本發(fā)明設計一種協(xié)同實現(xiàn)高水分煙氣中PM_2.5/SO₃高效脫除和濕法脫硫零水耗的方法，屬于除塵技術領域。

二.

背景技術：

PM_2.5是導致大氣能見度降低、酸雨和霧霾天氣等重大環(huán)境問題的重要因素之一，控制PM_2.5排放是迫切需要解決的關鍵問題。目前，我國80％以上的大中型燃煤電站采用的除塵脫硫技術是電除塵器+濕法煙氣脫硫系統(tǒng)。近些年來，人們從極距、極配方式、清灰方式、氣流分布等方面對電除塵器進行了大量研究和改進，使這一技術在治理燃煤粉塵的應用方面日趨成熟，但由于PM_2.5荷電不充分，仍存在難以有效脫除的技術瓶頸，極大影響了電除塵器性能。另外，由于脫硫漿液的洗滌作用，濕法煙氣脫硫系統(tǒng)雖可協(xié)同脫除煙氣中的粗粉塵，但由于PM_2.5粒徑較小，慣性力不明顯，因此濕法脫硫系統(tǒng)對PM_2.5的捕集效率僅為10～20％，且隨粒徑的減小脫除效率顯著下降。此外，由于脫硫過程中存在脫硫漿液霧化夾帶、脫硫產(chǎn)物結晶析出，以及各種氣-液、氣-液-固脫硫反應等物化過程，本身又可能會形成PM_2.5，使得煙氣經(jīng)濕法脫硫后PM_2.5排放濃度有時反而增加。同時，濕法脫硫技術雖然為最廣泛采用的煙氣脫硫技術，但是對煙氣中SO₃的脫除能力有限。SO₃的毒性是的十倍，極易與水結合形成酸霧，這種酸霧對人的呼吸道會產(chǎn)生嚴重的破壞作用，同時也會成為酸雨的直接來源。此外，濕法脫硫后煙氣中的酸霧也是造成排煙不透明的主要原因，因此對燃煤電廠煙氣中的SO₃進行控制已迫在眉睫。

目前，低低溫電除塵技術除了能夠明顯提高PM_2.5及SO₃的脫除效率，還可以提高鍋爐效率，節(jié)約用煤，已被廣泛應用于燃煤電廠超低排放中。但由于脫硫過程本身可能會形成PM_2.5，而低低溫電除塵技術對脫硫過程中形成PM_2.5并無脫除作用，因此無法進一步降低PM_2.5排放。專利ZL201410020820.7公開了一種協(xié)同增強PM_2.5脫除和煙氣余熱深度利用的方法及裝置，該裝置及方法通過除塵器前噴水增濕及除塵器后換熱降溫可在脫硫塔內形成有效地過飽和水汽環(huán)境，促進脫硫塔對PM_2.5及SO₃的脫除，但由于布置在除塵器后的換熱器長期運行在酸露點以下，因此存在嚴重的低溫腐蝕現(xiàn)象。

煙氣濕法脫硫系統(tǒng)耗水量是濕法煙氣脫硫工藝運行的主要經(jīng)濟技術指標之一，尤其是對于缺水地區(qū)建設的空冷機組，脫硫系統(tǒng)用水約占總用水量的25％，其用水量水平?jīng)Q定了全電廠用水量的高低。其中，濕飽和煙氣中以汽態(tài)形式帶入到大氣中的水占濕法脫硫系統(tǒng)總耗水量的90％左右，這部分耗水量主要是由于脫硫漿液蒸發(fā)后被煙氣帶出脫硫塔所致。因此，濕法脫硫裝置凈煙氣帶走的氣態(tài)水量是決定全廠耗水量水平最主要因素之一。目前，降低煙氣濕法脫硫系統(tǒng)耗水量主要是基于排放廢水處理再利用方面，存在裝置復雜、運行成本高等問題，對如何降低脫硫凈煙氣帶走的氣態(tài)水尚未引起關注。

三、

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種協(xié)同實現(xiàn)高水分煙氣中PM_2.5/SO₃高效脫除和濕法脫硫零水耗的方法，該方法能有效降低PM_2.5及SO₃的排放，減少對環(huán)境的污染，同時實現(xiàn)濕法脫硫零水耗。

技術方案：一種協(xié)同實現(xiàn)高水分煙氣中PM_2.5/SO₃高效脫除和濕法脫硫零水耗的方法，高水分含塵煙氣進入低溫換熱器，通過低溫換熱器將煙溫降至酸霧點以下，煙氣中部分氣態(tài)SO₃非均相冷凝至PM_2.5表面上，導致PM_2.5的比電阻降低，進而增強電除塵器對PM_2.5的脫除并協(xié)同脫除SO₃；經(jīng)過電除塵器的煙氣再通過低低溫換熱器使煙溫進一步降至60-70℃，相對濕度增至60-70％，然后初步除塵后的高相對濕度煙氣由脫硫塔下部煙氣進口進入塔內，與頂部噴出的中低溫脫硫液逆流接觸中達到過飽和，生成的過飽和水汽在PM_2.5及SO₃表面發(fā)生核化凝結，使PM_2.5及SO₃粒度增大，凝結長大的液滴由脫硫液洗滌脫除和除霧器攔截脫除，同時，塔內過飽和水汽環(huán)境建立后，水汽分壓高于此處水汽平衡分壓，抑制了脫硫液滴的蒸發(fā)，同時使部分水汽從煙氣冷凝至脫硫液中，協(xié)同實現(xiàn)濕法脫硫零水耗。

所述的高水分含塵煙氣包括褐煤、水煤漿燃燒產(chǎn)生的煙氣，其中水汽體積分數(shù)大于12％。

所述的中低溫脫硫液的溫度在35-45℃，滿足低于進口煙溫至少20℃，脫硫

塔內液氣比控制在10L/Nm³以上。

所述的低溫換熱器冷卻水來自于低低溫換熱器的冷卻水出水。

所述的中低溫脫硫液來自于脫硫塔底部回收的脫硫液。

所述的酸霧點在85-110℃之間。

所述的脫硫塔包括噴淋塔、旋流板塔、填料塔、湍球塔中的任意一種。

所述的濕法脫硫包括石灰石-石膏法、氨法、雙堿法、海水法、鈉堿法、氧化鎂法中的任意一種。

有益效果：

1、在除塵器入口設置低溫換熱器；通過降低煙氣溫度使部分氣態(tài)SO₃冷凝至PM_2.5表面，降低其比電阻，促進后續(xù)電除塵器對燃煤細顆粒物的脫除效率，并協(xié)同脫除SO₃，減少后續(xù)低低溫換熱器腐蝕問題；在脫硫塔入口設置低低溫換熱器；通過降低煙氣溫度實現(xiàn)煙氣相對濕度的提高，使煙氣在脫硫洗滌過程中達到過飽和，過飽和的水汽在PM_2.5及SO₃表面發(fā)生核化凝結，使其粒度增大，從而促進脫硫過程對PM_2.5及SO₃的脫除。

2、脫硫塔內形成過飽和水汽環(huán)境后，水汽分壓高于其平衡分壓，不僅抑制了脫硫液滴的蒸發(fā)，還使部分水汽從煙氣冷凝至脫硫液中，實現(xiàn)濕法脫硫零水耗。

3、除塵器前后均設有換熱器用于降低煙氣溫度，提高煙氣相對濕度。在煙氣降低得同時，可通過作為吸熱介質的水來回收煙氣中大量低位余熱，加熱后的冷卻水可返回至電廠回熱系統(tǒng)或供熱系統(tǒng)等，可用于加熱凝結水、預熱并干燥燃料、加熱管網(wǎng)水采暖制冷等，以實現(xiàn)煙氣余熱回收。

4、本發(fā)明工藝簡單，只需在電除塵器進出口煙道分別增設低溫換熱器、低低溫換熱器即可促進高水分煙氣中PM_2.5及SO₃脫除，同時實現(xiàn)濕法脫硫零水耗和煙氣余熱的深度利用，可廣泛應用于安裝有電除塵器及濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的燃煤電站鍋爐和工業(yè)鍋爐。

四、附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)流程示意圖。

圖中：1-低溫換熱器；2-電除塵器；3-低低溫換熱器；4-濕法脫硫塔；5-脫硫液噴淋層；6-除霧器。

五、具體實施方式

一種協(xié)同實現(xiàn)高水分煙氣中PM_2.5/SO₃高效脫除和濕法脫硫零水耗的方法，高水分含塵煙氣在進入電除塵器前通過低溫換熱器將煙溫降至酸霧點以下(85-110℃)，煙氣中部分氣態(tài)SO₃非均相冷凝至PM_2.5表面上，導致PM_2.5的比電阻降低，進而增強電除塵器對PM_2.5的脫除并協(xié)同脫除SO₃；經(jīng)過電除塵器的煙氣在進入脫硫塔之前，通過低低溫換熱器煙溫進一步降至60-70℃左右，相對濕度增至60-70％以上，高相對濕度煙氣由脫硫塔下部進入塔內與低溫脫硫液逆流接觸，發(fā)生強烈的傳熱傳質現(xiàn)象，煙氣在脫硫洗滌過程中達到過飽和，過飽和水汽在PM_2.5和SO₃酸霧表面發(fā)生核化凝結，使其粒度增大，從而促進脫硫過程對PM_2.5和SO₃酸霧的脫除。同時，塔內過飽和水汽環(huán)境的建立后，水汽分壓高于其平衡分壓，不僅抑制了脫硫液滴的蒸發(fā)，還使部分水汽從煙氣冷凝至脫硫液中，協(xié)同實現(xiàn)濕法脫硫零水耗。

所述的高水分煙氣源于褐煤、水煤漿等燃燒煙氣，煙氣中水汽體積分數(shù)12％以上。

脫硫塔內脫硫漿液溫度在35-45℃，比進口煙溫低20℃以上，脫硫操作液氣比控制在10L/Nm³以上。

所述的低溫換熱器冷卻水來自于低低溫換熱器的冷卻水出水。

濕法煙氣脫硫工藝可為石灰石-石膏法、氨法、雙堿法、海水法、鈉堿法、氧化鎂法中的任意一種。

實施例1

如圖1所示，本發(fā)明的一種協(xié)同實現(xiàn)高水分煙氣中PM_2.5/SO₃高效脫除和濕法脫硫零水耗的方法，主要有低溫換熱器1、電除塵器2、低低溫換熱器3、脫硫塔4、脫硫液噴淋層5、除霧器6組成。低溫換熱器1設于電除塵器2入口煙道處，低低溫換熱器3設置于電除塵器2煙氣出口和脫硫塔4煙氣進口之間；低溫換熱器1的冷卻水來自于低低溫換熱器3的冷卻水出水。脫硫塔4可采用噴淋塔、旋流板塔、填料塔、湍球塔等塔類型，塔內設有脫硫液噴淋層，脫硫液噴淋層5上方設有除霧器6，脫硫液噴淋層5通過管道與設在脫硫塔塔底出口的脫硫液進液相連。

一種協(xié)同實現(xiàn)高水分煙氣中PM_2.5/SO₃高效脫除和濕法脫硫零水耗的方法：燃燒褐煤、水煤漿等燃料的高水分燃燒煙氣進入設于電除塵器2之前的低溫換熱器1中時，通過低溫換熱器將煙溫降至酸霧點以下(85-110℃)，煙氣中部分氣態(tài)SO₃非均相冷凝至PM_2.5表面上，導致PM_2.5的比電阻降低，進而增強電除塵器2對PM_2.5的脫除并協(xié)同脫除SO₃；經(jīng)過電除塵器2的煙氣在進入脫硫塔4之前，通過低低溫換熱器3煙溫進一步降至60-70℃左右，相對濕度增至60-70％以上。來自低低溫換熱器3的高相對濕度煙氣由脫硫塔4下部煙氣進口進入塔內，與脫硫噴淋層5噴出的中低溫脫硫液逆流接觸，脫硫塔噴淋層5噴嘴出口脫硫液溫度為35～45℃，比進口煙溫低20℃以上，脫硫操作液氣比控制在10L/Nm³以上，使高相對濕度煙氣在與脫硫洗滌液逆流接觸過程中達到過飽和，過飽和水汽在PM_2.5及SO₃表面發(fā)生核化凝結，使PM_2.5及SO₃粒度增大，凝結長大的液滴由脫硫液洗滌脫除和除霧器6攔截脫除。同時，塔內過飽和水汽環(huán)境建立后，水汽分壓高于其平衡分壓，不僅抑制了脫硫液滴的蒸發(fā)，還使部分水汽從煙氣冷凝至脫硫液中，協(xié)同實現(xiàn)濕法脫硫零水耗。此外，由于煙氣分別通過低溫換熱器和低低溫換熱器實現(xiàn)煙溫降低，可通過作為吸熱介質的水來回收煙氣低位余熱，加熱后的冷卻水可返回至電廠回熱系統(tǒng)或供熱系統(tǒng)等，實現(xiàn)煙氣余熱回收。

實施例2

煙氣由全自動燃煤鍋爐產(chǎn)生，煙氣量為350Nm³/h，輔以氣溶膠發(fā)生器、SO₃發(fā)生器、蒸汽發(fā)生器在煙氣中添加適量燃煤飛灰、SO₃、水蒸氣，使燃煤煙氣中含塵濃度為3240mg/m³，其中細顆粒物濃度為162mg/m³，SO₃濃度為39mg/m³，水蒸氣體積分數(shù)為14.35％。沿煙氣流向依次設有低溫換熱器，電除塵器，增壓風機，低低溫換熱器，石灰石-石膏法煙氣脫硫塔。電除塵器為三電場結構，陰極選用常規(guī)針刺電極，極板間距0.30m。低溫換熱器換熱管選用翅片管，ND耐腐蝕鋼制作。低低溫換熱器換熱管為不銹鋼翅片管。濕式脫硫塔采用塔徑219mm、塔高5250mm的噴淋塔，噴淋塔頂部安裝折流板除霧器。高水分的含塵煙氣先進入低溫換熱器，低溫換熱器入口煙溫為148℃，換熱器出口煙溫為104℃。然后依次經(jīng)過電除塵器、增壓風機、低低溫換熱器、脫硫塔。電除塵器運行電壓50kV；低低溫換熱器出口煙氣溫度進一步降至63℃，相對濕度增至64.5％。脫硫塔噴淋層噴嘴出口脫硫液溫度為41℃，與煙氣逆流接觸，三級噴淋，液氣比15L/Nm³。經(jīng)測定，電除塵器出口、脫硫塔出口SO₃濃度分別為13mg/m³、5mg/m³，粉塵濃度分別為46mg/m³、19mg/m³；其中，采用電稱低壓沖擊器ELPI在線測試，電除塵器出口、脫硫塔出口PM_2.5濃度分別為14mg/m³、8mg/m³。此外，通過長時間運行發(fā)現(xiàn)，脫硫過程中不需要額外補水，脫硫漿液液面基本保持不變。

對比例1

低溫換熱器與低低溫換熱器未投運，其余同實施例1。經(jīng)測定，電除塵器出口、脫硫塔出口SO₃濃度分別為24mg/m³、15mg/m³，粉塵濃度分別為63mg/m³、37mg/m³；其中，電除塵器出口、脫硫塔出PM_2.5濃度分別為21mg/m³、17mg/m³。此外，通過長時間運行發(fā)現(xiàn)，脫硫過程中需要額外補水以維持脫硫噴淋的正常運行。