一种烟气处理装置、烟气处理系统及烟气处理方法

摘要

本发明提供了一种烟气处理装置、烟气处理系统及烟气处理方法，所述烟气处理装置包括烟气进口管、烟气出口管、换热装置、空气进口管、空气出口管，所述烟气进口管与换热装置的烟气通道进口连通，所述烟气出口管与换热装置的烟气通道出口连通，所述空气出口管的进口端与换热装置的空气通道出口连通，所述空气出口管的出口端与烟气出口管连通，使得换热后的空气与烟气在空气出口管内混合，在烟气通道中，烟气的流动方向为竖直向上；本发明所述的一种烟气处理装置、烟气处理系统及烟气处理方法，通过设置所述烟气处理装置，使得工业生产在排放烟气的过程中，不会出现烟囱冒白烟的情况。

说明书

技术领域

本发明涉及环保技术领域，特别涉及一种烟气处理装置、烟气处理系统及烟气处理方法。

背景技术

电厂锅炉、石化加热炉等排烟的超低排放问题已经引起热会各界的普遍关注和国家的强烈重视。尤其是在东南沿海的长三角、珠三角以及京津等发达地区，为了满足超低排放标准的要求，湿法脱硫占现投产烟气脱硫装置的93％，湿法脱硫后的烟气中水蒸气处于近乎饱和的状态，若直接通过常规烟囱排放，在进入大气环境降温后，烟气中的水蒸气会迅速转变成过饱和状态，凝结形成液滴，即形成烟囱冒白烟的现象；同时凝结形成的液滴会飘落至地面，形成酸雨或石膏雨，从而容易污染周边环境，造成安全隐患。因此，烟囱冒白烟的问题是本领域技术人员急需解决的技术问题之一。

申请人在早期对烟囱冒白烟这一问题进行研究的同时，递交了申请号为CN201610335353.6的专利申请，其中公开了一种降低烟气白烟的节能环保设备及工艺，通过用冷空气和烟气进行换热，然后在将换热后的空气和烟气混合，略微抬升烟气温度并冲淡烟气中的水分，使之不易在烟囱出口形成冒白烟和拖尾现象。但随着申请人的进一步研究，发现由于该申请未能对烟囱自身的结构进行改进，虽然能够在一定程度上降低烟囱冒白烟的情况，但较难对烟囱内部的烟气情况进行控制，无法完全消除烟囱冒白烟的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种烟气处理装置、烟气处理系统及烟气处理方法，以解决现有技术在烟气排放过程中存在的烟囱冒白烟的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种烟气处理装置，包括烟气进口管、烟气出口管、换热装置、空气进口管、空气出口管，所述烟气进口管与换热装置的烟气通道进口连通，所述烟气出口管与换热装置的烟气通道出口连通，所述空气出口管的进口端与换热装置的空气通道出口连通，所述空气出口管的出口端与烟气出口管连通，使得换热后的空气与烟气在空气出口管内混合，在烟气通道中，烟气的流动方向为竖直向上。

进一步的，所述烟气出口管与换热装置之间设置降速管，所述降速管的进口端与换热装置的烟气通道连通，所述降速管的出口端与烟气出口管连通。

进一步的，所述烟气处理装置包括除雾装置，所述除雾装置设置在降速管与烟气出口管之间，所述除雾装置的进口端与降速管的出口端连接，所述除雾装置的出口端与烟气出口管连接。

进一步的，所述烟气出口管的进口端与换热装置的烟气通道出口连通，所述烟气出口管的出口端与烟囱或外部大气连通。

进一步的，所述烟气出口管内设置混合空间。

进一步的，所述空气出口管的出口端与烟气出口管的侧壁连接，且所述空气出口管贯穿烟气出口管的侧壁，与烟气出口管内的混合空间连通。

进一步的，所述空气出口管的出口与烟气出口管相切。

进一步的，所述空气出口管包括依次连接的出口段、导向段、切向流入段，所述出口段与换热装置的空气通道出口连通，所述切向流入段与烟气出口管相切并连接，所述导向段分别与出口段、切向流入段圆滑过渡连接。

进一步的，所述烟气处理装置包括多个换热装置，多个换热装置之间形成空气出口管，且任意一个换热装置在朝向空气出口管的侧壁上均设置开口，所述开口与换热装置的空气通道连通。

一种烟气处理系统，包括所述的烟气处理装置。

一种烟气处理方法，应用于所述的烟气处理装置中，所述方法包括：

S1、烟气与空气的进气过程；

S2、烟气与空气的换热过程；

S3、换热后烟气的除雾过程；

S4、换热后的空气与除雾后的烟气的混合过程；

S5、烟气排放过程。

相对于现有技术，本发明所述的一种烟气处理装置、烟气处理系统及烟气处理方法具有以下优势：

本发明所述的一种烟气处理装置、烟气处理系统及烟气处理方法，通过设置烟气处理装置，可以将工厂需要排放的烟气从烟气进口管中引入，并进入换热装置的烟气通道中，利用常温空气对烟气进行换热；经过换热后，高温烟气供给热量后变为低温烟气，同时随着烟气温度的降低，烟气内部的部分水蒸气会凝结为冷凝水滴，在竖直设置的烟气通道中，烟气竖直向上流动，凝结出的冷凝水滴在自身重力的作用下向下流动，从而脱离出烟气中的部分水蒸气，烟气的绝对湿度随之降低；常温空气吸收热量变为热干空气，然后通过空气出口管进入烟气出口管中，与低温烟气混合，形成混合烟气；此时，在烟气出口管中，混合烟气的温度要高于低温烟气，混合烟气的绝对湿度低于低温烟气，且随着烟气温度的升高，混合烟气的相对湿度也低于低温烟气的相对湿度，最后通过烟气出口管或与烟气出口管连通的烟囱将混合烟气外排即可；

在混合烟气排放至大气中以后，混合烟气的温度急剧降低；但由于此时混合烟气的相对湿度较低，在混合烟气降温的过程中，混合烟气中的水蒸气始终处于不饱和状态，即水蒸气始终保持气态，不会凝结为小液滴，从而通过本发明在烟气处理过程中设置所述烟气处理装置，使得工业生产在排放烟气的过程中，不会出现烟囱冒白烟的情况。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种烟气处理装置的结构示意图；

图2为本发明实施例在图1中A处的局部放大图；

图3为本发明实施例所述的一种烟气处理装置的示意图；

图4为本发明实施例所述的一种烟气处理装置在烟气出口管处的俯视图；

图5为本发明实施例所述的一种烟气处理装置的另一种结构示意图；

图6为本发明实施例所述的一种烟气处理装置在烟气出口管处的一种俯视图；

图7为本发明实施例所述的一种烟气处理装置在烟气出口管处的另一种俯视图；

图8为本发明实施例所述的一种烟气处理装置中换热装置的结构示意图。

附图标记说明：

烟气进口管1，烟气出口管2，混合空间21，导流板22，换热装置3，空气进口管31，空气出口管32，出口段321，导向段322，切向流入段323，空气通道33，烟气通道34，开口35，风机4，降速管5，除雾装置6，混合管路段7，混流器8，密封结构9。

具体实施方式

下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的发明概念。然而，这些发明概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

为了解决现有的烟气处理系统在对烟气处理后，烟气外排的过程中容易出现烟囱冒白烟的问题，如附图1-2所示，本实施例提出一种烟气处理装置，所述烟气处理装置包括烟气进口管1、烟气出口管2，换热装置3，所述烟气进口管1与换热装置3的烟气通道34进口连通，所述烟气出口管2与换热装置3的烟气通道34出口连通，所述换热装置3上设置空气进口管31、空气出口管32，所述空气出口管32的进口端与换热装置3的空气通道33出口连通，所述空气出口管32的出口端与烟气出口管2连通，使得换热后的空气与烟气在空气出口管32内混合，所述烟气通道34沿竖直方向延伸。

其中，在烟气通道34中，烟气的流动方向为竖直向上；作为优选的，在整体的烟气、空气流动方向上，在烟气通道34中，烟气的流动方向为竖直向上，在空气通道33中，空气的整体流动方向为竖直向上，即烟气与空气之间为并流传热。

需要说明的是，此处的空气流动方向竖直向上，是指空气的整体流动方向；也可以在空气通道33中设置折流板，使得空气进行折线式流动，但整体的空气流动方向仍保持竖直向上流动。

其中，对于工业应用而言，本实施例提出的烟气处理装置可以直接应用在现有的烟气处理系统中，无需对原有的烟气处理系统进行改动，仅需将部分管路结构进行调整即可使用；具体的，所述烟气进口管1与现有的烟气处理系统的烟气管路连通，例如：将烟气进口管1与脱硫塔的烟气出口直接连通，或者将烟气进口管1与锅炉的烟气出口直接连通等等；然后将烟气出口管2与烟囱连通，或者将具有足够长度的烟气出口管2直接作为烟囱使用，以实现烟气的外排。

从而通过设置烟气处理装置，可以将工厂需要排放的烟气从烟气进口管1中引入，并进入换热装置3的烟气通道34中，利用常温空气对烟气进行换热；经过换热后，高温烟气供给热量后变为低温烟气，同时随着烟气温度的降低，烟气内部的部分水蒸气会凝结为冷凝水滴，在竖直设置的烟气通道34中，烟气竖直向上流动，凝结出的冷凝水滴在自身重力的作用下向下流动，从而脱离出烟气中的部分水蒸气，烟气的绝对湿度随之降低；常温空气吸收热量变为热干空气，然后通过空气出口管32进入烟气出口管2中，与低温烟气混合，形成混合烟气；此时，在烟气出口管2中，混合烟气的温度要高于低温烟气，混合烟气的绝对湿度低于低温烟气，且随着烟气温度的升高，混合烟气的相对湿度也低于低温烟气的相对湿度，最后通过烟气出口管2或与烟气出口管2连通的烟囱将混合烟气外排即可。

具体的，在混合烟气排放至大气中以后，混合烟气的温度急剧降低；但由于此时混合烟气的相对湿度较低，在混合烟气降温的过程中，混合烟气中的水蒸气始终处于不饱和状态，即水蒸气始终保持气态，不会凝结为小液滴，从而通过本实施例在烟气处理过程中设置所述烟气处理装置，使得工业生产在排放烟气的过程中，不会出现烟囱冒白烟的情况。

作为优选的，所述烟气出口管2内设置混合空间21，为换热后形成的低温烟气与热干空气的混合过程提供空间；所述烟气出口管2的长度大于5米，从而使得烟气出口管2能够具有足够大的混合空间21，使低温烟气与热干空气能够充分混合，形成更为均匀的混合烟气，以避免烟囱冒白烟的情况发生。

此外，为了确保空气具有足够的流量以及流速，以确保换热效果，所述空气进口管31的进口端与风机4连通，利用风机4提供动力，将外部的空气送入到所述烟气处理装置中。

实施例2

考虑到在烟气通道34中，烟气往往具有较高的流速，经过换热后，仍然会携带冷凝出的一部分冷凝水滴继续向上移动，进入烟气出口管2中，而这一部分冷凝水滴会影响混合烟气的湿度情况，不利于确保杜绝烟囱冒白烟的情况。

因此，为了解决这一问题，如附图1-3所示，本实施例在实施例1的基础上，对所述烟气处理装置进行进一步改进，具体的：

所述烟气出口管2与换热装置3之间设置降速管5，所述降速管5的进口端与换热装置3的烟气通道34连通，所述降速管5的出口端与烟气出口管2连通；其中，降速管5的截面积大于换热装置3中所有烟气通道34的截面积总和，从而对于烟气而言，降速管5的内部形成一个降速空间，在经过换热后，烟气从烟气通道34中流出，进入降速管5中，随着流动截面积的增大，烟气的流速会急剧降低，从而烟气携带出的冷凝水滴会在自身重力的作用下与烟气分离，从而避免了冷凝水滴随着烟气进入烟气出口管2中，以确保混合烟气的湿度状况，避免出现烟囱冒白烟的情况发生。

同时，由于降速管5中的烟气为经过换热后，且并未与空气混合的烟气，从而通过降速管5的设置，在实际烟气处理过程中，能够通过降速管5采集换热后的烟气，获取相关烟气的状态，一方面便于对换热装置3的换热效率进行分析，另一方面便于对烟气与空气混合后的消白烟效果进行分析比对。

作为优选的，如附图3所示，所述降速管5为扩口管，所述降速管5的进口端为扩口管的缩口端，所述降速管5的出口端为扩口管的扩口端，从而烟气在降速管5中的流动过程中，始终处于流速不断降低的状态，有利于烟气携带出的冷凝水滴在自身重力的作用下与烟气进行分离，以确保烟气具有较低的湿度，避免出现烟囱冒白烟的情况发生。

此外，为了进一步杜绝冷凝水滴随着烟气进入烟气出口管2中，所述烟气处理装置包括除雾装置6，所述除雾装置6设置在降速管5与烟气出口管2之间，所述除雾装置6的进口端与降速管5的出口端连接，所述除雾装置6的出口端与烟气出口管2连接，从而在降速管5对烟气流速充分降低后，再设置除雾装置6，有利于对烟气中携带的冷凝水滴进行充分去除，杜绝了冷凝水滴随着烟气进入烟气出口管2中的情况发生，进一步确保了烟气出口管2中混合烟气的湿度状况，避免出现烟囱冒白烟的情况发生。

其中，所述除雾装置6为现有技术中常规的除雾器，具体结构及其工作原理均为现有技术，在此不进行赘述。

实施例3

在烟气出口管2中，为了确保低温烟气与热干空气进行充分混合，如附图1-4所示，本实施例在实施例1或实施例2的基础上，对烟气处理装置进行进一步改进，具体的：

所述烟气出口管2的进口端与换热装置3的烟气通道34出口连通，所述烟气出口管2的出口端与烟囱或外部大气连通，从而确保了烟气在换热后，能够依次通过烟气出口管2的进口端、烟气出口管2的出口端进行排放。

同时，所述烟气出口管2内设置混合空间21，为换热后形成的低温烟气与热干空气的混合过程提供空间。

所述空气出口管32与烟气出口管2连通，具体是指，所述空气出口管32的出口端与烟气出口管2的侧壁连接，且所述空气出口管32贯穿烟气出口管2的侧壁，与烟气出口管2内的混合空间21连通；从而在换热后形成的热干空气能够通过空气出口管32进入混合空间21中，与低温烟气混合形成混合烟气。

考虑到在混合空间21中，烟气与空气的流动方向往往均为竖直向上，容易出现混合不充分的问题；为了解决这一问题，所述空气出口管32的出口与烟气出口管2相切，即在烟气出口管2中，热干空气的流入方向与烟气出口管2相切，使得热干空气沿着烟气出口管2的切线方向流入混合空间21中，从而热干空气在混合空间21中会形成螺旋气流，有利于增大热干空气及低温烟气的紊流情况，确保烟气与热干空气在混合空间21中能够进一步充分混合，避免了烟气与热干空气未能经过充分混合，便直接上升至排烟口，排放到大气的情况发生，从而能够进一步避免烟囱冒白烟的情况发生。

对于所述空气出口管32而言，包括依次连接的出口段321、导向段322、切向流入段323，所述出口段321与换热装置3的空气通道33出口连通，所述切向流入段323与烟气出口管2相切并连接，所述导向段322分别与出口段321、切向流入段323圆滑过渡连接。

所述出口段321、导向段322、切向流入段323一体成型，从而一方面便于空气出口管32的加工制造，有利于确保空气出口管32的机械强度，另一方面为热干空气的流动提供一个平滑的流动通道，以降低流动阻力，确保热干空气具有足够的流速，有利于提高低温烟气与热干空气的混合效率。

实施例4

如附图1-3所示，本实施例在实施例1-3任一个实施例的基础上，对空气进口管31、空气出口管32的设置情况进行说明。

所述烟气处理装置上设置至少一个空气进口管31，作为优选，所述空气进口管31为多个，且沿着换热装置3的侧壁以阵列方式设置，为换热装置3中提供足够的空气量以及空气流速，以确保换热效果。

所述烟气处理装置上设置至少一个空气出口管32，作为优选的，所述空气出口管32为多个，且沿烟气出口管2的侧壁以阵列方式设置，从而使得热干空气在混合空间21中快速地形成螺旋气流，有利于增大热干空气及低温烟气的紊流情况，确保烟气与热干空气在混合空间21中充分混合，避免烟囱冒白烟的情况发生。

实施例5

在实施例1-4任一个实施例的基础上，本实施例提出另一种烟气处理装置，如附图5-7所示，所述烟气处理装置包括烟气进口管1、烟气出口管2以及多个换热装置3；

对于任意一个换热装置3而言，所述烟气进口管1与换热装置3的烟气通道34进口连通，所述烟气出口管2与换热装置3的烟气通道34出口连通；所述换热装置3上设置空气进口管31，所述空气进口管31的进口端与风机4连通；

其中，多个换热装置3之间形成空气出口管32，且任意一个换热装置3在朝向空气出口管32的侧壁上均设置开口35，所述开口35与换热装置3的空气通道33连通，即所述开口35可以视为空气出口管32的进口端，从而使得空气出口管32通过开口35与换热装置3的空气通道33出口连通，所述空气出口管32的出口端与烟气出口管2连通，使得换热后的空气与烟气在空气出口管32内混合。

每个换热装置3沿着所述烟气处理装置的壳体侧壁布置，从而多个换热装置3之间形成流动空间，所述壳体的横截面为长方形或者正方形结构，如图5-6所示，可以设置2个换热装置3，设置在壳体的相对的两个侧面上；或者，设置4个换热装置3，每一个均紧贴所述壳体的侧壁设置；或者，设置3个换热装置3，设置在壳体的任意三个侧壁上；

具体的，如图6所示，所述空气出口管32是由两个换热装置3间隔设置而形成的通道空间；如图7所示，所述空气出口管32由至少三个换热装置3环绕形成的通道空间；

考虑到空气的流动方向以及密封性能，所述空气出口管32在靠近烟气出口管2的一端为敞开口，所述空气出口管32在远离烟气出口管2的一端设置密封结构9；也可以视为，所述烟气处理装置包括密封结构9，所述密封结构9与换热装置3朝向空气出口管32一侧的侧壁连接，用于对空气出口管32的一端进行密封，使得换热后的热干空气仅能朝向空气出口管32的敞开口流动。

与实施例2相同，对于与任意一个换热装置3而言，所述烟气出口管2与换热装置3之间设置降速管5，所述降速管5的进口端与换热装置3的烟气通道34连通，所述降速管5的出口端与烟气出口管2连通；所述除雾装置6设置在降速管5与烟气出口管2之间，所述除雾装置6的进口端与降速管5的出口端连接，所述除雾装置6的出口端与烟气出口管2连通。

除此之外，所述烟气出口管2在靠近换热装置3的一端设置混合管路段7，所述混合管路段7分别与空气出口管32的出口端、除雾装置6出口端连通，使得换热后的热干空气通过空气出口管32进入混合管路段7中，换热后的低温烟气通过除雾装置6除雾后，进入混合管路段7中，与换热后的热干空气混合，然后进入烟气出口管2的主管路中。

同时由于换热装置3往往为板式换热器，其整体呈长方体结构或立方体结构，而烟气出口管2或烟囱往往为圆柱形管，为了便于装配，通过将所述混合管路段7设置为过渡管段，即所述混合管路段7在靠近换热装置3的一端为方形开口，所述混合管路段7在远离换热装置3的一端为圆形开口，从而使得所述烟气处理装置的底部为方形结构的主体，上部为圆柱形结构的排烟管路，整体呈现一种天圆地方的外观。

为了提高热干空气与低温烟气的混合程度，所述混合管路段7的内部设置混流器8，通过外力来强制空气与烟气进行对流，使得空气与烟气能够进行充分混合；所述混流器8为常规的空气混流装置，例如风叶等常规装置。

对于所述换热装置3而言，在本实施例中优选为板式换热器，其中所述板式换热器为常规的板式换热器结构，或申请人早期申请中的板式换热器结构，其整体呈长方体结构或立方体结构，由多个换热板片组装配而成；例如附图8所示，即为申请人在先申请中的板式换热器的结构图纸，包括多个相互配合的换热板片组；鉴于换热装置3为现有技术中的常规板式换热器，在此不进行赘述。

在所述烟气处理装置中，所述换热装置3以能够拆卸的方式设置在烟气处理装置中，且所述换热装置3中的换热板片组也以能够拆卸的方式设置在烟气处理装置中，从而对于所述换热装置3中的任一个换热板片组，或者多个换热装置3中的任意一个而言，均能够从烟气处理装置中拆卸下来，以便于对烟气处理装置进行维护或更换部件。

实施例6

如附图1-7所示，本实施例在实施例1-5任一个实施例的基础上，进行改进，具体的：

本实施例与实施例1-5任一个实施例基本相同，所不同的是，所述烟气出口管2的内壁上设置多个导流板22，一方面引导烟气沿烟气出口管2进行流动，另一方面提高混合烟气中烟气组分与空气组分之间的紊流情况，有利于进一步提高烟气与空气的混合程度，确保烟气与空气能够充分混合，避免烟囱冒白烟的情况发生。

实施例7

本实施例在实施例1-6任一个实施例的基础上，提出一种烟气处理方法，所述烟气处理方法应用于所述烟气处理装置中，具体的，所述方法包括以下步骤：

S1、烟气与空气的进气过程：烟气通过烟气进口管1进入换热装置3的烟气通道34，空气通过空气进口管31进入换热装置3的空气通道33；

S2、烟气与空气的换热过程：在换热装置3中，烟气与空气进行换热；

S3、换热后烟气的除雾过程：换热后的烟气经过降速管5、除雾装置6，对烟气中凝结出的液滴进行脱除；

此外，在步骤S3中，一部分液滴在自身重力的作用下，在烟气通道34或降速管5中自行与烟气发生脱离，另一部分被烟气携带的液滴通过除雾装置6与烟气发生脱离。

S4、换热后的空气与除雾后的烟气的混合过程：换热后的空气经过空气出口管32，进入烟气出口管2并与除雾后的烟气进行混合；

具体的，对于实施例3中的结构而言，换热后的空气经过空气出口管32，沿着与烟气出口管2相切的方向流入混合空间21中，形成螺旋气流，并与除雾后的烟气混合；

对于实施例5中的结构而言，换热后的空气从出口35进入空气出口管32，并沿着空气出口管32进入混合管路7中，在混流器8的带动下与除雾后的烟气进行混合，形成混合烟气，并进入烟气出口管2中。

S5、烟气排放过程：将混合后的烟气通过烟气出口管2排出烟气处理装置。

在步骤S5中，所述烟气出口管2可以与烟囱连通，也可以将具有足够长度的烟气出口管2直接作为烟囱使用，以实现烟气的外排。

除此之外，本发明还提出一种烟气处理系统，所述烟气处理系统包括所述烟气处理装置，还包括现有技术中常规的脱硫装置、余热锅炉等装置，在对所述烟气处理装置进行安装时，可以将烟气进口管1与脱硫塔的烟气出口直接连通，或者将烟气进口管1与余热锅炉的烟气出口直接连通等等；然后将烟气出口管2与烟囱连通，或者将具有足够长度的烟气出口管2直接作为烟囱使用，以实现烟气的外排。对于所述烟气处理系统中的其余组件及装配关系，均为现有技术，在此不进行赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。