一种烟气脱白及节能深度脱除污染物的系统的制作方法

本实用新型属于湿法烟气“脱白”技术领域，具体涉及一种烟气脱白及节能深度脱除污染物的系统。

背景技术：

湿法脱硫产生的白烟，是脱硫剂溶液和高温烟气直接接触，使烟气被增湿冷却，脱硫剂溶液中的水分则吸热汽化，导致烟气中的水蒸气总量大大增加。随着脱硫过程的进行，烟气温度逐渐降低，烟气温度的降低使烟气携带蒸汽的能力降低。当蒸汽总量超出了烟气的携带能力，烟囱排放的净烟气中的水不能及时被大气充分稀释，排放烟气与大气形成的局部混合气体的露点温度高于混合气体干球温度，就会有大量的水蒸气凝结为小水滴，经烟囱排放后形成白烟。无论是哪种湿法工艺，形成的白烟中往往含有脱硫剂、副产品、三氧化硫，还有气溶胶。

自2017年中下旬，各地陆续出台了大气治理新规。上海、浙江、天津三地的地方标准中前所未有的提到了白烟排放的控制指标：《上海市燃煤发电机组环保排序办法》指出：“2017年环保排序计算方法：二氧化硫、氮氧化物、烟尘权重分别为0.2、0.3、0.2；完成消除石膏雨飘落及有色烟羽的机组赋值0，未完成的机组赋值1，权重为0.1；煤场全部密封的机组赋值0，未完成的机组赋值1，权重为0.2”；浙江省环保厅的征求意见稿强调：“位于城市主城区及环境空气敏感区的燃煤发电锅炉应采取烟温控制及其他有效措施消除石膏雨、有色烟羽等现象”；天津市环保局印发的通知中，明确了火电、钢铁等重点行业开展“石膏雨、有色烟羽”治理工作的重点，并明确了有色烟羽的定义。

随着2018年天津出台了明确规定烟气排烟温度排放要求标准，在短短一年的时间，说明烟气脱白治理已从粗放式观测定性要求提升到精确定量监测管理，烟气“脱白”很有可能很快会被写入各地方或者国家规范标准严格监管，市场前景广阔且迅速。

目前常规烟气脱白技术主要分为冷凝法、升温法、冷凝再热法，其主要技术原理是使用换热器进行换热，减低烟气中水蒸气含量及烟气饱和度，进而实现烟气“脱白”效果。此类技术系统较为简单直接。但主要面临以下几个问题：

1.对于常规冷却方式(凉水塔冷却、通风冷却等)，循环冷却水、空气等温度较高，换热性能有限，一般烟气冷却降温在3度以内，冷却幅度有限，不能满足部分地区排放要求；

2.由于工业锅炉烟气量较大，对于常规冷却换热方式，所需换热器循环量大、尺寸较大，安装空间有限；

3.从以往电厂GGH运行效果来说，此类换热器技术常常面临堵塞、腐蚀等造成的运行成本增加；

4.升温法技术建设及运行成本较高，在实际应用中几乎没有节能作用，无经济价值甚至需要花费极高的运行费用。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型提供了一种烟气脱白及节能深度脱除污染物的系统，克服现有现有湿法脱硫技术难以达到日益提高的排放标准，尤其是烟气“白烟”尚未得到有效治理的缺陷。

为达到上述目的，本实用新型采取如下的技术方案：

一种烟气脱白及节能深度脱除污染物的系统，包括脱硫塔，还包括烟气脱白深度净化装置，烟气脱白深度净化装置内从下至上依次设有烟气整流器、蒸发换热器、冷凝换热器和烟囱；

所述蒸发换热器连接有设于烟气脱白深度净化装置外的制冷剂蒸发器，所述冷凝换热器连接有设于烟气脱白深度净化装置外的制冷剂冷凝器；

在制冷剂蒸发器和制冷剂冷凝器之间密封设有制冷剂管道的管道回路，在制冷剂蒸发器到制冷剂冷凝器之间的第一制冷剂管道上设有压缩机，在制冷剂冷凝器到制冷剂蒸发器之间的第二制冷剂管道上依次设有换热器和节流阀；

在所述烟气整流器下方的烟气脱白深度净化装置上设有烟气脱白深度净化装置烟气入口，烟气脱白深度净化装置烟气入口与位于脱硫塔顶部的脱硫塔烟气出口之间通过烟气管道连通，烟气管道上设有引风机。

本实用新型还包含以下技术特征：

可选地，所述脱硫塔内部上方设有浆液喷嘴，浆液喷嘴通过浆液管道连通脱硫塔的下部内腔；在所述浆液管道上设有浆液循环泵，用以将脱硫塔下部内腔中的浆液抽送至浆液喷嘴进行喷淋；在所述浆液喷嘴下方的脱硫塔塔壁上设有脱硫塔烟气入口。

可选地，所述烟囱上连接有烟气分析装置；所述烟气分析装置为CEMS 烟气在线分析装置。

可选地，所述脱硫塔和烟气脱白深度净化装置底部均通过管道连通收集池。

可选地，所述制冷剂蒸发器和制冷剂冷凝器依次布置在烟气脱白深度净化装置内，其中制冷剂蒸发器用于吸收低温烟气余热(主要为烟气中水蒸气凝结释放的气化潜热)，制冷剂冷凝器中制冷剂由气态凝结成液态，放出大量热量，用于烟气升温。

优选的，位于所述烟气脱白深度净化装置内的制冷剂管道为盘管或翅片管；所述制冷剂蒸发器和制冷剂冷凝器盘管布置在烟气脱白深度净化装置内，制冷剂与烟气间接换热，用于烟气冷凝及升温再热；由于烟气成分复杂，尤其在制冷剂蒸发器端，烟气冷凝液呈酸性(PH在3左右)，会对管道产生磨损与腐蚀，因此制冷剂管道及与烟气接触部分管件需采用耐腐性较强材料，同时，为实现制冷剂蒸发器与制冷剂冷凝器与烟气更好的传热传质，烟气脱白深度净化装置内制冷剂管道可布置为盘管或翅片管。

系统制冷剂须与烟气换热，用于烟气冷凝再热；常规使用中，脱硫后饱和烟气温度在50℃左右，升温再热后烟气排烟温度一般≥60℃，制冷剂工作温度相较常规制冷机组较高，因此需选用134a、R142B、R123等高温制冷剂，保障系统稳定运行。

本只用新型与现有技术相比，有益的技术效果是：

(Ⅰ)本实用新型的烟气脱白及节能深度脱除污染物的系统基于烟气均布、烟气降温、烟气升温以及烟气余热回收，极大减弱了烟气白烟效果并充分利用了烟气余热，从根源上控制了烟气水蒸气含量并降低了烟气饱和度，最终处理后烟气达到烟气污染物排放要求，尤其是含水量得到明显降低和有效控制。同时，在该系统中，升温烟气不需提供额外能源，还可以充分利用烟气余热，并可根据实际情况为厂区提供有效的能源，具有一定的节能效果。

(Ⅱ)在该系统中，由于烟气中水蒸气含量从90～110g/kg降低至66～ 78g/kg，烟气中30％以上的水蒸气凝结析出(可根据实际情况调整烟气降温温度)。对于50000Nm³/h烟气，烟气温度从50℃降低至45℃，系统可回收1.6t/h烟气冷凝水，此部分冷凝水也可经过实际情况充分利用(如脱硫塔补水).

(Ⅲ)在该系统中，烟气升温后烟气扩散力及抬升力显著提高，烟气饱和度明显降低，有效消除视觉“白烟”，同时，烟气升温有利于烟囱防腐，升温烟气不需提供额外能源，还可以充分利用烟气余热，并可根据实际情况为厂区提供有效中品味能源，具有一定的节能效果。

(Ⅳ)通过蒸发换热器、冷凝换热器进行间接换热，使用间接换热在保障传热性能的同时，有利于避免蒸发器、冷凝器受到烟气冲刷腐蚀，管道磨损造成制冷剂泄漏，影响工艺装置正常运行，同时蒸发器和冷凝器等制冷机组装置安装在塔外，更加便于监测、维护和检修。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型烟气冷凝升温节能系统原理图。

图中各标号表示为:1-脱硫塔，2-烟气脱白深度净化装置，3-引风机，4- 烟气整流器，5-制冷剂蒸发器，6-压缩机，7-制冷剂冷凝器，8-节流阀，9- 换热器；

11-脱硫塔烟气出口，12-浆液喷嘴，13-浆液循环泵，14-脱硫塔烟气入口；

21-烟气脱白深度净化装置烟气入口，22-烟囱；

51-蒸发换热器，71-冷凝换热器；

100-制冷剂管道，101-第一制冷剂管道，102-第二制冷剂管道，103-烟气管道，104-浆液管道；

200-烟气分析装置，300-收集池。

以下结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做具体说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型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实用新型的保护范围。

实施例1：

遵从上述技术方案，如图1所示，本实施例给出一种烟气脱白深度净化排放的系统，包括脱硫塔1，还包括烟气脱白深度净化装置2，烟气脱白深度净化装置2内从下至上依次设有烟气整流器4、蒸发换热器51、冷凝换热器71和烟囱22；蒸发换热器51连接有设于烟气脱白深度净化装置2 外的制冷剂蒸发器5，所述冷凝换热器71连接有设于烟气脱白深度净化装置2外的制冷剂冷凝器7；在制冷剂蒸发器5和制冷剂冷凝器7之间密封设有制冷剂管道100的管道回路，制冷剂管道100用于连通制冷剂蒸发器5 和制冷剂冷凝器7，并且用于使制冷剂能在制冷剂管道100内流通；在制冷剂蒸发器5到制冷剂冷凝器7之间的第一制冷剂管道101上设有压缩机6，在制冷剂冷凝器7到制冷剂蒸发器5之间的第二制冷剂管道102上依次设有换热器9和节流阀8；在烟气整流器4下方的烟气脱白深度净化装置2上设有烟气脱白深度净化装置烟气入口21，烟气脱白深度净化装置烟气入口 21与位于脱硫塔1顶部的脱硫塔烟气出口11之间通过烟气管道103连通，烟气管道103上设有引风机3。

通过上述技术方案，烟气整流器4形成的烟气整流段可通过塔盘或填料、除雾器等均布装置使得烟气分布均匀；通过蒸发换热器51、冷凝换热器71进行间接换热，使用间接换热在保障传热性能的同时，有利于避免蒸发器5、冷凝器7受到烟气冲刷腐蚀，管道磨损造成制冷剂泄漏，影响工艺装置正常运行，同时蒸发器5和冷凝器7等制冷机组装置安装在塔外，更加便于监测、维护和检修。换热器形式与介质满足传热功能即可，不受限制。

蒸发换热器51与制冷剂蒸发器5形成的烟气冷凝除水段主要通过蒸发换热器51、制冷剂蒸发器5吸收烟气热量，降低排烟温度，烟气中水蒸气凝结进而降低烟气含水量，同时，烟气中粉尘、SO2等酸性气体、Hg、As 等重金属随着水蒸气相变冷凝协同凝并析出，烟气深度净化。具体的，制冷剂在制冷剂蒸发器5通过蒸发换热器51间接换热，吸收烟气余热蒸发，从液相转变为气相，该气体通过压缩机6后排出高压蒸汽，经换向阀进入制冷剂冷凝器7；冷凝换热器71与制冷剂冷凝器7形成的烟气升温段主要通过冷凝换热器71、换热器9和制冷剂冷凝器7中制冷剂相变凝结放热，加热烟气温度，降低烟气饱和度，进一步实现烟气“脱白”效果，具体的，制冷剂蒸汽通过与热水换热器9以及冷凝换热器71与低温烟气间接换热后，在制冷剂冷凝器7中被冷凝成液体，经节流阀8进入制冷剂蒸发器5，并在制冷剂蒸发器5中吸热，将烟气冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经换向阀后被压缩机吸入，进而实现烟气深度净化及余热回收。换热器9形成的烟气余热能量回收段使用气液换热器(管式、板式或其他形式)，提供中温厂区生活/工业用水；烟气余热(水蒸气相变凝结热及烟气显热)在热水换热段以及烟气升温段得到利用。

使用本实用新型脱硫后饱和烟气(水蒸气含量为90～110g/kg)首先通过烟气整流后进入烟气冷凝除水段，烟气温度降低至≤45～48℃左右，烟气中水蒸气含量降低至≤66～78g/kg，烟气中30％以上的水蒸气凝结析出，这是本方案高效“脱白”的第一层保障。烟气通过与制冷剂冷凝器换热升温，烟气排烟温度提升至60℃以上，烟气饱和度显著降低，经过升温后的高度净化烟气从烟囱排出，彻底实现烟气白烟有效治理，这是本方案高效“脱白”的第二层保障。使用该系统，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。同时，由于烟气中大量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。

具体的，脱硫塔1内部上方设有浆液喷嘴12，浆液喷嘴12通过浆液管道104连通脱硫塔1的下部内腔；在所述浆液管道104上设有浆液循环泵 13，用以将脱硫塔1下部内腔中的浆液抽送至浆液喷嘴12进行喷淋；浆液喷嘴12喷淋脱硫剂对烟气进行脱硫；在所述浆液喷嘴12下方的脱硫塔1 塔壁上设有脱硫塔烟气入口14。

在本实施方式中，烟囱22上连接有烟气分析装置200，本实施例中的烟气分析装置200为CEMS烟气分析系统，用以分析烟气成分。

在其他实施方式中，脱硫塔1和烟气脱白深度净化装置2底部均通过管道连通收集池300用以收集液体并排出。

本实用新型的工作过程及原理如下：

锅炉烟气经脱硫塔1处理后，经引风机3，进入烟气脱白深度净化装置 2，烟气依次经过包括设置有烟气整流器4的烟气整流段、蒸发换热器51 和制冷剂蒸发器5的烟气冷凝除水段、冷凝换热器71和制冷剂冷凝器7的烟气升温段，经过脱水升温深度净化后的烟气从烟囱22排出。烟气冷凝升温节能系统过程为：制冷剂在制冷剂蒸发器5通过蒸发换热器51间接换热，吸收烟气余热蒸发，从液相转变为气相，该气体通过压缩机6后排出高压蒸汽，经换向阀进入制冷剂冷凝器7，制冷剂蒸汽通过与热水换热器9以及冷凝换热器71与低温烟气间接换热后，在制冷剂冷凝器7中被冷凝成液体，经节流阀8进入制冷剂蒸发器5，并在制冷剂蒸发器5中吸热，将烟气冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经换向阀后被压缩机吸入，进而实现烟气深度净化及余热回收。

烟气冷凝升温节能系统原理如图2所示，低温低压的制冷剂在制冷剂蒸发器5吸收烟气余热蒸发，从液相转变为气相(定压吸热过程，图中4～ 1过程)，该气体通过压缩机6后排出高压蒸汽(压缩过程，图中1～2过程)，经换向阀进入制冷剂冷凝器7，制冷剂蒸汽通过与热水换热器以及低温烟气换热被冷凝成高压液体(定压放热过程，图中2～3过程)，经节流装置成为低温低压液体，进入制冷剂蒸发器5(节流过程，图中3～4过程)，并在制冷剂蒸发器5中吸热，将烟气冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经换向阀后被压缩机吸入，这样实现烟气深度净化及余热回收。在该系统中需要注意压缩机排气温度高容易引起内置电动机及压缩机过热的现象，须在电机绕组内设置温度传感器或继电器，以达到可靠保护电动机的目的。

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，本对比例的系统中烟气直接经常规脱硫塔处理后排放，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，同时，烟气仅通过常规脱硫后排放，大量粉尘、酸性气体、重金属等多种污染物被排放到大气，造成环境污染，无法实现烟气深度净化洁净排放。

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升温再热段，即烟气锅炉烟气经脱硫塔处理后直接排放，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3:

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4:

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换热器进行冷却降温。采用该种方式，主要具有以下缺点：1.换热器冷却烟气需要额外使用冷源，由于换热器为气液换热，总传热系数较低，需要大量冷源；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；3.对于烟气升温再热段，实施例1可直接利用烟气冷凝段烟气气化潜热用于烟气升温，而对比例则需要其他热源用于烟气升温，对比例所需系统复杂，能耗较高。

对比例5:

本对比例提供一种将制冷机组直接安装在烟气脱白深度净化装置进行烟气换热的烟气脱白系统，本对比例与实施例1的区别在于，本对比例的系统采用中间换热器用于间接换热，中间换热器与烟气换热侧介质为水。采用该种方式，主要缺点为，制冷剂通常为有毒有害物质，直接安装在烟气脱白深度净化装置，由于烟气磨损及酸性气体、液体腐蚀，会造成管道磨损，不利于检修维护，同时，制冷剂泄漏会对造成系统污染，影响整个系统运行。