一种提水消白装置及其提水消白方法与流程

本发明涉及烟气消白装置领域，特别涉及一种提水消白装置及其提水消白方法。具体涉及一种用于火电、钢铁、化工、建材、冶金等领域的烟气提水降烟羽的节能装置及方法。

背景技术：

工业生产排放的尾气烟温较高，经过一系列污染物处理后，尾气含湿量较高，在烟囱出口处遇到温度较低的大气将急剧冷却，烟气中的水蒸气就会冷凝成小雾滴，从而形成白色烟羽，造成了视觉污染和一定程度的空气污染，受到了人们的广泛关注。

我国现阶段的锅炉机组普遍采用湿法脱硫技术，这导致从脱硫塔出来的高温烟气将携带大量的水汽，同时脱硫塔内也需要不断补充大量的水资源，这造成巨大的水资源和电能消耗。

现阶段常用的消白手段为mggh(中间热媒体烟气换热器)，在脱硫塔前后各设置换热器，通过液态水对高温烟气进行降温，升温后的液态水又用来加热脱硫后的低温饱和烟气，最后经过水洗进一步出去烟气所含的烟尘与雾滴。但mggh工艺中，烟气所含的水分被排向大气，造成了水资源的浪费；出口烟气含湿量大，所需换热面积大，投资费用高。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种提水消白装置及其提水消白方法。

本发明的技术方案为：

一种提水消白装置，包括壳体，所述壳体上设有烟气进口和烟气出口，所述壳体内设有与烟气进口相连的烟气分流板；所述壳体为波纹管式壳体；所述壳体内烟气分流板下方与烟气出口之间设置有烟气换热管；所述壳体底端设置有排水口。

作为优选方案，所述波纹管式壳体的节间距沿烟气行走的方向逐渐变大。声波频率与烟气流速(v)、波纹管的节间距(l)相关，具体为：频率＝烟气流速/波节间距。即，烟气在波纹管中收缩膨胀产生的声波，烟气流速一定的情况下，节间距越小，频率越大；节间距越大，频率越小。

另外，最佳团聚频率与水雾颗粒半径之间的关系具体表现为公式：其中，η为气体的切变粘滞系数，ρp为水雾的密度，a为水雾颗粒半径。

即，水雾颗粒越小，需要的最佳团聚频率越高，水雾颗粒越大，需要的最佳团聚频率越低。

由于高频率声波对小粒径颗粒团聚效果好，低频率声波对大粒径颗粒团聚效果好，波纹管状壳体节间距随烟气的深入而增大，以此来减小其声波频率，更好的团聚粒径增大的水雾颗粒。

作为优选方案，所述波纹管式壳体分为n段，每一段节间距相等；波纹管式壳体的各段节间距沿烟气行走的方向变大；其中，n≥2。更优选的，n≥4。每一段的高度可以相等，也可以不等。由于烟气在波纹管运行中各参数不一定是固定不变的，因此精确计算波纹管节间距比较困难，依据公式对波纹管间距做一个分段设计，每一段上节间距相等，不同段上设置差异，沿着烟气行进的方向，各段节间距递增。该设计符合实际应用，同时可提升水雾团聚效率，进而提高消白效率。

作为优选方案，所述波纹管式壳体的节间距为2～6cm。依据工业上常见的烟气切变粘滞系数、烟气流速以及水雾颗粒粒径等计算出波纹管式壳体的节间距在2～6cm之间变化最佳。根据公式，依据不同的烟气处理计算节间距，一般情况下波纹管式壳体的节间距为2～6cm。特殊情况也可以依据本发明以及公式做特殊设计。

作为优选方案，所述烟气换热管水平布置。

作为优选方案，所述壳体内设置若干组烟气换热管；每组烟气换热管均设置有冷却水进口以及换热水出口。

为了提升换热效率，壳体内烟气分流板下方与烟气出口之间烟气换热管密集布置，换热面积大，换热效率高，可以将烟气中的水分高效冷凝为水雾。

作为优选方案，所述壳体底部呈圆锥体形。壳体底部设置为圆锥体形，便于凝聚的水聚集到排水口。

采用所述提水消白装置进行烟气提水消白的方法，烟气由烟气进口进入波纹管式壳体，经烟气分流板分流后与与烟气换热管换热，析出水雾；同时波纹管式壳体使流动的烟气有规律收缩与膨胀，发出声波，对经冷凝的水雾进行团聚；团聚后的雾滴在重力作用下滑落，并经排水口排出装置；去除水雾后的烟气由烟气出口排出装置。

作为优选方案，声波频率与水雾颗粒半径之间的关系满足公式(ⅰ)：其中，η为气体的切变粘滞系数，ρp为水雾的密度，a为水雾颗粒半径。

作为优选方案，所述烟气提水消白的方法，烟气流速为20～30m/s。

本发明的有益效果为：

1、本发明消白装置，应用于除雾提水，具有投资低，施工周期短，占地面积小，运行维护费用低，可靠性高，结构简单，不产生二次污染，节能等诸多优点，适于推广使用。

2、本发明消白装置，通过冷却水有效降低高温烟气的温度，使其中的水分冷凝析出，同时烟气流经波纹管式壳体时，有规律的收缩、膨胀会发出适合雾滴团聚的特定频率声波和足够强度的声压级对雾滴进行团聚，团聚后的雾滴在重力作用下沿壁面滑落或者竖直下降，通过排水口排出装置，实现气液分离，充分用能，高效提水，同时有效降低了白色烟羽的产生，达到了消白的目的。

3、本发明消白装置，频率调节方式简单，可根据实际需要设计壳体的波节间距和烟气流速，能有针对性的实现水雾团聚，降低白色烟羽的产生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提水消白装置的主视图；

图2为图1的a-a剖视图；

图3是采用本发明提水消白装置模型进行水雾团聚实验的雾滴颗粒减少量变化结果。

图中，1、烟气进口，2、烟气分流板，3、烟气换热管，4、波纹管式壳体，5、烟气出口，6、排水口。

具体实施方式

一种提水消白装置，包括壳体，壳体上设有烟气进口和烟气出口，壳体内设有与烟气进口相连的烟气分流板；壳体为波纹管式壳体；壳体内烟气分流板下方与烟气出口之间设置有烟气换热管；壳体底端设置有排水口。

在一些实施例中，波纹管式壳体的节间距沿烟气行走的方向逐渐变大。

在一些实施例中，波纹管式壳体分为n段，每一段节间距相等；波纹管式壳体的各段节间距沿烟气行走的方向变大；其中，n≥2。

在一些实施例中，波纹管式壳体的节间距为2～6cm。

在一些实施例中，烟气换热管水平布置。

在一些实施例中，壳体内设置若干组烟气换热管；每组烟气换热管均设置有冷却水进口以及换热水出口。

在一些实施例中，壳体底部呈圆锥体形。

采用提水消白装置进行烟气提水消白的方法，烟气由烟气进口进入波纹管式壳体，经烟气分流板分流后与与烟气换热管换热，析出水雾；同时波纹管式壳体使流动的烟气有规律收缩与膨胀，发出声波，对经冷凝的水雾进行团聚；团聚后的雾滴在重力作用下滑落，并经排水口排出装置；去除水雾后的烟气由烟气出口排出装置。

在一些实施例中，最佳的声波频率与水雾颗粒半径之间的关系满足公式(ⅰ)：其中，η为气体的切变粘滞系数，ρp为水雾的密度，a为水雾颗粒半径。

在一些实施例中，烟气提水消白的方法，烟气流速为20～30m/s；烟气换热管内冷流体进口温度为小于25℃。

实施例1

如图1、图2所示，一种提水消白装置，包括波纹管式壳体4，波纹管式壳体4的顶部设有烟气进口1，烟气进口1下端连接若干烟气分流板2。波纹管式壳体4底部呈圆锥体状，圆锥体状部分的最底端为排水口6。波纹管式壳体4紧靠圆锥体状部分上端口处设置有烟气出口5。

烟气分流板2与烟气出口5之间密集布置有若干组烟气换热管3；每组烟气换热管3均设置有冷却水进口3-1以及换热水出口3-2。冷却水进口3-1由波纹管式壳体4外部伸入至波纹管式壳体4的内部，并与波纹管式壳体4密封连接；换热水出口3-2由波纹管式壳体4内部延伸出波纹管式壳体4外部并与波纹管式壳体4密封连接。每组烟气换热管3均水平设置。波纹管式壳体4内部由上至下设置有多组烟气换热管3，使得烟气换热管3密集分布在烟气分流板2与烟气出口5之间，以提高换热效率，使烟气中的水蒸气充分冷凝为水雾。

采用本发明提水消白装置进行烟气提水消白的方法，流速为20～30m/s的烟气由烟气进口1进入波纹管式壳体4，经烟气分流板2对烟气分流后与烟气换热管3充分换热，有效降温，对烟气中的水蒸气高效冷凝，析出水雾；同时波纹管式壳体4使流动的烟气有规律收缩与膨胀，发出声波，对经冷凝的水雾进行团聚；团聚后的雾滴在重力作用下，严壁面滑落或竖直下落，并经排水口6排出装置；去除水雾后的烟气由烟气出口5排出装置。

声波频率与烟气流速(v)、波纹管的节间距(l)相关，具体为：频率＝烟气流速/节间距。即，烟气在波纹管中收缩膨胀产生的声波，烟气流速一定的情况下，节间距越小，频率越大；节间距越大，频率越小。

另外，最佳团聚频率与水雾颗粒半径之间的关系具体表现为公式：其中，η为气体的切变粘滞系数，ρp为水雾的密度，a为水雾颗粒半径。

即，水雾颗粒越小，需要的最佳团聚频率越高，水雾颗粒越大，需要的最佳团聚频率越低。

由于高频率声波对小粒径颗粒团聚效果好，低频率声波对大粒径颗粒团聚效果好，波纹管式壳体节间距随烟气的深入而增大，以此来减小其声波频率，更好的团聚粒径增大的水雾颗粒。

因此本实施例采用了多级声波频率团聚提水的方式，针对随着团聚过程的进行，水雾粒径增大的情况，设计了上密下疏的节间距，使烟气深入该装置的过程中声波频率不断变小，以此来提高水雾的团聚效率，大大提高了提水效率，降低了白色烟羽的形成。

由于烟气在波纹管运行中各参数不一定是固定不变的，因此精确计算波纹管节间距比较困难。

作为一种实施方式，依据公式对波纹管节间距做一个分段设计，每一段上节间距相等，不同段上设置差异，沿着烟气行进的方向，各段节间距递增。该设计符合实际应用，同时可提升水雾团聚效率，进而提高消白效率。

依据工业上常见的烟气切变粘滞系数、烟气流速以及水雾颗粒粒径等计算出波纹管式壳体的节间距在2～6cm之间变化最佳。

在本实施例中，烟气分流管2下端至烟气出口5之间的壳体高度共24米，波纹管式壳体4的直径为2.5m；波纹管式壳体4分为四段，每段的高度为6米。第一段的节间距为2cm，第二段的节间距为3.5cm，第三段的节间距为5cm，第四段的节间距为6cm。

频率＝烟气流速/节间距。烟气流速为20-30m/s，波纹管式壳体节间距按照2～6cm逐渐变大，这样就能得到0.33～1.5khz的变频声波，对水雾颗粒进行团聚。本实施例装置工作过程中产生的声波，声压级可达120～140db。

实施例2

作为另一种实施方式，烟气分流管2下端至烟气出口5之间的壳体高度26.6米左右，波纹管式壳体4的节间距沿烟气行走的方向由2～5cm呈等差数列递增；节间距由上至下分别设置为：2.00cm、2.04cm、2.08cm、2.16cm.....5.00cm。

根据公式，依据不同的烟气处理计算节间距，一般情况下波纹管式壳体的节间距为2～6cm。特殊情况也可以依据本发明以及公式做特殊设计。

实施例2的其他结构同实施例1。

以上的高温烟气可以为冶金、化工、钢铁、火电等领域的生产装置中的待除水消白的高温烟气。以下通过上述方法的具体应用进行说明：

采用实施例1的提水消白的装置对工业烟气进行消白：

烟气换热管3中通入20℃的冷却水。温度为70～80℃的饱和烟气以110000m³/h体积流量由烟气进口1进入波纹管式壳体4，在烟气分流板2的作用下分流，与烟气换热管3充分接触，析出水雾；烟气在随着波纹管式壳体4管径的变化而有规律的收缩与膨胀，从而发出声波使水雾团聚；团聚后的雾滴在重力作用下沿壁面滑落或者竖直下降，并由排水口6排出。经检测，烟气出口5的体积流量为500m³/h；排水口接水量为22800kg/h；烟气换热管3出口温度为35℃。

本应用实施例中，水雾消除效率达到了93％以上。由此可见，本发明的消白装置和方法能够达到高效的提水消白效果。

另外，在实验室制作本发明装置的模型，在各模型中，波纹管式壳体的节间距相等。利用该模型进行水雾团聚实验的雾滴颗粒减少量变化结果如图3所示。

虽然结合附图对本发明进行了说明，本领域的普通技术人员不经创造性劳动就可做出的各种变形和修改，均在本发明的保护范围内。