一种烟气的湿法除尘脱硫脱硝系统及方法与流程

本发明属于烟气的净化处理技术领域，具体涉及一种烟气的湿法除尘脱硫脱硝系统及方法。

背景技术：

现有燃煤设备的烟气净化处理工艺 ，需要分别对烟气用除尘和脱硫脱硝两道独立工序进行处理，设备投资较大，环保处理工艺也较复杂，同时，在这些烟气处理设备及工艺方法中，由于在净化设备内部被处理的烟气温度仍然比较高，使得烟气的体积及处理量仍然较大，因此，烟气参与无害化处理过程的时间过于短暂，出现烟气处理的能耗投入巨大，成本居高不下，而烟气除尘和脱硫脱硝效果仍然不理想的现实局面，以致许多燃煤电厂即便已经实施了环保治理技术改造，却仍然不愿将这些处理设备系统投入运行，而选择接受环保罚款。

烟气的无害化处理工艺包括物理和化学过程，而无论是物理还是化学处理过程都需要时间来完成，过短的处理时间导致烟气在处理设备内部没有足够的时间进行溶解和吸附反应，以及酸碱中和反应，这是现有技术对燃煤大气污染实施治理困难的根本原因。

采用增加烟气在环保处理设备内部的流程长度来延长烟气的处理时间，以及通过增加烟气通道截面积，来降低烟气流速达到延长烟气处理时间的目的。这两种方法，虽然都可以达到延长烟气处理时间的目的，但都将导致处理设备体积变得巨大，因而都不是理想的解决方法。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种烟气的湿法除尘脱硫脱硝系统及方法，可有效解决烟气处理过程中造成的成本高，设备体积大以及处理效果不佳等问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种烟气的湿法除尘脱硫脱硝方法，是在烟气进入反应装置前对产生的烟气进行降温处理，在换热器的功能上增加在线除尘设计以及在换热器低温区域增加防腐的改进性设计；在结构上采用模块化改进设计以及可开启式的产品结构改进设计，进而对烟气余热进行回收，使烟气在进入反应装置时的温度降低至适合采用湿法除尘脱硫脱硝工艺要求的程度。

进一步地，上述方法还包括在换热器中的烟气气流通道中再连接一组换热器，对烟气的余热进行二级回收，从而对烟气进行二级降温。

进一步地，上述方法还包括在反应装置内部对烟气进行强制冷却，对烟气进行强制冷却的方式是通过热泵技术对湿法除尘脱硫脱硝工艺中所用碱液进行制冷处理，其碱液与烟气反应，间接降低了烟气的反应温度。

进一步地，烟气的湿法除尘脱硫脱硝方法，包括以下步骤：

（1）将燃料在燃烧设备中充分燃烧，产生的烟气通入第一换热器，将烟气与空气进行换热，对烟气进行一级降温，一级降温后的烟气进入第二换热器，换热后的空气进入燃烧装置；

（2）将反应装置中处理得到的洁净烟气通入第二换热器，对洁净烟气与一级降温后的烟气进行换热，对烟气进行二级降温，二级降温后的烟气进入反应装置；

（3）将参与反应的碱性液体通过喷淋泵将其送入喷淋装置，再通过喷淋装置以水雾的形式进入反应装置，与反应装置中的烟气接触，进行湿法除尘脱硫脱硝反应，用液体收集装置对反应后所得液体进行回收。

进一步地，步骤（3）中将碱性液体经过制冷装置进行强制制冷，使碱性液体温度低于室温，通过喷淋泵将其送入喷淋装置，再通过喷淋装置以水雾的形式进入反应装置，与反应装置中的烟气接触，使反应的烟气温度降低，在低温下进行湿法除尘脱硫脱硝反应。

一种烟气的湿法除尘脱硫脱硝系统，包括依次连接的燃烧设备、对烟气进行降温处理的换热器、反应装置和液体收集装置；所述换热器为具有防腐功能，并且换热器上安装有振动除尘装置。

进一步地，换热器为模块化波纹板式换热器，其外壳为半活动半固定式；

模块化波纹板式换热器，包括换热组件、两个端部导流模块和至少一个中间导流模块，换热组件由至少一个换热模块串联或并联而成；换热模块包括换热壳体和波形换热片；换热壳体为上下两个端面敞口的长方体结构；波形换热片层叠在一起，固定在换热模块壳体内；在相邻所述波形换热片间留有气体通道，气体通道的进输出口设置在敞口的一面上；

端部导流模块包括具有连续三面设置成敞口的导流箱，导流箱内固定设置有若干呈L形的通道隔板，相邻通道隔板的短臂呈垂直方式分布于导流箱的内部空间中，并将导流箱的内部空间分割成若干间隔排布且开口垂直的预热气体通道和废气通道；

中间导流模块包括具有连续三面设置成敞口的导流壳体，导流壳体内间隔设置有板状隔板和呈L形的气流隔板，且板状隔板和气流隔板相互接触将导流壳体内部空间分割成若干间隔排布的预热气体通道和废气通道；相邻两个换热组件之间至少设置有一个中间导流模块，每个端部导流模块安装于换热组件的自由端。

进一步地，燃烧设备和换热器之间还依次设有旋转除尘设备和排烟风机。

进一步地，换热器上的振动除尘装置为振动电机；换热器上的低温区由防腐材料制成或涂有防腐涂层；换热器外壳活动部分和固定部分通过紧固扣件连接。

本发明提供的烟气的湿法除尘脱硫脱硝系统及方法，具有以下有益效果：

（1）换热器上安装有除尘设备，除尘装置安装位置与烟气输入与输出方向有关，其通过振动和重力相结合的方式可对换热器自身进行除尘，使换热器效率能够提高；换热器的低温区由防腐材料制成或涂有防腐涂层，是因为在换热过程中温度低于露点温度，就会产生腐蚀性的液体滴到换热器上，因此换热器的防腐设计，可以缓解其露点腐蚀问题。

（2）在对烟气进行降温处理的换热器，只需具备在线除尘功能和防腐功能，以及结构上采用可开启式的模块化设计即可使用（可开启式意思是换热器在某地方可以打开，用于对其内部进行清洗或其他处理；模块化设计的意思是将整个换热器分为几个功能独立的模块，使各个功能模块便于安装和拆卸，从而使换热器的维护工作简单便捷），但现有的换热器不具备这样的功能和结构，因此在此过程中采用现有换热器时需对其进行功能和结构上的改进才可使用。

（3）换热器采用在线除尘（边换热边除尘）及低温（低于露点温度）防腐设计的产品功能性改进设计，用于缓解换热器自身的积尘和露点腐蚀问题，采用模块化以及可开启式的产品结构性改进设计，使换热器在运行阶段的维护工作简单便捷化，进而对烟气余热的绝大部分（余热能50%以上）进行回收，使烟气在进入反应装置后的温度降低到适合采用湿法除尘脱硫脱硝工艺要求的程度。

（4）本发明对燃料燃烧产生烟气进行逐步降温处理，使其满足湿法除尘脱硫脱硝工艺要求的程度，其逐步降温处理方式为：烟气与空气进行换热，此过程为烟气的一级降温，空气经换热器换热，温度升高，可将高温空气输送进入燃烧装置，作为助燃空气使用，从而将烟气的余热进行初步回收利用，经一级降温后的烟气再与反应装置中排出的洁净烟气（低温）进行换热处理，此过程为烟气的二级降温，可进一步将烟气的温度降低，可将其降低至约室温温度；根据烟气的量以及成本来分析，若烟气量非得大，则可以对二级降温后的烟气进行三级降温，即将碱性液体经过制冷装置进行强制制冷，使碱性液体温度低于室温，通过喷淋泵将其送入喷淋装置，再通过喷淋装置以水雾的形式进入反应装置，与反应装置中的烟气接触，使反应的烟气温度降低（三级降温），在低温下进行湿法除尘脱硫脱硝反应，经过层层降温，烟气在反应装置内部的温度足够低时，空气密度大幅上升，流速大幅减小，烟气在反应装置中停留的时间就会足够长，有充足的时间参与溶解和吸附反应，从而去除有害气体成分，排出洁净烟气。

附图说明

图1为烟气的湿法除尘脱硫脱硝工艺图。

图2为换热模块及振动除尘装置的结构示意图。

图3为其中一种换热器的结构示意图。

图4为换热模块一个视角的立体图。

图5为换热模块另一个视角的立体图。

图6为端部导流模块的结构示意图。

图7为中间导流模块的结构示意图。

其中，1、换热组件；11、换热模块；111、换热壳体；112、波形换热片；113、气体通道；2、端部导流模块；201、废气通道；202、预热气体通道；203、通道隔板；2031、短臂；204、导流箱；3、中间导流模块；301、导流壳体；302、板状隔板；303、气流隔板。

具体实施方式

以燃煤电厂设备节能环保工程为例，其烟气的湿法除尘脱硫脱硝方法及其所用系统，具体见以下描述：

燃料煤在燃烧设备即锅炉中经过充分燃烧后，锅炉产生的烟气离开锅炉后温度还非常高，流速也非常快，此时方便采用旋转除尘装置对烟气进行预处理，去除其中大部分粉尘颗粒（若烟气中粉尘颗粒不是特别多，此操作可省略），然后通过排烟风机将高温烟气送入换热器，在经过排烟风机的烟气，虽然温度比刚从锅炉中出来时的温度要低一些，但还是属于高温烟气，因此需将此高温烟气在换热器中进行换热降温处理。

在换热器中对烟气进行二次降温，此过程需要有2个换热器：高温烟气与空气在第一换热器中进行换热，此过程为烟气的一级降温，空气经第一换热器换热，温度升高，可将高温空气输送进入燃烧装置，作为助燃空气使用，从而将烟气的余热进行初步回收利用；为了降烟气的温度进一步降低，需要对烟气进行第二次降温处理，引入余热回收梯级利用的技术理念，克服助燃气体（空气）流量小于烟气流量对烟气余热回收效果的限制，克服换热器产品烟气废热回收效率的提升与产品节能效率之间的矛盾，进一步降低烟气的温度，可进一步提升烟气在后续处理中的效果，将一级降温后的烟气再与反应装置中排出的洁净烟气（低温）在第二换热器中进行换热处理，拓宽烟气的余热利用方式，此过程为烟气的二级降温，此过程可将一级降温后的烟气与经过净化处理后得到的温度更低的烟气进行换热，既改善了烟气在大气环境中排放的扩散条件，又能降低对烟气进行强制制冷的制冷设备的功耗。

根据烟气的量以及成本，选择性的进行烟气的第三次降温，（若烟气量少，第三次降温会增加成本，则可以不进行第三次降温，直接将二级降温后的烟气与碱性液体在反应装置中进行反应。）

经过三级降温，烟气在反应装置内部的温度已经足够低，此时空气密度大幅上升，流速大幅减小，烟气在反应装置中停留的时间就足够长，有充足的时间参与溶解和吸附反应，其氧化物溶解到碱性水雾中并沉降到反应装置底部，与水中的碱性成分继续发生中和反应，去除烟气中的有害成分，而烟气粉尘颗粒吸附水分沉降到反应装置底部并随水流带走。因此，经过上述处理后的烟气洁净度很高，可直接排放。

在上述处理过程中对换热器的要求是，只需具备在线除尘功能和防腐功能，以及结构上采用可开启式的模块化设计即可使用，但现有的换热器不具备这样的功能和结构，因此在此过程中现有换热器时需对其进行功能和结构上进行改进才可使用：

为了将高温烟气通过换热器时的温度降低至适宜采用湿法工艺处理的温度，需要对换热器的功能做如下改进以降低换热器的维护频率：

（1）增加在线除尘功能，缓解换热器的积尘问题，因此，通过增加振动电机装置并安装到换热模块与换热片垂直方向且不需要开启的一侧挡板上，使振动电机的振动能量能够均匀的传递到换热片上以保证除尘工作的有效性；换热器竖立安装，使从换热片上振动掉下来的粉尘在重力和烟气气流的共同作用下，沿着烟气气流通道进入下方的反应装置的腔体，随水流带走。

（2）增加防腐功能缓解换热器的腐蚀问题，即将换热器的低温区采用不锈钢等防腐材料制作或对换热器的低温区域内外表面喷涂防腐涂层。

为了将高温烟气通过换热器时的温度降低至适宜采用湿法工艺处理的温度，还需对换热器的结构做如下改进以降低换热器的维护成本：

（1）换热器采用模块化设计，将整个换热器分为几个功能独立的模块，使换热器的拆开和装配以及更换等设备维护工作更加简单便捷。

（2）换热器的外壳采用可开启式结构设计，使换热器的维护工作更进一步简化，只需打开外壳用高压水枪的喷射水流就能够完成绝大部分的日常维护工作。

综上所述，换热器为可开启式的模块化换热器，其上安装有振动除尘装置（如图2所示，除尘装置的安装位置是与换热模块与换热片垂直方向且不需要开启的一侧挡板上，其能够均匀的将振动能量传递到换热片上以保证除尘工作的有效性），且换热器具有防腐功能，换热器的外壳为半活动半固定式，活动部分和固定部分通过紧固扣件（如紧固扳扣）连接。

换热器还可以改进为以下结构，即模块化波纹板式换热器。如图3所示，模块化波纹板式换热器，包括换热组件1、两个端部导流模块2和至少一个中间导流模块3，换热组件1由至少一个换热模块11串联或并联而成；相邻两个换热组件1之间至少设置有一个中间导流模块3，即中间导流模块3其中一个纵向的敞口与换热组件1纵向设置的敞口连接；每个端部导流模块2安装于换热组件1的自由端，即端部导流模块2其中一个纵向的敞口与换热组件1自由端的纵向敞口连接。本方案由于换热组件1、端部导流模块2和中间导流模块3位置的独特设置能够对烟气中的热量进行最大化地回收利用，提高了烟气中热量的回收率。

如图4和图5所示，换热模块11包括换热壳体111和波形换热片112换热壳体111为上下两个端面敞口的长方体结构；波形换热片112层叠在一起，固定在换热模块11壳体内；在相邻所述波形换热片112间留有气体通道113，气体通道113的进输出口设置在敞口的一面上。波形换热片112的波形设计，可以使气体在换热模块11内产生紊流，以提高气体与波形换热片112的传热效率；波形换热片112在换热模块11内层叠能够使有限空间容下更多的波形换热片112，进而使总换热面积得到增加，热量在相邻的两个气体通道113之间通过波形换热片112的两个表面进行换热，进而最大限度缩短了热量的传递路径，避免了热量的热滞效应，实现助燃气体与废气在换热器内部全程逆流换热。

如图6所示，端部导流模块2包括具有连续三面设置成敞口的导流箱204，导流箱204内固定设置有若干呈L形的通道隔板203，相邻通道隔板的短臂2031呈垂直方式分布于导流箱204的内部空间中，并将导流箱204的内部空间分割成若干间隔排布且开口垂直的预热气体通道202和废气通道201。

如图7所示，中间导流模块包括具有连续三面设置成敞口的导流壳体301，导流壳体301内间隔设置有板状隔板302和呈L形的气流隔板303，且板状隔板302和气流隔板303相互接触将导流壳体301内部空间分割成若干间隔排布的预热气体通道202和废气通道201。

通过上述换热器，可将高温烟气与助燃空气或温度更低的烟气进行换热，助燃空气经过燃烧风机进行部分降温后，形成低温助燃空气，从换热器的预热气体通道202进入，烟气可以从废气通道201进入，通过换热器上的波形换热片112进行换热，使换热后的助燃空气温度升高，可进入燃烧设备，从而对烟气的余热进行回收利用，同时还节约了燃烧成本，当然，烟气的余热也可以通过余热回收装置对其进行回收，用于其他方面。