CN107398161A - 燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的系统及方法 - Google Patents
燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的系统及方法，包括烟气输入管道、湿法烟气脱硫塔、换热器入口烟道、冷凝换热器及烟囱；烟气输入管道与湿法烟气脱硫塔的入口相连通，湿法烟气脱硫塔内设置有第一级除雾器，湿法烟气脱硫塔的出口经换热器入口烟道与冷凝换热器的烟气侧入口相连通，冷凝换热器的烟气侧出口经第二级除雾器与烟囱相连通，其中，冷凝换热器入口烟道内壁的前侧、后侧及上方、以及冷凝换热器所在烟道内壁的前侧、后侧及上方均设置有阵列式声波发生器，该装置及方法能够实现烟气中水分额回收及细颗粒物的脱除，克服传统声波团聚效率低、声压级高、能耗大的缺点，并且无需添加种子颗粒及额外的水蒸汽。
Description
技术领域
本发明属于火力发电设备领域，涉及一种燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的系统及方法。
背景技术
我国煤炭资源主要分布在山西、陕西、内蒙古、新疆等干旱缺水地区，水源匮乏严重制约着当地能源基地建设和经济发展。因此，如何高效利用煤炭资源进行发电，实现燃煤电站的节能节水环保运行，是当前和今后我国火力发电行业无法规避和必然面对的挑战。
湿法烟气脱硫作为目前燃煤电站锅炉应用最广泛的烟气脱硫技术，具有技术成熟、脱硫效率高等显著优点，但也存在耗水率高的缺点，使其在北方干旱缺水地区推广受到了很大限制。采用技术手段对燃煤电站燃烧后烟气中的水分进行回收利用，具有显著的节水效果，是燃煤电站实现节能节水运行的必然选择。
当烟气中的水分被冷凝后，大量的污染物如细微颗粒物、NH4 +、SOx以及Hg等有害物质一同被去除，甚至可以实现“零水耗”湿法烟气脱硫。将大量的冷凝水回收利用还能减少电厂用水量，这对我国西部“富煤少水”区域发展电力工业的意义尤为重大。
细颗粒物特别是空气动力学直径小于2.5微米的颗粒物(PM2.5)是我国城市大气的首要污染物，燃煤是我国大气中细颗粒物的主要来源之一，随着雾霾天气频发，细颗粒物特别是PM2.5的排放控制已成为急需解决的关键问题。然而目前细颗粒物的脱除技术均存在脱除效率偏低或造价昂贵等问题，导致仍有大量细颗粒物被被排放入大气之中。
目前细颗粒物脱除的主要途径是通过采用蒸汽相变、声波团聚或电磁团聚等物理或化学手段增大细颗粒物粒径，再用常规除尘设备脱除。
CN10341849A公开了采用向烟气中喷入水蒸汽并耦合超声波团聚的方法提高电除尘器对烟气中PM2.5粉尘的脱除效率。CN103736356B和CN104667695B中提出在常规电除尘器前的烟道设置声波场提高常规电除尘器脱除细颗粒物的效率。CN103706219B中公开了一种向烟气中喷水雾并设置声源提高细颗粒物声波团聚效率，控制PM2.5排放的方法。CN201105202Y，CN101219333A公开了一种烟气湿法脱硫中协同脱除细颗粒的装置，通过在脱硫塔前后分别设置烟气再热装置和相变凝结室，实现细颗粒的凝结长大和脱除；CN101732970B公开了通过在湿法烟气脱硫塔设置预洗涤塔和蒸汽相变室并添加蒸汽使烟气达到过饱和并发生细颗粒相变凝结长大的方法，该方法需要添加一定的蒸汽量，能耗较高，且整个系统较为复杂。CN100531862C设计了一种基于声波与外加种子颗粒联合作用脱除细颗粒的装置和方法，该方法虽然有利于提高细颗粒的脱除效率，但由于固体种子颗粒添加后难以均匀分散于气流中，影响了团聚效果，同时，在气流中添加固体颗粒又增大了后续除尘器的除尘负荷。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的系统及方法，该装置及方法能够实现烟气中水分额回收及细颗粒物的脱除，克服传统声波团聚效率低、声压级高、能耗大的缺点，并且无需添加种子颗粒及额外的水蒸汽。
为达到上述目的，本发明所述的燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的系统包括烟气输入管道、湿法烟气脱硫塔、换热器入口烟道、冷凝换热器及烟囱；
烟气输入管道与湿法烟气脱硫塔的入口相连通，湿法烟气脱硫塔内设置有第一级除雾器，湿法烟气脱硫塔的出口经换热器入口烟道与冷凝换热器的烟气侧入口相连通，冷凝换热器的烟气侧出口经第二级除雾器与烟囱相连通，其中，冷凝换热器入口烟道内壁的前侧、后侧及上方、以及冷凝换热器所在烟道内壁的前侧、后侧及上方均设置有阵列式声波发生器。
还包括冷却水输入管道、冷却水输出管道、第一冷却水调节阀、第二冷却水调节阀及冷却水循环泵，其中，冷却水输入管道与第二冷却水调节阀的入口相连通，第二冷却水调节阀的出口与第一冷却水调节阀的出口通过管道并管后与冷却水循环泵的入口相连通，冷却水循环泵的出口与冷凝换热器的冷却水侧入口相连通，冷凝换热器的冷却水侧出口与第一冷却水调节阀的入口及冷却水输出管道相连通。
阵列式声波发生器的驱动源为压缩空气或水蒸气，阵列式超声波发生器的频率为1000Hz-2200Hz，阵列式超声波发生器的声压级为110dB～150dB。
还包括冷凝水收集池，阵列式声波发生器的上方、冷凝换热器的上方及第二级除雾器的上方均设置有水冲洗装置，阵列式声波发生器的下方、冷凝换热器的下方及第二级除雾器的下方均设置有集水槽，冷凝水收集池与集水槽相连通。
冷凝换热器的材质为防腐材料。
冷凝换热器呈水平布置或垂直布置。
本发明所述的燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的方法包括以下步骤：
燃煤电站锅炉燃烧产生的烟气经烟气输入管道输入到湿法烟气脱硫塔进行湿法脱硫，湿法脱硫后的烟气经第一级除雾器除雾后进入到换热器入口烟道中；
根据湿法烟气脱硫塔出口处烟气的温度、湿度及烟气量调节第一冷却水调节阀的开度、第二冷却水调节阀的开度及冷却水循环泵的转速，使冷凝换热器冷却水侧入口处冷却水的水温低于烟气的水露点，同时调整阵列式声波发生器的工作频率，使阵列式声波发生器产生稳定的驻波声场，烟气经冷凝换热器降温，使烟气中的水蒸气达到过饱和状态，并以烟气中的细颗粒为凝结核发生相变凝结，同时在驻波声场的作用下进行团聚，最后在重力的作用下掉落下来；冷凝换热器输出的烟气通过第二级除雾器除雾后经烟囱排出。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的系统及方法在具体操作时，烟气经湿法烟气脱硫塔湿法脱硫后再经冷凝换热器降温，从而使烟气中的水蒸气达到过饱和状态，并以烟气中的细颗粒为凝结核发生相变凝结，同时在驻波声场的作用下进行快速团聚，最后在重力的作用下掉落下来，从而使烟气中的NH4 +、SO2、微细颗粒物及Hg等溶于水的有害物质被冷凝水脱除，实现燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物的脱除，克服了传统声波团聚效率低、声压级高及能耗大的缺点。另外，需要说明的是，本发明无需添加固体种子颗粒及额外的水蒸汽即可实现燃煤电站锅炉烟气水分的回收及细颗粒物的脱除，具有良好的社会及经济效益。
进一步，通过水冲洗装置定期对阵列式声波发生器、冷凝换热器及第二级除雾器进行水冲洗，保证冷凝换热器的换热效率及第二级除雾器的脱除效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为湿法烟气脱硫塔、2为第一级除雾器、3为阵列式声波发生器、4为水冲洗装置、5为冷凝水收集池、6为冷却水循环泵、7为冷凝换热器、8为第二级除雾器、9为烟囱、10为第一冷却水调节阀、11为第二冷却水调节阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的系统包括烟气输入管道、湿法烟气脱硫塔1、换热器入口烟道、冷凝换热器7及烟囱9；烟气输入管道与湿法烟气脱硫塔1的入口相连通，湿法烟气脱硫塔1内设置有第一级除雾器2，湿法烟气脱硫塔1的出口经换热器入口烟道与冷凝换热器7的烟气侧入口相连通，冷凝换热器7的烟气侧出口经第二级除雾器8与烟囱9相连通，其中，冷凝换热器7入口烟道内壁的前侧、后侧及上方、以及冷凝换热器7所在烟道内壁的前侧、后侧及上方均设置有阵列式声波发生器3。
本发明还包括冷却水输入管道、冷却水输出管道、第一冷却水调节阀10、第二冷却水调节阀11及冷却水循环泵6，其中，冷却水输入管道与第二冷却水调节阀11的入口相连通，第二冷却水调节阀11的出口与第一冷却水调节阀10的出口通过管道并管后与冷却水循环泵6的入口相连通，冷却水循环泵6的出口与冷凝换热器7的冷却水侧入口相连通，冷凝换热器7的冷却水侧出口与第一冷却水调节阀10的入口及冷却水输出管道相连通。
阵列式声波发生器3的驱动源为压缩空气或水蒸气，阵列式超声波发生器的频率为1000Hz-2200Hz，阵列式超声波发生器的声压级为110dB～150dB。
本发明还包括冷凝水收集池5，阵列式声波发生器3的上方、冷凝换热器7的上方及第二级除雾器8的上方均设置有水冲洗装置4，阵列式声波发生器3的下方、冷凝换热器7的下方及第二级除雾器8的下方均设置有集水槽，冷凝水收集池5与集水槽相连通。
冷凝换热器7的材质为防腐材料；冷凝换热器7呈水平布置或垂直布置。
本发明所述的燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的方法包括以下步骤：
燃煤电站锅炉燃烧产生的烟气经烟气输入管道输入到湿法烟气脱硫塔1进行湿法脱硫，湿法脱硫后的烟气经第一级除雾器2除雾后进入到换热器入口烟道中；
根据湿法烟气脱硫塔1出口处烟气的温度、湿度及烟气量调节第一冷却水调节阀10的开度、第二冷却水调节阀11的开度及冷却水循环泵6的转速，使冷凝换热器7冷却水侧入口处冷却水的水温低于烟气的水露点，同时调整阵列式声波发生器3的工作频率，使阵列式声波发生器3产生稳定的驻波声场，烟气经冷凝换热器7降温，使烟气中的水蒸气达到过饱和状态，并以烟气中的细颗粒为凝结核发生相变凝结，同时在驻波声场的作用下进行团聚，最后在重力的作用下掉落至集水槽内；冷凝换热器7输出的烟气通过第二级除雾器8除雾后经烟囱9排出。
冷凝换热器7的烟气侧入口、烟气侧出口、冷却水侧入口及冷却水侧入口处均设置有温度传感器、压力传感器及流量计，其中，冷凝换热器7冷却水侧入口处的冷却水温度及流量可以通过第一冷却水调节阀10、第二冷却水调节阀11及冷却水循环泵6进行调节。
安装阵列式声波发生器3及冷凝换热器7的烟道尺寸由待处理的烟气量及冷凝换热器7烟气侧的阻力决定，确保烟气在此段烟道的流速小于等于10m/s，停留时间大于等于2秒。
本发明针对湿法烟气脱硫塔1出口烟气湿度处于近饱和或过饱和状态的特点，通过将烟气进行冷凝换热达到饱和或过饱和状态，同时采用阵列式声波发生器3对烟气进行处理，使烟气中的水蒸气与细颗粒物在相变及声波的耦合作用下凝结团聚长大，从而提高液滴及细颗粒物团聚长大的效率，并且无需在声波场中添加种子颗粒或额外的水蒸汽，即可实现燃煤电站锅炉烟气水分的回收及细颗粒物的低能耗脱除，具有良好的社会及经济效益。
Claims (7)
1.一种燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的系统，其特征在于，包括烟气输入管道、湿法烟气脱硫塔(1)、换热器入口烟道、冷凝换热器(7)及烟囱(9)；
烟气输入管道与湿法烟气脱硫塔(1)的入口相连通，湿法烟气脱硫塔(1)内设置有第一级除雾器(2)，湿法烟气脱硫塔(1)的出口经换热器入口烟道与冷凝换热器(7)的烟气侧入口相连通，冷凝换热器(7)的烟气侧出口经第二级除雾器(8)与烟囱(9)相连通，其中，换热器入口烟道内壁的前侧、后侧及上方、以及冷凝换热器(7)所在烟道内壁的前侧、后侧及上方均设置有阵列式声波发生器(3)。
2.根据权利要求1所述的燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的系统，其特征在于，还包括冷却水输入管道、冷却水输出管道、第一冷却水调节阀(10)、第二冷却水调节阀(11)及冷却水循环泵(6)，其中，冷却水输入管道与第二冷却水调节阀(11)的入口相连通，第二冷却水调节阀(11)的出口与第一冷却水调节阀(10)的出口通过管道并管后与冷却水循环泵(6)的入口相连通，冷却水循环泵(6)的出口与冷凝换热器(7)的冷却水侧入口相连通，冷凝换热器(7)的冷却水侧出口与第一冷却水调节阀(10)的入口及冷却水输出管道相连通。
3.根据权利要求1所述的燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的系统，其特征在于，阵列式声波发生器(3)的驱动源为压缩空气或水蒸气，阵列式超声波发生器的频率为1000Hz-2200Hz，阵列式超声波发生器的声压级为110dB～150dB。
4.根据权利要求1所述的燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的系统，其特征在于，还包括冷凝水收集池(5)，阵列式声波发生器(3)的上方、冷凝换热器(7)的上方及第二级除雾器(8)的上方均设置有水冲洗装置(4)，阵列式声波发生器(3)的下方、冷凝换热器(7)的下方及第二级除雾器(8)的下方均设置有集水槽，冷凝水收集池(5)与集水槽相连通。
5.根据权利要求1所述的燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的系统，其特征在于，冷凝换热器(7)的材质为防腐材料。
6.根据权利要求1所述的燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的系统，其特征在于，冷凝换热器(7)呈水平布置或垂直布置。
7.一种燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的方法，其特征在于，基于权利要求2所述的燃煤电站锅炉烟气水分回收及细颗粒物脱除的系统，包括以下步骤：
燃煤电站锅炉燃烧产生的烟气经烟气输入管道输入到湿法烟气脱硫塔(1)进行湿法脱硫，湿法脱硫后的烟气经第一级除雾器(2)除雾后进入到换热器入口烟道中；
根据湿法烟气脱硫塔(1)出口处烟气的温度、湿度及烟气量调节第一冷却水调节阀(10)的开度、第二冷却水调节阀(11)的开度及冷却水循环泵(6)的转速，使冷凝换热器(7)冷却水侧入口处冷却水的水温低于烟气的水露点，同时调整阵列式声波发生器(3)的工作频率，使阵列式声波发生器(3)产生稳定的驻波声场，烟气经冷凝换热器(7)降温，使烟气中的水蒸气达到过饱和状态，并以烟气中的细颗粒为凝结核发生相变凝结，同时在驻波声场的作用下进行团聚，最后在重力的作用下掉落下来；冷凝换热器(7)输出的烟气通过第二级除雾器(8)除雾后经烟囱(9)排出。
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