CN101298020A - 具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔 - Google Patents

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Abstract

一种具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔,包括喷淋塔简体,喷淋塔筒体的烟气进口和烟气出口之间自下而上依次设有烟气均流装置、至少二层平行布置的吸收剂浆液喷淋装置、以及烟气除雾器;各层吸收剂浆液喷淋装置均由两个在同一平面内呈交叉布置的分喷淋装置组成,各个分喷淋装置均通过各自对应的浆液循环泵与喷淋塔简体最底部的吸收剂浆液池相连;烟气均流装置由一排平行间隔布置在喷淋塔简体横截面上的圆管组成。各层吸收剂浆液喷淋装置下方还可设置截面呈三角形的烟气导流环。其具有较高精度的负荷调节性能,可有效降低设备运行成本,且能够实现塔内烟气导流控制,使烟气流动分布均匀,增大烟气与吸收剂浆液的两相湍流强度,提高脱硫效率。

Description

具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔
技术领域
本发明涉及石灰石一石膏湿法烟气脱硫设备,特别是指一种 具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔。
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S02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,石灰石一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一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。为了使烟气与浆液充分接触,喷 淋塔中需要安装多层喷淋装置,通常情况为3〜4层,每层喷淋装 置布置大量喷嘴,以保证喷出的石灰石浆液雾滴具有较大的覆盖 率,从而得到较高的脱硫效率。但是,现有的喷淋装置是每层对 应一台桨液循环泵,通过浆液循环泵的开闭调节脱硫系统的负荷变化。当燃煤锅炉负荷下降时,脱硫系统也需要相应调整运行负 荷,此时只有停运一层或两层喷淋装置来控制浆液喷淋量,这样 必然存在脱硫系统的调节不够精细、很难与锅炉负荷变化相匹配 的缺陷。
另一方面,喷淋吸收塔内的烟气在塔横截面上的流动速度分 布不均也是严重影响脱硫效率的重要因素之一。为了解决此问题, 科研人员在喷淋吸收塔的烟气进口上方设计多孔合金托盘,多孔 合金托盘是由很多块具有一定厚度的合金板组成的,每块合金板
上钻有很多小孔,整体托盘的开孔率为30〜40%,沿塔横截面安装 在托盘支架上,利用托盘及浆液雾滴对烟气所形成的阻力,促使 进入喷淋吸收塔内的烟气流动更加均匀。但是,该托盘的制造工 艺繁琐,组装复杂,其支撑结构也较多,设备成本和运行成本偏 高,维修维护难度增大。
此外,在烟气与吸收剂浆液雾滴的逆流接触过程中,吸收剂 浆液雾滴对烟气的流动具有整流作用。在喷淋塔吸收塔壁上会黏 附部分浆液雾滴,造成塔壁附近的浆液雾滴密度减小,对烟气的 整流能力降低,加上烟气在塔横截面上的流动速度分布不均,所 以通常有一部分烟气没有与吸收剂桨液接触而是沿塔壁向上流动 形成烟气走廊,从而造成烟气"短路"。特别是当锅炉负荷下降时, 脱硫系统需要处理的烟气量减少,对应的浆液雾滴数量减少,气 液两相流的湍流强度较小,使塔横截面上的烟气流动速度分布更 加不均,进而严重影响脱硫效率。为了提高脱硫效率,公开号为 CN1785482A的中国发明专利申请介绍了 一种具有吸收剂浆液再 分配装置的喷淋塔,其再分配装置由具有一定厚度的环形板构成, 环形板的一端固定在塔壁上,另一端悬空,其主要作用是对黏附 在塔壁上的浆液雾滴实现再分配,同时防止烟气"短路"。但考虑 到环形板形成的烟气阻力问题,其悬空端距离塔壁的垂直高度必 须保持较小的设计值, 一般为60〜120mm,而这种结构并不具备 对塔内烟气流动实现导流控制的功能。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种具有负荷调节和烟气均流功能 的脱硫喷淋塔。该喷淋塔不仅具有较高精度的负荷调节性能,可有效降低设备运行成本,而且能够实现塔内烟气导流控制,使烟 气流动分布均匀,增大烟气与吸收剂浆液的两相湍流强度,提高 烟气中二氧化硫的脱除效率。
为实现上述目的,本发明所设计的具有负荷调节和烟气均流 功能的脱硫喷淋塔,包括喷淋塔筒体,所述喷淋塔筒体的下部和 顶部分别设置有烟气进口和烟气出口 ,所述喷淋塔筒体的烟气进 口和烟气出口之间自下而上依次设有烟气均流装置、至少二层平 行布置的吸收剂浆液喷淋装置、以及烟气除雾器。
根据实际工程负荷的需要,吸收剂浆液喷淋装置的具体布置 层数可以有所变化, 一般为二至三层。所述各层吸收剂浆液喷淋 装置均由两个在同一平面内呈交叉布置的分喷淋装置组成,所述 各个分喷淋装置均通过各自对应的浆液循环泵与喷淋塔筒体最底 部的吸收剂浆液池相连,既可以同时开启运行,也可以单独关闭 其中的一个或几个。当燃煤锅炉负荷变化时可以关闭一台或几台 浆液循环泵,从而停运一个或几个分喷淋装置,这样可以精确调 节吸收剂浆液的喷淋量,在保证高脱硫效率的前提下有效减少系 统运行成本。
所述烟气均流装置由一排平行间隔布置在喷淋塔筒体横截面 上的圆管组成,圆管之间所形成的狭长间隙为烟气通道,该烟气 通道和吸收剂浆液雾滴对烟气所形成的阻力,可以促使上升烟气 的流动均匀化。
进一步地,所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烟气导流环。这种结构可以有效引导沿喷淋 塔筒体内壁垂直向上运动的烟气向塔中心流动,同时又能对沿内 壁面流动的吸收剂浆液进行再分布,增大气液两相流的湍流强度 和气液有效接触面积,起到提高脱硫效率和防止烟气"短路"的 作用。
本发明的工作原理是这样的:需要脱硫的烟气经过预除尘处 理后,被送入喷淋塔筒体中。向上运动的烟气首先穿过布置在烟 气进口上方的烟气均流装置,然后穿过布置在喷淋塔筒体中部区 域的各个烟气导流环和各层吸收剂浆液喷淋装置,通过烟气导流 环迫使各层次的烟气向喷淋塔筒体中心处聚集,以消除喷淋塔筒体边缘处的烟气死角,使烟气流场进一步均匀分布;另一方面通 过吸收剂浆液喷淋装置交叉喷射石灰石浆液,在石灰石液滴的强 烈整流作用下,使烟气流场更加均匀优化,同时强化烟气与石灰 石液滴之间的气液传质,使烟气中的二氧化硫与石灰石液滴发生 快速充分的化学反应。最后,吸收了二氧化硫的石灰石液滴在喷 淋塔筒体底部区域与空气发生充分的氧化反应,所生成的副产品 硫酸钙晶体浆液从底部排浆口输出,经过脱硫反应的烟气则穿越 布置在喷淋塔筒体上部区域的除雾器,脱除烟气中所携带的液滴, 所得洁净烟气从顶部烟气出口引出。
本发明与现有技术相比具有以下突出效果:
其一,喷淋塔筒体内设置多层吸收剂浆液喷淋装置,各层吸 收剂浆液喷淋装置均由两个在同一平面内呈交叉布置的分喷淋装 置组成, 一方面可以使喷嘴布置得更加致密,使吸收剂浆液雾滴 的覆盖率达200〜300%,在保证脱硫效率的前提下可以适当减少喷 淋装置的层数,降低喷淋塔的高度,减少设备成本。另一方面各 个分喷淋装置均具有独立的浆液循环泵,如针对三层吸收剂浆液 喷淋装置就对应有六台浆液循环泵供应吸收剂浆液,这样当燃煤 锅炉负荷变化时,可以停运一台或几台浆液循环泵来精确调节吸 收剂浆液的喷淋量,在保证高脱硫效率的前提下尽量减少脱硫系 统的运行成本。
其二,喷淋塔筒体内烟气进口上方设置烟气均流装置,烟气 均流装置由一排平行间隔布置的圆管组成,圆管之间形成狭长的 烟气通道,其截面形状为縮放形,这种形状可以有效增大烟气的 紊流性能,结合吸收剂浆液雾滴对烟气所形成的阻力,可以使烟 气的流动更趋均匀化。同时,该烟气均流装置结构简单、制造成 本低、安装容易,不仅对烟气的均流作用较好,能有效降低液气 比L/G,而且可以作为吸收剂浆液喷淋装置的检修平台, 一物多 用,操作方便。
其三,喷淋塔筒体内吸收剂浆液喷淋装置下方设置烟气导流 环,其截面呈三角形,这种形状与各层交叉布置的分喷淋装置相 结合,既可以促使烟气向塔中心流动,又可以对吸收剂浆液进行 再分布,还可以大幅减少烟气流动阻力,增大气液两相湍流强度和气液有效接触面积,在较低气液比L/G的情况下获得较高的脱
硫效率。
附图说明
图1为一种具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔的主
视结构示意图;
图2为图1的左视结构示意图;
图3为图1中的吸收剂浆液喷淋装置的放大结构示意图; 图4为图1中的烟气均流装置的放大结构示意图; 图5为图1中的烟气导流环的放大结构示意图; 图6为图5的A—A剖视放大结构示意图;
图7为图l所示脱硫喷淋塔的塔内流场分布模拟计算效果图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的脱硫喷淋塔作进一步 的详细描述:
如图1~6所示,本发明的具有负荷调节和烟气均流功能的脱
硫喷淋塔,包括一个喷淋塔筒体3,喷淋塔筒体3的下部和顶部 分别设置有烟气进口 7和烟气出口 1,喷淋塔筒体3的烟气进口 7 和烟气出口 1之间自下而上依次设有烟气均流装置6、三层平行 布置的吸收剂浆液喷淋装置4、以及烟气除雾器2,各层吸收剂浆 液喷淋装置4的下方还一一对应地设置有截面呈三角形的烟气导 流环5。
上述各层吸收剂浆液喷淋装置4均由两个在同一平面内呈交 叉布置的分喷淋装置40组成。各个分喷淋装置40主要由一根布 置在喷淋塔筒体3外侧的主管41和若干根布置在喷淋塔筒体3内 部的支管42组成。主管41通过与其对应的独立浆液循环泵9与 喷淋塔筒体3最底部的吸收剂浆液池8相连,支管42则与主管 41垂直相连,支管42上分布有一系列的喷嘴43,用以向下喷射 吸收剂浆液。两个交叉布置的分喷淋装置40的支管42在喷淋塔 筒体3内部的横截面上相互平行交叉排列,使相邻支管42之间形 成有1.5〜2m的间距。这样布置一方面可以确保吸收剂浆液雾滴的 覆盖率达到200〜300%,使烟气与吸收剂浆液雾滴充分逆流混合; 另一方面可以灵活控制各个分喷淋装置40的开启或关闭,以使其适应燃煤锅炉的负荷变化,精确调节吸收剂浆液的喷淋量,在保 证高脱硫效率的前提下有效减少运行成本。
上述截面呈三角形的烟气导流环5由上、下两块倾斜布置的 钢板与喷淋塔筒体3的内壁合围而成,安装在与其对应的吸收剂
浆液喷淋装置4下方L0〜1.2m处。烟气导流环5可以采用一般钢 材外加防腐处理,也可以使用耐受吸收剂浆液冲刷及腐蚀的其它 材料制作而成。烟气导流环5的上斜面钢板与喷淋塔筒体3内壁 的夹角a=70〜75° ,烟气导流环5的下斜面钢板与喷淋塔筒体3 内壁的夹角P=60〜65° ,烟气导流环5的顶尖角到喷淋塔筒体3 内壁的高度h=1.0〜1.2m。三角形截面设计可以大幅减少烟气导流 环5所产生的烟气阻力,适当延长其顶尖悬空端距离喷淋塔筒体 3内壁的垂直高度,使其对塔内烟气流动具备一定的导流控制功 能。烟气导流环5与吸收剂浆液喷淋装置4相结合,可以达到理 想的脱硫效率和良好的节能效果。
上述烟气均流装置6由一排平行间隔布置在喷淋塔筒体3横 截面上的不锈钢圆管61组成。相邻不锈钢圆管61之间形成縮放 状的间隙S,即烟气通道,该烟气通道的面积占喷淋塔筒体3横 截面面积的30〜40%。这样设计可以增大烟气紊流,促使烟气流场 更加均匀,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吸收剂浆液雾滴所吸收,达到较高的脱硫 效果。
如图7示出了本发明的具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫 喷淋塔的塔内气液两相流速度场分布模拟计算效果图。从该图中 可以看出:烟气进入喷淋塔后,在烟气均布装置和浆液雾滴的双 重作用下,烟气流场分布非常均匀,有利于增大气液两相有效接 触面积;同时,在烟气导流环的作用下,沿塔内壁向上流动的烟 气速度整体分布较为合理,没有形成烟气短路,而且此装置将沿 塔内壁向下流动的浆液实现二次分配,进一步增大气液两相的有 效接触面积。因此,本发明的脱硫喷淋塔比普通脱硫塔的脱硫效 果明显较好。
上述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 7进入喷淋塔筒体3,通过烟气均流装置6使烟气流场均匀,并以4~5m/s的速度向上流动,依次与三层吸收剂 浆液喷淋装置4所喷出的吸收剂浆液雾滴逆向接触,形成气液两 相强烈的湍流流动,在吸收剂浆液雾滴对烟气的整流作用下,喷 淋塔筒体3横截面上烟气的流动进一步均匀化。与此同时,三个 烟气导流环5不断地将沿喷淋塔筒体3内壁向上流动的烟气引导 向塔中心,并对黏附在喷淋塔筒体3内壁上的浆液雾滴进行再分 布处理,增大气液两相流的湍流强度和气液有效接触面积,防止 烟气出现"短路",以进一步提高脱硫效率。
在锅炉额定负荷时,三层吸收剂浆液喷淋装置4所喷出吸收 剂浆液雾滴的覆盖率约200~300%,烟气导流环5将引导烟气向塔 中心流动,形成高湍流强度的多相流动,强化烟气与吸收剂浆液 雾滴之间的传质。在锅炉负荷下降时,喷淋塔需处理的烟气量也 随之减小,通过开启或关闭吸收剂浆液喷淋装置4的分喷淋装置 40,可以准确配合烟气量来调整吸收剂浆液雾滴的喷射量。当处 理烟气量为设计量的50%时,可以将各层吸收剂浆液喷淋装置4 的一个分喷淋装置40关闭,此时各层吸收剂浆液喷淋装置4只有 另一个分喷淋装置40正常运行,这种情况下吸收剂浆液雾滴的覆 盖率只有100〜150%,但烟气导流环5能够加强烟气的湍流强度, 增大烟气与浆液雾滴的有效接触面积和有效接触时间,在较低气 液比的情况下得到较高的脱硫效率。
最后,吸收了二氧化硫的吸收剂浆液在喷淋塔筒体底部区域 与空气发生氧化反应,所生成的副产品硫酸钙晶体浆液从底部排 桨口输出,经过脱硫反应的烟气则穿越布置在喷淋塔筒体3上部 的除雾器2,脱除所携带的液滴,所得洁净烟气从烟气出口 1排 出。

Claims (6)

1. 一种具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔,包括喷淋塔筒体(3),所述喷淋塔筒体(3)的下部和顶部分别设置有烟气进口(7)和烟气出口(1),所述喷淋塔筒体(3)的烟气进口(7)和烟气出口(1)之间自下而上依次设有烟气均流装置(6)、至少二层平行布置的吸收剂浆液喷淋装置(4)、以及烟气除雾器(2),其特征在于:所述各层吸收剂浆液喷淋装置(4)均由两个在同一平面内呈交叉布置的分喷淋装置(40)组成,所述各个分喷淋装置(40)均通过各自对应的浆液循环泵(9)与喷淋塔筒体(3)最底部的吸收剂浆液池(8)相连;所述烟气均流装置(6)由一排平行间隔布置在喷淋塔筒体(3)横截面上的圆管(61)组成。
2. 根据权利要求1所述的具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔,其特征在于:所述各层吸收剂浆液喷淋装置(4)的下 方一一对应设置有截面呈三角形的烟气导流环(5)。
3. 根据权利要求2所述的具有负荷调节和烟气均流功能的脱 硫喷淋塔,其特征在于:所述烟气导流环(5)设置在与其对应的 吸收剂浆液喷淋装置(4)下方1.0〜1.2m处,所述烟气导流环(5) 的上斜面与喷淋塔筒体(3)内壁的夹角a=70〜75° ,所述烟气导 流环(5)的下斜面与喷淋塔筒体(3)内壁的夹角P=60~65° , 所述烟气导流环(5)的顶尖角到喷淋塔筒体(3)内壁的高度 h=1.0〜1.2m。
4. 根据权利要求1或2或3所述的具有负荷调节和烟气均流 功能的脱硫喷淋塔,其特征在于:所述分喷淋装置(40)具有一 根主管(41)和若干根支管(42),所述主管(41)通过与其对应 的浆液循环泵(9)与喷淋塔筒体(3)最底部的吸收剂浆液池(8) 相连,所述支管(42)与主管(41)垂直相连,所述支管(42) 上分布有若干个喷嘴(43);所述两个交叉布置的分喷淋装置(40) 的支管(42)相互平行交叉排列,相邻支管(42)之间形成有1.5〜2m 的间距。
5. 根据权利要求1或2或3所述的具有负荷调节和烟气均流 功能的脱硫喷淋塔,其特征在于:所述烟气均流装置(6)的一排圆管(61)之间形成的烟气流通间隙占喷淋塔筒体(3)横截面面积的30〜40%。
6.根据权利要求4所述的具有负荷调节和烟气均流功能的脱 硫喷淋塔,其特征在于:所述烟气均流装置(6)的一排圆管(61) 之间形成的烟气流通间隙占喷淋塔筒体(3 )横截面总面积的 30〜40%。
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