一种高温高湿烟气湿法冷却减湿方法与流程

本发明涉及烟气处理领域，尤其涉及一种高温高湿烟气湿法冷却减湿方法。

背景技术

金属铸造、冶炼、垃圾焚烧等行业在生产过程中一般会产出大量的高温高湿烟气，如果直接进行除尘、有害物质脱除处理，不仅脱除效率低，而且出口烟气带水情况严重。为消除这些问题，高温高湿烟气在湿法脱除有害物质前需要先降温处理。普通的喷淋降温方法对高温高湿烟气的降温效果有限，不仅降温效率低，而且降温过程耗水量大，运行成本高。同时降温后烟气的含水率很高，容易造成水在烟道中凝结，造成有害物质在烟道结垢腐蚀烟道。因此提供一种减湿效果好、降温效率高、运行成本低、消耗能源少的高温高湿烟气湿法冷却减湿方法是本发明所要解决的问题。

技术实现要素：

本发明克服了现有方法的不足，提供一种减湿效果好、降温效率高、运行成本低、消耗能源少的高温高湿烟气湿法冷却减湿方法。

为达到上述目的，本发明采用的方法方案为：提供了一种高温高湿烟气湿法冷却减湿方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）高温高湿烟气由进口引入冷却塔体，由上而下运动；所述高温高湿烟气温度为650-950℃，湿度为25-32%；

（2）第一级双流体喷雾降温：将压缩空气和水混合产生雾状水颗粒，由喷淋器喷淋入冷却塔体内；雾状水颗粒与高温高湿烟气直接接触，水颗粒吸收烟气的热量后完全蒸发，同时烟气的温度降至90-105℃；

（3）第二级循环水喷淋降温：用于冷却烟气的循环水由喷淋器喷淋入冷却塔体；循环水在填料层处直接与烟气接触，循环水吸收烟气的热量使烟气降温至40-60℃，同时高温高湿烟气中的水汽被降温后重新变为液态，使烟气减湿至含湿率小于20%；所述水汽被降温后变为液态的水与吸热升温的循环水一同回流至循环水储存容器；循环水从循环水储存容器排出，经过冷却器降温后，再次由喷淋器喷淋入冷却塔体；

（4）当经过两级冷却的高温高湿烟气温度>90℃时，通过应急喷淋器将冷却水喷淋入冷却塔体；冷却水与所述高温高湿烟气接触，对烟气进行降温；

（5）降温减湿的烟气，经过除雾层进一步除去水汽后，从低温气体出口排出，进行下一工序的处理。

作为一种优选方案，所述步骤（1）中高温高湿烟气流速控制在19990nm³/h以下。

作为一种优选方案，所述步骤（2）中压缩空气与水的质量流量比30-50:1。

作为一种更优选方案，所述步骤（2）中压缩空气在混合时，其压力控制在2-4.1barg；水在混合时，其压力控制在1-2.9barg。

作为一种更优选方案，所述步骤（2）中雾状水颗粒的粒径不大于40µm。

作为一种更优选方案，所述步骤（2）中雾状水颗粒被喷淋出的总流速控制在60-180l/min，喷淋角度设置为45-60°。

作为一种优选方案，所述步骤（3）中循环水温度控制在32-37℃。

作为一种更优选方案，所述步骤（3）中循环水喷淋总流速控制在20-27m³/h，喷淋角度设置为45-60°。

作为一种优选方案，所述步骤（5）中气体排出时速度不高于3.2m/s。

作为一种优选方案，所述烟气经历整个冷却减湿过程的时间控制大于1.8s。

本发明的有益技术效果在于：提供了一种减湿效果好、降温效率高、运行成本低、消耗能源少的高温高湿烟气湿法冷却减湿方法。

（1）本方法采用两级冷却降温。第一级通过双流体喷雾直接触完全蒸发的方法使烟气降温到100度左右。第二级在填料段内喷淋低温的水对饱和湿烟气进行再次冷却（降温至温度40-60℃）并把饱和湿烟气中的水蒸汽降温后使其凝结成液态水，减少了烟气中含水率（减湿至湿度<20%）。降温完成后的湿烟气经过除雾层进一步除去水汽。相比于传统方法，本方法降温效率高、减湿效果好。

（2）通过第二级循环水降温，不仅换热升温后的循环水基本以液态形式回到循环水系统，同时使得第一级完全蒸发的水、高温高湿烟气中的水汽冷凝后进入循环水系统。同时经过除雾层可进一步将烟气中的水汽转为液态，回落进入循环水系统。循环水通过冷却器移除热量达到低温循环水后喷淋再次使用。因此本方法不用补充太多水，相反还可以为其他反应、洗涤吸收提供用水，实现了节水节能的目的，降低了运行成本低，具有节能环保的积极意义。

（3）本方法减少了排气中的水蒸汽和酸雾，盐雾夹带，对减少空气中雾霾有重要意义。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的优选实施例的结构示意图。

图2是本发明填料的正视图。

图中：1为冷却塔，11为塔槽、111为循环水出口、112为液位计、113为紧急排水口、114为塔槽的温度监测器、12为冷却塔体、121为高温烟气进口、122为第一级冷却双流体喷雾系统接入口、123为第二级冷却循环喷淋系统接入口、124为应急喷淋系统接入口、125为填料层、126为冷却塔体的温度监测器、13为除雾塔体、131为低温气体出口、132为除雾层、2为第一级冷却双流体喷雾系统、21为压缩空气输送管道、211为压缩空气输送管道的流量变送器、212为压缩空气输送管道的压力监测器、22为水输送管道、221为水输送管道的流量变送器、222为水输送管道的压力监测器、223为背压调节器、224为水输送管道的温度自动调节阀、23为混合管道、24为第一喷淋器、241为第一喷淋器喷嘴、3为第二级冷却循环喷淋系统、31为第一循环水输送管道、32为冷却器、321为冷却器的温度自动调节阀、33为第二循环水输送管道、331为第二循环水输送管道的流量变送器、332为第二循环水输送管道的压力监测器、34为第二喷淋器、341为第二喷淋器喷嘴、35为循环泵、351为变频装置、4为应急喷淋系统、41为高温应急水箱、42为应急喷淋器、50为填料单元、51为镂空片层、52为细柱状突起。

具体实施方式

现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1和2所示，一种高温高湿烟气湿法冷却减湿方法，采取的步骤如下：

1、温度为650-950℃，湿度为25-32%的高温高湿烟气（主要成分为co、n2、co2，密度为0.283kg/m³）在引风机等常规手段的作用下，由高温烟气进口121进入冷却塔体12中，并由上而下运动，流速控制在19990nm³/h以下。

2、进行第一级双流体喷雾降温。压缩空气在流量变送器211、压力监测器212的控制下、水（如自来水）在流量变送器221、222的控制下，进入混合管道23混合。此时压缩空气的压力控制在2-4.1barg，水的压力控制在1-2.9barg；压缩空气与水的质量流量比30-50:1。高速气流撞击水产生粒径不大于40µm的雾状水颗粒，由深入冷却塔体12的第一喷淋器24喷淋出来，喷淋总流速（未分至每个喷头前的流速）控制在60-180l/min，喷淋角度（与垂直向下方向的夹角）设置为45-60°。喷淋出的雾状水颗粒与高温高湿烟气直接接触，水颗粒吸收烟气的热量后完全蒸发，同时将烟气的温度降至90-105℃。相比于普通喷淋降温，粒径不大于40µm的雾状水颗粒与高温高湿烟气的接触面积更大，使降温的效率大大提高。另外喷淋角度设置与垂直向下方向呈45-60°夹角的原因是：由于高温烟气从上而下运动，如果喷淋角度接近或达到0°时，第一喷淋器24喷出的流体也呈或接近从垂直上而下运动，则流体与高温烟气的接触面积较小，降温效率较差；如果喷淋角度接近或超过90°时，第一喷淋器24喷出的流体由于重力的原因，需要更高的喷射力，才能达到和高温烟气充分接触，从而需要耗费更多能源，提高了运行成本，故喷淋角度控制在45-60°，提高了降温效率，也节省了运行成本。

水输送管道22设置有温度自动调节阀223通过电气系统及中央控制器（未图示）与设置在冷却塔体12填料层125下方的温度监测器126联动。同时温度自动调节阀224与流量变送器211和221、压力监测器212和222等相联动。当温度监测器126检测出经过降温处理的烟气温度过高或过低时，温度监测器126给予温度自动调节阀224信号；温度自动调节阀224再与流量变送器211和221、压力监测器212和222联动，调节压缩空气和水的流速、压力和配比等参数，控制经过降温处理的烟气温度在理想范围中。

3、进行第二级循环水喷淋降温，由第二喷淋器34喷淋出用于冷却烟气的循环水，喷淋总流速（未分至每个喷头前的流速）控制在20-27m³/h，喷淋角度（与垂直向下方向的夹角）设置为45-60°，控制喷淋出的液滴粒径小于300µm。循环水直接与烟气接触，通过水吸收烟气的热量来降温烟气。吸热的循环水尽管有一部分升温变化成蒸汽，但绝大部分还是保持液态。而且喷淋出的循环水可以使高温高湿烟气中的蒸汽降温而重新变为液态。故该过程从整体而言减少了烟气的湿度。本过程后烟气的温度降至40-60℃，含湿率小于20%。循环水和高温高湿烟气在填料层125处发生接触降温。填料层125由材质是聚偏氟乙烯的规整填料单元50组成，其内部设置若干细柱状突起52。该设计增加了烟气和喷淋出的循环水的接触面积、大大减小了压降、增加了降温效率、降低了能源的消耗，节省了能源和成本。

与烟气接触传热后的循环水，由冷却塔体12底部回落至用于存储循环水的塔槽11中。在循环泵35的作用下，循环水从循环水出口111流出通过冷却器32将循环水温度降低至32-37℃。最后通过第二循环水输送管道33进入第二喷淋器34再次喷淋出。同时第二循环水输送管道33与水输送管道22相连通，在从塔槽11流出的循环水量过少或者温度过高时，可以由水输送管道33引入部分水以保证第二级循环水喷淋降温的顺利进行。

循环泵35设有变频装置351，与塔槽11的液位计112通过电气系统及中央控制器（未图示）相联动。当塔槽11循环水储量过低时，液位计112给予信号，循环泵35自动减小输出功率或者停止运行。

冷却器32设置有温度自动调节阀321，与塔槽11的温度监测器114通过电气系统及中央控制器（未图示）相联动。当监测出塔槽11中的循环水的温度小于32℃，无需冷却即可使用时，温度监测器114给出信号，温度自动调节阀321自动关闭冷却水管道，停止冷却器32工作，节约能源和运行成本。

4、当经过两级冷却高温高湿烟气仍然温度较高超标（>90℃）时，应急喷淋系统4启动，高温应急水箱41储存的备用冷却水通过深入冷却塔体11的应急喷淋器42喷淋出，起到对烟气降温，提高设备安全性的作用。

5、经过两级降温达到要求的烟气，在引风机等常规手段的作用下，从冷却塔体11与除雾塔体13连通处进入除雾塔体13。经过除雾层132进一步除去水汽后，从低温气体出口131排出，进行下一工序的处理。气体排出时速度不高于3.2m/s，烟气经历整个过程的时间控制大于1.8s，以保证降温减湿的质量。烟气中被除去的水汽也回落至塔槽11中，用于循环使用，达到节水节能的目的。

下面介绍一种适用于本方法的高温高湿烟气湿法冷却减湿设备。

如图1和2所示，一种高温高湿烟气湿法冷却减湿设备，包括冷却塔1、第一级冷却双流体喷雾系统2、第二级冷却循环喷淋系统3、应急喷淋系统4。

冷却塔1包括塔槽11、冷却塔体12、除雾塔体13；其中除雾塔体13竖直设置，其底部与塔槽11的上开口相连通。冷却塔体12设置在除雾塔体13一侧，其上部呈竖直设置，其底部斜向下与除雾塔体13相连通，同时也保证了与塔槽11相连通。

塔槽11下部设置循环水出口111。在循环水出口111上方设置液位计112，在循环水出口111下方设置循环水紧急排水口113，同时塔槽11还设置温度监测器114。冷却塔体12竖直设置的部分自上而下依次设置高温烟气进口121、应急喷淋系统接入口124、第一级冷却双流体喷雾系统接入口122、第二级冷却循环喷淋系统接入口123、填料层125、温度监测器126，其中填料层125由材质是聚偏氟乙烯的规整填料单元50组成。填料单元50为正四边形柱形框架结构。其顶部，底部分别设置有镂空片层51，在其内部还设置有两层镂空片层51。在填料单元50顶部的镂空片层51的下表面设置若干细柱状突起52，在填料单元50底部的镂空片层51的上表面设置若干细柱状突起52，在填料单元50内部的镂空片层51的上表面和下表面设置若干细柱状突起52。该设计增加了气液的接触面积，使填料层125具有高表面积以及高开放体积，大大减小了压降、增加了降温效率，同时可以减小冷却塔体12的塔径，降低能源的消耗，节省能源和成本。另外正四边形柱形的结构更利于填料单元50的堆砌，使设备运转后填料单元50不会产生相互套叠的现象，不会减损效率或产生短流。同时偏氟乙烯材质的选用使填料更加耐高温及化学物质。除雾塔体13由下而上依次设置除雾层132、低温气体出口131。

第一级冷却双流体喷雾系统2包括压缩空气输送管道21、水输送管道22、混合管道23、第一喷淋器24；压缩空气输送管道21、水输送管道22分别与混合管道23一侧相连通，而混合管道23另一侧与第一喷淋器24相连通；第一喷淋器24通过第一级冷却双流体喷雾系统接入口122通入冷却塔体12中。其中压缩空气输送管道21、水输送管道22上分别设置流量变送器211和221、压力监测器212和222。水输送管道22还设置有背压调节器223、温度自动调节阀224，其中背压调节器223防止液体虹吸或自流，提高水输送的稳定性。

第二级冷却循环喷淋系统3包括第一循环水输送管道31、冷却器32、第二循环水输送管道33、第二喷淋器34，四者依次相连接；第一循环水输送管道31还与塔槽11的循环水出口111相连通；第二循环水输送管道33还通过管道与水输送管道22相连接；第二喷淋器34通过第二级冷却循环喷淋系统接入口123通入冷却塔体12中。其中第一循环水输送管道31上设置两个循环泵35，两者通过独立管道并联设置。该设计保证当一个循环泵35出现故障时，整体设备仍然能顺利运行。循环泵35设置变频装置351。冷却器32为板式冷却器，板式冷却器与常规的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多，提高了冷却的效率，降低了运行成本。冷却器32设置温度自动调节阀321。第二循环水输送管道33设置流量变送器331、压力监测器332。

应急喷淋系统4包括高温应急水箱41以及应急喷淋器42，两者通过管道相连接；高温应急水箱41设置于除雾塔体13顶端，应急喷淋器通过应急喷淋系统接入口124通入冷却塔体12中。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。