消白烟设备及消白烟方法与流程

1.本发明涉及大气污染物治理技术领域，特别涉及用于湿法脱硫后消白烟设备及消白烟方法。


背景技术：

2.湿法脱硫后的烟气为饱和湿烟气，从烟囱排出温度约为45~65℃，水汽含量约为10~25%。脱硫烟气外排至大气中，烟气中的水汽在冷空气的作用下，迅速冷凝为微小的水滴，雾滴凝结后来不及扩散，形成可视白烟，影响环境和居民生活。
3.现行消除白烟常用的方法，从本质上来说，就是让从烟囱外排的烟气在与环境空气的混合、冷却、扩散过程中，烟气始终处于不饱和状态，烟气中的水蒸汽就不会凝结析出，达到消白烟的效果。因此，对烟气进行降温减少烟气中的水汽含量、对烟气进行加热升温以提高烟气的不饱和度，就是消除烟气白烟的基础。
4.常用的消白烟方法有：（1）烟气冷凝法，就是将湿烟气温度降低到接近环境温度，使烟气中的水汽冷凝为液态水分离出烟气系统，但该方法所需冷量较大，烟气温度较低失去提升力，需额外增加烟气增压机，导致装置投资和运行费用较高。（2）烟气加热升温法，就是将湿烟气进行加热升温，提高烟气的不饱和度后排放，以消除白烟，该方法能耗较高。（3）烟气先冷凝后加热法，对烟气进行降温，使烟气中的水汽冷凝析出凝结水，降低烟气中的绝对湿度，烟气中的水蒸汽含量降低。对冷凝后的烟气进行升温，降低烟气中的相对湿度，提高烟气的不饱和度，消除白色烟羽。
5.烟气加热主要采用两种方式：一是间壁式加热，烟气与加热介质两流体被固体壁面间隔开，不发生混合，通过间壁进行热量的交换，例如ggh（烟气-烟气再热器）、mggh（热媒式烟气-烟气再热器）等；二是混合式加热，将热的清洁气体与脱硫后的净化烟气混合后，排至大气，可将烟气温度加热至要求温度，热的清洁气体包括热空气、热二次风、热烟气等。
6.早期国内电厂湿法脱硫均设置ggh，利用进脱硫塔之前的高温烟气对脱硫塔之后的净烟气进行加热，从而提高排烟温度和烟气抬升高度，但ggh存在腐蚀堵塞导致脱硫装置停工、烟气泄露导致脱硫烟气不达标等问题，ggh压降约为1kpa，装置能耗大幅增加，因而后期湿法脱硫装置均取消ggh，目前应用较广泛的为mggh，在脱硫塔入口安装降温段，在脱硫塔出口安装升温段，利用水作为热媒，热烟气在降温段对热媒水进行加热，升温后的热媒水在升温段对脱硫塔后的净烟气进行加热，实现脱硫后的净烟气升温，投运初期换热器换热系数高，运行时间增加之后，烟气中的胶体、固体微粒附着于换热器表面，最终致使换热系数大幅降低，烟气温度上不去，烟囱照样冒白烟，同时也还有换热器易堵塞、易损坏、烟气阻力大的不足。
7.混合式加热中，热的清洁气体与烟气混合位置为烟气脱硫装置与烟囱之间，因而避免了间壁式加热存在的问题，因而得到了推广应用。然而，针对脱硫塔与烟囱一体的烟气脱硫装置尚无混合式加热的方式消白烟。
8.专利文献cn106871146a公开了一种消除湿法脱硫白烟的烟囱，在烟囱本体顶部设
置有环绕湿烟气排放口的热空气出口通道，以使热空气出口通道排出的热空气包裹在由湿烟气排放口排出的湿烟气气流的外层，从而消除白烟。该技术方案仅仅考虑了湿烟气排出烟囱后在水平方向的扩散，由于热空气环绕湿烟气，湿烟气在水平方向扩散时可以实现白烟的消除，但湿烟气排出烟囱后其上方的空气仍为冷空气，湿烟气在竖直方向上遇冷空气仍然会产生白烟，因而该技术方案无法完全消除白烟，尤其是高空风力较大、外排湿烟气流动方向几乎与烟囱垂直时更难以完全消除白烟。
9.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

10.本发明的目的之一在于，提供一种消白烟设备及消白烟方法，从而克服现有的混合式加热技术无法完全消白烟的问题。
11.本发明的另一目的在于，提供一种消白烟设备及消白烟方法，从而能够适用于脱硫塔与烟囱为一体的烟气脱硫装置。
12.为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种消白烟设备，其包括：分配段，其底部与烟囱的顶部相连通；多个支管，其均匀分布在分配段的表面，支管为中间细两端粗的管状结构；以及第一热气体喷嘴，其沿轴向设置在支管的入口侧，其中，由烟囱进入分配段的烟气分散至多个支管，烟气在支管中与第一热气体喷嘴喷出的热气体混合后排入大气。
13.进一步，上述技术方案中，分配段为圆柱、圆台、正多边形棱柱、球缺和椭球缺中的一种或几种的组合。
14.进一步，上述技术方案中，支管为文丘里管，文丘里管沿气流方向依次包括收缩段、喉管和扩张段，第一热气体喷嘴设置在收缩段内。
15.进一步，上述技术方案中，收缩段、喉管和扩张段沿轴向的长度比为1~6:1:1~6；收缩段的锥角为5
°
～85
°
；扩张段的锥角为5
°
～85
°
；收缩段的锥角比扩张段的锥角大0
°
～10
°
。
16.进一步，上述技术方案中，文丘里管的两端设有入口直管段和出口直管段。
17.进一步，上述技术方案中，文丘里管的出口直管段内设有：至少两个第二热气体喷嘴，其以出口直管段的轴线为中心对称分布，第二热气体喷嘴与出口直管段的夹角为5
°
~75
°
且朝向出口方向；和/或环形分布组件，其沿出口直管段的内壁环绕设置，环形分布组件设有多个热气体出口，热气体经由环形分布组件形成环绕烟气的热气体保护层。
18.进一步，上述技术方案中，消白烟设备还包括：连接段，其将烟囱与分配段密封连接，连接段的下端与烟囱的直径相匹配，上端与分配段的底部相匹配。
19.进一步，上述技术方案中，支管为拉法尔管。
20.根据本发明的第二方面，本发明提供了一种消白烟方法，其至少包括如下步骤：将湿法脱硫烟气分成多股烟气；向每一股烟气通入热气体使其变为不饱和烟气。
21.进一步，上述技术方案中，消白烟方法还包括步骤：采用热气体在不饱和烟气周围形成热气体保护层后排入大气。
22.进一步，上述技术方案中，消白烟方法，还包括步骤：采用热气体将每一股不饱和
烟气切割为多段烟气；采用热气体在每段烟气周围形成热气体保护层后排入大气。
23.进一步，上述技术方案中，热气体为热空气或热烟气。
24.进一步，上述技术方案中，热气体的温度高于湿法脱硫烟气的温度，二者温度的差值为10~150℃。
25.进一步，上述技术方案中，热气体的标况总流量与湿法脱硫烟气的标况流量比为0.1~0.8。
26.与现有技术相比，本发明具有如下一个或多个有益效果：1. 通过分配段和多个支管将湿法脱硫烟气分成多股烟气，然后通过第一热气体喷嘴向每股烟气喷入热气体，烟气与热气体混合使烟气由饱和湿烟气变为不饱和烟气，再排入大气，从而消除白烟。
27.2. 热气体分三路喷入消白烟设备，一路进入支管的入口侧内与烟气均匀混合，将饱和湿烟气变为不饱和烟气；一路经环形分布组件进入支管的出口直管段内，形成环绕烟气一圈的环状热气体保护层；另一路由对称设置的第二热气体喷嘴喷出后，形成撞击面，该撞击面将不饱和烟气切割为多段，并在每小段烟气流动方向的顶部和底部覆盖热气体保护层。由此，离开支管的不饱和烟气的底部、顶部及周围均包裹着热气体保护层。离开支管的不饱和烟气首先向热气体保护层中扩散，与热气体混合，由于烟气不饱和，并且热气体的温度高于烟气温度，所以烟气在热气体保护层中扩散时水汽不会冷凝析出；烟气经热气体保护层后温度升高，继续向周边空气中扩散，烟气在渐进扩散与空气混合的过程中始终处于不饱和状态，避免烟气中水蒸气凝结析出，从而实现烟气消白烟。
28.3. 现有间壁式加热技术的ggh及mggh等烟气加热器是对烟气直接进行加热，烟气中存在的气溶胶、粉尘等组分，会使烟气加热器的管束产生腐蚀结垢等现象，本发明的消白烟设备属于混合式加热设备，采用热的清洁气体对湿法脱硫烟气进行加热混合并包裹热气体保护层实现消白烟，因而不存在腐蚀结垢等情况。设备使用寿命长，易维护。
29.4. 利用本发明对现有湿法脱硫装置进行消白烟改造，只需在烟囱排放口顶部增加本发明的消白烟设备即可，不需要对脱硫塔本体、烟道或其他设备进行改造，改动工作量小，无需额外的占地面积，投资费用低。
30.5. 在文丘里管的两端设置直管段，从而使得气体方向较集中且分布较均匀。
31.上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
32.图1是根据本发明的一实施方式的消白烟设备的剖面结构示意图，其中分配段为圆柱。
33.图2是图1所示的消白烟设备的俯视结构示意图。
34.图3是根据本发明的另一实施方式的消白烟设备的立体结构示意图，其中分配段为球缺。
35.图4是根据本发明的一实施例的支管的剖视结构示意图，其中支管为拉法尔管。
36.图5是图4所示的支管的俯视结构示意图。
37.图6是根据本发明的另一实施例的支管的剖视结构示意图，其中支管为文丘里管。
38.图7是根据本发明的另一实施例的支管的剖视结构示意图，其中支管为文丘里管。
39.图8是图7所示的支管的出口直管段的俯视结构示意图。
40.图9是根据本发明的另一实施例的支管的剖视结构示意图，其中支管为文丘里管。
41.图10是图9所示的支管的出口直管段的俯视结构示意图。
42.图11是根据本发明的另一实施例的支管的剖视结构示意图，其中支管为文丘里管。
43.图12是图11所示的支管的出口直管段的第二热气体喷嘴分布示意图。
44.主要附图标记说明：10-烟囱，20-连接段，31-圆柱分配段，32-球缺分配段，40-支管，41-拉法尔管，42-文丘里管，421-收缩段，422-喉管，423-扩张段，424-入口直管段，425-出口直管段，50-第一热气体喷嘴，51-第一热气体入口，60-第二热气体喷嘴，70-环形分布组件，71-第二热气体入口，72-热气体出口。
具体实施方式
45.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
46.除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
47.在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
48.在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
49.如图1至图7所示，根据本发明具体实施方式的消白烟设备，其包括分配段和多个支管40。分配段可以为圆柱分配段31，如图1和图2所示，分配段也可以为球缺分配段，如图3所示。应了解的是，本发明的分配段的形状并不以此为限，示例性地，分配段可以为圆柱、圆台、正多边形棱柱、球缺和椭球缺中的一种或几种的组合。分配段的底部与烟囱10的顶部相连通，分配段上均匀连通多个支管40，烟气经分配段分散到各个支管40中。支管40为中间细两端粗的管状结构，示例性地，支管40可以为拉法尔管41（如图4所示），也可以为文丘里管42（如图6所示），本发明并不以此为限。支管的入口侧沿轴向设置有第一热气体喷嘴50（参见图4~图7所示）。进入支管40的烟气与第一热气体喷嘴50喷出的热气体混合后排入大气。
50.结合图6和图7所示，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，文丘里管42沿气
流方向依次包括收缩段421、喉管422和扩张段423，第一热气体喷嘴50设置在收缩段421内。示例性地，收缩段421、喉管422和扩张段423沿轴向的长度比为1~6:1:1~6；收缩段421的锥角α为5
°
～85
°
，优选为15
°
~60
°
；扩张段423的锥角β为5
°
～85
°
，优选为15
°
~60
°
；收缩段421的锥角α比扩张段423的锥角β大0
°
～10
°
。应了解的是，文丘里管各个部分的具体尺寸及比例关系并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际需要选择。
51.优选而非限制性地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，文丘里管42的两端设有入口直管段424和出口直管段425。直管段起到整流作用，使进出文丘里管的气体方向较集中且分布较均匀。
52.结合图7~图12所示，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，文丘里管42的出口直管段425内设有：至少两个第二热气体喷嘴60和/或环形分布组件70。参考图8所示，环形气体分布组件70沿出口直管段425的内壁环绕设置，热气体经由出口直管段425的管壁上的热气体入口71进入环形分布组件70，通过多个热气体出口72喷出形成环绕烟气的热气体保护层。第二热气体喷嘴60以出口直管段425的轴线为中心对称分布，第二热气体喷嘴60的数量可以为两个（如图10所示），也可以为四个（如图12所示）。应了解的是，第二热气体喷嘴的数量并不以此为限。第二热气体喷嘴60与出口直管段425的夹角为5
°
~75
°
且朝向出口方向，夹角优选为15
°
~60
°
。
53.进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，热气体分三路，一路进入文丘里管42的收缩段421内与烟气一起经喉管422、扩张段423后与烟气混合均匀，将饱和湿烟气变为不饱和烟气；一路进入第二直管段425内经环形分布组件70后形成环绕烟气一圈的环状热气体保护层；另一路进入对称设置的第二热气体喷嘴60，由第二热气体喷嘴60内喷出后形成垂直于第二直管段425的轴线方向上的撞击面，该撞击面将一股烟气切割为若干小段烟气，并在每小段烟气流动方向的顶部和底部覆盖热气体保护层。由此，当烟气离开文丘里管42时，每小段烟气的顶部、底部及周围均环绕有热气体保护层，烟气首先向热气体保护层中扩散，与热气体混合，由于烟气不饱和，并且热气体的温度高于烟气温度，所以烟气在热气体保护层中扩散时水汽不会冷凝析出；烟气经热气体保护层后温度升高，继续向周边空气中扩散，烟气在渐进扩散与空气混合的过程中始终处于不饱和状态，避免烟气中水蒸气凝结析出，从而实现烟气消白烟。
54.进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，消白烟设备还包括：连接段20（参考图1和图3所示），连接段20将烟囱10与分配段密封连接，连接段20的下端与烟囱10的直径相匹配，上端与分配段的底部相匹配，从而方便地将本发明的消白烟设备固定在烟囱10的顶部。
55.根据本发明具体实施方式的消白烟方法，其至少包括如下步骤：将湿法脱硫烟气分成多股烟气；向每一股烟气通入热气体使其变为不饱和烟气。
56.进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，消白烟方法还包括步骤：采用热气体在不饱和烟气周围形成热气体保护层后排入大气。
57.进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，消白烟方法，还包括步骤：采用热气体将每一股不饱和烟气切割为多段烟气；采用热气体在每段烟气周围形成热气体保护层后排入大气。
58.进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，热气体为热空气或热烟气。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，热气体的温度高于湿法脱硫烟气的温度，二者温度的差值为10~150℃，优选为20~120℃，更优选为15~70℃。进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，热气体的标况总流量与湿法脱硫烟气的标况流量比为0.1~0.8，优选为0.2~0.6。标况流量是指标准工况下（0℃，101.325kpa）的流量，单位为nm3/h。
59.下面以具体实施例的方式更详细地说明本发明的消白烟设备及消白烟方法，应了解的是，实施例仅为示例性的，本发明并不以此为限。
60.实施例1参考图1、图2、图4和图5所示，本实施例采用圆柱分配段31和拉法尔管41。拉法尔管41的入口侧设有第一热气体喷嘴50。热气体通过支管管壁上的热气体入口51经由管线由第一热气体喷嘴50沿平行于拉法尔管41的轴线方向喷出。本实施例中，热气体为加热炉热烟气，加热炉热烟气温度高于湿法脱硫烟气温度150℃，加热炉热烟气用量与湿法脱硫烟气用量的比例为0.1。投用该消白烟设备后，在相同天气条件及风速条件下，白烟长度由100m减小为50m。
61.实施例2参考图1、图2和图6所示，本实施例采用圆柱分配段31和文丘里管42。文丘里管42沿气流方向依次包括收缩段421、喉管422和扩张段423，收缩段、喉管和扩张段沿轴向的长度比为1:1:1，收缩段和扩张段的锥角均为5
°
。收缩段421设有第一热气体喷嘴50。热气体通过支管管壁上的热气体入口51经由管线由第一热气体喷嘴50沿平行于文丘里管42的轴线方向喷出。本实施例中，热气体为加热炉热烟气，加热炉热烟气温度高于湿法脱硫烟气温度140℃，加热炉热烟气用量与湿法脱硫烟气用量的比例为0.2。投用该消白烟设备后，在相同天气条件及风速条件下，烟囱口的白烟长度由100m减小为30m。
62.实施例3参考图3、图7和图8所示，本实施例采用球缺分配段32和文丘里管42。文丘里管42沿气流方向依次包括第一直管段424、收缩段421、喉管422、扩张段423和第二直管段425，第一热气体喷嘴50设置在收缩段421内。收缩段、喉管和扩张段沿轴向的长度比为4:1:4，收缩段和扩张段的锥角均为20
°
。热气体通过支管管壁上的热气体入口51经由管线由第一热气体喷嘴50沿平行于文丘里管42的轴线方向喷出。第二直管段425内设有环形分布组件70，热气体通过第二直管段425的管壁上的第二热气体入口71进入环形分布组件70，由热气体出口72喷出形成环绕烟气一圈的环状热气体保护层。本实施例中，热气体为热空气，热空气温度高于湿法脱硫烟气温度130℃，热空气用量与湿法脱硫烟气用量的比例为0.4。投用该消白烟设备后，白烟完全消除。
63.实施例4本实施例中，不设置环形分布组件70，其余同实施例3。投用该消白烟设备后，在相同天气条件及风速条件下，烟囱口的白烟长度由100m减小为10m。
64.实施例5参考图3和图11所示，本实施例采用球缺分配段32和文丘里管42。文丘里管42沿气流方向依次包括第一直管段424、收缩段421、喉管422、扩张段423和第二直管段425，第一热气体喷嘴50设置在收缩段421内。收缩段、喉管和扩张段沿轴向的长度比为5:1:5，收缩段和
扩张段的锥角均为25
°
。热气体通过支管管壁上的热气体入口51经由管线由第一热气体喷嘴50沿平行于文丘里管42的轴线方向喷出。第二直管段425内设有环形分布组件70和两个第二热气体喷嘴60，热气体通过第二直管段425的管壁上的第二热气体入口71进入环形分布组件70，由热气体出口72喷出形成环绕烟气一圈的环状热气体保护层；另一路热气体由第二热气体喷嘴60喷出在第二直管段425内碰撞。本实施例中，热气体为热空气，热空气温度高于湿法脱硫烟气温度120℃，热空气用量与湿法脱硫烟气用量的比例为0.5。投用该消白烟设备后，白烟完全消除。
65.实施例6本实施例中，不设置第二热气体喷嘴60，其余与实施例5相同。投用该消白烟设备后，烟囱口仍有少量白烟。
66.实施例7本实施例中，第二热气体喷嘴60的数量为四个，热空气温度高于湿法脱硫烟气温度110℃，热空气用量与湿法脱硫烟气用量的比例为0.6，其余与实施例5相同。投用该消白烟设备后，白烟完全消除。
67.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。