CN101259370A

CN101259370A - 多介质烟气净化反应塔

Info

Publication number: CN101259370A
Application number: CNA2007103019349A
Authority: CN
Inventors: 丁雄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2008-09-10

Abstract

本发明涉及一种烟气净化装置，特别涉及一种多介质烟气净化反应塔，提供一种高效循环净化烟气、具有湿法反应、干法产物的多介质烟气净化反应塔，包括密闭的反应塔本体上，进气口、出气口、反应塔本体底部装有灰斗，由多个导板斜向叠置等间距上下垂直排列构成导板墙，两导板墙的导板呈倒八字对称设置构成一个反应室，反应室内充满自上而下慢速流动的填料，若干排反应室均布排列，所述导板墙上至少设有一层若干个水雾喷淋头，具有湿法脱硫脱硫效率高的优点，占地面积小，投资运行成本低，副产物无需脱水烘干处理，由于塔内喷水系统精确控制，使副产物只含不超过5％的水分，达到运送要求，湿法反应、干法产物使反应塔具有高效、节约双重优势。

Description

多介质烟气净化反应塔

技术领域

本发明涉及一种烟气净化装置，特别涉及一种多介质烟气净化反应塔。

背景技术

我国大气污染以煤烟型为主，首要污染物是二氧化硫。我国二氧化硫年排放量2000万吨以上，居世界首位。主要由二氧化硫排放所致的硫酸型酸雨污染危害面积达国土面积40％，全国因此每年损失上千亿元，最近的资料显示达五千亿元。二氧化硫污染已成为制约我国经济、社会可持续发展的重要因素，控制二氧化硫污染势在必行。二氧化硫烟气脱硫技术工业化应用尚处于起步阶段，大中型锅炉的脱硫主要是引进的国外烟气脱硫技术；中小锅炉的脱硫采用自主开发的简易除尘脱硫装置。至今，烟气脱硫技术的种类非常多，按脱硫的方式和产物的处理形式一般可分为干法，半干法和湿法三大类。

湿法烟气脱硫工艺：

湿法脱硫技术是国内脱硫技术的主流。其工艺绝大多数采用碱性浆液或溶液作吸收剂，其中石灰石或石灰为吸收剂的强制氧化湿式脱硫方式是目前使用最广泛的脱硫技术。石灰石或石灰洗涤剂与烟气中SO2反应，反应产物硫酸钙在洗涤液中沉淀下来，经分离后即可抛弃，也可以石膏形式回收。目前该技术通过添加有机酸可使脱硫效率提高到95％以上。虽然湿法脱硫效率高，但其存在的问题也很多：1、基建运行成本高。湿法脱硫技术工艺复杂，设备繁多，而且目前国内的湿法脱硫技术大多采用国外引进，因此基建及运行成本都较高。2、占地面积大。湿法技术的工艺复杂性决定了其所需的场地面积很大，为其安装带来阻碍。3、设备稳定性差。由于吸收剂为浆液状，因此极易堵塞喷嘴，需要经常疏通或更换喷嘴，维护费用高。4、受天气影响变化大。当气温变化较大时，烟囱会出黄色的烟雾，该烟雾是由于气温过低，SO3成结晶体不能参与反应而直接从烟囱冒出，使脱硫效率降低，也容易腐蚀设备。

半干法烟气脱硫工艺：

半干法兼有干法和湿法的一些特点，是近几年新兴起来的技术。其原理是脱硫剂在干燥状态下脱硫，在湿状态下再生(如水洗活性炭再生流程)，或者在湿状态下脱硫而在干状态下处理脱硫产物(如喷雾干燥法)的烟气脱硫技术。半干法中喷雾干燥技术和循环流化床技术在燃用低硫和中硫煤的中小容量机组上应用较多。这种方法缺点在于脱硫效率不高，同时由于石灰脱硫剂的成本高、消耗量大，也影响了其经济性。

干法脱硫工艺：

干法脱硫工艺主要是喷吸收剂工艺。按所用吸收剂不同可分为钙基和钠基工艺，吸收剂可以干态、湿润态或浆液喷入。喷入部位可以为炉膛、省煤器和烟道。当钙硫比为2时，干法工艺的脱硫效率可达50-70％，钙利用率达50％。脱硫效率和吸收剂的利用率都不高，无法应用于大型电厂钢厂脱硫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效循环净化烟气的、具有湿法反应、干法产物的多介质烟气净化反应塔。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明所述的一种多介质烟气净化反应塔，包括密闭的反应塔本体上，进气口、出气口、反应塔本体底部装有灰斗，其中：在反应塔本体内，由多个导板斜向叠置等间距上下垂直排列构成导板墙，两导板墙的导板呈倒八字对称设置构成一个反应室，反应室内充满自上而下慢速流动的填料，若干排反应室均布排列，所述导板墙上至少设有一层若干个水雾喷淋头。

本发明所述的多介质烟气净化反应塔，其中：所述若干排所述反应室在前后方向呈M型排列构成M型斜置反应室，其反应室之间的夹角为0-20°，所述反应室进气口在前端下部，其出气口在反应室的后端下部。

本发明所述的多介质烟气净化反应塔，其中：在前后方向上，若干排反应室之间的夹角为0°时，构成平行排列反应室。

本发明所述的多介质烟气净化反应塔，其中：所述水雾喷淋头设置为间歇性、定时定量喷水的水雾喷淋头，设置为两层，分别设置在所述反应室顶部和反应室上部1/3高度位置处。

本发明所述的多介质烟气净化反应塔，其中：所述填料为2-12mm直径的吸收剂颗粒。

本发明所述的多介质烟气净化反应塔，其中：所述导板设置角度为0-90°之间任意一个角度。

本发明所述的多介质烟气净化反应塔，其中：所述烟气在塔内停留的最短时间为1.5秒。

本发明所述的多介质烟气净化反应塔，其中：所述反应室一端下部设有进气口，另一端上部设有出气口，所述进气口上部设有下密封板，所述出气口下部设有上密封板。

本发明所述的多介质烟气净化反应塔，其中：所述反应室之间缝隙的底部设有烟气回流管，所述回流管前部设有回流密封挡板。

本发明所述的多介质烟气净化反应塔，其中：所述反应塔本体设置为分体式拼装结构，单个反应室为一个模块，模块之间在长度方向设有一组两个水平连接板，通过螺栓连接两个水平连接板固定模块，反应塔本体分割构成上下两层模块通过一组两个上下连接板固定连接模块。

本发明具有如下显著优点：

在多介质烟气净化反应塔内部为湿法烟气净化的反应，不仅具有湿法效率高的优点，而且占地面积小，投资运行成本低，副产物无需脱水烘干处理，反应塔由于塔内喷水系统的精确控制，使副产物只含不超过5％的水分，完全可以达到运送要求。湿法反应、干法产物使反应塔具有高效、节约双重优势。其具体显著特点是：1、适应性好，本发明所述产品是一个多种循环，三相反应塔，适用于各种烟气中污染成分的脱除，如脱硫、脱硝、脱氮等，可以根据实际条件来选择不同吸收剂用于不同烟气治理的需要，如脱硫中的石灰石、固体废物烟气处理中的活性炭等吸收剂。2、设计的灵活性，本发明所述产品具有设计上的灵活性以及占用较小空间的特点。这是在保持关键设计参数(气体速度、反应介质湿度、床速度等)的前提下，通过将最大数量的吸收剂以及进气和出气通道包装在特定的体积内实现。3、资金成本优势，本发明所述产品的机械设计简单，减少了维修及停机机会；最大的优势在于其基建成本低，且效率较高。3、占地面积小，施工时间短，本发明所述产品系统配套设备少，因此占地面积及施工时间同比其它方法都小得多。4、整套设备可以分解成块、方便运输、现场拼装。采用对反应塔本体进行分装，解决了实际过程中反应塔的长宽高给实际运输中带来困难的问题。分解成块不仅解决了运输难题，而且不影响反应塔原工艺，防腐处理相对简单。

附图说明：

图1：表示本发明的一种多介质烟气净化反应塔结构示意图。

图2：表示图1所示的多介质烟气净化反应塔左视图。

图3：表示图1所示的多介质烟气净化反应塔俯视图。

图4：表示图1所示的多介质烟气净化反应塔内烟气走向图。

图5：表示图1所示的多介质烟气净化反应室内纵剖面烟气走向图。

图6：表示图1所示的填料之间烟气走向图。

图7：表示图1所示的填料循环利用流程。

图8：表示本发明第二种M型多介质烟气净化反应塔俯视图结构示意图。

图9：表示多介质烟气净化反应塔内水平反应室连接板。

图10：表示多介质烟气净化反应塔内上下反应室连接板。

图11：表示本发明第三种下进上出、分体式拼装结构的多介质烟气净化反应塔结构示意图。

图12：表示第三种下进上出结构多介质烟气净化反应塔结构左视图。

图13：表示第三种下进上出结构多介质烟气净化反应塔俯视图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步介绍，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明是一种多介质烟气净化反应塔，是一个拥有多循环的、气体、液体、固体三相反应系统，该系统可以高效净化烟气，脱硫、脱硝等，达到清洁排放的目的。多介质烟气净化反应塔包括密闭的反应塔本体上，设有进气口、出气口，如图2和图3所示，本实施例其进气口7、出气口5均位于反应塔本体1下部前后侧，反应塔本体1顶部装有吸收剂颗粒12的进料口18，其底部装有灰斗8，反应塔本体1内由多组反应室2构成，每个反应室2内都有一定数量的导板3，这些导板3斜向叠置等间距上下垂直排列构成导板墙4，两导板墙4的导板3呈倒八字对称设置构成一个反应室2，反应室2内充满自上而下慢速流动的填料12，所述填料12为2-12mm直径的吸收剂颗粒，吸收剂颗粒可以是石灰石颗粒或者是活性炭等。这些填料12自上而下流动，最后流入灰斗8内，若干排反应室2均布排列在反应塔内，所述导板墙4上设有一层或者两层水雾喷淋层，也可以是三层水雾喷淋层，每层设有若干个水雾喷淋头13。如果是三层水雾喷淋层，则是在反应塔本体1的顶部设置一层水雾喷淋层，在反应塔本体的顶部向下的1/3及1/2处各设有水雾喷淋头13向下以及向内定时定量喷水，水量以达到吸收剂表面覆盖薄层水膜为准，在此的烟气将沿导板与覆盖着水膜的2-12mm直径的吸收剂颗粒因物理作用而达到充分接触。所述烟气在塔内停留的最短时间为1.5秒，图4所示为反应塔内烟气走向图，图5为填料12内烟气走向图，这两个图都能够显示出烟气与吸收剂颗粒充分接触的状态。图6是更放大的吸收剂颗粒与烟气接触到状态图。这样，当烟气通过反应塔的时候，与吸收剂发生充分的反应，从而达到吸收烟气中污染成分或反应效果的目的。图1、图2、图3所示是一种在前后方向上若干排反应室2之间的夹角为0°构成平行排列反应室2。所述导板3设置角度为0°-90°之间任意一个角度，通常采用导板3横截面与水平面夹角为20°-80°夹角，所述反应室2一端下部设有进气口7，另一端上部设有出气口5，所述出气口5前部设有回流密封挡板16。

所述反应室2之间缝隙的底部设有烟气回流管9，所述回流管9前部设有回流密封挡板16，使得反应塔成为完成高效烟气循环的反应塔，所述回流密封挡板16使10％的烟气回流重新进入反应室2内再次反应，使得烟气能充分与吸收剂反应，提高脱除效率。烟气循环管道口9设置见图1。

如图7所示，若干排所述反应室在前后方向呈M型排列构成M型斜置反应室2，其反应室2之间的夹角为0°-40°之间，即反应室2可与烟气方向成平行的20°左右的夹角，一侧的反应室2倾斜在70°-90°之间，与其相对应的另一侧的反应室呈90°-110°之间，即成一个“M”形，所述反应室进气口在前端下部，其出气口在反应室2的后端下部，反应塔采用“M”字形后，加大了烟气流量，降低了烟气进入反应塔时的速度，从而使烟气扩散更均匀，并且降低了风阻。

如图8所示，反应塔完成净化反应之后，其吸收剂颗粒的循环利用过程是：吸收剂颗粒经提升机19输送到反应塔本体1中与烟气反应，反应后的吸收剂颗粒表面被反应产物所覆盖，经过灰斗8下的螺旋输送机20输送至提升机19，在此过程中的吸收剂颗粒表面相互摩擦，表面物质脱落后暴露出新的吸收剂，进入筛分器21筛分出符合尺寸的吸收剂重新进入提升机19，运送到反应塔本体1内重复循环使用，直至吸收剂尺寸小于2mm为止，2mm以下经筛分器21筛分后分出的视为副产品，从出口23输出，还有一部分不断补充的新吸收剂颗粒由吸收剂颗粒入口22进入反应塔，反应塔内吸收剂颗粒得到不断地补充。

在反应塔本体1内，反应塔由相同的一个一个反应室2组成，每个反应室2内都有导流板，为了解决反应塔总宽度运输的问题，本发明提出将单个反应室2进行运输、到现场拼接的方法。如图9、图10、图11所示，所述反应塔本体1设置为分体式拼装结构，单个反应室2为一个模块，模块之间在长度方向设有一组叠两个水平连接板10如图9，反应室2与反应室2之间的对接采用水平连接板10连接，即每个反应室2两端均设有水平连接板10，相邻的两个反应室2通过螺栓连接，相互平行的反应室2与反应室2之间用水平连接板10通过螺栓连接，即通过螺栓连接两个水平连接板10固定各反应室2水平模块，其连接状态如图11所示。

同理，当反应塔的高度对运输造成困难时，反应塔本体1分割构成上下两层模块，可沿反应室内导板3的角度方向切割反应室2，上反应室2下端和下反应室2上端均设有连接用上下连接板11，其上下连接板11如图10所示，通过这样一组两个上下连接板11固定连接各反应室2上下模块如图11所示，两个上下连接板11用螺栓连接固定，见图10。通过采用以上两种方法(或两种方法相结合)对反应塔体进行分割和拼装，解决了实际安装过程中反应塔的长宽高给实际运输中带来困难的问题。不仅解决了运输难题，而且不影响反应塔原工艺，防腐处理相对简单。

工作原理：

烟气通过烟道进入反应塔后，假设烟气流量为Q(m3/s)，反应塔的长、宽、高分别为L、W、H，气体在反应塔内停留时间为t，则会有：

t＝LWH/Q

而为保证达到95％以上的脱除效率，烟气在塔内的停留时间需为1.5秒，以此为依据来计算反应塔的长宽高。

以脱硫反应为例，反应介质为石灰石颗粒：反应塔净化过程中，烟气进入填料为石灰石的反应塔内，反应器上端及中部(具体位置以设计参数为准)设有水雾喷淋头向下(向内)定时定量喷水(水量以达到CaCO3表面覆盖薄层水膜为准)，在此烟气将沿隔板与覆盖着水膜的2-12mm直径的石灰石颗粒因物理作用而达到充分接触。当烟气通过反应室2的时候，SO2与水发生反应，并与CaCO3立即发生反应，在石灰石表面生成约80％的CaSO4·2H2O，20％的CaSO3·2H2O，因反应中产生的热量会使部分水挥发，故其含水率约为10％，因此不需要添加烘干设备。

反应后的石灰石以重力作用下行到螺旋输送机，在螺旋输送机的作用下，颗粒间相互摩擦，石灰石表面吸附的CaSO4·2H2O及CaSO3·2H2O脱落，未反应的石灰石颗粒经筛选机筛选后与添料机新添的石灰石混合由提斗升降机提升送入进料口循环使用。

在反应塔净化处理过程中，热的废气被引入反应塔内，其反应塔内的填料为石灰石，在反应室内，废气将与覆盖着水膜的1-12毫米直径的石灰石颗粒充分接触。当气体通过床的时候，二氧化硫被吸收入水膜，并与石灰石发生反应生成主要成分为亚硫酸钙的物质。反应方程式如下：

SO2+CaCO3+1/2H2O＝CaSO3·1/2H2O+CO2

反应塔净化处理过程是先通入水，在石灰石上形成水膜，这样就避免了烟气与SO2直接接触，从而减少了对反应器壁的腐蚀。但是以防其他腐蚀，我们还要用防腐系统进行此反应。

在一定的温度下CaSO3·1/2H2O在颗粒的表面生成石膏，反应方程式如下：

CaSO3·1/2H2O+1/2O2+1.5H2O＝CaSO4·2H2O

烟气从下端进口进入时，会与塔内的石灰石发生热交换，在气体吸收段反应时喷水会使烟气温度有所降低。如果出来的净烟气的温度过低，直接排放会有两种不利后果：一是由于烟气抬升的扩散能力低，可能在烟囱附近形成水雾，污染环境，即所谓的烟气下洗；二是由于烟气温度在露点以下，会有酸性液滴从烟气中凝结出来，既污染环境又对后续设备造成低温腐蚀。

在气体吸收段上方增设了气体加热段，该段利用石灰石吸收的热量来加热烟气，使烟气出口温度达到可以排放的要求。很好地解决烟气温度过低的问题。LEC系统的脱硫效率可以达到95％。

反应塔净化处理过程是一个独特的低成本、高性能的脱硫系统，使用标准尺寸的石灰石去掉使用化石燃料的锅炉和其他排放硫化物的工业过程产生的废气中的二氧化硫。而且该系统是一个三体(气体、液体、固体)反应系统，从而解决了在反应中生成的SO3在较低温度下变成晶体的问题，这样使得该系统优于二体反应系统。当在恶劣的气候条件下：如气温低、温差大、风力较强的时候，下进下出反应塔脱硫系统可以保证系统的正常运行。

该系统不仅具有低成本和高效率的特点，还有极易更新、操作简便、低能耗的特点。

如图11、图12、图13所示，表示下进上出型多介质烟气净化反应塔结构示意图的三视图；下进上出型多介质烟气净化反应塔与烟气下进下出反应塔相比，整个反应塔中烟气的反应过程主要是经历气体冷却段、气体吸收段、气体加热段三个阶段。主要是通过图12中的下密封板14和上密封板15实现的，热的烟气从入口7进入到反应介质石灰石内，由于下密封板14将烟气上升通道相对封闭，烟气向前移动通过第一层气体冷却段至反应塔的另一侧，通过反应室2与塔壁之间的空间上升至第二层气体吸收段，由于上密封板15将烟气的直接上升通道封闭，烟气移动通过第二层气体冷却段返回至反应塔的对侧，烟气通过反应室与塔壁之间的空间移动至第三层气体加热段，并从上烟气出口5排出，完成烟气多介质净化反应，具体工作原理是：首先热的烟气从入口7进入装满石灰石气体冷却段，此时烟气温度下降10％(约20℃左右)，烟气的热量传热到石灰石中，这部分热的石灰石由提斗机19运送到塔顶(运送过程很快，温降很少)，经筛分后的石灰石送入反应塔1顶做烟气加热段使用，整个塔体1内的石灰石循环使用。降温后的烟气在反应塔1的第二层气体吸收段与喷水后的石灰石反应，此时反应段的温度比烟气露点高些，烟气在第三层气体加热段经过热的石灰石发生热量交换，烟气升温，达到直接排放标准，烟囱无需做防酸处理，但烟囱还是要做防腐处理，以防止水腐蚀。

除了反应塔不同，下进上出型多介质烟气净化反应塔与烟气下进下出反应塔的脱硫系统以及其它工艺原理及设备是完全相同，下进上出型多介质烟气净化反应塔是烟气下进下出反应塔的改进。下进上出型多介质烟气净化反应塔的先进性在于节省了反应段中使烟气降温所消耗的水量，利用石灰石使烟气降温升温，因此比下进下出反应塔可以多省水10％。

Claims

1.一种多介质烟气净化反应塔，包括密闭的反应塔本体(1)上，进气口(7)、出气口(5)、反应塔本体(1)底部装有灰斗(8)，其特征在于：在反应塔本体(1)内，由多个导板(3)斜向叠置等间距上下垂直排列构成导板墙(4)，两导板墙(4)的导板(3)呈倒八字对称设置构成一个反应室(2)，反应室(2)内充满自上而下慢速流动的填料(12)，若干排反应室(2)均布排列，所述导板墙(4)上至少设有一层若干个水雾喷淋头(13)。

2.根据权利要求1所述的一种多介质烟气净化反应塔，其特征在于：所述若干排所述反应室(2)在前后方向呈M型排列构成M型斜置反应室，其反应室(2)之间的夹角为0-20°，所述反应室进气口(7)在前端下部，其出气口(5)在反应室(2)的后端下部，所述出气口(5)前部设有回流密封挡板(16)。

3.根据权利要求2所述的一种多介质烟气净化反应塔，其特征在于：在前后方向上，若干排反应室(2)之间的夹角为0°时，构成平行排列反应室。

4.根据权利要求3所述的一种多介质烟气净化反应塔，其特征在于：所述水雾喷淋头(13)设置为间歇性、定时定量喷水的水雾喷淋头，设置为两层，分别设置在所述反应室顶部和反应室上部1/3高度位置处。

5.根据权利要求4所述的一种多介质烟气净化反应塔，其特征在于：所述填料(12)为2-12mm直径的吸收剂颗粒。

6.根据权利要求5所述的一种多介质烟气净化反应塔，其特征在于：所述导板(3)设置角度为0-90°之间任意一个角度。

7.根据权利要求6所述的一种多介质烟气净化反应塔，其特征在于：所述烟气在塔内停留的最短时间为1.5秒。

8.根据权利要求1所述的一种多介质烟气净化反应塔，其特征在于：所述反应室(2)一端下部设有进气口(7)，另一端上部设有出气口(5)，所述进气口(7)上部设有下密封板(14)、所述出气口(5)下部设有上密封板(15)。

9.根据权利要求1所述的一种多介质烟气净化反应塔，其特征在于：所述反应室(2)之间缝隙的底部设有烟气回流管(9)，所述回流管(9)前部设有回流密封挡板(16)。

10.根据权利要求1所述的一种多介质烟气净化反应塔，其特征在于：所述反应塔本体(1)设置为分体式拼装结构，单个反应室(2)为一个模块，模块之间在长度方向设有一组两个水平连接板(10)，通过螺栓连接两个水平连接板(10)固定模块，反应塔本体(1)分割构成上下两层模块通过一组两个上下连接板(11)固定连接模块。