本发明涉及一种烟气脱硫装置及方法，具体涉及适用于燃煤锅炉、钢铁烧结机等工业窑炉排放尾气脱硫装置及方法。
背景技术：
当谈及温室气体和气候变化时，二氧化碳最引人关注。二氧化碳是最主要的温室气体，另外还有一些其他气体也属于温室气体，例如水蒸气。随着气候变暖，大气中的水蒸气不断增加，从而加剧了温室效应。水蒸气的反馈非常强大，其可以将二氧化碳造成的全球变暖效应增强加强一倍。因此，在降低温室气体排放时，千万不能忽略水蒸气的减排。
由于湿法脱硫工艺的效率高、脱硫剂利用率高，所以很多电厂锅炉、钢厂烧结机均采用该工艺对烟气进行处理。据统计，湿法脱硫工艺在我国整个烟气脱硫领域占有超过90％份额。随着国家对各种工业窑炉排放尾气污染物排放标准的日趋严格，二氧化硫、氮氧化物等可能导致酸雨和光化学烟雾的污染物开始得到有效控制。电除尘器、布袋除尘器等设备的改进有效降低了粒经大于10微米的颗粒物的排放。
例如，CN105617839A公开了一种烟气脱硫的工艺：烟气除尘、降温后进入吸收塔自下而上与溶液逆流接触，溶液将烟气中的硫化物吸收，净化后的气体从塔顶放空，吸收了硫化物的富液从吸收塔底由富液泵引出，一部分返回吸收塔中部重新进行吸收，另一部分在溶液换热器中与贫液进行换热，换热后送至再生塔上部，在再生塔中与上升的蒸汽逆流接触而获得再生，再生后的贫液经溶液换热器并由贫液冷却器冷却后送入吸收塔顶作为溶液使用，由再生塔顶排出的气体进入再生气冷却器、再生分离器将气体中的水蒸气冷却、分液滴回收送回系统以维持系统溶液浓度，再生分离器排出再生气。
又如，CN105032138A公开了一种烟气治理装置。该装置包括烟气处理设备、过氧化氢供给设备、除尘除雾设备、蒸发浓缩设备和循环沉降设备等，其中，所述烟气处理设备包括过氧化氢喷雾氧化反应层、吸收喷淋区和浆液循环区，所述过氧化氢喷雾氧化反应层设置在吸收喷淋区内；所述除尘除雾设备位于吸收喷淋区上方；所述蒸发浓缩设备和循环沉降设备均设置在烟气处理设备内部。
上述装置均采用湿法脱硫。湿法脱硫的特点在于需要提高液气比才能达到较高的脱除效率，这导致排放的净化烟气中携带的水达到饱和状态。但是，烟气脱硫装置中的除雾器只能除掉烟气中一部分夹带水。湿法脱硫排放烟气的温度一般在50℃左右。烟气脱硫装置通常采用烟气与脱硫浆液逆向接触而发生反应，多根喷淋层的同时作用致使排放的净化烟气中含湿量达到饱和。由于排放的净化烟气的温度不合适，在其接触到大气后，导致出现较长的白烟。有些烟气脱硫项目排放的尾气可能绵延几公里，并伴有细颗粒物随之排放到大气。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种烟气脱硫装置，其可以减少湿法脱硫系统向大气排放水蒸气以及细颗粒物。本发明的另一个目的在于提供一种利用上述装置进行烟气脱硫方法，其操作简单，并可以降低能耗。
本发明采用如下技术方案可以实现上述目的。
本发明提供一种烟气脱硫装置，其包括：
吸收塔本体，其采用吸收浆液对烟气进行脱硫处理；
烟气进口，其设置在所述吸收塔本体的中部或下部，用于将烟气引入吸收塔本体；
排放烟囱，其设置在所述吸收塔本体的顶部，用于将脱硫处理后的烟气排放；
吸热管组，其设置在所述烟气进口的内部，用于吸收进入所述烟气进口的烟气中的热量；
集热管组，其设置在所述烟气进口的内部或外部，并与吸热管组相连通，用于集中处理所述吸热管组收集的热量；
放热管组，其设置在所述排放烟囱的下部，用于对脱硫处理后的烟气进行加热。
根据本发明的装置，优选地，所述的装置还包括：
导热管，其用于将集热管组的热量输送至放热管组。
根据本发明的装置，优选地，所述的导热管设置在所述吸收塔本体的外部。
根据本发明的装置，优选地，所述吸热管组包括平行等间距连续布置的多根吸热管。
根据本发明的装置，优选地，所述的多根吸热管均竖直固定，并且多根吸热管的布置平面与烟气流动方向的夹角为80～100度。
根据本发明的装置，优选地，所述多根吸热管的布置平面与烟气流动方向的夹角为90度。
根据本发明的装置，优选地，所述的放热管组包括平行等间距连续布置的多根放热管。
根据本发明的装置，优选地，所述多根放热管水平固定，并且多根放热管的布置平面与烟气流动方向的夹角为80～100度。
根据本发明的装置，优选地，所述多根放热管的布置平面与烟气流动方向的夹角为90度。
本发明还提供利用上述装置进行烟气脱硫的方法，该方法包括如下步骤：
(1)将来自所述烟气进口的烟气通过所述吸热管组降温至80～95℃；
(2)降温后的烟气进入所述吸收塔本体进行脱硫处理；
(3)脱硫处理后的烟气通过所述放热管组升温至60～70℃，然后从所述排放烟囱排放。
本发明的装置和方法通过降低入口烟气的温度、提高出口烟气的温度，从而降低了排放净化烟气的含湿量。本发明装置及可以提高脱硫效率、减少烟气中水蒸气排放。此外，根据本发明优选的技术方案，本发明的装置和方法不需要额外增加能耗，节约能源。
附图说明
图1为本发明的烟气脱硫装置的结构示意图。
附图标记说明如下：
1为吸热管组，2为集热管组，3为导热管，4为吸收塔本体，5为烟气进口，6为放热管组，7为排放烟囱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
<烟气脱硫装置>
本发明的烟气脱硫装置表示一种可以进行烟气净化的装置，其功能还可以进行脱硝、脱汞等。
本发明的烟气脱硫装置包括吸收塔本体、烟气进口、排放烟囱、吸热管组、集热管组和放热管组；还可以包括导热管和除雾器。
本发明的吸收塔本体采用吸收浆液对烟气进行脱硫处理。该吸收塔本体可以为圆筒状，其高度大于直径。本发明的吸收浆液可以采用本领域已知的那些，例如氧化镁吸收浆液、含氧化剂的氧化镁吸收浆液等。根据本发明的一个具体实施方式，在吸收塔本体顶部还设置有除雾器，用于除去脱硫处理后的烟气中夹带的大部分水分。优选地，该除雾器设置在放热管组下方。
本发明的烟气进口设置在所述吸收塔本体的中部或下部，其用于将烟气引入吸收塔本体。作为优选，该烟气进口设置在所述吸收塔本体的下部，这样脱硫效果更好。
本发明的排放烟囱设置在所述吸收塔本体的顶部，用于将脱硫处理后的烟气排放。通常，排放烟囱为圆筒状，其高度大于直径。此外，排放烟囱的直径要小于吸收塔本体的直径，这样可以提高烟气流速。
本发明的吸热管组设置在所述烟气进口的内部，用于吸收进入所述烟气进口的烟气中的热量。作为优选，所述吸热管组包括平行等间距连续布置的多根吸热管。这样可以促进烟气与吸热管组内导热介质的热交换。本发明的导热介质可以采用本领域熟知的那些，这里不再赘述。作为更优选，所述的多根吸热管均竖直固定，并且多根吸热管的布置平面与烟气流动方向的夹角为80～100度，最好为85～95度。这样可以让烟气与吸热管组内导热介质的热交换更加充分。根据本发明的一个具体实施方式，所述多根吸热管的布置平面与烟气流动方向的夹角为90度。在本发明中，所述多根吸热管之间可以是连通的或者相互独立的，优选为连通的。
本发明的集热管组设置在所述烟气进口的内部或外部，并与吸热管组相连通，用于集中处理所述吸热管组收集的热量。优选地，本发明的集热管组设置在所述烟气进口的外部。这样可以对集热管组进行更好的监控。当所述多根吸热管之间连通时，所述的集热管组可以通过所述吸热管组最外侧的两根吸热管与所述吸热管组相连通；当所述多根吸热管之间相互独立时，所述的集热管组可以通过多根导管分别与多根吸热管相连通，从而实现与所述吸热管组相连通。
本发明的放热管组设置在所述排放烟囱的下部，用于对脱硫处理后的烟气进行加热。优选地，本发明的放热管组包括平行等间距连续布置的多根放热管。这样可以促进净化烟气与放热管组内导热介质的热交换。本发明的导热介质可以采用本领域熟知的那些，这里不再赘述。作为更优选，所述多根放热管水平固定，并且多根放热管的布置平面与烟气流动方向的夹角为80～100度，优选为85～95度。这样可以让净化烟气与放热管组内导热介质的热交换更加充分。根据本发明的一个具体实施方式，所述多根放热管的布置平面与烟气流动方向的夹角为90度。在本发明中，所述多根放热吸之间可以是连通的或者相互独立的，优选为连通的。
本发明的导热管用于将集热管组的热量输送至放热管组。优选地，所述的导热管设置在所述吸收塔本体的外部。这样可以避免烟气影响导热管内导热介质的温度。本发明的导热介质可以采用本领域熟知的那些，这里不再赘述。集热管组与放热管组通过导热管实现流体连通，进而实现热量共享以节约能耗。
<烟气脱硫的方法>
以下介绍利用上述装置进行烟气脱硫的方法，包括如下步骤：
(1)将来自所述烟气进口的烟气通过所述吸热管组降温至80～95℃；
(2)降温后的烟气进入所述吸收塔本体进行脱硫处理；
(3)脱硫处理后的烟气通过所述放热管组升温至60～70℃，然后从所述排放烟囱排放。
在本发明的步骤(1)中，来自所述烟气进口的烟气可以为来自常规除尘系统后的窑炉排放烟气。如果采用除尘后的烟气，水蒸气降低效果更为明显。通常，除尘后的烟气温度为120～130℃。经过吸热管组后，烟气温度降低到80～95℃，优选为85～91℃，例如90℃。吸热管组中的导热介质吸收了入口烟气降温带来的热量,并经集热管组集中处理，再经导热管输送至放热管组。
在本发明的步骤(2)中，降温后的烟气进入吸收塔本体进行烟气脱硫处理。此时，烟气与吸收浆液进行充分的气液接触，使烟气中酸性气体被循环浆液吸收，酸性降低的浆液进而与吸收浆液进行酸碱中和反应，完成烟气脱硫过程。脱硫处理后的烟气在含水量较大时，通过吸收塔本体顶部设置的除雾器除去其中夹带的大部分水。
在本发明的步骤(3)中，脱硫处理后的烟气进入吸收塔顶部设置的排放烟囱，并与设置在排放烟囱下部的放热管组进行热交换，净化烟气的温度从40℃左右升高到60～70℃。脱硫处理后的烟气在含水量较大时，烟气经过除雾器处理后再进入吸收塔顶部设置的排放烟囱，并与设置在排放烟囱下部的放热管组进行热交换，得到净化烟气。烟气温度从40℃左右升高到60～70℃。净化烟气温度升高后，其处于非饱和状态。当其与大气接触后不会出现冷凝结露现象，因而排放烟囱口没有白烟现象。
经试验分析，湿法烟气脱硫最理想的温度趋势点在36℃。但是传统湿法脱硫反应的最低温度一般维持在50℃左右，这个客观条件必然影响烟气脱硫很难实现最高效率。本发明降低了烟气进口的烟气温度，在不改变液气比和原有吸收塔的基础上，脱硫反应温度可以降低到40℃左右。由于反应温度降低了，脱硫效率势必会相应提高。此外，由于脱硫处理后的烟气温度降低到40℃左右，饱和湿烟气中携带的水蒸气将从87.56g/kg干空气降低到49.57g/kg干空气，即减少了43.4％。这样，排放到空气中的水蒸气就会有大幅减少。
实施例1
图1为本发明的烟气脱硫装置的结构示意图。本发明的装置包括吸热管组1，集热管组2，导热管3，吸收塔本体4，烟气进口5，放热管组6和排放烟囱7。吸收塔本体4采用吸收浆液对烟气进行脱硫处理。烟气进口5设置在吸收塔本体4的下部，用于将烟气引入吸收塔本体4。排放烟囱7设置在吸收塔本体4的顶部，用于将脱硫处理后的烟气排放。
吸热管组1设置在烟气进口5的内部，用于吸收进入烟气进口5的烟气中的热量。吸热管组1包括平行等间距、连续布置的多根吸热管，这些吸热管均竖直固定，并且这些吸热管的布置平面与烟气流动方向的夹角为90度。集热管组2设置在烟气进口5的外部，并与吸热管组1相连通，用于集中处理吸热管组1收集的热量。集热管组2与放热管组6通过导热管3实现流体连通。导热管3用于将集热管组2的热量通过导热介质输送至放热管组6。放热管组6设置在排放烟囱7的下部，用于对脱硫处理和除雾后的烟气进行加热。放热管组6包括平行等间距、连续布置的多根放热管，这些放热管水平固定，并且这些放热管的布置平面与烟气流动方向的夹角为90度。
以下介绍上述烟气脱硫装置的工艺流程：
(1)将来自常规除尘系统后的窑炉排放烟气引入烟气进口5，此时的烟气温度为120℃左右。经过吸热管组1进行热交换后，烟气温度降低到90℃左右。吸热管组1中的导热介质吸收了入口烟气降温带来的热量，并经集热管组1集中处理，再经导热管3输送至放热管组6。
(2)降温后的烟气进入吸收塔本体4进行烟气脱硫处理。
(3)脱硫处理后的烟气进入吸收塔本体4顶部设置的排放烟囱7，并与设置在排放烟囱7下部的放热管组6进行热交换，得到的净化烟气温度从40℃左右升高到65℃左右。净化烟气温度升高后，其处于非饱和状态，因而当其与大气接触后不会出现冷凝结露现象，没有白烟现象。
实施例2
除了在吸收塔本体4的顶部、放热管组6的下方增加除雾器(未图示)之外，其他部件与实施例1相同。
以下介绍该烟气脱硫装置的工艺流程：
(1)将来自常规除尘系统后的窑炉排放烟气引入烟气进口5，此时的烟气温度为120℃左右。经过吸热管组1进行热交换后，烟气温度降低到90℃左右。吸热管组1中的导热介质吸收了入口烟气降温带来的热量，并经集热管组1集中处理，再经导热管3输送至放热管组6。
(2)降温后的烟气进入吸收塔本体4进行烟气脱硫处理，脱硫处理后的烟气通过吸收塔本体4顶部设置的除雾器除去其中夹带的大部分水。
(3)烟气离开除雾器后进入吸收塔本体4顶部设置的排放烟囱7，并与设置在排放烟囱7下部的放热管组6进行热交换，净化烟气温度从40℃左右升高到65℃左右。净化烟气温度升高后，其处于非饱和状态，因而当其与大气接触后不会出现冷凝结露现象，没有白烟现象。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。