗量，实现低能耗、低成本、高效运行。

本发明有益效果为：

(1)烟气相变凝聚器，利用电厂工业用水作为冷源，利用冷凝液收集管收集冷凝液态水，收集的冷凝液态水量足够脱硫塔除雾器冲洗或湿式静电多脱器喷淋用水量，实现水资源重复利用；

(2)同时冷凝换热管表面产的冷凝液膜吸收、吸附烟气中sox和细颗粒物，实现烟气的深度净化；

(3)湿烟气经相变凝聚器后，温度降低，烟气流量减小，促进细颗粒物冷凝长大和颗粒物荷电，综合提高湿式静电多脱器颗粒物脱除效率20％以上，气态sox协同脱除效率提高10％以上；

(4)经冷凝、除湿后的湿烟气经蒸汽换热器进行再热，在保证能耗最低的情况下，根据外界环境参数(湿度、温度、风速)利用智能化调温系统，将烟气温度提高至最易于扩散的温度，实现烟气的“无白”排放；再热后的烟气为欠饱和湿烟气，可以减缓后续烟道和烟囱的腐蚀；

(5)烟气升温除白装置的热源采用锅炉低品位蒸汽，降温冷凝后的烟气为低饱和湿烟气，再热耗能相比直接加热饱和湿烟气能耗和蒸汽耗量小，能耗降低10％以上，节能效果佳；

(6)相变凝聚器含有凝结水分离措施，避免凝结水的“二次夹带”，同时减少了排烟造成的水分流失，对于缺水地区节水效果较佳；

(7)本发明稳定性高，相比其他除白系统，投资和运行费用低，系统简单；利用智能化调温系统根据外界环境参数(湿度、温度、风速)调节排烟温度，实现烟气抬升高度和扩散较佳，无明显可视白雾排放的同时能耗最低；系统内水可实现重复利用，减少水资源的浪费。

附图说明

图1是本发明除白系统的结构示意图；

图2是本发明烟气升温除白装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。

实施例1

参照图1，图2，一种燃煤电厂节能除尘增效协同智能化调控除白系统，所述除白系统包括脱硫塔1、烟气相变凝聚器4、湿式静电多脱器7、烟气升温除白装置8和智能化调温系统31，所述脱硫塔1通过脱硫塔出口烟道2与烟气相变凝聚器4相连通，所述烟气相变凝聚器4通过烟气相变凝聚器出口烟道6与湿式静电多脱器7相连通，所述湿式静电多脱器7与烟气升温除白装置8相连通，所述烟气升温除白装置8与烟囱21相连通，所述智能化调温系统31分别与外界大气监测系统20和烟气升温除白装置8相连。所述外界大气监测系统20设置在烟囱21上方，监测外界环境参数，根据外界环境参数(湿度、温度、风速)，结合脱硫塔出口烟气参数(温度、湿度)，利用智能化调温处理程序和运行数据库，实时调整再热烟气排放的最佳扩散温度和速度情况下冷凝水耗量、低品位蒸汽耗量，实现低能耗、低成本、高效运行，实现烟气的“无白”排放。

所述烟气相变凝聚器包括壳体30以及设置在壳体内的冷凝换热管28，所述冷凝换热管28分别与冷却水入口管5、冷却水出口管3相连通，所述壳体底部通过冷凝液收集管16与排水箱9相连通，所述排水箱9通过挡板与循环水箱10相连，所述排水箱9通过排水泵14与脱硫塔1相连通，所述循环水箱10通过循环水泵11与自清洗过滤器12相连通，所述自清洗过滤器12分别与湿电多脱器喷淋水管13、除雾器冲洗水管17相连通。所述湿式静电多脱器7通过湿式静电多脱器排水管15与排水箱9相连通。

所述冷凝换热管28相互串联，方向与烟气流向垂直，并呈交错布置，所述冷凝换热管与壳体之间通过密封圈、金属件相连，所述冷凝换热管采用翅片蛇形管形式，冷凝换热管一端为封闭结构，另一端为法兰结构。所述冷却水入口管5与冷凝换热管末排管相连通并插入冷凝换热管的底部，将冷凝水分配至末排各换热管；所述冷却水出口管3与第一排冷凝换热管相连通，用于汇集换热管流出的换热水，换热水可用作石灰石制浆系统用水，以提高石灰石溶解度，增加脱硫系统吸收传质速率。

所述烟气升温除白装置包括低品位蒸汽入口总管25、低品位蒸汽入口支管22、烟气升温除白装置换热管29、烟气升温除白装置外框架23、烟气升温除白装置内筋板24、低品位蒸汽出口支管26、低品位蒸汽出口总管27，所述烟气升温除白装置换热管29设置在烟气升温除白装置外框架23内，烟气升温除白装置换热管29分别与低品位蒸汽入口支管22、低品位蒸汽出口支管26相连通，所述低品位蒸汽入口支管22与低品位蒸汽入口总管25相连通，低品位蒸汽出口支管26与低品位蒸汽出口总管27相连通；所述低品位蒸汽入口总管25与厂区低品位蒸汽锅炉18相连通，所述智能化调温系统31与低品位蒸汽入口总管25相连通。所述烟气升温除白装置换热管水平布置，方向与烟气流向垂直，所述低品位蒸汽出口支管两侧以管板固定。

本发明所述冷凝换热管材质采用氟塑料，与烟气接触的壳体部分材质选用saf2205，壳体外部材质选用20#钢；湿式静电多脱器中的阳极管表面镀上环氧树脂或聚四氟乙烯，阳极管表面进行改性处理，实现亲水不沾污的功能；烟气升温除白装置中低品位蒸汽管材质选用saf2205。

本发明脱硫塔出口的饱和湿烟气，经过烟气相变凝聚器，饱和湿烟气中凝结的液态水和携带的自由水得到分离收集，同时洗涤烟气中的气态sox和颗粒物(细颗粒物、so3等可凝结颗粒物和含可溶盐雾滴)，利用排水箱收集过滤后的液态水，液态水经自清洗过滤器过滤，除去液态水中携带的细颗粒，液态水可用作脱硫塔除雾器或湿式静电多脱器的冲洗用水，实现水资源的重复利用；高湿烟气经过相变凝聚器后发生相变凝聚，促进细颗粒物、可凝结颗粒物的长大；经相变凝聚处理后的高湿烟气经过湿电多脱器强化细颗粒物、so3等可凝结颗粒物和含可溶盐雾滴等多种污染物的高效协同脱除；利用锅炉低品位蒸汽对冷凝降温和深度脱硫除尘除湿后的湿烟气进行加热升温；利用智能化调温系统根据外界环境参数(湿度、温度、风速)调节烟气升温装置供给蒸汽量进而智能化调控排烟温度，实现烟气高可靠低成本能耗“无白雾”排放。

实施例2

参照图1，图2，一种燃煤电厂节能除尘增效协同智能化调控除白方法，采用实施例1所述除白系统，包括下述步骤：

(1)经脱硫塔1处理后的饱和湿烟气，经脱硫塔出口烟道2进入烟气相变凝聚器4；

(2)饱和湿烟气经过烟气相变凝聚器4，利用电厂工业用水作为冷源，将烟气温度降低1～3℃，饱和湿烟气由于温度降低，在冷凝换热管28表面形成的冷凝液膜吸收、吸附烟气中部分sox和细颗粒物，冷凝液经冷凝液收集管16进入排水箱9；同时细颗粒物和液滴在冷凝换热管28附近凝结长大，冷凝长大后的细颗粒物和液滴随湿烟气进入后续的湿式静电多脱器7；

(3)湿式静电多脱器7将长大后的细颗粒物、液滴、烟气中的sox及其他可凝结颗粒物进行深度脱除，同时湿烟气在湿式静电多脱器7中进一步降温冷凝，在阳极管表面形成的冷凝液膜将吸附在阳极管表面的颗粒物洗涤，洗涤液由湿式静电多脱器下方的湿式静电多脱器排水管15进入排水箱9；

(4)湿式静电多脱器7处理后的湿烟气，输送至烟气升温除白装置8，烟气升温除白装置8所用热源为锅炉低品位蒸汽，湿烟气经蒸汽加热后，温度升高至85～90℃，经烟气升温除白装置后方的烟道输送至烟囱21，经烟囱21排放至外界环境中，实现湿烟气的深度清洁无白雾排放；其中，利用智能化调温系统31根据外界环境参数调控低品位蒸汽入口总管25进口蒸汽量；用于加热湿烟气的蒸汽温度降低后，进入厂区蒸汽凝结水系统19处理。

所述经冷凝液收集管16和湿式静电多脱器排水管15收集的水进入排水箱9，水中所含的颗粒物经自身重力沉降作用沉积在排水箱9底部，排水泵14与排水箱9相连，定期利用排水泵14将排水箱9的底部浆液排放至脱硫塔1底部浆液池，实现水的重复利用；上清液利用排水箱9和循环水箱10之间的挡板自流至循环水箱10，循环水泵11与循环水箱10相连，自清洗过滤器12与循环水泵11出口管道相连，经自清洗过滤器12处理后的水，输送至湿式静电多脱器的喷淋水管13或者脱硫塔除雾器冲洗水管17，实现水的循环利用。

本发明湿烟气经相变凝聚器装置后，温度降低，烟气流量减小，促进细颗粒物冷凝长大和颗粒物荷电，综合提高湿电多脱器颗粒物脱除效率20％以上，气态sox协同脱除效率提高10％以上。利用锅炉低品位蒸汽作为烟气升温除白系统热源，将经过湿式静电多脱系统处理后的烟气进行再热“除白”后排放，一方面有利于降低能耗，另一方面，再热后的烟气为欠饱和湿烟气，可以减缓后续烟道和烟囱的腐蚀。

实施例3

参照图1，图2，对于容量220t/h的锅炉，脱硫塔1出口理论烟气量300000nm³/h，饱和湿烟气的温度53℃，所述经脱硫塔1处理后的饱和湿烟气，经脱硫塔出口烟道2进入烟气相变凝聚器4；饱和湿烟气经过烟气相变凝聚器4，利用电厂工业用水作为冷源，将烟气温度降低2℃，饱和湿烟气由于温度降低，在冷凝换热管28表面形成的冷凝液膜吸收、吸附烟气中部分sox和细颗粒物，冷凝液经冷凝液收集管16进入排水箱9；同时细颗粒物和液滴在冷凝换热管28附近凝结长大，湿式静电多脱器7，将长大后的细颗粒物和液滴以及烟气中的sox及其他可凝结颗粒物进行深度脱除，大幅提高除尘器除尘效率，同时湿烟气在湿式静电多脱器7中进一步降温冷凝，在阳极管表面形成的冷凝液膜将吸附在阳极管表面的颗粒物洗涤，洗涤液由湿式静电多脱器7下方的湿式静电多脱器排水管15进入排水箱9；冷凝液收集管16和湿式静电多脱器排水管15收集的水进入排水箱9，水中所含的颗粒物经自身重力沉降作用沉积在排水箱9底部，排水泵14与排水箱9相连，定期利用排水泵14将排水箱9的底部浆液排放至脱硫塔1底部浆液池，以实现水的重复利用；上清液利用排水箱9和循环水箱10之间的挡板自流至循环水箱10，循环水泵11与循环水箱10相连，自清洗过滤器12与循环水泵11出口管道相连，经自清洗过滤器12处理后的水，输送至湿式静电多脱器7的喷淋水管13或者脱硫塔除雾器冲洗水管17，实现水的循环利用。

经湿式静电多脱器7处理后的湿烟气，输送至烟气升温除白装置8，烟气升温除白装置8所用热源为锅炉低品位蒸汽，湿烟气经蒸汽加热后，温度升高至90℃，用于加热湿烟气的蒸汽温度降低后，进入厂区蒸汽凝结水系统19处理，经烟气升温除白装置8后方的烟道输送至烟囱21，经烟囱21排放至外界环境中，实现湿烟气的深度清洁无白排放。按70％理论冷凝液收集量，冷凝液收集管16可输送3t/h冷凝液进入排水箱9，脱硫塔除雾器冲洗水系统，每天冲洗2次，每次冲洗10min，每次耗水量约7t，平均除雾器冲洗水耗量约0.6/h，湿式静电多脱器中的喷淋系统采用间歇式喷淋，每隔4h冲洗一次，每次冲洗1min，耗水量约0.1t/h；收集的冷凝液态水量足够脱硫塔除雾器冲洗或湿电多脱系统喷淋用水量，实现水资源重复利用；烟气升温除白装置8的热源采用锅炉低品位蒸汽，降温冷凝后的烟气为低饱和湿烟气，再热耗能相比直接加热饱和湿烟气能耗和蒸汽耗量小，节约能耗，相比其他热源方式，能耗降低10％以上。利用智能化调温系统31根据外界环境参数调控低品位蒸汽入口总管25进口蒸汽量，实现烟气抬升高度和扩散较佳，无明显可视白雾排放的同时能耗最低。

实施例4

参照图1，图2，对于容量130t/h的锅炉，脱硫塔1出口理论烟气量210000nm³/h，饱和湿烟气的温度51℃，除尘增效协同智能化调控除白系统与实例3所述系统组成类似；利用电厂工业用水作为冷源，将烟气温度降低1℃，按70％理论冷凝液收集量，冷凝液收集管可输送1.4t/h冷凝液进入排水箱；本实例所述脱硫塔除雾器冲洗水耗量约0.5t/h，湿式静电多脱器中的喷淋系统采用间歇式喷淋，耗水量约0.1t/h；则经测算收集的冷凝液态水量足够脱硫塔除雾器冲洗或湿电多脱系统喷淋用水量，实现水资源重复利用。利用智能调温系统监测烟囱上方外界环境温度为20℃，风速3m/s，湿度为76％，结合烟气参数，利用智能化调温系统处理系统，此时最佳扩散温度为82.5℃，利用智能化调温系统，调整烟气再热系统蒸汽输入量，烟气无白排放时对应的蒸汽耗量最少，相比其他热源方式，能耗降低10％以上。

本发明稳定性高，相比其他除白系统，投资和运行费用低，系统简单；利用智能化调温系统根据外界环境参数(湿度、温度、风速)调节排烟温度，实现烟气抬升高度和扩散较佳，无明显可视白雾排放的同时能耗最低；系统内水可实现重复利用，减少水资源的浪费；实现湿烟气无白雾排放的同时促进进入湿电多脱器的细颗粒物的长大，降低粉尘比电阻，形成酸雾包裹的粉尘，提高颗粒物荷电量，综合提高颗粒物脱除效率20％以上，气态sox协同脱除效率提高10％以上。