本發明涉及煙氣凈化技術領域，特別涉及該領域中用于消除燃煤及石化能源后所產生的煙氣的一種凈化裝置及方法。

背景技術：

由于我國富煤貧油少氣的能源資源稟賦，加之單位熱量煤價遠遠低于油價氣價，致使每年40多億噸原煤，絕大多數通過燃燒轉化為冶金、電力、化工等行業的高溫熱源、動力蒸汽、工藝蒸汽，每年產生大約30多萬億立方米的煙氣。現有技術中，煙氣凈化治理過程中，大部分采用濕法脫硫或濕式靜電除塵技術，該技術脫除了煙氣中大部分的SO2、煙塵、氮氧化物、重金屬，有一定的積極效果。部分企業的煙氣治理，還能達到遠低于《(GB13223-2011)火電廠大氣污染物排放標準》：粉塵≤5mg/m3，二氧化硫≤35mg/m3，氮氧化物(以NO2計)≤50mg/m3，汞≤0.03mg/m3，黑度≤1度指標的燃氣輪機排汽標準，為我國的煤炭能源的清潔利用提供了重要保障。

然而煙氣凈化治理過程中的濕法脫硫或濕式靜電除塵，卻大量增加了煙氣的水汽，達到10～20％濃度，不僅消耗水資源，而且尤其在氣溫較低、濕度較大的靜風天氣，煙氣中大量的水汽在冷空氣的作用下，迅速冷凝為微小的水滴，煙氣中CO2等高濃度酸性氣體，則伴隨著微小水滴形成與成長，不斷溶解在水滴之中，并降低水滴表面的水蒸汽分壓，使水滴快速長大，成為濃濃的酸性白煙，酸性白煙再被空氣中的PM霾粒吸附，會進一步降低其表面的水蒸汽分壓，降低空氣濕度，并達到其相對穩定的相平衡狀態，成為污染環境的霧霾，這就是人們將煙囪冒出的白煙視為霧霾幫兇的原因。因此，尤其在冬季的靜風天氣，減少煙囪排除的白煙，十分有助于減輕霧霾，這已成為業界共識。

現行消除白煙常用的方法，本質上就是讓出煙囪的煙氣在與空氣的混合、冷卻、擴散過程中，溫度還未降到水蒸汽的露點溫度以下，就使煙氣和其中的水汽擴散到了空氣之中。因此，對煙氣進行減濕、加溫，就是消除煙氣白煙的物理基礎，常用的方法有：

①冷凝換熱法，見附圖1，就是將濕煙氣溫度從50～60℃降到25左右℃，使煙氣中的水汽冷凝為液態水分離出煙氣系統，再用換熱器將煙氣加熱后通過煙囪排向大氣。但該法有換熱器投資大、煙氣阻力大、易腐蝕、可靠性、穩定性差的不足。

②自煙換熱法，見附圖2，就是利用脫硫前干煙氣的溫度，加熱脫硫、或濕式靜電除塵器后的濕煙氣達到80℃以上，該技術不需要外供熱源，普遍應用于電力行業，投運初期換熱器換熱系數高，能夠將濕煙氣達到80℃以上，大約運行1～3年后，煙氣中的膠體、固體微粒附著于換熱器表面，最終致使換熱系數大幅降低，煙氣溫度上不去，煙囪照樣冒白煙，同時也還有換熱器易堵塞、易損壞、煙氣阻力大的不足。

③電除霧法，由于脫硫后煙氣溫度下的水汽含量處于飽狀態，絕大部分水汽還是以氣態存在，并無大量霧滴，所以除霧效果不佳，也還有設備投資大、電耗高、可靠性差等等不足；

④混合干燥法，僅是先將霧狀水分離后再混合熱煙氣，以降低水氣含量后再排放，該法需要有干凈的熱煙氣，由于現實中的熱煙氣塵含量都較高，雖能減少白煙，但卻增加了煙塵，該法僅可在環保要求不嚴，且有熱煙氣的鋼鐵廠的地方采用。

技術實現要素：

鑒于現行消除白煙的裝置和方法存在的換熱器換熱系數衰減快、易堵塞、易腐蝕，煙氣阻力大，不能完全消除白煙，或消除白煙性能不能長時間保持等等不足，本發明提出了一種冷凝脫水+熱空氣混合干燥裝置及方法加以解決。

本發明通過以下技術方案來實現：

一種消除白煙的裝置，包括：

水加熱器，設置在熱煙氣管路上；

脫硫、濕式靜電除塵器，設置經過水加熱器后的熱煙氣管路上；

煙氣冷凝器，設置在經過脫硫、濕式靜電除塵器后的熱煙氣管路上；

空氣加熱器，通過循環熱水泵、循環熱水管路與水加熱器連接，構成循環體；

冷卻塔，通過循環冷卻水泵、循環冷卻水管路與煙氣冷凝器連接，構成循環體；

熱空氣管道，設置在煙囪內，其進口端與空氣加熱器的熱風出口端連接。

進一步地，所述空氣加熱器的進風口處還設置有風機。

進一步地，所述冷卻塔內設置有煙氣冷凝循環水布水裝置和煙氣冷凝循環水填料，所述煙氣冷凝循環水布水裝置設置在冷卻塔內的進水口下端處，所述煙氣冷凝循環水填料設置在煙氣冷凝循環水布水裝置下端。

進一步地，還包括水池隔墻和填料隔墻，所述水池隔墻設置冷卻塔下部所形成的水池內，所述填料隔墻設置在煙氣冷凝循環水填料

進一步地，所述熱空氣管道順著煙囪方向垂直布置。

一種消除白煙的方法，包括如下步驟：

⑴、將120℃～160℃的高溫煙氣經脫硫、濕式靜電除塵器后降溫成溫度為50℃～60℃、水汽含量為10％～20％的中溫煙氣；

⑵、將步驟⑴后產生的中溫煙氣經冷卻冷凝后，繼續降溫到25±5℃，使水汽含量降低到煙氣總量的2％～3％送入煙囪；

⑶、將步驟⑵后產生的低溫煙氣在煙囪內與100±10℃的熱空氣混合，熱空氣與煙氣的混合比例為0.1～0.5，形成溫度為30℃～70℃，相對濕度≤60％的干煙氣后，經煙囪排向大氣。

本發明工作原理如下：

利用循環冷卻水，將來自脫硫工序或濕式靜電除塵器溫度為50℃～60℃，水汽含量10～20％的煙氣，進行冷卻冷凝，將濕煙氣溫度降至25℃左右，使濕煙氣中的水汽濃度減少70～80％，除去大部分水汽后，使水汽降到煙氣總量的2～3％后送入煙囪空間內。由于白煙通常出現在氣溫較低的冬季、或氣溫較低的時段，此時工廠的循環水系統能力十分富裕，采用來自冷卻塔的循環水不會降低其它設備的冷卻效果；來自冷卻塔的循環水冷卻煙氣后，由于冷卻水與煙氣直接接觸，煙氣中的CO2會使循環水酸性增加，增加金屬材料的腐蝕，所以本發明的循環水管路、閥門、噴頭等部件全部采用非金屬材料，既耐腐蝕又價格低廉。

在冷卻塔內從噴淋、布水、填料到水池，單獨分隔一小塊區域，作為煙氣冷卻專用循環水子系統，讓煙氣冷卻水從噴淋、布水、填料到水池實行單獨循環，以防止煙氣冷卻循環水進入主循環系統；

由于冬天空氣溫度低，煙氣中水蒸汽的冷凝潛熱，在冷卻塔中更多的是被空氣的溫升帶走，而不是靠蒸發帶走，進而會使循環水量不斷增加，過剩的水量可排入污水處理系統統一處理后回用，以節約水資源。本發明的除白煙工藝，雖然利用了冷卻塔冷卻煙氣冷卻循環水，還是會有少煙氣中的水分通過冷卻塔進入大氣，由于冷卻塔出口氣中CO2、SO2、NOX、煙塵等的濃度遠低于煙氣數百倍，霧滴表面的水蒸汽分壓遠高于煙氣霧滴的中水蒸汽分壓，所以，從冷卻塔進入大氣的水蒸汽霧滴會更快的消散在大氣中，從而將大大減少霧霾的形成。

此外，由于煙氣與冷卻水直接接觸，熱量主要是是通過水蒸汽直接溶解的傳質方式，將熱量帶入冷卻水中，不僅傳熱膜系數高，更沒有傳熱系數K值降低難題、而且煙氣流動阻力遠比換熱器小，可減少煙氣風機電耗，還有進一步降低煙氣中SO2、NOX、Hg、煙塵等有害物質的正作用；

在煙囪外設置風機和空氣加熱器，在脫硫前的干煙氣通道上設置水加熱器，在水加熱器和空氣加熱器之間設置循環熱水泵及工藝管路，用脫硫前的煙氣熱量通過空氣加熱器加熱經風機加壓的常溫空氣，使常溫空氣的溫度升高到100±10℃，經熱空氣管道送入煙囪空間；

在脫硫前的干煙氣通道上設置水加熱器，使煙氣溫度由120～160℃降低到90℃左右或更低，從而使煙氣在脫硫和濕式靜電除塵過程中的水汽吸收量大幅減少，這對降低煙氣冷卻循環水量、投資、電耗都是有利的，同時也大幅減少了煙氣帶入大氣中的水量，這對減少冬季、靜風天氣下的霧霾是大有好處；

空氣加熱器由于管內是無腐蝕的循環水，管外為無腐蝕的空氣，不僅換熱系數不易衰減，而且使用壽命可長達30年；

通過空氣加熱器加熱到100±10℃的熱空氣在煙囪內，與溫度為25℃左右的濕煙氣在煙囪內混合成為30～70℃，相對濕度為≤60％干煙氣后，經煙囪出口排入大氣；

煙氣在煙囪內被熱空氣混合、加熱、干燥，不僅阻力低、能耗低，而且由于空氣中水汽含量低，混合后進一步降低了煙氣中的水汽含量，同時也使出煙囪后的煙氣與空氣之間的濕度差減小，進而減小了局部過冷，形成水霧的幾率；

熱空氣與煙氣的比例為0.1～0.5；由于熱空氣直接加入煙囪，風機需要的壓力低、電耗低；風機、循環熱水泵、循環冷卻水泵全部采用變頻電機，既利于負荷調節又節能；

在煙囪內設置垂直向上的熱空氣管道，讓熱空氣出口高于煙氣質量監測口2～3米，以保證煙氣監測裝置獲得真實的煙氣成分的同時，還使出氣動能轉化為煙氣動能；

風機的空氣進口設置在空氣加熱器的上方，以減少混合空氣的塵含量，這不僅可減少煙氣中的含塵總量，還可減少空氣加熱器的污垢沉積，減少換熱系數的衰減。

風機的空氣進口設置低阻力雨帽和絲網，以防止雨水和雜物進入風機和空氣加熱器；

本發明在煙囪內設了置垂直向上的熱空氣管道，在煙囪外設置風機和空氣加熱器，在脫硫前的干煙氣通道上設置水加熱器；在水加熱器和空氣加熱器之間，設置循環熱水泵和循環熱水管路，組成熱水循環回路結構；用熱空氣管路連接煙囪內的熱空氣管道和和空氣加熱器；在煙氣冷凝器外部設置冷卻塔，通過循環冷卻水泵、循環冷卻水管路將冷卻塔和煙氣冷凝器連接，組成冷卻水循環回路結構。

由于采用了上述結構及方法，本發明冷卻塔出口氣中CO₂、SO₂、NO_X、煙塵等的濃度遠低于煙氣數百倍，霧滴表面的水蒸汽分壓遠高于煙氣霧滴的中水蒸汽分壓，所以，從冷卻塔進入大氣的水蒸汽霧滴會更快的消散在大氣中，從而將大大減少霧霾的形成；此外，由于煙氣與冷卻水直接接觸，熱量主要是通過水蒸汽直接溶解的傳質方式，將熱量帶入冷卻水中，不僅傳熱膜系數高，避免了傳熱系數K值降低的難題、而且煙氣流動阻力遠比換熱器小，可減少煙氣風機電耗，有助于進一步降低煙氣中SO₂、NO_X、Hg、煙塵等有害物質的影響。

附圖說明

圖1為現行的冷凝換熱法除白煙工藝原理圖；

圖2為現行的白煙換熱法除白煙工藝原理圖；

圖3為本發明結構原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施方式對本發明做進一步說明。

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明公開了一種消除白煙的裝置，系現有白煙消除裝置的改進，包括：

水加熱器，設置在熱煙氣管路上；

脫硫、濕式靜電除塵器，設置經過水加熱器后的熱煙氣管路上；

煙氣冷凝器，設置在經過脫硫、濕式靜電除塵器后的熱煙氣管路上；

空氣加熱器，通過循環熱水泵、循環熱水管路與水加熱器連接，構成循環體；

冷卻塔，通過循環冷卻水泵、循環冷卻水管路與煙氣冷凝器連接，構成循環體；

熱空氣管道，設置在煙囪內，其進口端與空氣加熱器的熱風出口端連接。

在本實施例中，煙氣冷凝器結構為空塔噴淋結構，或填料結構，在出氣端設有氣液分離結構。

下面給出一種具體的實施例：

在煙氣脫硫設置前的煙氣管道上設置換熱面積4000m²水加熱器，將煙氣溫度由145℃，降到105℃后，煙氣進入脫硫、濕式靜電除塵器裝置，將煙氣中的SO2、煙塵等除掉，溫度降為55℃的煙氣進入煙氣冷凝器，將15℃的循環冷卻水加入煙氣冷凝器，使煙氣溫度降到24℃，并將煙氣中水蒸汽含量降到3％后，將煙氣送入煙囪。

用循環熱水泵，將空氣加熱器出來的70℃循環熱水加壓送入水加熱器，加熱為120℃的熱水后，再送入空氣加熱器，去加熱常溫空氣。

常溫空氣經風機加壓進入空氣加熱器加熱后，經熱空氣管路進入煙囪內熱空氣管道，從熱空氣管道上部出來后與25℃的冷煙氣混合并向上流動，使冷煙氣溫度升高、相對濕度降低到60％以下，從煙囪出口進入低溫的大氣空間，由于該煙氣相對濕度低，即使被冷空氣稀釋至10倍，由于其溫度始終高于露點溫度，煙氣即不會出現白煙了。

本發明的使用方法如下：

在氣溫30℃以上時，即使水汽濃度13％左右的煙氣從煙囪進入大氣，由于水蒸汽在大氣中擴散速率大，也不會出現白煙，此時可停下風機、循環冷卻水泵和循環熱水泵，以節約動力電消耗；

在氣溫不太高時，例如25℃左右，濕度較大的天氣，煙氣略有白煙，此時可僅開啟風機，讓常溫空氣在煙囪內先與濕煙氣混合，降低煙氣中的水汽濃度，即可消除煙囪出口煙氣中的白煙；

在氣溫較低時，例如15℃左右，濕度也大的天氣，則要同時開啟風機和循環熱水泵，使干煙氣的熱量通過循環水轉移到熱空氣中，從而減少煙氣在脫硫或濕式靜電除塵工藝吸收的水量，熱空氣在煙囪內與濕煙氣混合，又進一步降低煙氣中的相對濕度，即可消除煙囪出口的白煙；

在氣溫很低的冬季，則需同時開啟煙氣冷凝器和循環冷卻水泵、風機和循環熱水泵，煙氣首先在煙氣冷凝器中除去大部分水汽后，煙氣再在煙囪內與熱空氣混合干燥后排入大氣，即可消除白煙。

上述實施例只是本發明的較佳實施例，并不是對本發明技術方案的限制，只要是不經過創造性勞動即可在上述實施例的基礎上實現的技術方案，均應視為落入本發明專利的權利保護范圍內。