一种烟气综合治理方法及装置与流程

本发明属于烟气综合治理技术领域，具体涉及一种烟气综合治理方法及装置。

背景技术

工业用锅炉通常采用化石燃料，诸如煤和油。由于这些化石燃料在燃烧过程中会产生二氧化硫、氮氧化物、粉尘、重金属等有害物质。目前广泛采用的湿法脱硫，具有脱硫反应速度快、效率高、脱硫添加剂利用率高、产物可实现资源化利用等特点，是符合循环经济、可持续发展要求的一种工艺。

现有湿法脱硫技术，原烟气仅经过空塔多层喷淋、除雾两道工序脱除二氧化硫，烟气排放难以实现超低排放指标(nox、so2、粉尘分别低于50、35、5mg/nm³)，对于so3、hg、as等重金属脱除效果有限，同时，湿法脱硫烟气会携带大量水蒸气排放，造成水资源及水蒸气气化潜热浪费，烟囱“冒白烟”现象严重，造成污染物排放超标以及能源浪费。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种烟气综合治理方法及装置，克服现有烟气治理技术易出现烟气排放超标、污染物治理不全面、“白色烟羽”现象以及资源浪费的缺陷。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种烟气综合治理方法，该方法对烟气进行处理，烟气从吸收塔下部进入吸收塔并在吸收塔内上升过程中，依次通过降温、除去so2、除尘除雾、相变冷凝并深度脱除污染物和升温再热后排放。

具体的，依次通过以下步骤对烟气进行处理：

步骤一：烟气经过激冷浓缩降温单元进行激冷浓缩降温，抑制气溶胶的生成；

步骤二：烟气继续上升经过so2吸收单元的多级喷淋层除去so2；

步骤三：烟气上升经过除尘除雾单元，除去烟气中的大颗粒粉尘；

步骤四：烟气再上升经过污染物深度脱除单元，与相变冷凝器间接换热降温，烟气中细微颗粒在热涌力的作用下向着凝结的水蒸气雾滴移动，同时，水蒸气大量凝结，增强了雾滴与颗粒物的碰撞频率，有利于颗粒物凝聚长大，在此过程中，so2、粉尘、hg等重金属凝聚并析出；

步骤五：烟气再经升温再热单元进行升温再热后排放。

可选地，在步骤一和步骤二之间还可以加入深度脱硝步骤，具体的：烟气上升通过低温氧化单元，喷淋臭氧氧化进行深度脱硝。

本发明还提供了一种实现所述方法的烟气综合治理装置，包括吸收塔，在吸收塔内从下至上依次设有氧化单元、激冷浓缩降温单元、so2吸收单元、除尘除雾单元、相变冷凝及污染物深度脱除单元、高效除雾单元和升温再热单元；

在氧化单元与激冷浓缩降温单元之间设有烟气进口，在升温再热单元顶部设有烟气出口。

本发明还包括如下技术特征：

可选地，所述相变冷凝及污染物深度脱除单元包括设于吸收塔内的相变冷凝器，相变冷凝器通过带有冷却循环泵的管道连通有冷却降温机构；所述高效除雾单元包括设于吸收塔内的除雾器；所述升温再热单元包括设于吸收塔内的升温再热器。

可选地，在所述吸收塔内不同区域设有塔盘，用于实现塔内浆液浓度自下至上逐级递减以及塔内温度自下至上逐级降低。

可选地，在so2吸收单元下部设有所述塔盘；在so2吸收单元与除尘除雾单元之间设有所述塔盘。

可选地，在所述激冷浓缩降温单元和so2吸收单元之间还设有低温氧化单元，用于喷淋深度脱硝；

所述低温氧化单元包括设于吸收塔内的臭氧喷头，所述臭氧喷头连通有臭氧发生系统。

可选地，所述氧化单元用于在吸收塔底部氧化脱硫产物，氧化单元包括吸收塔底部内腔，吸收塔底部内腔分别密封连通带有风机的空气输入管道和后处理连通管；所述后处理连通管用于将浆液输送至后处理系统；

所述激冷浓缩降温单元包括带有浆液循环泵的浆液循环管道和设于吸收塔内的浆液喷头，所述浆液喷头连通所述浆液循环管道。

可选地，所述so2吸收单元包括设于吸收塔内的多级so2吸收剂喷头，so2吸收剂喷头通过带有脱硫循环泵的管道分别连通有循环槽和so2吸收剂存储箱；所述除尘除雾单元包括设于吸收塔内的除尘除雾器。

可选地，所述循环槽底部密封连通所述空气输入管道从而实现对循环槽底部带压氧化；循环槽顶部通过连通管密封连通so2吸收单元下方的吸收塔内腔用于输送脱硫产物至循环槽内；循环槽还密封连通所述带有脱硫循环泵的管道。

可选地，所述污染物深度脱除单元采用的相变冷凝器为氟塑料非金属换热器；所述升温再热单元采用的升温再热器为氟塑料非金属换热器。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(ⅰ)本发明是具有除水脱白、除尘、除so2、so3等酸性气体及hg等重金属和节能节水效果的烟气一体化综合治理方法及装置。

本发明采用“能量递减，浓度梯级吸收”的设计理念，极大提高了脱硫除尘效率，同时通过“烟气相变凝聚，升温再热”技术，在塔上层可以实现烟气水蒸气冷凝节水，深度脱除烟气中颗粒物、hg、as等重金属，烟气余热回收利用等作用，可以同时满足超低排放技术及烟气“脱白”要求，脱硫塔出口烟气nox、so2、含尘量分别低于50、35、5mg/nm3，烟气含湿量降低30％以上，so3、hg、as等污染物脱除率≥30％。烟气综合治理性能优越，系统集成度高，总体建设及运行成本低，整体参数匹配及运行情况良好，占地面积小等优势，真正实现“一站式”烟气治理全面达标。

(ⅱ)本发明中烟气先经过浆液喷淋激冷降温，烟气温度骤降，有效抑制亚硫酸盐的分解，进而减少气溶胶的生成，再通过低温氧化段深度脱硝，烟气继续经单级或多级喷淋除去so2等酸性气体，除尘除雾装置拦截部分大颗粒粉尘和雾滴，继续上升的烟气通过相变冷凝器冷却，由于水蒸气分压力大于该温度下饱和压力，水蒸气过饱和相变凝结而产生大量冷雾，烟气中水蒸气大量凝结(可用于脱硫塔补水)，烟气中细微颗粒在热涌力的作用下向着凝结的水蒸气雾滴移动，同时，水蒸气大量凝结，增强了雾滴与颗粒物的碰撞频率，有利于颗粒物凝聚长大，在此过程中，so2、粉尘、hg等重金属凝聚并析出；对于1μm以内范围粒径的颗粒，热泳力对其扩散作用十分显著，热泳扩散速度较高，在热泳力的作用下，1μm以内颗粒凝聚变大，部分附着在换热管表面的颗粒可被清洗，而其他凝聚增大的细微颗粒通过除雾器脱除排出，可实现烟气中水分回收、污染物深度脱除；烟气中微米级细微颗粒与水蒸气凝结雾滴碰撞频率上升，而在水蒸气凝结过程中，水分子团聚长大，so3、hg、as等重金属分子附着在水分子或被团聚的水分子包裹，最终裹挟在雾滴中，随着水蒸气相变冷凝协同治理，这是本发明实现深度脱硫、脱除重金属的关键。

(ⅲ)在综合治理塔内不同区域设置塔盘，实现塔内浆液浓度自下至上逐级递减，塔区温度自下至上逐级降低。底部浓缩段烟气降温，吸收段用于高效反应脱硫，顶部高效除尘。各反应区相对独立，互不影响，保障各区域工作性能。

升温再热段采用热源间接换热，提高排烟温度，烟气扩散力及抬升力显著提高，烟气水蒸气饱和度大幅降低，所用热源不受限制，可使用原烟气进行间接换热，具有节能效果。

(ⅳ)针对燃煤锅炉烟气中含有颗粒物、酸性气体的特点，相变凝聚器与升温再热器可使用氟塑料(或其他类似材料)换热器。其主要具有以下优势：材料耐腐蚀性、耐磨性能优异，表面憎水性强，不易积灰，设备运行阻力小，运维费用低；氟塑料换热原件具有极大的比表面积，换热性能优异；氟塑料密度为常规金属的1/4，同样换热量的氟塑料换热器，重量远低于金属换热器，利于塔内安装及土建施工等优势。

(ⅴ)本发明中，在so2吸收段下层可采用较大雾化粒径喷嘴，降低气溶胶及雾滴携带，在so2吸收段上层可选用较小雾化粒径喷嘴，喷淋覆盖率高，雾化粒径小，比表面积大，传热传质性能优异，脱硫效率高。在除尘除雾水喷淋段可采用小雾化粒径喷嘴，有利于高效捕捉除尘。

附图说明

图1为本发明的烟气综合治理装置的整体结构示意图；

图2为碰撞效率随颗粒与不同粒径雾滴的关系图。

图3为热涌力对不同粒径的影响图。

图中各标号表示为:1-氧化单元，2-激冷浓缩降温单元，3-低温氧化单元，4-so2吸收单元，5-除尘除雾单元，6-污染物深度脱除单元，7-高效除雾单元，8-升温再热单元；

100-烟气进口，101-烟气出口；

11-风机，12-空气输入管道，13-浆液循环泵，14-浆液循环管道，15-后处理连通管；

21-浆液喷头；

31-臭氧喷头，32-臭氧发生器；

41-so2吸收剂喷头，42-脱硫循环泵，43-循环槽，44-so2吸收剂存储箱；

51-除尘除雾器；

61-相变冷凝器，62-冷却循环泵，63-冷却降温机构；

71-除雾器；

81-升温再热器。

以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。

具体实施方式

本实施方式提供一种烟气综合治理方法，该方法对烟气进行处理，烟气从吸收塔下部进入吸收塔并在吸收塔内上升过程中，依次通过降温、除去so2、除尘除雾、相变冷凝并深度脱除污染物和升温再热后排放。

依次通过以下步骤对烟气进行处理：

步骤一：烟气经过激冷浓缩降温单元进行激冷浓缩降温，抑制气溶胶的生成；

步骤二：烟气继续上升经过so2吸收单元的多级喷淋层除去so2；

步骤三：烟气上升经过除尘除雾单元，除去烟气中的大颗粒粉尘；

步骤四：烟气再上升经过污染物深度脱除单元，与相变冷凝器间接换热降温，烟气中细微颗粒在热涌力的作用下向着凝结的水蒸气雾滴移动，同时，水蒸气大量凝结，增强了雾滴与颗粒物的碰撞频率，有利于颗粒物凝聚长大，在此过程中，so2、粉尘、hg等重金属凝聚并析出；

步骤五：烟气再经升温再热单元进行升温再热后排放。

在本实施方式中，在步骤一和步骤二中加入了深度脱硝步骤，具体的：烟气上升通过低温氧化单元，喷淋臭氧氧化进行深度脱硝。

本发明还提供了一种实现所述方法的烟气综合治理装置，包括吸收塔，在吸收塔内从下至上依次设有氧化单元1、激冷浓缩降温单元2、so2吸收单元4、除尘除雾单元5、相变冷凝及污染物深度脱除单元6、高效除雾单元7和升温再热单元8；在氧化单元1与激冷浓缩降温单元2之间设有烟气进口100，在升温再热单元8顶部设有烟气出口101。

在本实施方式中，所述相变冷凝及污染物深度脱除单元6包括设于吸收塔内的相变冷凝器61，相变冷凝器61通过带有冷却循环泵62的管道连通有冷却降温机构63；所述高效除雾单元7包括设于吸收塔内的除雾器71；所述升温再热单元8包括设于吸收塔内的升温再热器81。在其他实施方式中，可以采用mggh代替升温再热器81，从而实现利用原烟气余热进行升温再热。

在所述吸收塔内不同区域设有塔盘，用于实现塔内浆液浓度自下至上逐级递减以及塔内温度自下至上逐级降低。

具体的，在so2吸收单元4下部设有所述塔盘；在so2吸收单元4与除尘除雾单元5之间设有所述塔盘。

在所述激冷浓缩降温单元2和so2吸收单元4之间还设有低温氧化单元3，用于喷淋深度脱硝；所述低温氧化单元3包括设于吸收塔内的臭氧喷头31，所述臭氧喷头31连通有臭氧发生系统32。

具体的，所述氧化单元1用于在吸收塔底部氧化脱硫产物，氧化单元1包括吸收塔底部内腔，吸收塔底部内腔分别密封连通带有风机11的空气输入管道12和后处理连通管15；所述后处理连通管15用于将浆液输送至后处理系统；所述激冷浓缩降温单元2包括带有浆液循环泵13的浆液循环管道14和设于吸收塔内的浆液喷头21，所述浆液喷头21连通所述浆液循环管道14。

so2吸收单元4包括设于吸收塔内的多级so2吸收剂喷头41，so2吸收剂喷头41通过带有脱硫循环泵42的管道分别连通有循环槽43和so2吸收剂存储箱44；所述除尘除雾单元5包括设于吸收塔内的除尘除雾器51。

更具体地，所述循环槽43底部密封连通所述空气输入管道12从而实现对循环槽43底部带压氧化；循环槽43顶部通过连通管密封连通so2吸收单元4下方的吸收塔内腔用于输送脱硫产物至循环槽43内；循环槽43还密封连通所述带有脱硫循环泵42的管道。

可选地，所述相变冷凝及污染物深度脱除单元6采用的相变冷凝器61为氟塑料非金属换热器(或其他类似材料)；所述升温再热单元8采用的升温再热器81为氟塑料非金属换热器(或其他类似材料)。其主要具有以下优势：材料耐腐蚀性、耐磨性能优异，表面憎水性强，不易积灰，设备运行阻力小，运维费用低；氟塑料换热原件具有极大的比表面积，换热性能优异；氟塑料密度为常规金属的1/4，同样换热量的氟塑料换热器，重量远低于金属换热器，利于塔内安装及土建施工等优势。

在本实施方式中，浆液循环泵、风机、浆液喷头、臭氧喷头、臭氧发生系统、so2吸收剂喷头、脱硫循环泵、循环槽、so2吸收剂存储箱、除尘除雾器、相变冷凝器、冷却循环泵、冷却降温机构、除雾器、升温再热器等系统附属设备及系统后处理设备均为常规设备。

如图2所示，对于1μm以内的细微颗粒，布朗扩散与惯性较小，雾滴拦截作用不明显，因此，对于1μm以内的细微颗粒，碰撞机理对雾滴与气溶胶颗粒的碰撞效率作用较为微弱。而通过烟气冷却降温，冷雾及换热管表面温度低于气溶胶颗粒温度，有利于气溶胶颗粒(亚微米级)在热泳力作用下进行团聚，并向冷雾和换热管表面表面移动。如图3所示，对于1μm以内范围粒径的颗粒，热泳力对其扩散作用十分显著，热泳扩散速度较高。在热泳力的作用下，1μm以内颗粒凝聚变大，部分附着在换热管表面的颗粒可被清洗，而其他凝聚增大的细微颗粒通过除雾器脱除排出，这是本发明高效除雾的保障。

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

本实施例的实验系统中，烟气量为50000nm³/h，入口烟气含尘量≤50mg/nm³，so2浓度≤2000mg/nm³，nox浓度≤150mg/nm³；

步骤一：烟气经过激冷浓缩降温单元进行激冷浓缩降温，抑制气溶胶的生成；

步骤二：烟气上升通过低温氧化单元，喷淋臭氧氧化进行深度脱硝后烟气nox浓度降低至≤50mg/nm³；

步骤三：烟气继续上升经过so2吸收单元的多级喷淋层除去so2；

步骤四：烟气上升经过除尘除雾单元，除去烟气中的大颗粒粉尘；烟气经步骤三和步骤四后，so2浓度降低至≤30mg/nm³，粉尘浓度≤8mg/nm³；

步骤五：烟气再上升经过污染物深度脱除单元，与相变冷凝器间接换热降温，本实施例中，相变凝聚区冷却循环水温度控制在进口≤32℃，出口循环水温度在37℃左右，烟气温度从52℃(相变冷凝器关闭)烟气经过相变冷凝至48℃(相变冷凝器开启)，烟气中粉尘含量降低至1～4mg/nm³。系统每小时回收烟气冷凝水1～1.2t，其中冷凝水ph在3左右，冷凝水中溶有大量酸液及hg、as等重金属。该步骤是实现烟气节水“脱白”、深度净化的关键，该部分冷凝水可作为脱硫系统补水使用，节约水耗。对于部分厂区，冷源经过加热后可继续利用，实现水蒸气气化潜热回收利用。

步骤六：烟气再经升温再热单元进行升温再热后排放，深度净化的烟气再通过升温再热器增强烟气的抬升力和扩散半径，进一步降低烟气饱和度，实现视觉“无白烟”，环境温度≥15℃，空气相对湿度≤50％情况下，烟气排放温度高于60℃，视觉“白烟”现象极微弱，几乎无拖尾现象，烟气最终排放达到超低排放标准。

在其他实施例中，如需要更进一步的脱除烟气污染物以及烟气水分，在更加严苛条件下实现视觉“无白烟”，可以通过进一步降低烟气冷凝温度以及提高烟气排烟温度即可达到效果。

对比例1:

本对比例提供一种常规的湿法脱硫系统，本对比例与实施例1的区别在于，本对比例的系统不含有相变冷凝，污染物深度脱除段，即烟气进口的烟气直接经so2吸收段、普通水多级喷淋后直接除雾器去除，经检测：由于常规喷淋循环水温度较高，无法使得烟气降温，水蒸气冷凝相变，也就是基本没有烟气“脱白”节水效果，而使用相变冷凝，污染物深度脱除段后，可以将烟气中30～40％以上水蒸气冷凝脱除，既能使得烟气消除白烟，水蒸气相变凝聚后产生的水可以在脱硫塔内参与循环，减少脱硫塔补水量。

对比例2:

本对比例提供一种常规的湿法脱硫系统，本对比例与实施例1的区别在于，本对比例的系统不含有相变冷凝，污染物深度脱除段，即烟气进口的烟气直接经so2吸收段、普通水多级喷淋后直接除雾器去除，经检测：由于使用相变冷凝，污染物深度脱除段后，可以将烟气中水蒸气冷凝脱除，而烟气中的so2、微尘颗粒物、重金属等物质溶于或与水蒸气混合，难以分离，而通过烟气“脱水”，可以将这部分与水蒸气混合的污染物收集，从而进一步降低了烟气中的污染物排放。对比烟气回收水(未经烟气冷凝)水质分析，烟气冷凝水中cl^-、so4^2-、hg、as等重金属含量为烟气回收水中2～5倍，烟气污染物深度脱除烟气中水蒸气、粉尘、重金属、酸性气体等含量可降低30％以上，使得烟气深度净化排放。

对比例3:

本对比例提供一种常规的湿法脱硫系统，本对比例与实施例1的区别在于，本对比例的系统不含有升温再热段，即烟气经so2吸收段、水洗后再除雾器后直接排放，经检测：由于烟气未经升温再热，烟气仍然为饱和湿烟气，烟气抬升力和扩散半径较低，在烟囱出口，由于环境温度较低，烟气在降温过程中与饱和水蒸气线相交，水蒸气凝结，视觉“白烟”现象明显。

对比例4:

本对比例提供一种采用烟气直接冷却的湿法脱硫系统，本对比例与实施例1的区别在于，本对比例的系统采用烟气直接冷却(将冷却介质直接喷淋，与烟气直接接触)方式用于烟气降温(浆液冷却、冷水冷却等)。采用该工艺会造成烟气雾滴携带及气溶胶生成，同时会造成烟气污染物对冷却介质的污染，影响系统稳定运行。

对比例5:

本对比例提供一种湿法脱硫后采用间接冷却方式的脱硫系统，本对比例与实施例1的区别在于，本对比例的系统采用常规金属换热器进行冷却降温，设备布置在脱硫塔外。采用该种方式，主要具有以下缺点：1.换热器比表面积远小于实施例1，不利于烟气细微颗粒的凝聚，同时，实施例1还具有除雾效果(类似于管式除雾器)，有利于烟气粉尘脱除；2.由于烟气含有多种污染物，烟气冷凝水酸性较强，对于常规金属腐蚀严重。