一种模块化烟气脱酸用超声波雾化方法

技术领域

本发明涉及烟气处理技术领域，更具体地说它是一种模块化烟气脱酸用超声波雾化方法。

背景技术

超声波雾化脱酸是利用超声波高频振荡，在正负压交替作用下产生空化、撕裂、爆破等现象最终将吸收剂NaOH溶液雾化成粒径在5～10um左右的气雾；气雾粒径越小比表面积越大，越有利于烟气中酸性气体与NaOH气雾的脱酸反应。

随着政府鼓励技术创新，在大气污染治理领域，针对部分行业待净化烟气或经初步净化后烟气中SO

然而，在实际应用过程中，该技术存在以下几方面问题：1)为保证吸收剂气雾能顺畅进入正压的烟道内，超声波雾化脱酸系统需要配置鼓风机，增大了设备投资及运行成本；2)为保证雾化模块能达到较佳的雾化量和雾化效果，雾化箱内NaOH溶液需加热到一定温度，因此在雾化箱需配置加热装置，增大了设备投资及运行成本；3)超声波雾化气雾与高温烟气瞬时直接接触，极易在吸收剂气雾投加区的内壁结构上附壁粘结，长期运行造成结垢；4)雾化装置气雾出口与NaOH气雾投加位置距离较远，NaOH气雾在传输过程中易贴壁凝结，重新回流至雾化箱，造成雾化器的实际出力减小，脱酸效果不及预期；或者为保证脱酸效果，需要配置更多的雾化模块，造成额外投资成本。因此，开发一种节省设备投资及运行成本、防止吸收剂气雾投加区内壁结构上附壁粘结及结垢、保证脱酸效果的烟气脱酸用的新型超声波雾化方法很有必要。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种模块化烟气脱酸用超声波雾化方法，实现分级加热、分级脱酸的双重效果、保证脱酸效果，节省电加热设备及鼓风机等设备投资及运行成本，缩小占地面积，防止吸收剂NaOH气雾投加区内壁结构上附壁粘结及结垢；解决烟气脱酸用超声波雾化装置需配置鼓风机和加热设备、气雾出口与吸收剂NaOH气雾投加位置距离远易凝结回流、吸收剂NaOH气雾与高温烟气瞬时直接接触易造成管壁结垢等问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种模块化烟气脱酸用超声波雾化方法，其特征在于：待脱酸烟气由模块化烟气脱酸用超声波雾化装置的顶部烟道一侧流入，在雾化箱烟气导流板作用下，一部分烟气进入雾化箱的加热鼓风烟道，对雾化箱内的NaOH溶液进行加热，同时降温后的烟气通过出烟口格栅后烟速增加，将雾化箱内的NaOH气雾送往雾化箱气雾出口，烟气对雾化箱NaOH气雾进行初步加热，同时进行部分初步脱酸反应；另一部分烟气通过顶部烟道进入下游区域，与雾化箱气雾出口排出的NaOH气雾混合进行进一步加热和脱酸反应，实现分级加热、分级脱酸效果；

具体方法，包括如下步骤，

步骤一：待脱酸烟气由模块化烟气脱酸用超声波雾化装置的顶部烟道一侧流入一部分烟气通过进烟区域进入加热鼓风烟道，一部分烟气进入顶部烟道的下游；

步骤二：高温烟气由进烟区域从上向下进入雾化箱底部的第一小烟道、第二小烟道、第三小烟道和第四小烟道，随着进烟区域截面缩小，烟速增加；加热烟气分别经雾化箱底部的第五小烟道、第六小烟道、第七小烟道和第八小烟道导出，利用烟气自身热量，完成对雾化箱内NaOH溶液的加热；

步骤三：从第五小烟道、第六小烟道或者从第七小烟道、第八小烟道流出的烟气经除灰挡板将烟气中夹带的颗粒物进行有效拦截，烟气经除灰挡板与积灰槽之间的间隙流出，向上进入出烟区域；拦截的颗粒物在积灰槽汇集，定期清除，有效降低烟气中的颗粒物进入雾化箱，确保雾化箱吸收剂NaOH溶液的雾化效果；

步骤四：进入加热鼓风烟道的出烟区域的烟气经出烟区域面板上的出烟口格栅排出，流通面积进一步缩小，烟速进一步增加；在格栅后导流板对烟气流的定向导流作用下，从出烟口格栅排出的烟气高速吹入雾化箱内；

步骤五：出烟口格栅排出的烟气将雾化箱内的NaOH气雾从雾化箱气雾出口鼓入顶部烟道，与顶部烟道内的烟气进行脱酸反应；经出烟口格栅鼓入雾化箱的烟气，对雾化箱吸收剂气雾(即NaOH气雾)进行加热，同时进行部分脱酸反应；顶部烟道内下游的烟气，对雾化箱气雾出口鼓入的吸收剂NaOH气雾进一步加热和完成脱酸反应，因此实现分级加热、分级脱酸效果。

在上述技术方案中，在步骤一中，通过调整顶部烟道入口处的雾化箱烟气导流板的转轴，改变进入雾化箱加热用的进烟量。

在上述技术方案中，在步骤五中，NaOH气雾的产生方法具体为：NaOH溶液由雾化箱的吸收剂入口加入，被雾化箱底部加热鼓风烟道的高温烟气进行加热，并在超声波雾化模块的作用下生成粒径在5～10um的NaOH气雾；NaOH气雾在出烟口格栅处高速烟气的吹动作用下，沿雾化箱气雾出口流入顶部烟道，与待脱酸烟气混合进行脱酸反应。

在上述技术方案中，在步骤五中，当雾化箱内的NaOH溶液液面距离雾化模块上表面超过最佳设定值时，NaOH溶液由溢流口排出，维持雾化箱内吸收剂NaOH液面的稳定，保证雾化模块产生稳定的气雾量。

在上述技术方案中，雾化箱内的雾化情况及雾化模块的工作状态，通过雾化箱观察窗进行查看；同时，该雾化箱观察窗作为雾化模块更换时的检修口；当雾化模块检修更换或雾化箱箱体结构底部沉底杂质较多需要清洗时，雾化箱内的溶液通过底部的泄放口进行泄放。

在上述技术方案中，模块化烟气脱酸用超声波雾化装置，包括顶部烟道、雾化箱、加热鼓风烟道和重力式除灰装置；

顶部烟道位于雾化箱的顶部；

重力式除灰装置位于加热鼓风烟道内；

加热鼓风烟道位于雾化箱的右侧及底部；加热鼓风烟道分别与顶部烟道、雾化箱连通。

在上述技术方案中，雾化箱烟气导流板位于顶部烟道内、且安装在顶部烟道与进烟区域的连接处。

在上述技术方案中，雾化箱包括雾化模块、气雾出口导流板、雾化箱观察窗、吸收剂入口、溢流口、泄放口、雾化箱箱体结构和雾化箱气雾出口；

雾化箱箱体结构呈中空结构；

雾化模块位于雾化箱箱体结构内、且位于雾化箱箱体结构底部；

雾化箱气雾出口位于雾化箱箱体结构侧上端、且位于顶部烟道下游；

气雾出口导流板安装在雾化箱气雾出口处、且位于顶部烟道内；

雾化箱观察窗位于雾化箱箱体结构侧壁上；

吸收剂入口安装在雾化箱箱体结构侧壁上、且位于雾化模块上方；

溢流口位于雾化箱箱体结构侧壁上、且位于吸收剂入口与雾化模块之间；

泄放口安装在雾化箱箱体结构底部、且位于雾化模块下方。

在上述技术方案中，加热鼓风烟道设置在雾化箱箱体结构外侧、且位于雾化箱箱体结构的右侧及底部；

加热鼓风烟道包括进烟通道和排烟通道；排烟通道分别位于进烟通道两侧；

进烟通道包括第一小烟道、第二小烟道、第三小烟道和第四小烟道，第一小烟道、第二小烟道、第三小烟道和第四小烟道均与进烟区域连通；

排烟通道包括第五小烟道、第六小烟道、第七小烟道和第八小烟道，第五小烟道、第六小烟道、第七小烟道和第八小烟道均与出烟区域连通；

第一小烟道、第二小烟道、第五小烟道和第六小烟道均为连通结构；

第三小烟道和第四小烟道、第七小烟道和第八小烟道均为连通结构；

出烟区域上设置出烟口格栅；加热鼓风烟道通过出烟口格栅与雾化箱箱体结构连通。

在上述技术方案中，重力式除灰装置包括除灰挡板和积灰槽；

积灰槽位于加热鼓风烟道内、且与排烟通道连通；

除灰挡板一端安装在出烟区域壁上、另一端向下延伸至积灰槽的底板上方。

本发明提出的模块化烟气脱酸用超声波雾化方法，利用烟气自身能量(热能及动能)，结合雾化器内部流道设计，实现了如下功能：

(1)本发明利用待脱酸原烟温度对待雾化吸收剂NaOH溶液进行加热，雾化箱烟气导流板引入部分高温烟气，利用烟气自身热量对雾化箱内吸收剂NaOH溶液加热，溶液温度升高，雾化效果更好，因此不必再专门在雾化箱内配置专用的电加热设备等；

(2)优化设计雾化箱内部烟道，根据加热烟道的截面变化设计，利用流通面积逐渐减小，使烟气提升，最终在雾化箱内出烟区域出烟口格栅形成高速气流，起到鼓风效果，因此雾化箱内无需配置专门鼓风机；

(3)雾化箱顶部与烟道下部设计为一体，雾化箱气雾出口与烟道直接连接；克服了长距离通道气雾附壁凝结回流而降低有效雾化量现象；

(4)进入雾化箱加热用烟气对雾化箱吸收剂NaOH溶液加热后，温度降低，经出风口格栅后，与雾化箱内气雾接触，降低气雾瞬间被蒸干的风险，同时完成部分酸性气体与吸收剂NaOH气雾的反应，随后由雾化箱气雾出口再进入顶部烟道，实现分级加热、分级脱酸的双重效果；有效避免气雾直接与高温烟气接触产生的附壁结垢现象；

(5)设置重力式除灰装置，避免烟气中的颗粒物进入雾化箱、降低对吸收剂NaOH溶液雾化效果的影响。

附图说明

图1为本发明中的超声波雾化脱酸装置三维结构图。

图2为本发明中的超声波雾化脱酸装置主视图。

图3为本发明中的雾化箱侧面烟道图(即A-A视图)。

图4为本发明中的加热鼓风烟道的俯视图。

图5为本发明中的顶部烟道、加热鼓风烟道的进烟通道、雾化箱的连接结构图。

图6为本发明中的顶部烟道、加热鼓风烟道的排烟通道、雾化箱的连接结构图。

图7为本发明中的流程图。

图1、图2、图4中的箭头A1表示烟气流入顶部烟道的流向；箭头A2表示烟气流出顶部烟道的流向。

在图3中的箭头A3表示流入进烟通道的烟气流向；A4表示流出排烟通道的烟气流向。

在图6中，A5为进烟通道内烟气的流向；A6为顶部烟道内烟气的流向；A7为排烟通道内烟气的流向、以及烟气通过出烟口格栅进入雾化箱箱体结构吹扫NaOH气雾进入顶部烟道的烟气流向；Q表示NaOH气雾。

图中1-顶部烟道,2-雾化箱,2.1-雾化模块，2.2-气雾出口导流板，2.3-雾化箱观察窗，2.4-吸收剂入口，2.5-溢流口，2.6-泄放口，2.7-雾化箱箱体结构，2.8-雾化箱气雾出口，3-加热鼓风烟道,3A-进烟通道，3B-排烟通道，3C-进烟区域,3D-出烟区域,3E-出烟口格栅,3F-格栅后导流板，3.1-第一小烟道，3.2-第二小烟道，3.3-第三小烟道，3.4-第四小烟道，3.5-第五小烟道，3.6-第六小烟道，3.7-第七小烟道，3.8-第八小烟道，4-重力式除灰装置，4.1-除灰挡板，4.2-积灰槽，5-雾化箱烟气导流板，5.1-转轴。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：一种模块化烟气脱酸用超声波雾化方法，包括如下步骤，

步骤一：待脱酸烟气由模块化烟气脱酸用超声波雾化装置的顶部烟道1一侧流入(如图1、图2、图4所示，图1、图2、图4中的箭头A1表示烟气流入顶部烟道的流向)，一部分烟气通过进烟区域3C进入加热鼓风烟道3，一部分烟气进入顶部烟道1的下游；

步骤二：高温烟气由进烟区域3C从上向下进入雾化箱底部的第一小烟道3.1、第二小烟道3.2、第三小烟道3.3和第四小烟道3.4，随着进烟区域截面缩小，烟速增加(通过进烟区域3C和出烟口格栅3E两处，使高温烟气的烟速增加，提供将雾化箱内的气雾鼓吹到顶部烟道的动能)；加热烟气分别经雾化箱底部的第五小烟道3.5、第六小烟道3.6、第七小烟道3.7和第八小烟道3.8导出，利用烟气自身热量，完成对雾化箱内NaOH溶液的加热；

步骤三：从第五小烟道3.5、第六小烟道3.6或者从第七小烟道3.7、第八小烟道3.8流出的烟气经除灰挡板4.1将烟气中夹带的颗粒物进行有效拦截，烟气经除灰挡板4.1与积灰槽4.2之间的间隙流出，向上进入出烟区域3D；拦截的颗粒物在积灰槽4.2汇集，定期清除，有效降低烟气中的颗粒物进入雾化箱2，确保雾化箱吸收剂NaOH溶液的雾化效果；

步骤四：进入热鼓风烟道3的出烟区域3D的烟气经出烟区域3D面板上的出烟口格栅3E排出，流通面积进一步缩小，烟速进一步增加；在格栅后导流板3F对烟气流的定向导流作用下，从出烟口格栅3E排出的烟气高速吹入雾化箱2内；

步骤五：出烟口格栅3E排出的烟气将雾化箱2内的NaOH气雾从雾化箱气雾出口2.8鼓入顶部烟道1，与顶部烟道1内的烟气进行脱酸反应；经出烟口格栅3E鼓入雾化箱2的烟气，对雾化箱吸收剂NaOH气雾进行加热，同时进行部分脱酸反应；顶部烟道内下游的烟气，对雾化箱气雾出口鼓入的吸收剂NaOH气雾进一步加热和完成脱酸反应，因此实现分级加热、分级脱酸效果。

进一步地，在步骤一中，通过调整顶部烟道1入口处的雾化箱烟气导流板5的转轴5.1，改变进入雾化箱加热用的烟气进烟量。

进一步地，在步骤五中，NaOH气雾的产生方法具体为：NaOH溶液由雾化箱2的吸收剂入口2.4加入，被雾化箱2底部加热鼓风烟道3的高温烟气进行加热，并在超声波雾化模块2.1的作用下生成粒径在5～10um左右的气雾；NaOH气雾在出烟口格栅3E处高速烟气的吹动作用下，沿雾化箱气雾出口2.8流入顶部烟道1，与待脱酸烟气混合进行脱酸反应。

进一步地，在步骤五中，当雾化箱箱体结构2.7内的NaOH溶液液面距离雾化模块2.1上表面超过最佳设定值时，NaOH溶液由溢流口2.5排出，维持雾化箱箱体结构2.7内吸收剂NaOH液面的稳定，保证雾化模块2.1产生稳定的气雾量。

进一步地，雾化箱2内的雾化情况及雾化模块的工作状态，可通过雾化箱观察窗2.3进行查看；同时，该雾化箱观察窗2.3，也可作为雾化模块2.1更换时的检修口；当进行雾化模块2.1检修更换时，通过雾化箱观察窗2.3将对应的雾化模块取出替换即可；当雾化箱箱体结构2.7底部沉底杂质较多需要清洗时，雾化箱2内溶液通过底部的泄放口2.6进行泄放。

进一步地，模块化烟气脱酸用超声波雾化装置，包括顶部烟道1、雾化箱2、加热鼓风烟道3和重力式除灰装置4；

顶部烟道1位于雾化箱2的顶部；通过调整顶部烟道入口内的加热烟气导流板转轴，改变进入雾化箱加热用烟气的进烟量；

重力式除灰装置4位于加热鼓风烟道3内；

加热鼓风烟道3位于雾化箱2的右侧及底部；加热鼓风烟道3分别与顶部烟道1、雾化箱2连通。

进一步地，雾化箱烟气导流板5位于顶部烟道1内、且安装在顶部烟道1与进烟区域3C的连接处。待脱酸烟气由顶部烟道一侧流入，在雾化箱烟气导流板作用下，一部分烟气进入雾化箱的加热鼓风烟道，对雾化箱内吸收剂NaOH溶液进行加热，同时降温后的烟气通过出烟口格栅烟速增加，将雾化箱的吸收剂NaOH气雾送往雾化箱气雾出口；另一部分烟气通过顶部烟道进入下游区域，与雾化箱气雾出口的NaOH气雾混合进行脱酸反应。

进一步地，雾化箱2包括雾化模块2.1、气雾出口导流板2.2、雾化箱观察窗2.3、吸收剂入口2.4、溢流口2.5、泄放口2.6、雾化箱箱体结构2.7和雾化箱气雾出口2.8；

雾化箱箱体结构2.7呈中空结构；

雾化模块2.1位于雾化箱箱体结构2.7内、且位于雾化箱箱体结构2.7底部；

雾化箱气雾出口2.8位于雾化箱箱体结构2.7侧上端、且位于顶部烟道1下游；

气雾出口导流板2.2安装在雾化箱气雾出口2.8处、且位于顶部烟道1内；

雾化箱观察窗2.3位于雾化箱箱体结构2.7侧壁上；

吸收剂入口2.4安装在雾化箱箱体结构2.7侧壁上、且位于雾化模块2.1上方；

溢流口2.5位于雾化箱箱体结构2.7侧壁上、且位于吸收剂入口2.4与雾化模块2.1之间；

泄放口2.6安装在雾化箱箱体结构2.7底部、且位于雾化模块2.1下方。

吸收剂溶液(即NaOH溶液)由吸收剂入口加入雾化箱，被雾化箱底部的加热鼓风烟道3的高温烟气进行加热，并在超声波雾化模块的作用下生成粒径在5～10um左右的气雾。吸收剂NaOH气雾在出烟口格栅处高速烟气的吹动作用下，由雾化箱顶部的气雾出口导流板流入顶部烟道，与待脱酸烟气混合进行脱酸反应。

为保证雾化模块良好的雾化效果，吸收剂溶液不能淹没雾化模块上表面过高，在雾化箱侧面设置溢流口，当雾化箱吸收剂液面距离雾化模块上表面超过最佳设定值时，吸收剂溶液由溢流口排出，此设计有利于雾化箱内吸收剂液面稳定，保证雾化模块产生稳定的气雾量。

进一步地，加热鼓风烟道3设置在雾化箱箱体结构2.7外侧、且位于雾化箱箱体结构2.7的右侧及底部；

加热鼓风烟道3包括进烟通道3A和排烟通道3B；排烟通道3B分别位于进烟通道3A两侧；

进烟通道3A包括第一小烟道3.1、第二小烟道3.2、第三小烟道3.3和第四小烟道3.4；

排烟通道3B包括第五小烟道3.5、第六小烟道3.6、第七小烟道3.7和第八小烟道3.8；

第一小烟道3.1、第二小烟道3.2、第五小烟道3.5和第六小烟道3.6均为连通结构；

第三小烟道3.3和第四小烟道3.4、第七小烟道3.7和第八小烟道3.8均为连通结构；排烟通道3B上设置进烟区域3C和出烟区域3D；

第一小烟道3.1、第二小烟道3.2、第三小烟道3.3和第四小烟道3.4均与进烟区域3C连通；

第五小烟道3.5、第六小烟道3.6、第七小烟道3.7和第八小烟道3.8均与出烟区域3D连通；

出烟区域3D上设置出烟口格栅3E；加热鼓风烟道3通过出烟口格栅3E与雾化箱箱体结构2.7连通。

高温烟气由进烟区域3C从上向下进入底部的第一小烟道3.1、第二小烟道3.2、第三小小烟道3.3、第四小烟道3.4，分别经底部的第五小烟道3.5、第六小烟道3.6、第七小烟道3.7、第八小烟道3.8导出，利用烟气自身热量，在无需专门配置电加热设备的情况下，完成对雾化箱内NaOH溶液的加热。实际工程中，可使雾化箱内的温度传感器与加热烟气导流板转轴传动机构连锁，根据雾化箱吸收剂溶液的温度要求，自动调整进入雾化箱加热用烟气量。

进入雾化箱加热用烟气，随着出烟区域截面缩小，烟速增加；从第五小烟道3.5、第六小烟道3.6(或者从第七小烟道3.7、第八小烟道3.8)流出的烟气经除灰挡板，进入出烟区域，经出烟区域面板上的出风口格栅，流通面积进一步缩小，烟速进一步增加；结合格栅后导流板对烟气流的定向导流作用，烟气高速吹入雾化箱内，形成鼓风效果。

更进一步地，重力式除灰装置4包括除灰挡板4.1和积灰槽4.2；

积灰槽4.2位于加热鼓风烟道3内、且与排烟通道3B连通；

除灰挡板4.1一端安装在出烟区域3D壁上、另一端向下延伸至积灰槽4.2的底板上方。

从小烟道(第五小烟道3.5、第六小烟道3.6、第七小烟道3.7和第八小烟道3.8)流出烟气经除灰挡板将烟气中夹带的颗粒物进行有效拦截，烟气经除灰挡板与积灰槽之间的间隙流出，向上进入出烟区域；拦截的颗粒物在积灰槽汇集，定期清除，可有效降低烟气中的颗粒物进入雾化箱，确保雾化箱吸收剂溶液的雾化效果。

其它未说明的部分均属于现有技术。