CN101301572A - 干湿混合型除尘脱硫一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干湿混合型除尘脱硫一体化装置，该装置在结构上从下向上可分为干法旋流式除尘段，湿法脱硫、除尘段和除雾段三个部分，其中，装置下部布置了干法旋流式除尘器，烟气出口通过中心筒与湿法脱硫除尘段相连；湿法脱硫、除尘段位于装置中部，其底部装有脱硫液出口，筒体内部布置有中心管，每一级液幕式脱硫装置中布置有溢流槽，形成液幕式多级脱硫除尘通道；筒体的上部装有除雾装置。本发明采用了干法和湿法混合型结构把除尘和脱硫功能结合在一起，烟气经过干法旋流式除尘、湿法液幕式多级脱硫除尘，实现高效脱硫、除尘一体化，使烟气实现达标排放，该装置结构紧凑，占地面积相对较小，脱硫、除尘效率高。

Description

干湿混合型除尘脱硫一体化装置

技术领域

本发明涉及一种除尘脱硫装置，特别涉及一种适用于工业锅炉或窑炉所排放烟气的除尘和二氧化硫脱除的干湿混合型除尘脱硫一体化装置。

背景技术

随着我国国民经济的迅速发展和社会的不断进步，国民环保意识普遍增强，我国于2007年在全国范围内开展了“节能减排全民行动”，可以说，在保持经济增长的同时实施节能减排已经成为我国社会发展的重大需求。这种需求刺激了工业的高速发展，但工业设备的污染排放也引起环境的严重污染，直接影响人民生活健康。

我国是一个以煤为主要能源的国家，煤炭产量中用于工业锅炉、窑炉、发电及民用直接燃烧的比例达80％以上，特别是工业锅炉和窑炉年耗煤量约6亿吨，而且，燃煤工业锅炉和窑炉量大面广，技术普遍落后，热效率低，污染严重。国家《节能中长期专项规划》已将工业锅炉和窑炉改造列为“十一五”十大重点节能工程之首。

煤炭燃烧产生的烟气中主要含有CO₂、CO、H₂O、SO₂、SO₃、NOx、O₂和N₂等气体和烟尘，此外还有少量的烃类和醛类等，其生成量与煤种、燃烧方式及操作条件等因素有关。但主要污染还是二氧化硫污染和烟气中的粉尘污染。其中烟尘污染，破坏人类的呼吸系统及肺部组织；二氧化硫产生酸雨对建筑物和农作物产生极大危害。更为严重的是，二氧化硫和烟尘具有协同作用，当二氧化硫与烟尘中的微粒污染物并存时，其毒害作用远远超出二者单独作用之和，历史上数次大气污染事件都证明了这一结论。可见，能够同时、有效地清除二氧化硫和烟尘对环境保护和人民健康具有重要意义。

原煤中所含的不可燃矿物杂质，一部分以炉渣形式排放，一部分以烟尘形式进入烟气，当烟尘量大于大气环境的自净能力时就会产生烟尘污染。我国每年将工业锅炉原煤燃烧产生的600多万吨烟尘随烟气排放到大气环境中，成为我国城市大气环境颗粒物严重污染的最主要原因。

半个多世纪以来的实践表明，和电站锅炉相比，全国的工业锅炉和窑炉有55万台之多，量大面广，不适合污染物的集中治理，电站锅炉广泛采用的污染物防治技术和设备，由于成本昂贵和操作复杂，很难直接用于燃煤工业锅炉和窑炉的污染控制。因此，寻求适合燃煤工业锅炉和窑炉所排放的烟尘和SO₂污染控制的关键技术及设备，早就成为我国20世纪80年代、90年代关注的焦点，但是，至今还没有很好地予以解决。

国家环保总局要求2005年粉尘(烟尘及工业粉尘)的排放量比2000年减少10％，削减粉尘500万吨，因此而形成的除尘形势是十分严峻的。目前常用的除尘技术有两种，燃烧前除尘技术、燃烧中结构除尘技术和燃烧后烟气除尘技术。

1、燃烧前除尘技术

精煤和型煤技术是原煤除尘处理技术，是洁净煤技术之一种，如对原煤进行洗选、筛分、加工、成型、转化、洁净燃烧和烟气脱硫等技术，把污染型的原煤转化成清洁燃料或比较清洁的燃料，如洗选后的洁净煤(精煤)、工业固硫型煤、水煤浆、水煤气等。可以有效地减少工业锅炉和窑炉的原始排尘量，其中一些技术可以从根本上解决烟尘污染问题。

2、燃烧中结构除尘技术

这种技术是在锅炉和窑炉的本体结构中布置除尘元件，如在锅炉凝渣管束上布置惯性分离元件，如百页窗，肋片等，这些元件可以使一部分大颗粒的粉尘降落到炉膛中随炉渣排出，可以显著减少设备的原始烟尘排放浓度，但，该技术无法从根本上解决烟尘污染问题。

3、燃烧后烟气除尘技术

目前，国内外燃煤锅炉烟气除尘技术与设备有以下几种：

1)高性能机械除尘器：如单级或多级旋风除尘器，其运行成本最低，但对粒度低于5～10μm的微粒无效，故一般旋风除尘器只能作为烟尘的预除尘设备；

2)静电除尘器：应用在高温高压下除尘，目前温度在900℃、压力达1.0MPa情况下的静电除尘器，除尘效率在90％-99.6％，达到较高的除尘效率，而且对低于5～10μm的微粒也同样有效；

3)高性能阻挡式过滤器：如颗粒床过滤器、金属网过滤器、陶瓷过滤器、袋式除尘器等，近年来，国外一般采用在袋式除尘器前段注入反应吸收剂和反应助剂，将袋式除尘器作为反应装置，来达到同时脱除有害气体的目的。

国内外燃煤锅炉脱硫技术主要包括燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫三种技术。

燃烧前脱硫技术能够通过洗煤除去或减少燃煤中所含的硫分、灰分等杂质，并按用户对煤质的要求，实行分质供应。

燃烧中脱硫技术可以使锅炉在燃烧过程中，通过添加脱硫剂进行脱硫，其典型代表是流化床技术，流化床锅炉燃烧热效率可达82％～90％，燃烧时加入以石灰石为主的脱硫剂，钙硫比达2.0时，脱硫率可达70％以上，能有效地脱除SO₂。另外，由于燃烧温度低，NOx排放量也比较低。

燃烧后烟气脱硫技术是国内外大规模商业应用的脱硫方式，烟气脱硫技术可分为湿法、半干法和干法。包括：石灰石(石灰)-石膏湿法烟气脱硫技术、海水烟气脱硫技术、磷铵复合肥法烟气脱硫技术、喷雾干燥法烟气脱硫技术、炉内喷钙炉后活化干法烟气脱硫技术、电子束法烟气脱硫技术等。中小型燃煤锅炉烟气脱硫大部分采用湿法，一般脱硫和除尘同时进行。目前研发的一些将高效传质设备如板塔、泡沫塔用于脱硫反应的技术设备均具备75％左右的脱硫效率和95％～98％的除尘效率。

目前，市场上的除尘、脱硫装置大多数是在电除尘和旋风除尘之后增加脱硫设备。不能使粉尘和SO₂的处理同步进行。即使有些除尘装置加装了脱硫设备，但除尘和脱硫效果难以兼顾，设备过于复杂，占地面积大，设备投资较高，系统阻力大，运行成本高，同时，维护和操作也比较困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对于工业锅炉的投资少，运行成本低、脱硫除尘效果好的干湿混合型除尘脱硫一体化装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括除尘段、脱硫除尘段，所说的除尘段包括开设有烟气进口的旋流式除尘器，旋流式除尘器内设置有中心筒，旋流式除尘器的下端设置有落灰口，所说的脱硫除尘段包括设置在旋流式除尘器上端的筒体，且中心筒的上端高于筒体的底部，在筒体的顶部设置有与脱硫液相连通的中心管，沿中心管自下而上依次设置有若干级脱硫装置，各级脱硫装置均包括固定在中心管上的托盘，在托盘上设置有溢流槽，筒体的上端开设有烟气出口，下端开设有废液出口。

本发明的自下而上自第二级脱硫装置的托盘的下端设置有“V”字型溢流槽以增加烟气和水幕的接触机会；溢流槽的外侧设置有套筒；筒体内脱硫装置的上端还设置有除雾装置；中心管的脱硫液入口设置在筒体的下端，且在脱硫液入口的管路上还设置有流量控制阀门；中心筒采用C型旋流式结构，从烟气进口算起，沿高度方向梯级减小并偏置于筒体。

由于本发明采用了干法除尘和湿法脱硫除尘，具有除尘、脱硫效率高的优点，并且采用了水幕多级脱硫，使脱硫效率更高，采用了带有C型结构中心筒的旋流式除尘器，在保证较高除尘效率的基础上，降低了除尘器流动阻力。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明图1中A-A截面的剖面图。

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

参见图1，2，本发明包括除尘段、脱硫除尘段和除雾装置8，所说的除尘段包括开设有烟气进口1的旋流式除尘器15，旋流式除尘器15内设置有中心筒14，旋流式除尘器15的下端设置有落灰口16，所说的脱硫除尘段包括设置在旋流式除尘器15上端的筒体3，中心筒10采用C型旋流式结构，从烟气进口算起，沿高度方向梯级减小并偏置于筒体3，旋流式除尘器15的中心管10的出口高于筒体3的底部，防止脱硫液倒灌入旋流式除尘器15中，在筒体3的顶部设置有中心管10，中心管10的脱硫液入口13设置在筒体3的下端，且在脱硫液入口13的管路上还设置有流量控制阀门12，沿中心管10自下而上依次设置有若干级脱硫装置5，除雾装置8位于脱硫装置5的上端，各级脱硫装置5均包括固定在中心管10上的托盘4，在托盘4上设置有溢流槽11，溢流槽11的外侧设置有套筒7，套筒7的主要作用是保护中心管10中流出的脱硫液，不被烟气污染，使脱硫液在形成水膜之前尽可能少的接触烟气，以免反应物堵塞脱硫液通道，阻碍水幕形成的均匀性。考虑到减小筒体3的高度，从下向上，第一级没有布置V字型溢流槽，自第二级脱硫装置的托盘4的下端设置有“V”字型溢流槽6，筒体3的上端开设有烟气出口9，下端开设有废液出口2。

本发明采用上、中、下三段布置，充分节省了空间。除尘段位于整个装置的下部，由一个旋流式除尘器15构成，旋流式除尘器15有中心筒14，烟气由烟气进口1进入旋流式除尘器15，经过中心筒14使烟尘在离心力的作用下甩向中心筒14的壁面下落经落灰口16排出，主要分离5～10μm以上的烟尘颗粒，分离后的烟气由中心筒14进入脱硫、除尘段，经与多级水幕接触完成脱硫和除尘(5～10μm以下)，硫液由脱硫液入口13，经过流量控制阀门12进入中心管10，由中心管10至溢流槽11，脱硫液经溢流槽11流过套筒7和托盘4，流入托盘4下面的V字型溢流槽6，这样烟气经过V字型溢流槽6形成的液幕，进入脱硫除尘段内部，再经过溢流槽11与托盘4形成的液幕充分脱硫和除尘，然后气体经除雾装置8进入烟气出口9，至引风机排入大气。脱流液到脱硫除尘段底部可以继续发生脱硫反应，反应产物(固体和液体)经废液出口2排出装置。脱硫液可以选择清水、石灰水或其他碱性物质，若为清水，必须对废液进行中和以后才能排放，避免引起二次污染。

本发明在装置内上部拥有多级脱硫装置5，在各级脱硫装置5中间有溢流槽11，通过溢流槽11可以使各个方向的脱硫液分布均匀，从而形成均匀的液幕，可以使烟气更加彻底的脱硫。采用溢流槽11和V字形溢流槽6两种不同的溢流槽，形成均匀水幕(膜)，在V字形溢流槽6两端形成两层水幕，烟气分别从两侧分别通过水膜，从而改善脱硫效果，水膜脱硫相对于其他脱硫方法，脱硫效率较高。

旋流式干法除尘+液幕式湿法除尘的特点是：在装置下部装有旋流式除尘器15，旋流式除尘器15是利用含尘气流作旋转运动产生的离心力，将尘粒从气体中分离并捕集壁面下来的烟尘的装置。考虑到传统的旋风除尘器阻力非常大，加之装置上部脱硫塔也会有较大阻力，为了降低装置总阻力，降低引风机电耗，该旋流式除尘器15的中心筒14呈C型结构，从烟气进口算起，沿高度方向梯级减小，考虑到烟气体积在旋流过程中不断减小，C型中心筒14偏置于筒体3的中心，以期获得较高的沿烟气流程的均匀的除尘效率。经过实验和数值模拟计算，C型旋流式除尘器具有结构简单、没有运动部件、造价便宜、除尘效率高、流动阻力低、维护方便以及适用面宽的特点，对于收集5～10μm以上的尘粒，其除尘效率可达85％以上，而5～10μm以下的微粒则由装置上部的多级脱硫装置进一步湿法除尘，干湿综合除尘效率达到97％以上。

本发明采用C型中心筒的旋流式除尘器结构，使烟气流动阻力大大减小。V字形溢流槽形成的V型水膜也就是液幕床脱硫，其气液两相流的流型完全不同于已经研究过的泡状流、弹状流、块状流、纤维状流、雾状流或环状流，是一种新的流型，此种流型能够更好地使使烟气和脱硫液接触从而达到较高的脱硫效果并同时完成细颗粒微粒除尘。装置顶部装有除雾装置8，对烟气进行汽水分离，从而使出口的烟气干燥，消除湿烟气对引风机的影响。本装置中，烟气自下而上的流动，脱硫液自上而下，逆向流动洗涤。将除尘和脱硫设计成一体化装置，减小了装置的占地面积，更加适合于中小型工业锅炉使用。

本发明采用干湿混合型脱硫除尘一体化结构，采用干法除尘脱除85％以上的大颗粒烟尘，而5～10μm以下的细微粒采用湿法除尘，有效地减弱了二氧化硫和烟尘的协同作用，减弱了二氧化硫与烟尘中的大量微粒污染物并存时的毒害作用，减弱了二次污染以及脱硫产物的危害性。

Claims (6)

1、干湿混合型除尘脱硫一体化装置，包括除尘段、脱硫除尘段，其特征在于：所说的除尘段包括开设有烟气进口(1)的旋流式除尘器(15)，旋流式除尘器(15)内设置有中心筒(14)，旋流式除尘器(15)的下端设置有落灰口(16)，所说的脱硫除尘段包括设置在旋流式除尘器(15)上端的筒体(3)，且中心筒(14)的上端高于筒体(3)的底部，在筒体(3)的顶部设置有与脱硫液相连通的中心管(10)，沿中心管(10)自下而上依次设置有若干级脱硫装置(5)，各级脱硫装置(5)均包括固定在中心管(10)上的托盘(4)，在托盘(4)上设置有溢流槽(11)，筒体(3)的上端开设有烟气出口(9)，下端开设有废液出口(2)。

2、根据权利要求1所述的干湿混合型除尘脱硫一体化装置，其特征在于：所说的自下而上自第二级脱硫装置的托盘(4)的下端设置有“V”字型溢流槽(6)以增加烟气和水幕的接触机会。

3、根据权利要求1所述的干湿混合型除尘脱硫一体化装置，其特征在于：所说的溢流槽(11)的外侧设置有套筒(7)。

4、根据权利要求1所述的干湿混合型除尘脱硫一体化装置，其特征在于：所说的筒体(3)内脱硫装置(5)的上端还设置有除雾装置(8)。

5、根据权利要求1所述的干湿混合型除尘脱硫一体化装置，其特征在于：所说的中心管(10)的脱硫液入口(13)设置在筒体(3)的下端，且在脱硫液入口(13)的管路上还设置有流量控制阀门(12)。

6、根据权利要求1所述的干湿混合型除尘脱硫一体化装置，其特征在于：所说的中心筒(10)采用C型旋流式结构，从烟气进口算起，沿高度方向梯级减小并偏置于筒体(3)。

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