[发明专利]一种烟道气除尘脱硫新技术和新装备

说明书

技术领域

本发明涉及烟道气等废气净化技术与装置，涉及环保领域。

背景技术

PM是大气中的固体或液体颗粒状物质，PM2.5以及PM10是大气中的细微可吸入颗粒物，其粒径小，可夹带有毒、有害物质，在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响很大。

各种工业过程是PM2.5与PM10的主要固定来源，尤其是煤等化石燃料燃烧时候会产生二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物等严重污染环境的烟道气，并夹带大量的细小颗粒，对周围环境造成严重的危害。

机械除尘、电除尘、过滤除尘、洗涤除尘等是目前几种常见的除尘方式。机械除尘依靠机械力将尘粒从气流中除去，其结构简单，设备费和运行费均较低，但除尘效率不高。电除尘利用静电吸引力从大量气流中分离尘粒，特点是气流阻力小，除尘效率可达99％以上，但投资高，设备尺寸大。过滤除尘器使含尘气流通过滤料捕集尘粒，除尘效率一般为90％～99％，但不适用于温度高的含尘气体，上述几种除尘方式需要再进行单独脱硫。水洗涤除尘脱硫是最常采用的尾气净化方式，，它是通过喷淋稀碱水的方式使尘粒、二氧化硫、氮氧化物等污染物与液滴或液膜在空间中或填料表面充分接触被俘获，除尘效率为80％～95％，可以同时脱除二氧化硫等有害气体，但存在净化效果差、成本较高的问题。由于除尘难度较大，而且情况复杂，因此国家排放标准并不高，而且差异性大(表一为不同行业的尾气颗粒物排放标准)。尽管如此，仍有很多企业难以达到排放标准。宽松的排放标准、企业排放的不达标及对形成雾霾的PM2.5没有明确标准，已经在我国多地导致严重的、频繁的、长时间的雾霾天气，对人们的健康和日常生活造成严重影响。因此开发高效节能的烟道气脱硫除尘技术已迫在眉睫。

表一不同行业的颗粒粉尘排放国家标准

*国家对燃料油和燃煤锅炉的二氧化硫最高允许排放标准为900mg/m³，对轻柴油、煤油锅炉的二氧化硫最高允许排放标准为500mg/m³，对燃气锅炉的二氧化硫排放标准为100mg/m³，对燃油锅炉和燃气锅炉的氮氧化物的最高允许排放标准为400mg/m³。

发明内容

烟道气中的雾滴和灰尘由于静电排斥，往往形成难以捕获的气溶胶，简单过滤和静电除尘效果都不佳。水洗法兼具消除静电、除尘、脱硫和余热利用几大优势，因此高效水洗尾气净化技术值得深入研究。

仔细分析烟道气和水洗除尘脱硫过程可以发现，高温烟道气由于产生量大，二氧化硫浓度低，洗涤水雾化效果差，洗涤水量受限，导致除尘和脱硫效果不理想。由于高温烟道气进入水洗塔接触循环冷却水后会迅速冷却导致体积会急剧收缩，形成负压，这种有效能并没有被很好利用，而是形成复杂湍流造成能量耗散。

自然界的龙卷风直径大约几十米，气速为十几米到两百米。它是由于大气局部的遇冷导致的体积收缩和大范围周边大气的快速补充，形成的大气旋流现象。旋流产生的动力和升力，可以夹带大量固体和分散液体，产生巨大的破坏作用。龙卷风可否小型化，应用于工业生产中？

烟道气的一般进塔气速大于十米，温度在160℃～180℃，在水洗过程中，气温可以下降100摄氏度以上，气体至少收缩1/4，因此具备形成龙卷风的基本条件。利用形成龙卷风的原理可能破解烟道气等废气净化难题，合理的方案应该是使进入烟道的热烟道气沿着水平切线方向旋转并螺旋上升，同时利用泵施加了动能的循环洗水从喷嘴喷出时产生的反作用力推动活动喷嘴顺气流方向旋转，旋转的雾化喷嘴可将水获得的势能有效转化为推动喷嘴和气体旋转的动能以及促进液滴进一步分散的表面能，可大大增加气液接触的机会和时间，强化烟道气脱硫除尘反应及传质传热过程，小流量的旋转水雾，可以实现快速汽化降温，使高温烟道气体积骤降形成负压，在合理设置的旋流导流板导引下可能产生类似龙卷风的快速旋流效果，使烟道气在洗涤塔内产生螺旋上升运动，从整体向上运动方向改变为螺旋上升运动，烟道气中夹带的灰尘、二氧化硫和二氧化氮等在自身动力和旋流产生的离心力推动下有更多机会与悬浮在体系中雾化的弱碱水充分接触反应或被捕获，潮湿的环境和弱碱性的水雾可以显著消除体系静电，增强捕捉和沉降灰尘和有害气体效果。快速运动的气液旋流加速和促进了比重大的灰尘、液体朝着壁面富集，可显著增强除尘效果。此外，富含水蒸汽的烟道气在旋转和冷却过程中会产生二次水雾，也可以协助吸尘和被有效分离。采用多塔串联和多位置的上下方向的旋喷雾装置可以进一步确保效果。