CN101810981B - 一种高效低阻的错流式移动床脱硫塔 - Google Patents
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Abstract
本专利公开了一种高效低阻的错流式移动床脱硫塔，包括一脱硫塔主体，以及设置在所述主体上的进气烟道与出气烟道，设置在所述主体下方的出料斗，所述脱硫塔主体包括设置在中间的进气室、设置在所述进气室两侧的活性焦层、分别设置在所述活性焦层侧面的出气室、所述进气烟道与所述进气室连接，所述进气室与所述活性焦层导通，所述活性焦层与所述出气室导通，所述出气室的顶端通过至少一对导通烟道与所述出气烟道连接。这种装置烟气处理量大、阻力低、气流分布均匀、可显著提高脱硫效率。
Description
技术领域
本专利涉及一种为电厂锅炉、冶金以及化工行业废气进行脱硫的活性焦干法脱硫塔，尤其涉及一种对各种含SO2工业废烟气进行脱硫并可实现硫资源化的错流式移动床脱硫塔。
背景技术
烟气脱硫是目前世界上控制SO2污染的主要手段。目前电力及冶金行业大多采用石灰石-石膏湿式脱硫工艺，该方法采用石灰石作为脱硫剂，脱硫产物为石膏。然而该工艺过程中存在耗水量大，脱硫石膏因无法利用致使大量堆积造成二次污染以及硫资源浪费等问题，随着节能减排及循环经济理念的深入，该工艺的使用在很大部分地区受到了一定程度的限制。
活性焦干法脱硫工艺采用活性焦作为吸附剂，在一定温度条件下，活性焦吸附烟气中SO2、氧和水蒸气，在活性焦表面活性点的催化作用下SO2氧化为SO3，SO3与水蒸汽反应生成硫酸，吸附在活性焦的表面上。吸附后的活性焦高温加热解析生成SO2、CO2和H2O等，气体中SO2含量20％～40％可以根据需要加工为硫酸、单质硫等化工产品，脱附后的活性焦可以循环使用。该工艺过程基本不消耗水，活性焦可循环使用，脱硫效率高，系统阻力低，可回收硫资源等优点越来越被广泛的应用在电力、冶金及化工行业。
吸附式脱硫塔是活性焦干法脱硫工艺的核心设备，工业应用较多的是固定床脱硫塔和移动床脱硫塔，其中固定床脱硫塔的间歇式操作方式不能适应处理大烟气量情况，而移动床脱硫塔具有处理烟气量大、阻力低等特点得到广泛的应用。按照烟气与活性焦接触方式移动床脱硫塔又可分为并流、逆流以及错流三种形式，错流移动床集逆流移动床和径向固定床反应器的优点于一体，该床型由于气体与固体的流路分离，便于气固相的分离处理；它的优点是气固接触面积大、处理气量大、压降小、催化吸附反应速率快，且为采用小颗粒的催化剂提高空间速度创造了条件，从而提高了设备的空时产率。
目前的错流式移动床脱硫塔采用侧进侧出进气方式，见附图1，进气烟道7从一侧进气，进入进气室6，活性焦层2从上而下有移动的活性焦移动，烟气从进气室6穿过活性焦层2进入到位于两边的出气室3，然后汇聚后再从另一侧的出气烟道1排出。这种结构的错流式移动床脱硫塔存在的问题如下：
1、进出口烟道(1、7)为两侧布置，整体结构不够紧凑，占地面积较大，无法适应场地有限制的情况。
2、现有技术中的进气方式存在一定缺陷，一方面由于进气烟道7无导流装置难以保证进气室6内气流分布的均匀性，而且容易在进气烟道内产生涡流，从而增加系统阻力；另一方面由于活性焦从上而下落下，最上层的活性焦吸附能力较强，越向下活性焦吸附能力越弱，但是烟气是从侧面进入，与活性焦层2进行接触，这样沿活性焦层2高度方向上的烟气负荷分布无法与该方向上活性焦的吸附能力相匹配，从而导致难以获得较高的脱硫效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效低阻的错流式移动床脱硫塔，这种装置烟气处理量大、阻力低、气流分布均匀、可显著提高脱硫效率。
为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种高效低阻的错流式移动床脱硫塔，包括一脱硫塔主体，以及设置在所述主体上的进气烟道与出气烟道，设置在所述主体下方的出料斗，所述脱硫塔主体包括设置在中间的进气室、设置在所述进气室两侧的活性焦层、分别设置在所述活性焦层侧面的出气室、所述进气烟道与所述进气室连接，所述进气室与所述活性焦层导通，所述活性焦层与所述出气室导通，所述出气室的顶端通过至少一对导通烟道与所述出气烟道连接。
作为本技术方案的进一步改进，所述进气烟道设置在所述脱硫塔主体的底端，所述出气烟道设置在所述脱硫塔主体的顶端。
作为本技术方案的进一步改进，所述进气烟道内设置至少一个导流板。本专利中采用三个导流板。进一步地，所述导流板包括用于对气流进行转向的弧形段与用于对转向后的气流进行稳流的直边形段。
作为本技术方案的进一步改进，所述导通烟道设置在所述活性焦层的上方，所述出气烟道设置在所述进气室的上方，所述出气室、所述导通烟道、所述出气烟道这三者的顶端均处于同一水平面使所述脱硫塔主体顶部为一平面。
进一步地，所述脱硫塔主体为类似长方体，所述导通烟道为3对，所述导流板为3个。
进一步地，所述导通烟道与所述出气室及所述出气通道围成4个活性焦堆料区。
更进一步地，所述堆料区的纵截面为上窄下宽的梯形形状。
本发明的脱硫塔采用类似长方体形，矩形截面，烟气过流面积大，通过在进气室两侧分别设置活性焦层及出气层，可满足工业过程中处理大烟气量的情况，现有的脱硫塔往往高数十米，施工时往往需要现场制作，安装，费时费力，本专利的整个装置中每个部件均可以直接组装连接，结构简单紧凑，容易实现模块化生产，这样安装方便快捷，维修也极为方便。
脱硫塔进气方式一般有三种：侧向进气、顶部进气底部出气，底部进气顶部出气，对这三种进气方式采用流场数值模拟计算，结果表明采用底部进气顶部出气方式下的烟气从底部进气后沿活性焦流动方向过床流速逐渐减小，而活性焦从上而下的吸附能力正好由强而弱，这样接近顶部流速相对较高的烟气与吸附能力较强的新鲜活性焦可迅速接触发生吸附反应，而接近底部流速相对较低的烟气则与活性焦可以缓慢而充分的接触反应，从而实现了合理分配沿活性焦层高度方向的烟气负荷，匹配了不同床层高度上的活性焦吸附能力，实现了活性焦吸附能力最大化，大大提高系统的脱硫效率。
同时在脱硫塔底部进气烟道内设置导流板，导流板的形状及安装位置根据优化计算设计出来，可确保沿塔长度方向上进气室及活性焦层内烟气流速分布均匀，避免发生气流漩涡及烟气短路等流场缺陷。出气室后的导通烟道流通面积大，烟气流速低，汇合过程压力损失小，导致整个脱硫塔整体阻力低。
脱硫塔活性焦层除去顶部堆料段外分别有三处空腔，为充分利用空间，实现脱硫塔结构的紧凑化，将此三处空腔制作为导通烟道，对称的两侧出气室顶部烟气分别经多对并联烟道后汇集到位于进气室顶部的出气烟道后流出脱硫塔。导通烟道顶部、出气烟道顶部、出气室三者顶部平齐为一水平面，脱硫塔整体为类似长方体，这样顶部平面可作为检修平台，结构紧凑规整。
附图说明
图1为现有技术中脱硫塔的结构示意图；
图2为本专利脱硫塔的结构示意图；
图3为图2的纵截面剖面图；
图4为图2的A-A剖面图；
图5为图2的B-B剖面图；
图6为本专利装置的模块化组装示意图；
图中标号说明：
1-出气烟道 2-活性焦层 3-出气室 4-导通烟道 5-堆料区
6-进气室 7-进气烟道 8-出料斗 9-导流板
具体实施方式
现结合附图与具体实施方式对本专利做进一步详细说明：
实施例一：
本实施例为使用在冶金行业环境集烟系统的脱硫塔，如图2所示，脱硫塔主体由进气室6、活性焦层2、出气室3、出料斗8、顶部导通烟道4、进气烟道7及出气烟道1组成。环集烟气温度为60℃，直接自进气烟道7经弧形直边导流板9导向后向上流动进入进气室3，分流后侧向穿越两侧对称的活性焦层2，活性焦受重力作用从加料口经堆料区5以一定速度向下移动，与侧向流入的烟气形成错流接触，发生吸附反应脱除其中绝大部分有害气体SO2，脱硫后的烟气流入出气室3经过两侧导通烟道4汇合进入出气烟道7流出脱硫塔，吸附饱和的活性焦向下流动进入底部出料斗8。
参阅图3，底部进气烟道7内设置多块弧形直边导流板9，一方面对进气烟道7流入的烟气合理导向，消除漩涡流；另外导流板9可起到合理分配沿吸收塔长度方向的烟气负荷，实现在该方向上烟气流场的均布。
参阅图4、图5，可以清楚的看出本专利装置的具体结构，结合图6，可以看出，本专利装置中，活性焦层2上方设置有导通烟道4，导通烟道4与出气室3、出气通道1分别围成四个堆料区5，堆料区5的纵截面或者为上窄下宽的梯形形状或者为长方形，设置成截面为梯形的堆料区主要是考虑实际使用中堆料的具体情况，这样充分利用堆料空间。
本专利装置的一个显著特点是模块化，参见图6，实际使用中，脱硫塔的高度一般为数十米，整体建造费时费力，如果采用模块化生产，则极为方便快捷，如图6，将整个脱硫塔分为上中下三组，每组约4米高度，分别将活性焦层2、出气室3组装到位于中央的进气室6上，对于最上面的这组，将出气烟道1组装到进气室6上，将导通烟道4分别组装到出气室3与出气烟道1之间，然后将中间这组叠置到下面这组上，将上面那组叠置到中间这组上，结合部位可以采用焊接或者密封固定的方式。
实施结果表明，该脱硫塔内流场分布合理，沿床高方向自上而下呈递减趋势的烟气分布形式对吸附反应十分有利，系统脱硫效率比现有技术中的脱硫塔可提高2-5％。脱硫塔系统阻力下降50-100Pa，脱硫系统风机能耗显著下降。
实施例二：
本实施例为一硫酸制备装置尾部使用本发明的脱硫塔进行烟气脱硫，脱硫塔的整体结构如实施例1，增湿降温后的烟气进入脱硫塔经活性焦吸附后脱除SO2，脱硫效率可达95％以上，而现有技术的脱硫塔的脱硫效率一般只有90％左右。
本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本专利内容，不应理解为是对本专利保护范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护范围。
Claims (7)
1.一种高效低阻的错流式移动床脱硫塔，包括一脱硫塔主体，以及设置在所述主体上的进气烟道与出气烟道，设置在所述主体下方的出料斗，其特征在于：所述脱硫塔主体包括设置在中间的进气室、设置在所述进气室两侧的活性焦层、分别设置在所述活性焦层侧面的出气室、所述进气烟道与所述进气室连接，所述进气室与所述活性焦层导通，所述活性焦层与所述出气室导通，所述出气室的顶端通过至少一对导通烟道与所述出气烟道连接，所述进气烟道设置在所述脱硫塔主体的底端，所述出气烟道设置在所述脱硫塔主体的顶端。
2.根据权利要求1所述高效低阻的错流式移动床脱硫塔，其特征在于：所述进气烟道内设置至少一个导流板。
3.根据权利要求2所述高效低阻的错流式移动床脱硫塔，其特征在于：所述导流板包括用于对气流进行转向的弧形段与用于对转向后的气流进行稳流的直边形段。
4.根据权利要求1至3任一权项所述高效低阻的错流式移动床脱硫塔，其特征在于：所述导通烟道设置在所述活性焦层的上方，所述出气烟道设置在所述进气室的上方，所述出气室、所述导通烟道、所述出气烟道这三者的顶端均处于同一水平面使所述脱硫塔主体顶部为一平面。
5.根据权利要求4所述高效低阻的错流式移动床脱硫塔，其特征在于：所述脱硫塔主体为类似长方体，所述导通烟道为3对，所述导流板为3个。
6.根据权利要求5所述高效低阻的错流式移动床脱硫塔，其特征在于：所述导通烟道与所述出气室及所述出气通道围成4个活性焦堆料区。
7.根据权利要求6所述高效低阻的错流式移动床脱硫塔，其特征在于：所述堆料区的纵截面为上窄下宽的梯形形状。
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