一种非饱和高湿尾气消白烟装置及方法与流程

本发明属于资源与环境保护技术领域，特别涉及一种非饱和高湿尾气消白烟装置及方法。

背景技术：

在工业生产过程中，存在大量生产工序的中间产品为湿润状态或含水率较高，而进入下级工序产品则要求为干燥状态，为了保证生产的连续进行，提高生产效率，往往需要对湿润状态或含水率较高的中间产品进行烘干。物料烘干主要利用热源对湿润物料进行加热，将物料中的水分蒸发为气态水排出，从而实现物料的干燥处理。在工业物料烘干过程中送入部分高温热空气与物料进行接触，利用热空气气流提高水分蒸发速率，可大幅降低烘干时间，减小烘干装置的体积和投资运行成本，因此这种烘干工艺在工业生产过程中广泛应用。

完成烘干后，物料中的水蒸气、热空气的混合物形成烘干尾气，烘干尾气为非饱和的高湿烟气，排气温度一般在50℃-90℃，水蒸气的相对饱和度高达70％-95％，根据不同的物料性质，烘干尾气中还存在少量的物料细颗粒物粉尘等。

非饱和的高湿烘干尾气随排气系统排入大气环境中，与低温环境空气接触换热后，烟气温度迅速冷凝降温至过饱和状态，大量水蒸气冷凝凝结成细小雾滴，在排烟口附近形成明显的白烟尾翼，造成严重的视觉污染。大量存在烘干装置的企业往往分布在人口密集的工业厂区、城市郊区，在冬季低温静风环境下，高湿尾气在排烟口附近区域形成的白烟受密度影响扩散难度较大，空气中悬浮的凝结水滴在排放区域附近不断富集，大幅增加环境空气的相对湿度；在较高湿度环境下，空气中残留的气态污染物极易以悬浮液滴作为载体进行复杂的物理化学反应生成超细颗粒物，进而促进区域雾霾天气的形成，严重影响人们的生产、生活和身体健康。同时，不饱和的高湿烘干尾气也向环境中排放了大量无法回收的气态水分，造成工业企业耗水量大，用水成本高。

目前，针对饱和或过饱和的高湿尾气白烟处理，主要有直接加热法、混风法、冷凝再热法等。直接加热法和冷凝再热法均需要外加热源对高湿烟气进行升温，降低烟气湿度消除白烟，需要大量的外加热源。加热法消白烟技术增加的热源需要增加燃煤量来提供，系统运行能耗较高，而且新增的燃煤量还会增加污染物排放。混风法是通过将大量环境空气与高湿烟气进行混合后，将混合烟气降低到饱和湿度以下，实现烟气的不饱和排放，从而消除白烟；受环境温度影响，往往需要较大的环境空气量与脱硫饱和湿烟气进行混合，混风装置占地较大，且混风风机运行能耗较高。对于非饱和的高湿烟气，尤其是烘干高湿尾气，具有烟气量小(一般烘干工艺的烟气量均小于200000nm3/h)，烟气温度高(大部分烘干尾气排气温度在50℃-100℃)，湿度大等特点，不适合现有投资成本大、能耗高、占地大的消白工艺。因此，针对烘干尾气等非饱和、高湿、气量小的烟气，必须开发与之匹配的消白烟效果明显、能耗低、占地小、收水量客观、运行稳定的消白烟技术，目前，针对烘干尾气等非饱和高湿尾气的消白烟技术还处于空白。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种非饱和高湿尾气消白烟装置及方法，分别将非饱和高湿烟气及环境空气引流至具有多层错流通道的换热模块填料中进行冷凝换热，将非饱和烟气中的大部分水蒸气冷凝成液态水进行回收，并将换热后的低温饱和烟气和高温环境空气进行混风至不饱和并由排气口排放，实现非饱和高湿烟气无白烟排放，冷凝回收的水通过收液单元回收利用，降低系统运行成本。

本发明是通过如下实现的，提供一种非饱和高湿尾气消白烟装置，包括收水消白塔，收水消白塔上端出口作为排气口，收水消白塔下端作为进气口，进气口内横向排布有若干换热模块，收水消白塔下方设有湿气主烟道，所述换热模块内斜向设置有若干下端与大气连通、上端与进气口连通的空气通道，以及斜向设置有若干上端与进气口连通、下端通过湿气支烟道与湿气主烟道连通的湿气通道；各湿气支烟道内设置有收水单元，经收水单元将湿气通道冷凝后的液态水积聚并回收利用。

进一步地，各换热模块包括若干上下间隔层叠的第一换热板和第二换热板，各第一换热板和第二换热板分别横向并列设置有若干通道，其中第一换热板的各通道作为湿气通道，相邻第二换热板的各通道作为空气通道，且各第一换热板内各湿气通道与各第二换热板内各空气通道呈十字交叉。

进一步地，各换热模块横向依次两两分组，分组后的两组换热模块呈v字型分布，其相互之间的夹角a为34°-106°，且该两组换热模块的各湿气通道411下端斜向内统一由同一湿气支烟道8与湿气主烟道2连通连接，其上端斜向外分别与进气口12连通；各换热模块之间分别密封连接，湿气通道与空气通道的长度比为1:1-5:1。

进一步地，所述收水单元包括收水槽、导水器，收水槽焊接于湿气支烟道的两侧侧壁上，并与湿烟气支烟道侧壁围成上方开口的腔体，收水槽上方分别设置有多孔板，湿气支烟道外设有与收水槽连通的排水口，导水器两侧分别与多孔板连接并架置于两侧收水槽之间上侧，湿气主烟道内湿烟气经湿气支烟道后，穿过导水器后由各湿气通道进入进气口12，湿气通道411冷凝后产生的液态水经导水器流淌至多孔板，由多孔板积聚导流至收水槽内，并经排水口排出回收利用。

进一步地，导水器下方设置有用于清洗导水器的清洗装置，所述清洗装置包括若干朝向导水模块的喷嘴以及供水于喷嘴的外接供水管；所述导水器分别包括两组呈人字形分布的导水模块，各导水模块分别包括若干横向成列分布的波形导水叶片，各波形导水叶片相邻之间的一侧波形导水叶片上设置有接液挡片；各接液挡片与该侧波形导水叶片构成的导水槽斜向外侧与多孔板连接；湿气通道冷凝后产生的液态水经导水槽流淌至多孔板，由多孔板积聚导流至收水槽内。

进一步地，收水消白塔内换热模块与排气口之间设置有混风装置，所述混风装置包括隔板和若干旋流涡轮，隔板周侧封装于收水消白塔内，隔板上设置有若干安装孔，各安装孔内分别设置有旋流涡轮，各旋流涡轮分别包括若干涡轮叶片、固定套和中心轴，中心轴设置于固定套轴向中心，若干涡轮叶片径向分布于固定套和中心轴之间，各固定套径向外侧与各安装孔连接。

进一步地，导水器高度h为0.5m-1.2m，导水叶片厚度为0.5mm-3mm，各导水叶片相邻之间间距t为10mm-35mm，两侧呈人字形分布的导水模块相互之间夹角β为34°-106°。

一种应用如权利要求1-8任意一项所述非饱和高湿尾气消白烟装置的消白烟方法，包括如下步骤：

1)非饱和高湿烟气经湿气主烟道分流至每个湿气支烟道，沿湿气支烟道向上流动穿过导水器，再经湿气通道进入换热模块进行换热降温后形成低温饱和高湿烟气，并向上流动经进气口排入至收水消白塔内，由排气口排出至收水消白塔外，此时收水消白塔顶部区域形成负压；非饱和高湿烟气由换热模块冷凝至过饱和状态，烟气中大量水蒸气凝结生成液态水由导水器积聚至收水槽，然后由排水口排出回收利用；

2)在收水消白塔内负压的作用下，低温环境空气由收水消白塔外经空气通道进行换热升温后形成高温空气，并进入收水消白塔内并向上流动；

3)收水消白塔内低温饱和高湿烟气与高温空气经混风装置的扰流作用下迅速混合均匀，烟气达到不饱和状态，完成混合的不饱和烟气由收水消白塔排气口实现无白烟排放。

进一步地，步骤1)非饱和高湿烟气经换热模块的湿气通道时形成凝结水，并在重力作用下沿湿气通道底部流出并落入导水器，由导水叶片之间的导水槽积聚并导流并经多孔导水板引流至收水槽，由排水口排出收水消白塔外回收利用，实现高湿烟气水资源回收。

进一步地，通过在导水器下方设置清洗装置，对导水器进行间歇冲洗，防止烟气中的粉尘颗粒物粘附、堵塞导水器，清洗水液气比为0.1l/nm³-0.5l/nm³，清洗喷嘴距离导水器底部距离为0.2m-0.7m。

与现有技术相比，本发明提供的非饱和高湿尾气消白烟装置及方法，其采用具有多层错流通道的换热模块将非饱和高湿烟气与环境空气进行错流间接换热，大幅提高湿烟气与环境空气的换热面积，促进非饱和湿烟气快速冷凝，并通过收水单元实现冷凝水的高效回收，降低了高湿烟气处理装置的运行成本；

对非饱和高湿烟气进行冷凝回收烟气中的大部分水分，降低烟气中的水蒸气含量，再利用排烟过程产生的自拔力为动力源进行混风降低排烟湿度，消白过程无需增加其它热源对烟气再热，且能降低混风风量，烟气消白过程能耗低；

通过将换热模块的湿气通道与空气通道呈十字叠层交叉并呈倾斜设置，促进冷凝过程产生向下流动的凝结水与向上流动的湿烟气分层流动，降低系统的阻力；通过在导水器下方设置清洗装置，对导水器进行间歇冲洗，防止烟气中的粉尘颗粒物粘附、堵塞导水器，大幅提高系统的运行稳定性；

非饱和高湿烟气经换热模块的湿气通道时形成凝结水，并在重力作用下沿湿气通道底部流出并落入导水器，由导水叶片之间的导水槽积聚并导流并经多孔导水板引流至收水槽，由排水口排出收水消白塔外回收利用，实现高湿烟气水资源回收。

附图说明

图1为非饱和高湿尾气消白烟装置一较佳实施例的平面示意图；

图2为两两分组后其中两组换热模块与湿气支烟道的安装结构示意图；

图3为图2中单个换热模块的结构示意图。

图4为图3中第一换热板的结构示意图；

图5为图3中第二换热板的结构示意图；

图6为图3中第一换热板、第二换热板42间隔层叠的装配示意图；

图7为收水器与湿气支烟道的安装结构放大示意图；

图8为图7中导水模块的波形导水叶片301布置示意图。

图9为图1中混风装置的俯视结构示意图。

图10为图9中旋钮涡轮的立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：请参照图1至图9所示，本发明所述一种非饱和高湿尾气消白烟装置，包括收水消白塔1，收水消白塔1上端出口作为排气口11，收水消白塔1下端作为进气口12，进气口12内横向排布有若干换热模块4，收水消白塔1下方设有湿气主烟道2，所述换热模块4内斜向设置有若干下端与大气连通、上端与进气口12连通的空气通道421，以及斜向设置有若干上端与进气口12连通、下端通过湿气支烟道8与湿气主烟道2连通的湿气通道411；各湿气支烟道8内设置有收水单元3，经收水单元3将湿气通道411冷凝后的液态水积聚并回收利用。各湿气支烟道8竖直安装并与湿气主烟道2连通连接，上端周侧与换热模块4同侧连通的湿气通道411外围周侧密封连接，用于湿烟气流通并避免泄漏。

各换热模块4包括若干上下间隔层叠的第一换热板41和第二换热板42，各第一换热板41和第二换热板42分别横向并列设置有若干通道，其中第一换热板41的各通道作为湿气通道411，相邻第二换热板42的各通道作为空气通道421，且各第一换热板41内各湿气通道411与各第二换热板42内各空气通道421呈十字交叉。

各换热模块4横向依次两两分组，分组后的两组换热模块4呈v字型分布，其相互之间的夹角a为34°-106°，且该两组换热模块4的各湿气通道411下端斜向内统一由同一湿气支烟道8与湿气主烟道2连通连接，其上端斜向外分别与进气口12连通；各换热模块4之间分别密封连接，湿气通道411与空气通道421的长度比为1:1-5:1。

所述收水单元3包括收水槽31、导水器32，收水槽31焊接于湿气支烟道8的两侧侧壁上，并与湿烟气支烟道8侧壁围成上方开口的腔体，收水槽31上方分别设置有多孔板33，湿气支烟道8外设有与收水槽31连通的排水口34，导水器32两侧分别与多孔板33连接并架置于两侧收水槽31之间上侧，湿气主烟道2内湿烟气经湿气支烟道8后，穿过导水器32后由各湿气通道411进入进气口12，湿气通道411冷凝后产生的液态水经导水器32流淌至多孔板33，由多孔板33积聚导流至收水槽31内，并经排水口34排出回收利用，即该导水器32可实现气流由下向上贯通流动，水流沿导水器32经导水器32经多孔板33向湿烟气支烟道8侧壁上收水槽31积聚。收水槽31向内一侧口沿上设置有向内倾斜的档水板311。

导水器32下方设置有用于清洗导水器的清洗装置7，所述清洗装置7包括若干朝向导水模块的喷嘴71以及供水于喷嘴71的外接供水管72；所述导水器32分别包括两组呈人字形分布的导水模块30，各导水模块30分别包括若干横向成列分布的波形导水叶片301，各波形导水叶片301相邻之间的一侧波形导水叶片301上设置有接液挡片302；各接液挡片302与该侧波形导水叶片301构成的导水槽300斜向外侧与多孔板33连接；湿气通道411冷凝后产生的液态水经导水槽300流淌至多孔板33，由多孔板33积聚导流至收水槽31内。

如图9和10所示，所述收水消白塔1内换热模块4与排气口11之间设置有混风装置5，所述混风装置5包括隔板51和若干旋流涡轮50，隔板51周侧封装于收水消白塔1内，隔板51上设置有若干安装孔510，各安装孔510内分别设置有旋流涡轮50，各旋流涡轮50分别包括若干涡轮叶片501、固定套500和中心轴502，中心轴502设置于固定套500轴向中心，若干涡轮叶片501径向分布于固定套500和中心轴502之间，各固定套500径向外侧与各安装孔510连接。隔板51下方的低温饱和高湿烟气与高温空气在经过混风装置5后，形成涡流，从而将低温饱和高湿烟气与高温空气混合排入隔板51上方并由排气口11排出。

导水器32高度h为0.5m-1.2m，导水叶片301厚度为0.5mm-3mm，各导水叶片301相邻之间间距t为10mm-35mm，两侧呈人字形分布的导水模块30相互之间夹角β为34°-106°。

实施例2：请参照图1至图10所示，在实施例1的基础上，一种非饱和高湿尾气消白烟方法，包括如下步骤：

1)非饱和高湿烟气经湿气主烟道2分流至每个湿气支烟道8，沿湿气支烟道8向上流动穿过导水器3，再经湿气通道311进入换热模块4进行换热降温后形成低温饱和高湿烟气，并向上流动经进气口12排入至收水消白塔1内，由排气口11排出至收水消白塔1外，此时收水消白塔1顶部区域形成负压；非饱和高湿烟气由换热模块4冷凝至过饱和状态，烟气中大量水蒸气凝结生成液态水，并在重力作用下沿湿气通道411流淌至导水器32上，由导水器32积聚至收水槽33，然后由排水口34排出回收利用；换热模块4内倾斜设置的湿气通道411能够使湿气气流和凝结水水流上下分层，逆向流动，有效的防止了气液对撞现象。

2)在收水消白塔1内负压的作用下，低温环境空气由收水消白塔1外经空气通道421进行换热升温后形成高温空气，并进入收水消白塔1内并向上流动；由于非饱和高湿烟气在经过换热模块4的湿气通道311时携带大量热量，随着低温环境空气向上流动不断吸收换热模块4，使换热空气温度也不断升高，空气中水蒸气相对饱和度不断降低；完成换热的低湿高温环境空气由空气通道421进入进气口12内；

3)收水消白塔1内低温饱和高湿烟气与高温空气经混风装置5的扰流作用下迅速混合均匀，烟气达到不饱和状态，完成混合的不饱和烟气由收水消白塔1排气口11排放，从而实现无白烟排放。

步骤1)非饱和高湿烟气经换热模块4的湿气通道411时形成凝结水，并在重力作用下沿湿气通道411底部流出并落入导水器32，由各波形导水叶片301上的导水槽300积聚并导流并经多孔导水板33引流至收水槽31，由排水口34排出收水消白塔1外回收利用，实现高湿烟气水资源回收。

通过在导水器32下方设置清洗装置7，对导水器32进行间歇冲洗，防止烟气中的粉尘颗粒物粘附、堵塞导水器32，清洗水液气比为0.1l/nm³-0.5l/nm³，清洗喷嘴距离导水器底部距离为0.2m-0.7m。非饱和高湿烟气在穿过导水器32时，烟气中的少量颗粒物会与各波形导水叶片301碰撞并被捕集，随着消白烟装置运行时间的延长，各波形导水叶片301上的颗粒物累积到一定厚度时容易造成导水器32内部分区域堵塞，增加导水器32的运行阻力。当导水器32阻力增加时，开启清洗装置7，冲洗水经外接供水管72由喷嘴71雾化并随湿烟气气流冲洗导水器21，对各波形导水叶片301表面进行清洗，完成清洗的清洗液及粉尘颗粒物由各波形导水叶片301导流至收水槽31，随冷凝液由排水口34排出收水消白塔1外。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。