CN101340967A - 具有适配的水滴分离器的气体洗涤器 - Google Patents

Abstract

一种气体洗涤器(1)，具有至少一个水滴分离器面(2)，它跨越气体洗涤器(1)的横截面(3)，其中气体洗涤器(1)包括至少一个边缘支座(4)和多个跨越横截面(3)的用于支撑水滴分离器(6)的支承梁，它们共同限定气体洗涤器(1)的自由通流横截面(7)，其中至少95％的自由通流横截面(7)设计有可通流的水滴分离器(6)。这最好由此实现，使用具有多个相互倾斜设置的水滴分离器薄片(11)的水滴分离器(6)，水滴分离器薄片通过至少两个水平面不同的或者不平行的端板(12、13)固定。

Description

具有适配的水滴分离器的气体洗涤器

技术领域

本发明涉及一种所谓的气体洗涤器，它包括至少一个被气流垂直通流的水滴分离器面，其中水滴分离器以一种尤其是屋顶形的布局(Aufstellung)安装。本发明尤其优选在烟气脱硫领域中使用。

背景技术

在煤燃烧时可能产生二氧化硫气，它是森林死亡的主要原因。存在不同的方法从烟气中去除有害的二氧化硫。最多地使用所谓的湿法。在此使未净化的烟气在洗涤塔(也称为吸收塔或气体洗涤器)中通过水和石灰石的混合物、一种所谓的洗涤悬浮液，进行冲洗，由此通过化学反应在很大程度上吸收二氧化硫。由此能够达到90％以上的脱硫率。在此，气态的二氧化硫首先在洗涤液中溶解。接着通过二氧化硫与石灰石反应产生硫化钙和二氧化碳。在洗涤塔下部、在吸收槽中聚集加载有硫化钙的洗涤悬浮液。通过吹入空气(氧化)使液体富集氧气，并且产生石膏悬浮液。在脱水后产生高达10％残余湿度的松散形石膏并且作为有价值的产品输出供建筑材料工业使用。

所述水滴分离器通常在气流方向上安装在气体洗涤器后面并且覆盖大多为圆形的燃气洗涤塔的整个横截面。在此，水滴分离器由平行的且以确定的相互间距平放的弯曲薄板构成，在其上分离位于气流中的水滴。分离出的水滴形成液膜，它遵循重力向下流动或者以大水滴逆着气流向下落。

因为烟气强烈地加载有烟道尘并且在其他脱硫过程期间形成石膏，总是存在着固态颗粒沉积在水滴分离器上并且甚至可能堵塞水滴分离器的危险。因此在相应分离器层的下方并且也经常在上方(在气流方向上在水滴分离器后面)安装冲洗装置，它们周期地冲洗水滴分离器薄片并且消除可能的沉积。此外该冲洗装置由管道与安装在其中的喷嘴组成。

屋顶形布局的水滴分离器-即带有V形布置的倾斜薄板的配置-已经证实(特别是对于垂直的气流)不仅在净化和干净保持而且在可靠的分离效率方面都是有利的(例如，相对于扁平的水平放置的水滴分离器)。流动有利地成形的水滴分离器薄片使加载有液体的气流偏转。水滴由于其惯性可能不执行这种偏转，而是碰撞到水滴分离器薄片上(碰撞面分离器)。在此产生一个液膜，它然后大部分沿着合适的轮廓向下流出。为了使效率适配于所提出的任务，提供具有特殊形状和特性的水滴分离器。由此保证可靠地去除液体，同时具有高的分离效率。例如由DE 195 01 282或DE 195 21 178已知这种具有倾斜的水滴分离器薄片的水滴分离器的一般结构形式。屋顶形水滴分离器由于这些优点目前在许多发电厂中使用。

屋顶形水滴分离器一个决定性的优点是，可靠的分离效率同时大于5m/s的高的垂直气体速度-根据配置入流气体速度高达6.5至7.5m/s。传统的扁平的(水平放置的)水滴分离器的效率极限在5.2至5.5m/s(垂直入流气流)。屋顶形的水滴分离器的较高效率极限在大型火力发电厂的大型设备运行中是特别有利的。通过操作条件和结构配置，在例如直径为12m至17m并且满负荷时以3.5m/s至3.8m/s的基本速度运行的这些气体洗涤器中，由于不均匀的气流在气体洗涤器中形成局部速度峰值为5m/s至6m/s并且在个别情况下甚至更高。这种速度峰值在传统的扁平水滴分离器中导致局部失效并由此导致明显的水滴夹带。由此明显降低整个水滴分离器的效率并且导致烟气通道中后置的设备的污染。

由于这种发展已经再一次明显提高效率要求。这些现代设备以更高的基本速度运行，例如在4.0m/s与4.5m/s之间。此外可能局部导致明显更大的基本速度波动。在个别情况下已经观察到高达10m/s的局部速度峰值。

在估算这个速度时必需考虑到，水滴分离器的入流速度还再次要比设备中的基本速度高15％至25％。在水滴分离器的区域中由于支承梁(水滴分离器位于其上)、由于水滴分离器的结构配置并由于各个区域的隐蔽式安装，使敞开的通流气体的横截面变窄。这使基本速度进一步提高并且导致水滴分离器的更高的入流速度。关于入流速度指的是，在水滴分离器区域中存在的或者起作用的气流速度。4.0m/s至4.5m/s的基本速度变到5.0m/s至5.5m/s的入流速度。相应地使6-8m/s的速度峰值变成7.5至10m/s，在个别情况下高达12m/s的入流速度。这个速度也对目前常见的屋顶形水滴分离器提出了过高的要求。

同时在后置于水滴分离器的热交换器中经常出现的污染问题已经使发电设备在水滴分离器效率方面敏感化。对压力损失、对运行循环周期和对特性值“水滴分离器后面水滴在烟气中的残余含量”的要求也明显尖锐化。10年前对残余含量的要求还是100至150mg/m³，而目前对于残余含量的验收值多数为30至50mg/m³。传统的屋顶形水滴分离器在这些条件下在此期间已经达到其效率极限。

两种趋势、即一方面较高的基本速度与较高的速度峰值和另一方面对分离效率的尖刻要求存在着以下需求，进一步发展迄今已知的气体洗涤器和水滴分离器。

在已知的气体洗涤器中由此实现各个水滴分离面，即设有包括支承梁和/或侧面环的支承结构，在其上定位许多水滴分离模块。模块通常是可更换的并且具有正方形或矩形的横截面。为了例如使这种气体洗涤器的成本保持较低，已经安装这种模块，只要它们配合到支承梁之间的空间中或者配合到气体洗涤器的支承梁与侧面环之间。然后将还敞开的通流横截面通过板或类似部件封闭(隐蔽式安装)，由此迫使整个气流透穿水滴分离器。但是在这种气体洗涤器中已经部分地确认气流的不足够的清洁或除湿。

发明内容

由此出发本发明的目的是，给出一种气体洗涤器，它至少部分地解决参考现有技术描述的技术问题。尤其是要给出一种高效的水滴分离器，它显示出高的分离效率。此外要给出一种水滴分离器，通过该水滴分离器借助气体洗涤器能够实现有效分离气流污染物。

这个目的通过如权利要求1特征所述的气体洗涤器以及按照权利要求5特征的水滴分离器得以实现。在从属权利要求中给出气体洗涤器以及水滴分离器的其它有利扩展结构。要指出，在权利要求中逐个所述的特征可以以任意的技术上有意义的方式相互组合并且给出本发明的其它扩展结构。

所述气体洗涤器包括至少一个水滴分离器面，它跨越气体洗涤器的横截面。该气体洗涤器还具有至少一个边缘支座和多个跨越横截面的用于支撑水滴分离器的支承梁。边缘支座和支承梁共同限定气体洗涤器的自由通流横截面。按照本发明建议，至少95％的自由通流横截面设计有可通流的水滴分离器。特别优选至少98％的自由通流横截面设计有可通流的水滴分离器。

自由通流横截面是气体洗涤器在水滴分离器面中的横截面的一部分，它不被边缘支座、支承梁和类似的用于支承水滴分离器或清洗系统的设备遮盖。换言之，自由通流横截面是气体洗涤器横截面的在去除用于支撑结构的面积分量以后保留下来的那部分。对于支承结构(支承梁和边缘支座)通常需要横截面的10至14％。因此一般得到高达86％或甚至90％气体洗涤器横截面的自由通流横截面。即，例如在需要气体洗涤器的横截面的14％用于支承结构的、和按照本发明的水滴分离器结构呈现于至少99％的自由通流横截面中的气体洗涤器中，事实上有效地利用气体洗涤器整个横截面的85.14％。也特别优选使支承结构这样构成，可靠地使气体洗涤器整个横截面的至少90％设计有水滴分离器。

因此也建议，使气体洗涤器的几乎整个横截面都用于通过设定的水滴分离器分离水滴。在此，水滴分离器定位在自由通流横截面中尤其指的是，在那里(基本上只)设置水滴分离器薄片。事实上完全特别优选的是，只是水滴分离器薄片(和所需的清洗系统或喷射系统)设置在这个自由通流横截面中，由此使所有此外所需的设备部件(悬挂系统、盖板、行走路径、固定装置等)按通流技术非关键地设置在其余横截面中。与现有技术不同，在现有技术中必要时使用其它水滴分离器面，本发明致力于尽可能有效地利用各个水滴分离器面。这一点尤其是有利的，因为由于微少地减少自由通流横截面可以避免由于隐蔽式安装(Blindsetzung)、水滴分离器的不利结构或类似问题而极大提高气体速度。通过这些措施降低气体速度，还使得水滴分离器本身可以以更高的效率工作。这一点总体上导致特别好的结果。在此，在附加利用约10％水滴分离器面时可以节省整个附加的水滴分离器面。此外可以明显提高水滴分离器的效率并由此避免在烟气路径后续设备中的运行问题。

按照气体洗涤器的一个有利的改进方案，这个气体洗涤器具有一个带有至少局部弯曲圆周的横截面，其中设有适配于至少局部弯曲圆周的水滴分离器。即，例如使水滴分离器侧面部分具有这样的形状，使它们与已知的正方形或矩形模块相比可更接近这个弯曲圆周地定位。为此在需要的情况下也可以使侧面区域局部地弯曲，但是在此优选是斜面或阶梯形凸缘。在此要考虑到，这种气体洗涤器的圆周或横截面在运行期间部分地显著地变化，这与气体洗涤器内部的热交换条件有关。因此无需特别准确地适配于圆周，以便必要时也可以补偿气体洗涤器的压缩或变形。对此气体洗涤器外形的这种不可详细预见的变化是另一原因，因此如同其在这里按照本发明建议的那样，目前已经排除使用按照本发明的横截面。

此外也建议，使水滴分离器通过一个支撑结构保持住，它基本设置在边缘支座和多个支承梁的通流阴影区(Stroemungsschatten)中。公知的是水滴分离器包括许多基本相互平行设置的水滴分离器薄片，它们固定在支撑结构中，该支撑结构相应地在侧面设置在水滴分离器薄片的端部区域中。这种支撑结构也用于固定在边缘支座和/或支承梁上。例如在已知的水滴分离器模块中支撑结构围绕边缘支座或支承梁局部地围嵌，而在这里优选使水滴分离器的支撑结构设置在边缘支座或支承梁的通流阴影区中。由此避免由于水滴分离器支撑结构本身进一步减少自由通流横截面。

按照气体洗涤器的另一扩展结构，同样设有一个用于支撑水滴分离器的支撑结构，其中所述支撑结构至少顶靠在边缘支座或多个支承梁上。优选一个结构，其中支撑结构不仅顶靠在边缘支座上，而且顶靠在支承梁上。因此尤其认为，不考虑水滴分离器基于气体洗涤器或边缘位置和/或支承梁的局部牢固固定。而是水滴分离器的放置能够使水滴分离器相对于气体洗涤器或支承结构实现一定的相对运动。这一点尤其对于这样有效地利用具有水滴分离器的气体洗涤器的横截面是有利的，以便可以在气体洗涤器运行期间补偿气体洗涤器的变化的横截面。如果将气体洗涤器的壁例如在一个方向上略微地拉紧，使得由一个圆横截面变成一个明显椭圆的横截面，则水滴分离器可能以一定程度在支承结构上往复滑动。显然，在此必需设有安全机构，它们限制水滴分离器相对于边缘支座和/或支承梁的这种相对运动。在已知的水滴分离器中，它们悬挂到支承梁之间的的平面中或悬挂到支承梁与侧面支座之间，既不能实现相对运动也不能方便地适配于变化的洗涤器外壁形状。

按照本发明的另一方面建议一种用于气体洗涤器的水滴分离器，它具有多个相互倾斜设置的水滴分离器薄片，它们通过至少两个端板固定，其中所述端板相互间是至少水平面不同的或不平行的。优选使端板相互间是水平面不同的或不平行的。“水平面不同”尤其指的是，端板设置在不同的高度水平上，或者说，水滴分离器薄片的端部固定在不同的高度水平上。“不平行”尤其指的是，端板至少部分地相互倾斜、斜面地设置，倾斜或类似地设置。优选水滴分离器的扩展结构，其中一个端板基本垂直于水滴分离器的两个邻接的侧面取向，并且一个对置的端板以至少一个与所述侧面非垂直的角度定向。

为了解释水滴分离器薄片的布置要指出，“相互倾斜设置的水滴分离器薄片”尤其是指V形的、屋顶形的、组合的V形屋顶形的和类似的水滴分离器薄片布置。换言之，在这里尤其指这样的水滴分离器，它们不具有仅仅平面的水滴分离器薄片布置。在这里对于这种复杂的水滴分离器结构首先不考虑模块结构方式。这样适配的水滴分离器尤其可以与上述的按照本发明描述的气体洗涤器相关地使用。具有关于水滴分离器薄片的倾斜结构的水滴分离器有非常高的分离效率，由此通过这种方式可以进一步提高这种气体洗涤器的效率。

正是在水滴分离器薄片的这种结构中需要相对复杂的支撑结构，它现在也还准备提供必要时非对称的或者非规则的结构。这一点允许组合这种水滴分离器，由此可以使相应的水滴分离器面更好地适配于气体洗涤器的外形或圆周。尽管这一点导致在加工成本和将这种水滴分离器定位在气体洗涤器中时的物流方面的显著增加的费用，但是由此实现的在避免由局部特别高的流速导致的问题方面的改善正是占主要地位的。

因此所述水滴分离器的另一改进方案是使多个水滴分离器薄片至少部分地构成有不同的长度。在此，以有利的方式使所有固定在端板上的水滴分离器薄片具有相同的斜度。换言之，即，例如使对置的水滴分离器薄片对具有基于水滴分离器面的在数值上相同的斜度，但是具有不同的长度。

与上述的气体洗涤器有关正有利的是，水滴分离器设计有至少一个向外定向的滑动支架。“向外”尤其指的是，滑动支架离开水滴分离器薄片指向。“滑动支架”尤其指一种支撑结构，通过它使水滴分离器可以放置在由支承梁和/或边缘支座构成的支承结构上。优选的是，只在与边缘支座接触处设置滑动支架，而相对于支承梁设有一个固定的(但是以有利的方式可拆卸的)连接。在此，这个滑动支架例如在外力作用于水滴分离器上时能够实现相对于气体洗涤器支承结构的相对运动或滑动。该滑动支架优选包括支柱和一个支承面。

此外已经证实有利的是，水滴分离器的多个水滴分离器薄片与端板焊接。为此使水滴分离器薄片优选逐个地至少部分地穿过端板的相应缺口延伸，并接着在水滴分离器薄片与缺口的接触区域内相互焊接。由此保证水滴分离器薄片相对于端板的可靠固定以及关于在内部流过的气流或液流的密封边界。

最后也建议，设有用于实现水滴分离器薄片一定斜度的高度补偿机构。对此优选认为，例如设有水滴分离器的不同高的支脚。这一点尤其用于构成水平面不同的端板。在边缘支座上正好是这种情况，因为在那里水滴分离器薄片由于适配于气体洗涤器的圆度而在长度上是不同的并因此终结在不同的高度上。

附图说明

下面借助于附图详细解释本发明和技术环境。在此要指出的是，附图示出本发明的特别优选的实施例，但是本发明不局限于此。附图中：

图1示出气体洗涤器的第一实施例，它具有适配的水滴分离模块，

图2示出水滴分离模块的实施例变型方案，如同其例如可以安装在图1中所示的气体洗涤器的中心区域内那样，

图3示出按照本发明的气体洗涤器的另一实施例变型方案的横截面图，

图4示出气体洗涤器另一实施例变型方案的在边缘支座区域内的细节，

图5示出水滴分离器的实施例变型方案，其中端板是水平面不同的，以及

图6示出水滴分离器的实施例变型方案的端板的侧视图。

具体实施方式

图1简示出一个具有水滴分离器面2的气体洗涤器1，该水滴分离器面跨越气体洗涤器1的横截面3。该气体洗涤器1具有一个环形的边缘支座4和许多跨越横截面3的用于支撑水滴分离器6的支承梁5，其中在这里支承梁5具有基本相同的取向并且相互平行地定位。这样选择支承梁5相互的距离，使得例如非阴影线表示的水滴分离模块可以支承或安置在其上面。

因此气体洗涤器1的整个几乎圆形的横截面3不能完全供通流气体使用。而是边缘支座4和支承梁5形成通流阴影区或者说通流阻力，它例如是气体洗涤器的横截面3的10至13％。由此按照本发明使至少95％的自由通流横截面7设计有可通流的水滴分离器6。必要时例如也可以利用自由通流横截面7的至少90％通过可通流的、相应适配的水滴分离器6得到在气体洗涤器1效率方面的显著效果。

如图1所示，为此尤其设有适配于气体洗涤器1弯曲圆周8的水滴分离器6，它们在这里以阴影线表示。阴影面积也象征性地表示例如在传统设备中通过板被置于隐蔽(Blind)的区域，以防止气体未净化地穿过水滴分离器面2。在此已经偏离使用相应适配的水滴分离器6，由此尤其在待净化气流的出现的流速方面避免极度的速度峰值。

图2简示出一个水滴分离器模块，如同其例如可以安装在图1中所示的气体洗涤器的中心区域内那样。该水滴分离器6支承在两个支承梁5上，其中水滴分离器薄片11的支撑结构9设置在这些支承梁5的通流阴影区10中。通过支撑结构9保持住两个分别具有许多水滴分离器薄片11的组件，它们以相对于水平面的斜度16定位。两个组件在中间相互连接或固定。为了清洁这种水滴分离器6，附加地设有一个喷射系统18，借助于它能够洗净水滴分离器薄片11。为了净化气流沉积物并且为了去除包含在其中的湿气25，使气流在通流方向17上穿过支承梁5之间导引并且与水滴分离器薄片11接触。通流有利地成型的水滴分离器薄片11使气流和包含在其中的湿气25偏转，其中包含在气流中的小颗粒(水、沉积物等)由于其惯性不能跟随这种偏转。这些水滴碰到水滴分离器薄片上，其中在这些水滴分离器薄片11上产生向着支撑结构9的流动方向9上的液流。这种液流在支承梁5的通流阴影区10中向下继续导引。

在图3中简示出气体洗涤器1的局部放大图。在此尤其可以看到气体洗涤器1的横截面3以及通流阴影区10，它通过支承梁5和边缘支座4构成，并且它由此限定自由的通流横截面7。按照本发明在水滴分离器面2中实现水滴分离器6的这种布局，使自由通流横截面的至少90％的自由通流横截面7总体设计有可通流的水滴分离器6。

如由图3也可看出的，在这里V形或屋顶形构成的水滴分离器6在不同的水滴分离器面2中彼此相反取向地定位。但是这一点不是强制必须的，例如相同方向的定向也可以是有意义的。同样可以在水滴分离器面2中实现组合的V形和屋顶形水滴分离器6。

图4以细节图示出适配的水滴分离器6关于气体洗涤器1几乎圆形壁19的准备。壁19仍然设计有基本环形环绕的边缘支座4。此外多个支承梁5延伸到气体洗涤器1的内部区域。在这些支承梁5上定位多个水滴分离器6。水滴分离器6仍然V形地构成，因此在这里可以看到棱边20，其中两个具有倾斜水滴分离器薄片11的组件相互连接。两个不同阴影线表示的分区域分别表示V形或屋顶形的水滴分离器6。两个水滴分离器6具有两个端板12、13，其中它们相互不平行。关于第一端板12，呈现与水滴分离器的侧面基本垂直的角度(90°)，而第二端板13相应与其倾斜地设置。由此可以使水滴分离器模块6更靠近壁19定位。

图5示出按照本发明的水滴分离器6的另一实施例变型方案，它设计有多个相互倾斜设置的水滴分离器薄片11，它们通过两个端板12、13固定。为了保证相同的斜度16，以下面的形式设有高度补偿机构，即，现有的各滑动支架15相对于水平面21设计有不同的高度。由此给出两个端板12、13相互间水平面不同的布局。靠近第一端板12的第一滑动支架15设计成平放在支承梁5上。靠近第二端板13的第二滑动支架15以相同的方式活动地定位在气体洗涤器的边缘支座4上。在所示的实施例中，端板12、13相互平行地构成，但是是水平面不同的，其中一个组件的各水滴分离器薄片11设计有不同的长度14。

图6再一次示出这种具有水滴分离器薄片11的组件在端板13上的可能的固定，用于实现例如一个模块22。为此使多个水滴分离器薄片11插到端板13的相应缺口中，然后通过焊缝23持久地固定。在这里焊缝23液体密封地构成。为了支撑第二端板13设有一个滑动支架(Gleitfuss)15，它通过可以作为高度补偿机构的腿24固定在端板13上。

通过本发明可以使气体洗涤器特别多产和高效地运行。

附图标记清单

1  气体洗涤器           14  长度

2  水滴分离器面         15  滑动支架

3  横截面               16  倾角

4  边缘支座             17  通流方向

5  支承梁               18  喷射系统

6  水滴分离器           19  壁

7  通流横截面           20  棱边

8  圆周                 21  水平面

9  支撑结构             22  模块

10 通流阴影区           23  焊缝

11 水滴分离器薄片       24  腿

12 第一端板             25  湿气

13 第二端板             26  流动方向

Claims (9)

1.一种气体洗涤器(1)，具有至少一个水滴分离器面(2)，该水滴分离器面跨越气体洗涤器(1)的横截面(3)，其中气体洗涤器(1)包括至少一个边缘支座(4)和多个跨越横截面(3)的用于支撑水滴分离器(6)的支承梁(5)，它们共同限定气体洗涤器(1)的自由通流横截面(7)，其特征在于，至少95％的自由通流横截面(7)设计有可通流的水滴分离器(6)。

2.如权利要求1所述的气体洗涤器(1)，其中，所述气体洗涤器具有一个带有至少部分弯曲的圆周(8)的横截面(3)，其特征在于，设有适配于所述至少部分弯曲的圆周(8)的水滴分离器(6)。

3.如权利要求1或2所述的气体洗涤器(1)，其特征在于，所述水滴分离器(6)通过一个支撑结构(9)保持住，该支撑结构基本设置在边缘支座(4)和多个支承梁(5)的通流阴影区(10)中。

4.如上述权利要求中任一项所述的气体洗涤器(1)，其中，设有一个用于支撑水滴分离器(6)的支撑结构(9)，其特征在于，所述支撑结构(9)至少顶靠在边缘支座(4)或多个支承梁(5)上。

5.一种用于气体洗涤器(1)的水滴分离器(6)，具有多个相互倾斜设置的水滴分离器薄片(11)，这些水滴分离器薄片通过至少两个端板(12、13)固定，其特征在于，所述端板(12、13)相互间是至少水平面不同的或不平行的。

6.如权利要求5所述的水滴分离器(6)，其特征在于，所述多个水滴分离器薄片(11)至少部分地设计有不同的长度(14)。

7.如权利要求5或6所述的水滴分离器(6)，其特征在于，所述水滴分离器构成有至少一个向外定向的滑动支架(15)。

8.如权利要求5至7中任一项所述的水滴分离器(6)，其特征在于，所述多个水滴分离器薄片(11)与端板(12、13)焊接。

9.如权利要求5至8中任一项所述的水滴分离器(6)，其特征在于，设一个用于实现水滴分离器薄片(11)一定斜度(16)的高度补偿机构。

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