CN101279184B - 螺旋气流式湿法烟气脱硫工艺及其喷淋塔 - Google Patents

Abstract

一种螺旋气流式湿法烟气脱硫工艺及其喷淋塔。该工艺引导烟气从喷淋塔筒体上部切向进入、在喷淋塔筒体内部螺旋运动、在喷淋塔筒体下部切方离开，同时向上喷射石灰石浆液，使浆液雾滴先与向下螺旋运动的烟气逆流接触，然后在自重和烟气曳力的作用下回落，再与烟气顺流接触，进而使烟气中的二氧化硫与石灰石浆液雾滴发生快速的化学反应而被吸收。其喷淋塔包括喷淋塔筒体，喷淋塔筒体设有切向布置的烟气进、出口通道，烟气进、出口通道之间布置向上喷射的吸收剂浆液喷淋装置，喷淋塔筒体的中央设置有中心筒，中心筒上设置有呈螺旋下降结构的烟气导流板，喷淋塔筒体的烟气出口通道中设置有除雾器。其脱硫效率高、投资低、运行安全可靠。

Description

螺旋气流式湿法烟气脱硫工艺及其喷淋塔

技术领域

本发明涉及石灰石一石膏湿法烟气脱硫技术，具体地指一种螺旋气流式湿法烟气脱硫工艺及其喷淋塔。

背景技术

酸雨问题是当今人类面临的全球性环境问题之一，燃煤产生的硫氧化物SO₂和氮氧化物NO污染是我国酸雨的主要原生物。由于我国的能源结构以煤炭为主，在我国电力工业中，火电一直占总发电量的70％左右，燃煤发电厂是我国大气污染的第一大污染源。对电厂烟气污染进行控制是实现经济、社会、环境协调发展的要求，也是发挥我国煤炭储量优势、实现燃煤电厂自身可持续发展的要求。传统燃煤电站烟气脱硫技术一般分为湿法、半干法和干法脱硫等几种，其中湿法脱硫技术应用得最为广泛。在湿法脱硫技术中，石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术最为成熟，运行可靠性最高，其原理是将烟气中的二氧化硫直接与磨细的石灰石悬浮浆液接触，使石灰石浆液与二氧化硫发生反应被吸收，从而达到脱硫的目的。针对石灰石浆液脱硫技术，科研人员经过多年研究，至今已形成了各具特色的喷淋吸收塔、填料吸收塔、双回路吸收塔、复合吸收塔等多种设备。

目前，在工业上应用的石灰石—石膏湿法烟气脱硫设备主要是喷淋吸收塔。为防止设备结垢、堵塞等现象的发生，保证烟气脱硫系统正常运行，喷淋吸收塔的反应区普遍采用空塔喷淋结构，使烟气与浆液逆向接触、烟气中的二氧化硫向吸收剂浆液中扩散传质，其吸收反应速度及效率取决于烟气与浆液的相对速度、接触面积、停留时间等多种因素。

为了保证脱硫效率，需要烟气与浆液充分接触，这就需要在喷淋塔中安装多层喷淋装置、多层除雾装置等设备，使烟气和吸收剂浆液雾滴在反应区保证一定的停留时间，这些因素都会造成喷淋塔塔体增高，导致将吸收剂浆液从喷淋塔底部提升到喷淋装置入口需要消耗大量的电能。并且，现有喷淋塔内的烟气是自下向上流动的，而吸收剂浆液雾滴自上向下喷淋，两者呈180°逆流接触状态，在吸收剂浆液雾滴的重力和吸收剂浆液雾滴对烟气的整流作用下，烟气的流动阻力很大，需要配备功率较大的增压风机。另外，现有喷淋塔的塔顶采用圆台形结构，其出口烟道截面则采用长方形结构，这种设计及布局耗材很多但整体刚度不强，通常需要在塔顶加设大量的加强结构，这样一方面增加了设备的重量，对设备安全运行不利，另一方面塔顶出口烟道的支撑结构比较复杂，也不利于烟气流场的均布，造成烟气流动压力损失增大，设备运行费用增加。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种脱硫效率高、设备投资和运行能耗低、且运行安全稳定可靠的螺旋气流式湿法烟气脱硫工艺及其喷淋塔。

为实现上述目的，本发明所设计的螺旋气流式湿法烟气脱硫工艺，是对需要脱硫的烟气进行预除尘处理后，将烟气从喷淋塔筒体上部烟气进口通道切向导入，使烟气在喷淋塔筒体内部螺旋通道的引导下形成均匀分布且向下螺旋运动的烟气流场，并穿过布置在喷淋塔筒体中部的吸收剂浆液喷淋装置；

与此同时，开启浆液循环泵，驱动吸收剂浆液喷淋装置向上喷射石灰石浆液，使向上运动的石灰石浆液雾滴首先与向下螺旋运动的烟气逆流接触，然后在自身重力和烟气曳力的作用下回落，再与烟气顺流接触，进而使烟气中的二氧化硫在顺逆流充分接触的过程中与石灰石浆液雾滴发生快速的化学反应而被吸收；

最后，使吸收了二氧化硫的石灰石浆液在喷淋塔筒体底部与空气发生充分的氧化反应，所生成的副产品硫酸钙晶体浆液从喷淋塔筒体底部的排浆口输出；同时使经过脱硫反应的烟气穿越布置在喷淋塔筒体下部烟气出口通道中的除雾器，脱除烟气中所携带的液滴，所得洁净烟气从喷淋塔筒体下部烟气出口通道切向引出。

本发明的螺旋气流式湿法烟气脱硫工艺，可以有效加长烟气流程、适当提高烟气流速，增加气相或液相流速后，高的Re数改变了气膜和液膜的界面，从而引起强烈的传质，有利于烟气与石灰石浆液雾滴之间的传质过程。同时，烟气螺旋向下流动，流动阻力较小，石灰石浆液雾滴首先与烟气逆流接触，然后与烟气顺流接触，经过烟气与浆液雾滴的顺逆流充分接触，可大幅提高气液有效接触面积，强化气液传质系数，使烟气中的二氧化硫更好地被石灰石浆液雾滴吸收，达到最佳的脱硫效果。

为实现上述工艺而专门设计的螺旋气流式湿法烟气脱硫喷淋塔，包括喷淋塔筒体，所述喷淋塔筒体的上部和下部分别设置有烟气进口通道和烟气出口通道，所述喷淋塔筒体的烟气进口通道和烟气出口通道之间平行布置有至少二层向上喷射的吸收剂浆液喷淋装置，所述吸收剂浆液喷淋装置通过各自对应的浆液循环泵与喷淋塔筒体最底部的浆液池相连；所述喷淋塔筒体的烟气进口通道和烟气出口通道呈切向布置状态；所述喷淋塔筒体的中央设置有自上而下穿越各层吸收剂浆液喷淋装置并延伸至浆液池液面之下的中心筒，所述中心筒的筒壁上设置有呈螺旋下降结构的烟气导流板；所述喷淋塔筒体的烟气出口通道中设置有除雾器。

进一步地，上述各层吸收剂浆液喷淋装置的下方一一对应设置有截面呈三角形的浆液再分配环，以促使石灰石浆液二次分布，防止石灰石浆液沿喷淋塔筒体内壁流走。

本发明的螺旋气流式湿法烟气脱硫喷淋塔，可以引导烟气在喷淋塔筒体的上部切向进入、在喷淋塔筒体的内部螺旋运动、在喷淋塔筒体的下部切向离开，这种结构可以确保烟气在喷淋塔筒体内具有超长的流程和较低的流动阻力，有利于烟气中二氧化硫与石灰石浆液充分反应。并且，烟气进、出口通道切向布置，结构筒单合理，重量相应减轻，除雾器设置在烟气出口通道中，可以有效降低喷淋塔筒体的高度，减少工程设备初投资。

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下突出效果：

其一，烟气自喷淋塔筒体上部切向进入，在喷淋塔筒体内螺旋流动，不仅具有较小的烟气流动阻力，可以有效降低系统自身能耗，而且可以增大烟气流程，增加烟气在塔内的停留时间。同时，石灰石浆液由吸收剂浆液喷淋装置自下向上喷出，浆液雾滴首先与烟气逆流接触，然后与烟气顺流接触，气液两相接触更加充分，浆液雾滴在喷淋塔筒体内的停留时间更长。这样，石灰石浆液雾滴与烟气的反应更为充分，可以大幅提高系统的脱硫能力。

其二，除雾器布置在烟气出口通道中，使得布置在喷淋塔筒体内的吸收剂浆液喷淋装置更加紧凑，可以明显降低塔体高度，减少工程设备初投资费用。并且，吸收剂浆液喷淋装置的安装位置设计得较低，可以降低提升石灰石浆液的浆液循环泵的扬程，从而减少运行电耗，节省运行费用。

其三，烟气进、出口通道与喷淋塔筒体切向连接，其结构较为筒单，烟气进、出喷淋塔筒体的流场分布更趋合理，消除了现有技术中烟气出口通道与吸收塔的不规则连接状态、以及烟气出口通道自身的复杂结构，增加了设备的安全运行能力。

附图说明

图1为一种螺旋气流式湿法烟气脱硫喷淋塔的主视结构示意图；

图2为图1中S部的放大结构示意图；

图3为图1的俯视结构示意图；

图4为图1中的A-A剖视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

图中所示的螺旋气流式湿法烟气脱硫喷淋塔，具有一个喷淋塔筒体3，喷淋塔筒体3的上部和下部分别设置有呈切向布置状态的烟气进口通道1和烟气出口通道5。喷淋塔筒体3内部在烟气进口通道1和烟气出口通道5之间平行布置有三层向上喷射的吸收剂浆液喷淋装置2，三层吸收剂浆液喷淋装置2通过各自对应的浆液循环泵6与喷淋塔筒体3最底部的浆液池7相连。喷淋塔筒体3的中央设置有自上而下穿越三层吸收剂浆液喷淋装置2并延伸至浆液池7液面之下的中心筒10，中心筒10的筒壁上设置有呈螺旋下降结构的烟气导流板9，以形成烟气螺旋下降的通道。

上述中心筒10的上端与喷淋塔筒体3的顶部平齐，下端则至少伸入浆液池7液面之下0.5m处。上述烟气导流板9最好采用分段组装结构，各段烟气导流板9的一端紧密连接在中心筒10的筒壁上，另一端则向下螺旋倾斜悬空，其螺旋下降倾斜角度设计为15～20°。各段烟气导流板9的板宽不宜太大，一般控制在600～800mm的范围内，宽度太大会影响石灰石浆液的均匀分布。各段烟气导流板9之间留有200～300mm的间隙，这样烟气导流板9既可以起到引导烟气螺旋流动的作用，又可以将黏附在中心筒10和烟气导流板9上的石灰石液滴顺利送入气液反应区，增大气液两相的有效接触面积。

上述各层吸收剂浆液喷淋装置2均具有一根圆环形主管20和若干根沿圆环形主管20半径方向均匀分布的支管22，圆环形主管20的进浆口21通过与其对应的浆液循环泵6与喷淋塔筒体3最底部的浆液池7相连，支管22上均匀分布有若干个喷射方向朝上的喷嘴23。这样设计，可以使吸收剂浆液喷淋装置2与中心筒10上的烟气导流板9布置得更加紧凑，确保石灰石浆液雾滴的覆盖率，使烟气与石灰石浆液雾滴充分顺逆流接触。

上述三层吸收剂浆液喷淋装置2的下方一一对应设置有浆液再分配环8。浆液再分配环8由上下两块具有一定厚度的钢板制作成环形并固定在喷淋塔筒体3内壁上，其横截面呈三角形。浆液再分配环8最好安装在与其对应的吸收剂浆液喷淋装置2下方1.0～1.2m处，其较佳的设计参数为：浆液再分配环8的上斜面钢板与喷淋塔筒体3内壁的夹角α＝45～60°，浆液再分配环8的下斜面钢板与喷淋塔筒体3内壁的夹角β＝75～90°，浆液再分配环8的顶尖角到喷淋塔筒体3内壁的高度h＝200～300mm。这样，可以对沿喷淋塔筒体3内壁流动的石灰石浆液进行合理的再分布，增大气液两相流的有效接触面积，从而提高脱硫效率。

上述喷淋塔筒体3的烟气出口通道5中设置有两级或两级以上的除雾器4，一方面可以脱除烟气中所携带的液滴，另一方面可以充分利用烟气出口通道5的空间，使结构更加紧凑。为了确保除雾器4捕捉的浆液雾滴顺利返回到浆液池7中，烟气出口通道5呈向上倾斜的切向布置状态。

上述螺旋气流式湿法烟气脱硫喷淋塔的工作过程如下：经过预除尘处理的锅炉尾部烟气由烟气进口通道1切向进入喷淋塔筒体3中，在烟气导流板9的引导作用下，烟气绕中心筒10作螺旋下降流动，烟气在喷淋塔筒体3内的流程比较长，保证了烟气的停留时间。与此同时，浆液循环泵6驱动各层吸收剂浆液喷淋装置2的喷嘴23向上喷射石灰石浆液，烟气首先与上层的吸收剂浆液喷淋装置2喷出的石灰石浆液雾滴逆流接触，该浆液雾滴在自身重力作用和烟气对浆液雾滴的曳力作用下，上升到一定高度后开始下落，又与烟气顺流接触，经过上述顺逆流充分接触，有利于烟气中的二氧化硫与石灰石浆液雾滴发生化学反应而被吸收。烟气继续螺旋下降运动，再依次与中间的、下层的吸收剂浆液喷淋装置2喷出的石灰石浆液雾滴发生顺逆流接触，形成气液两相强烈湍流，经过整个喷淋区域，烟气中的二氧化硫与石灰石充分反应，二氧化硫的脱除率大于95％。脱硫后的烟气沿喷淋塔筒体3的切线方向进入烟气出口通道5，烟气出口通道5中的除雾器4将烟气中携带的液滴除去，捕捉到的液滴回流到浆液池7中，洁净烟气则从烟气出口通道5切向排出。

Claims (10)

1.一种螺旋气流式湿法烟气脱硫工艺，包括对需要脱硫的烟气进行预除尘处理，其特征在于：

将经过预除尘处理的烟气从喷淋塔筒体上部烟气进口通道切向导入，使烟气在喷淋塔筒体内部螺旋通道的引导下形成均匀分布且向下螺旋运动的烟气流场，并穿过布置在喷淋塔筒体中部的吸收剂浆液喷淋装置；

与此同时，开启浆液循环泵，驱动吸收剂浆液喷淋装置向上喷射石灰石浆液，使向上运动的石灰石浆液雾滴首先与向下螺旋运动的烟气逆流接触，然后在自身重力和烟气曳力的作用下回落，再与烟气顺流接触，进而使烟气中的二氧化硫在顺逆流充分接触的过程中与石灰石浆液雾滴发生快速的化学反应而被吸收；

最后，使吸收了二氧化硫的石灰石浆液在喷淋塔筒体底部与空气发生充分的氧化反应，所生成的副产品硫酸钙晶体浆液从喷淋塔筒体底部的排浆口输出；同时使经过脱硫反应的烟气穿越布置在喷淋塔筒体下部烟气出口通道中的除雾器，脱除烟气中所携带的液滴，所得洁净烟气从喷淋塔筒体下部烟气出口通道切向引出。

2.一种采用权利要求1所述工艺而专门设计的螺旋气流式湿法烟气脱硫喷淋塔，包括喷淋塔筒体(3)，所述喷淋塔筒体(3)的上部和下部分别设置有烟气进口通道(1)和烟气出口通道(5)，所述喷淋塔筒体(3)的烟气进口通道(1)和烟气出口通道(5)之间平行布置有至少二层向上喷射的吸收剂浆液喷淋装置(2)，所述吸收剂浆液喷淋装置(2)通过各自对应的浆液循环泵(6)与喷淋塔筒体(3)最底部的浆液池(7)相连，其特征在于：

所述喷淋塔筒体(3)的烟气进口通道(1)和烟气出口通道(5)呈切向布置状态；所述喷淋塔筒体(3)的中央设置有自上而下穿越各层吸收剂浆液喷淋装置(2)并延伸至浆液池(7)液面之下的中心筒(10)，所述中心筒(10)的筒壁上设置有呈螺旋下降结构的烟气导流板(9)；所述喷淋塔筒体(3)的烟气出口通道(5)中设置有除雾器(4)。

3.根据权利要求2所述的螺旋气流式湿法烟气脱硫喷淋塔，其特征在于：所述各层吸收剂浆液喷淋装置(2)的下方一一对应设置有截面呈三角形的浆液再分配环(8)。

4.根据权利要求3所述的螺旋气流式湿法烟气脱硫喷淋塔，其特征在于：所述浆液再分配环(8)设置在与其对应的吸收剂浆液喷淋装置(2)下方1.0～1.2m处，所述浆液再分配环(8)的上斜面与喷淋塔筒体(3)内壁的夹角α＝45～60°，所述浆液再分配环(8)的下斜面与喷淋塔筒体(3)内壁的夹角β＝75～90°，所述浆液再分配环(8)的顶尖角到喷淋塔筒体(3)内壁的高度h＝200～300mm。

5.根据权利要求2或3或4所述的螺旋气流式湿法烟气脱硫喷淋塔，其特征在于：所述各层吸收剂浆液喷淋装置(2)均具有一根圆环形主管(20)和若干根沿圆环形主管(20)半径方向均匀分布的支管(22)，所述圆环形主管(20)的进浆口(21)通过与其对应的浆液循环泵(6)与喷淋塔筒体(3)最底部的浆液池(7)相连，所述支管(22)上均匀分布有若干个喷射方向朝上的喷嘴(23)。

6.根据权利要求2或3或4所述的螺旋气流式湿法烟气脱硫喷淋塔，其特征在于：所述烟气导流板(9)采用分段组装结构，各段烟气导流板(9)之间留有200～300mm的间隙，各段烟气导流板(9)的板宽为600～800mm，各段烟气导流板(9)的螺旋下降倾斜角度为15～20°。

7.根据权利要求5所述的螺旋气流式湿法烟气脱硫喷淋塔，其特征在于：所述烟气导流板(9)采用分段组装结构，各段烟气导流板(9)之间留有200～300mm的间隙，各段烟气导流板(9)的板宽为600～800mm，各段烟气导流板(9)的螺旋下降倾斜角度为15～20°。

8.根据权利要求2或3或4所述的螺旋气流式湿法烟气脱硫喷淋塔，其特征在于：所述喷淋塔筒体(3)的烟气出口通道(5)呈向上倾斜的切向布置状态。

9.根据权利要求5所述的螺旋气流式湿法烟气脱硫喷淋塔，其特征在于：所述喷淋塔筒体(3)的烟气出口通道(5)呈向上倾斜的切向布置状态。

10.根据权利要求6所述的螺旋气流式湿法烟气脱硫喷淋塔，其特征在于：所述喷淋塔筒体(3)的烟气出口通道(5)呈向上倾斜的切向布置状态。

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