冷凝式烟气脱硫方法及其装置 【技术领域】
本发明属化工、能源、环保技术领域，具体涉及一种冷凝式烟气脱硫的方法及其装置。背景技术
煤炭和石油等矿物燃料的燃烧、金属冶炼、化工生产等，均会产生含二氧化硫(SO2)的烟气。二氧化硫随烟气排入大气会形成酸雨，造成环境污染，破坏农业、林业和水中生物等生态系统并危害人类健康和建筑物。近年来，各国虽然采取了种种减少二氧化硫排放量的措施，使燃烧单位质量矿物燃料排放的含二氧化硫有所减少。但随着工业的发展和人口的增长，矿物燃料的消费量持续增长，全世界二氧化硫的年平均排放量，由19世纪80年代的约2.34亿吨增加到2000年的约3.3亿吨。中国二氧化硫排放，于1990年为1495万吨，到1994年则猛增至1840万吨，1998年排至大气中的二氧化硫已达2091万吨(朱世勇主编，环境与工业气体净化技术，化学工业出版社，北京，2001年5月)。
在工业生产中，由于烟气排放量大，其所含的二氧化硫浓度低，一直是脱硫领域中的令人困扰的问题。在引起大气污染的气态污染物中，二氧化硫是最主要的污染物，其数量最大，影响面最广，治理难度也最大。中国因排放二氧化硫形成的酸雨量已居世界三大酸雨区之首，而且有范围扩大之势，酸雨区面积已占国土面积的29％，直接经济损失已超过上千亿元(缪天成，我国治理二氧化硫污染的历程和建议，硫酸工业，2000，(1)：1)。二氧化硫引起的大气污染问题得到世界各国政府的高度重视。国内外地科学家和工程技术人员也对此进行了长期大量的研究，提出了许多烟气脱硫的方法。这些方法大致可分为干法和湿法两类。其中干法采用固相吸收剂、吸附剂或催化剂脱除烟气中的SO2。该法的优点是无废酸、废水排放，减少了二次污染；缺点是脱硫效率低且不稳定，设备庞大，操作要求高。湿法通常采用碱性溶液作吸收剂脱除SO2。该法的优点是脱硫效率高且稳定，设备简单，操作容易；缺点是有废酸、废水等二次污染需进行再处理，投资及运行费用均较高。以上两类放法在许多发展中国家均难以推广，其原因是运行及装置费用极其昂贵。以电厂湿法脱硫而言，安装脱流装置的初装费是整个电投资费用的1/4左右，对300MW机组一套脱流装置约需2.5～3.0亿元人民币。运行时每小时耗电15～21MW，按每小时千瓦电0.3元计算，这套装置运行时每小时仅电费就需450～630万元，1天就需1.08～1.5亿人民币。如此高昂的费用是这种装置不能推广使用。发明内容
本发明的目的在于提出一种设备简单、操作安装方便、脱硫效率高、运行及装置费用极低的烟气脱硫方法与装置。
本发明提出的烟气脱硫方法，是在排烟烟囱上安装若干个冷凝环，其数量可根据排烟量的大小等实际情况确定，该冷凝环的平面与水平面成15°～35°的向下倾斜角，如图1所示；冷凝环部分在烟囱内(即与烟囱相交的部分)，其下侧开有烟气进气孔，该孔对准烟气流动方向；冷凝环部分在烟囱外，其下侧开有冷凝液流出口，上侧开有若干个排气孔；冷凝环内部设有环形槽，并将进气孔、排气孔、冷凝液流出口贯通；烟气从进气孔进入冷凝环，经过热交换，使其温度逐步降至35-60℃。
本发明中，冷凝环在烟囱内的部分可采用不良导热材料，如水泥、陶瓷等。在烟囱外的部分可采用导热耐酸的金属材料，如不锈钢等。为了强化热交换效果，烟囱外部分的金属管壁可以薄些，一般为2-8mm；其外表面还可以设置散热翅片，以进一步提高热交换效果。
本发明的原理如下：
由于燃料中含有水份，在锅炉中因燃烧燃料而生成的烟气中均含有一定量的水蒸汽。水蒸汽含量一般在15％左右。水蒸汽凝结成水体积含量约为0.015％。烟气中SO2的体积含量约为0.35％左右。而SO2极易溶解于水，一份水可以溶解40份SO2，0.015％的水可以溶解约0.6％SO2。因此，理论上来讲，靠烟气中本身的水份可以完全将SO2溶解。这样只要烟气中的水蒸汽可以凝结成水，即可实现完全脱硫。烟气中水蒸汽凝结成水的温度约为35～60℃。本发明方法是使烟气的温度降至该温度的范围，从而实现脱除SO2的目的。具体过程如下：
当烟气经过烟囱到达冷凝环时，通过冷凝环上的进气口进入冷凝坏中，在大气对流换热条件下，烟气迅速冷却，烟气中的水蒸汽凝结成水并在凝结过程中将烟气中的SO2溶解。凝结液通过冷凝环中槽，从烟囱外面部分下面的冷凝液出口流出。冷凝环倾斜放置，便于冷凝液流出。流出的冷凝液被收集后可用来制硫酸。冷凝环在烟囱外面部份的上部开有小孔，被冷却以后的烟气(这时SO2已被溶解)通过这些小孔排出。只要能得到充分冷却，可完全脱除这些排出烟气中的SO2。只要在烟囱上布置足够多的这样的冷凝环，可将所有排出的烟气冷却，即可达到脱除烟气中SO2的目的。
本发明方法在冬、春和秋季脱硫效率可以保证。在夏季，由于环境温度较高脱硫效率会受到影响。这时可在冷凝环上的烟囱外的部分加一套喷淋水的装置，向冷凝环中喷适量的水，喷进去的水一方面可以溶解SO2，另一方面还可以降低冷凝环中烟气的温度，这些都对脱硫有利。喷进去的水可以建一集水池，聚集常年的雨雪等。也可以将冷凝液进行处理分离硫后作为喷淋水使用。经处理，这些水还可以直接引用。但在冬季结冰的地区需考虑安置加热装置以防止冷凝液冻住无法流出。具体可安装电加热装置或引导热烟气为其加热。
对于缺水地区，还可以在冷凝环上安装风扇，以强化换热，冷却烟气。
冷凝环也可用冷凝棒代替，其结构与冷凝环类似，也带有烟气进孔和冷凝后烟气出口，冷凝液槽及强、换热翅片等，如有必要还需设置喷淋或加热结构。
本发明采用冷凝技术脱硫，其特点如下：
1.初投资费用低，大体只相当于目前同样容量脱硫设备投资的1％～2％。
2.运行费用低，运行时几乎不耗能。在某些工况下只耗较少的能。
3.可回收硫酸等副产品，作为化工原料，产生经济效益。
4.无任何二次污染，没有废弃物，也不需添加剂。
5.脱硫效率高，理论上可达100％。
综上所述，本发明不耗能或少耗能，主要利用自然环境的温度来降温脱除烟气中的二氧化硫，减少污染，同时，为化工产业提供原料。附图说明
图1为本发明冷凝式脱硫方法示意图。
图2为本发明中冷凝环结构平面图示。
图3为本发明中冷凝环结构剖面图示。
图中标号：1为排烟烟囱，2为冷凝环，3为进气孔，4为冷凝液流出口，5为排气孔，6为冷凝液流动槽。具体实施方式
如附图所示。对于一个直径约1.5米，高度20米的金属冶炼排烟烟囱，设计相应的冷凝环2共10个，冷凝环2直径1.8米，环管直径为25cm，中心液流槽6的宽度6cm，深度4cm。环位于烟囱内的部分采用陶瓷材料，其中部下侧的进气孔3的直径为10cm。环位于烟囱外的部分采用不锈钢材料，其中部下侧的液流孔4直径为8cm，其上侧的排气孔为4个，直径为6cm。这些冷凝环均匀安装在烟囱上，约1/3部分位于烟囱内，坏与水平面的侧斜角为15-20℃。另外，在不锈钢管壁外表面设计有翅片，以加强散热。由此设计安装的冷凝环，可使烟气温度有效地降低至40-50℃，脱硫效率可达90％以上。