本发明属于脱硫超低排放及pm2.5、so3酸雾排放控制的技术领域，涉及单塔双区湿法脱硫过程中协同促进细颗粒物及三氧化硫酸雾脱除的装置及其方法。
背景技术：
煤炭是我国最主要的一次能源，煤炭燃烧过程中除了含有大量的气态污染物（如sox，nox等）外，还含有大量气溶胶污染物（如烟尘、so3酸雾等）。其中，烟尘及so3酸雾污染问题已成为我国严重的大气污染问题，是导致大气能见度降低、酸雨、雾霾天气和全球气候变化等重大环境问题的重要因素，对环境及人体健康造成严重危害。截止2015年底，全国已投运火电厂烟气脱硫机组容量约为8.2亿千瓦，占全国煤电机组容量的91.20%，其中采用石灰石-石膏湿法工艺的占92%。据资料显示，石灰石石-膏湿法脱硫后，虽烟气中部分较大的颗粒物及so3酸雾被有效脱除，但脱硫净烟气中细颗粒物的浓度仍较高。主要由于脱硫中存在脱硫洗涤液雾化夹带、脱硫产物结晶析出，以及各种气-液、气-液-固脱硫反应等物化过程。因此湿法烟气脱硫系统对细颗粒物的脱除效率较低。由于大部分so3酸雾粒径较小，基本为亚微米级，脱硫过程的洗涤作用对其捕集效率仅为30-40%。
2011年7月29日，环境保护部正式发布《火电厂大气污染物排放标准》（gb13223-2011）。提出了“超低排放”的概念，即规定烟尘排放浓度≤5mg/m3、so2排放浓度≤35mg/m3、nox排放浓度≤50mg/m3。提高传统污染控制设施对细颗粒物及so3酸雾的脱除效率是目前亟待解决的问题，但传统污染物控制设施对细颗粒物及so3酸雾的脱除效率较低。应用物理或化学方法使细颗粒物及so3酸雾长大，从而提高湿法脱硫等传统污染物控制设施对细颗粒物及so3酸雾的脱除是重要的技术途径。其中，其中水汽相变预处理技术与湿法烟气脱硫技术相结合是控制湿法烟气脱硫细颗粒物及so3酸雾的重要途径之一。申请号2007101333987.4的发明专利公开了一种应用蒸汽相变协同脱除pm2.5和气态污染物的装置及其方法，在湿度调节室中喷入雾化热水调节烟气含湿量，经湿度调节的烟气引入冷凝换热器达到过饱和，在塔内与中低温碱性洗涤吸收液逆流接触,并发生蒸汽相变，从而除凝结长大的含尘液滴和气态污染物。但该方法采用添加蒸汽方式来调节烟气含湿量，能耗较高。
技术实现要素：
技术问题：本发明遵照《火电厂大气污染物排放标准》，提出一种单塔双区湿法脱硫过程中协同促进细颗粒物及三氧化硫酸雾脱除的装置及其方法，在脱硫塔内采用双循环喷淋，烟气充分与脱硫洗涤液逆流接触，发生强烈的传质传热，烟气温度降低接近饱和，在脱硫塔顶部建立过饱和水汽环境，使细颗粒物及so3酸雾凝结长大，进而被脱硫洗涤液冲洗及高效除雾器拦截脱除，促进湿法脱硫系统对细颗粒物及so3酸雾的脱除。
技术方案：一种单塔双区湿法脱硫过程中协同促进细颗粒物及三氧化硫酸雾脱除的装置，该装置包括脱硫塔和脱硫洗涤液集液盘，所述脱硫洗涤液集液盘设于脱硫塔内，将脱硫塔分隔成吸收区和氧化区两层，吸收区由下至上依次设有吸收区喷淋装置、除雾器和出烟口，氧化区由下至上依次设有用于容纳氧化区脱硫洗涤液的氧化区脱硫浆液槽、进烟口和氧化区喷淋装置；所述脱硫塔外侧设有用于容纳吸收区脱硫洗涤液的吸收区脱硫浆液槽、氧化区脱硫洗涤液循环泵和吸收区脱硫洗涤液循环泵，所述脱硫洗涤液集液盘、吸收区脱硫浆液槽、吸收区脱硫洗涤液循环泵和吸收区喷淋装置依次通过管道连接构成吸收区循环回路，所述氧化区脱硫浆液槽、氧化区脱硫洗涤液循环泵和氧化区喷淋装置依次通过管道连接构成氧化区循环回路，所述的吸收区循环回路上设有脱硫洗涤液换热器。
进一步，所述的氧化区脱硫浆液槽安装于脱硫塔1底部。
进一步，所述的除雾器为屋脊式除雾器。
进一步，所述的脱硫洗涤液换热器设于吸收区脱硫浆液槽内，脱硫洗涤液换热器10采用氟塑料换热器。
一种基于上述装置的单塔双区湿法脱硫过程中协同促进细颗粒物及三氧化硫酸雾脱除的方法，该方法包括如下步骤：含尘烟气首先从脱硫塔进烟口引入氧化区，利用氧化区脱硫洗涤液循环泵抽取氧化区脱硫浆液槽内的氧化区脱硫洗涤液，然后通过氧化区喷淋装置向烟气喷淋氧化区脱硫洗涤液，烟气与氧化区脱硫洗涤液液滴逆流接触，脱除烟气中部分so2及细颗粒物，同时发生强烈的热质交换，使得离开氧化区的烟气温度降低，并接近饱和；随后烟气进入脱硫塔上部吸收区，控制氧化区脱硫洗涤液循环泵抽取吸收区脱硫浆液槽内的吸收区脱硫洗涤液，并通过吸收区喷淋装置向烟气喷淋经脱硫洗涤液换热器换热降温的吸收区脱硫洗涤液，烟气再次与吸收区脱硫洗涤液液滴逆流接触，发生传质传热，使得烟气温度进一步降低，并建立过饱和水汽环境，烟气中细颗粒物及so3酸雾在过饱和水汽环境中核化并凝结长大，进而由吸收区脱硫洗涤液洗涤脱除和除雾器拦截脱除，脱除pm2.5及so3后的烟气经出烟口排出。
进一步，所述的氧化区脱硫洗涤液温度为50℃；吸收区脱硫洗涤液温度为30℃。
进一步，所述的氧化区脱硫洗涤液ph值为4.0-5.0；吸收区脱硫洗涤液ph值为5.6-6.2。
进一步，所述氧化区脱硫洗涤液和吸收区脱硫洗涤液的喷淋液滴平均粒径均为1-2mm。
进一步，所述吸收区脱硫洗涤液的喷淋的液气比控制在10-15l/nm3。
有益效果：
1、在单塔双区湿法脱硫过程中应用水汽相变协同促进pm2.5及so3酸雾的脱除，首先应建立过饱和水汽环境。烟气进入脱硫塔首先与氧化区脱硫洗涤液进行逆流接触，发生强烈的传质传热，烟气温度降低并接近饱和。随后烟气进入吸收区，再次与降温后的吸收区脱硫浆液逆流接触，更易于在脱硫塔顶部建立过饱和水汽环境，使烟气中的pm2.5及so3酸雾核化凝结，进而被设置于顶部的折流板雾器脱除。
2、烟气进入脱硫塔首先与ph值为4.0-5.0的氧化区脱硫洗涤液反应，随后离开氧化区进入吸收区，与ph值为5.6-6.2的脱硫洗涤液再次反应，烟气中的so2被深度脱除。同时，烟气温度的降低减少吸收区脱硫洗涤过程中水分的蒸发，降低脱硫水耗；由于烟气温度在氧化区内被降低至酸露点以下，部分so3冷凝至细颗粒物表面，使细颗粒物粒径变大、亲水性增加，易于被吸收区的洗涤液洗涤脱除，或在过饱和水汽环境中长大，进而被高效除雾器有效脱除。
3、本发明工艺简单，只需在脱硫塔内布置脱硫双循环喷淋层及管道、吸收区脱硫洗涤液集液盘、在吸收区脱硫浆液槽内增设洗涤液换热器、脱硫塔顶部加装高效除雾器即可实现超低排放、增强湿法烟气脱硫系统对细颗粒物及so3酸雾的脱除效果，可广泛应用于安装有湿法烟气脱硫系统的燃煤电站锅炉和工业锅炉。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图
图中：1-脱硫塔；2-吸收区；3-氧化区；4-除雾器；5-脱硫洗涤液集液盘；6-氧化区脱硫浆液槽；7-吸收区脱硫浆液槽；8-氧化区脱硫洗涤液循环泵；9-吸收区脱硫洗涤液循环泵；10-脱硫洗涤液换热器。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不只限于此实施例。
实施例1
如图1所示，本发明的一种单塔双区湿法脱硫过程中协同促进细颗粒物及三氧化硫酸雾脱除的装置，该装置包括脱硫塔1和脱硫洗涤液集液盘5，所述脱硫洗涤液集液盘5设于脱硫塔1内，将脱硫塔1分隔成吸收区2和氧化区3两层，吸收区2由下至上依次设有吸收区喷淋装置、除雾器4和出烟口，除雾器4可选用屋脊式除雾器，氧化区3由下至上依次设有氧化区脱硫浆液槽6、进烟口和氧化区喷淋装置；氧化区脱硫浆液槽6安装于脱硫塔1底部，所述脱硫塔外侧设有吸收区脱硫浆液槽7、氧化区脱硫洗涤液循环泵8和吸收区脱硫洗涤液循环泵9，所述脱硫洗涤液集液盘5、吸收区脱硫浆液槽7、吸收区脱硫洗涤液循环泵9和吸收区喷淋装置依次通过管道连接构成吸收区循环回路，所述氧化区脱硫浆液槽6、氧化区脱硫洗涤液循环泵8和氧化区喷淋装置依次通过管道连接构成氧化区循环回路，所述的吸收区循环回路上设有脱硫洗涤液换热器。该脱硫洗涤液换热器10可设于吸收区脱硫浆液槽7内，脱硫洗涤液换热器10可采用氟塑料换热器。
一种基于上述装置的单塔双区湿法脱硫过程中协同促进细颗粒物及三氧化硫酸雾脱除的方法，将温度为120℃含尘烟气首先从脱硫塔1进烟口引入氧化区3，利用氧化区脱硫洗涤液循环泵8抽取氧化区脱硫浆液槽6内的氧化区脱硫洗涤液，然后通过氧化区喷淋装置向烟气喷淋氧化区脱硫洗涤液，氧化区脱硫洗涤液温度为50℃，ph值为4.0-5.0，喷淋液滴平均粒径为1-2mm，烟气与氧化区脱硫洗涤液液滴逆流接触，脱除部分so2及细颗粒物，同时发生强烈的热质交换，使得离开氧化区的烟气温度降低，并接近饱和；烟气经脱除部分so2后进入脱硫塔1上部吸收区2，控制氧化区脱硫洗涤液循环泵8抽取吸收区脱硫浆液槽7内的吸收区脱硫洗涤液，并通过吸收区喷淋装置向烟气喷淋经脱硫洗涤液换热器10换热降温的吸收区脱硫洗涤液，吸收区脱硫洗涤液温度为30℃，ph值为5.6-6.2，喷淋液滴平均粒径为1-2mm，液气比控制在10-15l/nm3，烟气再次与吸收区脱硫洗涤液液滴逆流接触，发生传质传热，使得烟气温度进一步降低，并建立过饱和水汽环境，烟气中细颗粒物及so3酸雾在过饱和水汽环境中核化并凝结长大，进而由吸收区脱硫洗涤液洗涤和除雾器4拦截脱除，脱除pm2.5及so3后的烟气经出烟口排出。
本发明可有效回收部分脱硫浆液与烟气中的低位热量，可进一步促进对so2脱除效率，又可增强对细颗粒物及so3酸雾的捕集效果，最终实现脱硫过程中so2、so3酸雾及细颗粒物的协同高效脱除。
实施例2
烟气由全自动燃煤锅炉产生，烟气量为350nm3/h，辅以气溶胶发生器、so3发生器在烟气中添加适量燃煤飞灰及so3，使燃煤烟气中总尘质量浓度为48.4mg/nm3，细颗粒物质量浓度为15.2mg/nm3，细颗粒物数浓度为3.6×1061/cm3，so3质量浓度为60mg/nm3。该系统采用实施例1中所述的装置及其脱除方法，脱硫塔采用石灰石/石膏法烟气脱硫，氧化区脱硫洗涤液和吸收区脱硫洗涤液均选用石灰石水溶液。脱硫洗涤液换热器为氟塑料换热器，换热管管径为6mm氟塑料管。湿式脱硫塔采用塔径219mm、塔高5250mm的喷淋塔，喷淋塔顶部安装高效除雾器。温度为120℃的含尘烟气进入脱硫塔，经氧化区喷淋装置，与温度为50℃的氧化区脱硫洗涤液逆流接触，氧化区喷淋装置设置二级喷淋，液气比10l/nm3，经维萨拉-hmt337型温湿度变送器测定。经降温增湿的烟气离开氧化区进入吸收区喷淋层，与30℃吸收区脱硫洗涤液进一步接触，吸收区喷淋装置设置二级喷淋，液气比10l/nm3。脱硫塔出口粉尘浓度经wj-60b型皮托管平行全自动烟尘采样仪测试为9mg/nm3，脱除效率为81.4%；其中，采用电称低压冲击器elpi在线测试，脱硫塔出口细颗粒物浓度为4.0mg/nm3，脱除效率为73.6%。采用控制冷凝法对脱硫塔出口so3酸雾浓度进行测试，脱硫塔出口so3酸雾浓度为22.4mg/nm3，脱除效率为62.7%。
对比例1
吸收区脱硫洗涤液换热器未开启，其余同实施例1。经测定，脱硫塔出口总尘质量浓度为17.9mg/nm3，脱除效率为63.1%；细颗粒物质量浓度为7.2mg/nm3，脱除效率为52.4%；so3酸雾浓度为35.0mg/nm3，脱除效率为41.7%。