在工业生产过程中,许多设备会产生含有水蒸气的烟气。当这些烟气排放到大气中时,由于温度降低和水蒸气饱和等原因,会形成白色的烟羽,这是所谓的 “白烟” 现象。这种烟羽不仅影响视觉景观,还可能含有污染物,如二氧化硫、氮氧化物、颗粒物和可挥发性有机物等。烟气脱白设备的出现主要是为了消除白色烟羽,同时也有助于进一步净化烟气,减少对环境的污染和对人体健康的潜在危害。
烟气脱白设备中的冷凝除湿过程是基于水蒸气在不一样的温度下的饱和特性。当烟气温度降低到水蒸气的露点温度以下时,水蒸气就会从气态转变为液态,以此来实现除湿。例如,对于含有大量水蒸气的烟气,通过热交换器或直接喷淋冷却介质(如冷水),使烟气温度下降,其中的水蒸气就会凝结成小水滴,这些小水滴能够最终靠重力沉降或其他分离手段从烟气中去除。
经过除湿后的烟气,其含水量大幅度的降低,当重新排放到大气中时,由于水蒸气含量减少,在环境和温度下不会或很少形成白色烟羽。同时,除湿过程也有助于减少烟气中一些可溶性污染物的含量,因为部分污染物可能会溶解在凝结的水滴中被一并去除。
另一种烟气脱白的原理是加热升温。通过对经过处理后的烟气加热,使其温度上升到某些特定的程度,从而改变烟气的状态。当烟气温度上升后,在排放口处其水蒸气的饱和状态发生明显的变化,即使在环境湿度条件下,也不容易形成白色烟羽。例如,采用燃气燃烧器或电加热器对烟气加热,使烟气温度从较低温度(如 40 - 50℃)提升到 80 - 100℃左右,这样做才能够有实际效果的减少烟羽的产生。
加热后的烟气在排放时,其与环境空气之间的温差和湿度差也会影响烟羽的形成。适当提高烟气温度能使烟气在扩散过程中更好地与周围空气混合,减少水蒸气的局部饱和现象,进而达到消除白色烟羽的目的。
:喷淋塔是一种常见的直接接触式冷凝设备。它通过在塔内顶部安装喷头,将冷却液体(如水或乙二醇溶液等)均匀地喷洒在上升的烟气上。烟气与冷却液滴充分接触,冷却液吸收烟气中的热量,使烟气温度降低,水蒸气凝结成水滴。这些水滴在重力作用下落到塔底,通过排水系统排出,而除湿后的烟气则从塔顶排出。
:适用于处理温度比较高、含水量较大的烟气。例如,在一些热电厂的湿法脱硫后的烟气处理中,喷淋塔可以轻松又有效地去除烟气中的水蒸气,同时还能对烟气中的部分酸性物质(如二氧化硫)进行二次吸收,起到进一步净化烟气的作用。
:湿电除雾器本身大多数都用在去除烟气中的微小液滴和颗粒物。当与冷凝功能结合时,在其电极板上通过冷却介质循环,使进入的烟气温度降低,水蒸气在电极板表面或在液滴碰撞过程中凝结。凝结后的液滴在电场力和重力的作用下被收集并排出,实现除湿和除雾的双重功能。
:在一些对烟气净化和脱白要求比较高的行业,如化工、冶金等,这种结合型设备能在去除微小颗粒物和酸雾的同时,实现烟气脱白。例如,在化工企业的硫酸生产的全部过程中,尾气经过湿电除雾器与冷凝功能结合的设备处理后,能够有实际效果的减少白色烟羽的产生,同时提高尾气的清洁度。
:管壳式换热器是一种典型的间接接触式冷凝设备。它由管束和外壳组成,烟气在管束内流动,冷却介质(如水或其他制冷剂)在外壳与管束之间的空间流动。通过管壁的热传导,烟气的热量传递给冷却介质,使烟气温度降低,水蒸气凝结。凝结后的水能够最终靠专门的排水装置收集,除湿后的烟气从换热器出口排出。
:适用于处理流量较大、对压力损失较为敏感的烟气。例如,在大型工业锅炉的烟气处理中,管壳式换热器可以在较小的压力损失下实现有效的冷凝除湿,而且其结构相对紧凑,易于安装和维护。
:板式换热器通过一系列具有一定形状的金属板片来实现热量交换。烟气和冷却介质分别在相邻的板片两侧流动,板片的高导热性使得热量能快速传递。当烟气温度降低时,水蒸气凝结在板片表面,然后通过排水通道收集。这种设备具备了较高的传热效率和较小的占地面积。
:在一些空间存在限制但对烟气脱白效率要求比较高的场合,如小型工业炉窑的烟气处理中,板式换热器是一种较好的选择。它能够迅速地降低烟气温度,实现除湿和脱白的目的。
:燃气再热器是利用燃气燃烧产生的热量来加热经过除湿处理后的烟气。燃气在燃烧器中燃烧,产生的高温气体通过热交换器与待加热的烟气进行热量交换,使烟气温度上升。这种设备的加热速度快,能够在极短的时间内将烟气温度提升到所需的水平,从而消除白色烟羽。
:适用于对烟气加热温度要求比较高、需要快速加热的场合。例如,在一些要求严格的环保区域,为了确认和保证烟气排放后不会产生白色烟羽,采用燃气再热器对经过冷凝除湿后的烟气进行快速加热,使烟气温度达到合适的排放温度。
:蒸汽再热器利用蒸汽的热量来加热烟气。通常,来自工厂的蒸汽(如热电厂的蒸汽)通过热交换器的管程,烟气在壳程中流动,蒸汽的热量传递给烟气,使其温度上升。这种设备的优点是蒸汽来源广泛,还能够根据需要调节蒸汽流量来控制烟气的加热温度。
:在一些有蒸汽资源的工业公司,如造纸厂、印染厂等,采用蒸汽再热器对烟气加热是一种经济有效的方法。它可通过工厂自身的蒸汽资源,实现烟气脱白,同时减少额外的能源消耗。
最直观的优势是消除白色烟羽,改善工厂周围的视觉环境。这对于位于城市或人口密集区域的工业公司特别的重要,减少了居民对工厂排放的直观担忧,有助于提升企业的社会形象。
在脱白过程中,如冷凝除湿环节可以去除烟气中的部分可溶性污染物,包括酸性气体和一些可挥发性有机物。同时,减少烟羽的形成也有助于降低污染物在局部区域的沉降,对旁边的环境质量的提升有积极作用。
一些烟气脱白设备,如冷凝设备在除湿过程中回收了烟气中的热量,这些热量能够适用于预热进入的冷空气或别的需要加热的生产环节。这不仅提高了能源的利用效率,还能在某些特定的程度上降低企业的能源成本。
烟气脱白设备的购置、安装和调试需要一定的资产金额的投入。同时,设备在运行过程中,如冷凝设备需要消耗冷却介质和动力,再热设备需要消耗燃料或蒸汽等,这一些都会增加运行成本。对于一些小企业或经济效益较差的企业来说,可能会面临一定的经济压力。
这些设备通常是一个复杂的系统,涉及多个部件和工艺流程。例如,冷凝设备需要精确控制温度和流量,再热设备需要保证安全稳定的加热过程。这对设备的操作和维护人员提出了较高的要求,并且设备在运行过程中有极大几率会出现故障,需要定时进行维护和保养,增加了管理的难度。