CN102166469B - 湿式洗涤器和清洁过程气体的方法 - Google Patents

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Abstract

湿式洗涤器(1)和使用该湿式洗涤器来清洁包含二氧化硫的过程气体的方法，湿式洗涤器包括至少一个喷淋层系统(20)，喷淋层系统(20)具有雾化喷嘴(38)，吸收液体被供应到雾化喷嘴(38)以由喷嘴(38)雾化。该方法包括至少以第一操作模式操作该喷淋层系统(20)，其中有效喷嘴密度为至少0.7个喷嘴/m2，吸收液体流量为每个喷嘴至少10m3/h，且总流量为至少30m3/h/m2。

Description

湿式洗涤器和清洁过程气体的方法
技术领域
本发明涉及利用湿式洗涤器清洁包含二氧化硫的过程气体的方法，湿式洗涤器包括至少一个喷淋层系统，该喷淋层系统具有雾化喷嘴，吸收液体被供应到雾化喷嘴且由雾化喷嘴雾化。
本发明还涉及湿式洗涤器，其能够操作用于清洁包含二氧化硫的过程气体，该湿式洗涤器包括至少一个喷淋层系统，喷淋层系统具有雾化喷嘴，雾化喷嘴能够操作用于接收吸收液体且用于利用雾化喷嘴来雾化所述吸收液体。
背景技术
燃料(诸如煤、油、泥煤、废料等)在燃烧设施(诸如发电设施)中的燃烧中，生成热过程气体，这种过程气体包含氧化硫，诸如二氧化硫，SO2，以及其它组分。二氧化硫是环境污染物。因此在过程气体可释放到大气之前，必须从过程气体移除二氧化硫的至少一部分。
US 5,620,144描述了一种湿式洗涤器，其能够操作用于从过程气体移除二氧化硫。湿式洗涤器包括竖直塔，其中布置多个雾化喷嘴。喷嘴布置于至少一个集管装置中。集管装置包括多个供应集管，每个供应集管包括多个供给管线。一个供应集管的供给管线直接位于另一供应集管的供给管线顶部。多个连接器联接到供给管线中的每一个，每个连接器支承至少一个喷嘴。一个供给管线的连接器和喷嘴相对于竖直紧邻的相邻供给管线的连接器和喷嘴交错。过程气体竖直向上穿过湿式洗涤器塔且接触由喷嘴分散的石灰石吸收液体液滴。石灰石吸收液体液滴俘获过程气体的二氧化硫且生成固体最终产物。
US 5,620,144的湿式洗涤器的缺点在于湿式洗涤器塔是一件高设备，这使之成为昂贵的投资和维护项目。而且，在燃烧各种类型和/或负载的燃料的燃烧设施中，难以控制二氧化硫移除效率以在最小多余的情况下确保合适的二氧化硫移除。例如，当二氧化硫负载较高时，二氧化硫移除能力必须较高以确保合适的二氧化硫移除。但是，当二氧化硫负载较低时，二氧化硫移除能力可较低，确保合适的二氧化硫移除同时最小化多余，例如，能量消耗、设备磨损等。
发明内容
本发明的目的是提供湿式洗涤器和使用该湿式洗涤器以利用比现有技术方法更有效的方式清洁包含二氧化硫的过程气体的方法。
这个目的通过利用竖直塔湿式洗涤器来清洁包含二氧化硫的过程气体的方法来实现，竖直塔湿式洗涤器包括带雾化喷嘴的至少一个喷淋层系统。吸收液体供应到喷淋层系统以便通过它流到雾化喷嘴。吸收液体可作为大量吸收液体液滴从雾化喷嘴喷淋。该方法包括至少以第一操作模式来操作喷淋层系统，其中喷淋层系统具有每平方米内部湿式洗涤器水平截面积至少0.7个喷嘴的有效喷嘴密度。为了计算内部湿式洗涤器水平截面积，在喷淋层系统的中点取得湿式洗涤器的水平截面且取决于其形状，即圆形，正方形，矩形等来计算该截面的面积。对于有效喷嘴密度计算，当喷嘴在湿式洗涤器内有效地喷淋时，喷嘴被认为“有效”且包括于计算中。无效(即，不喷淋)的喷嘴不包括于有效喷嘴密度计算中。因此，喷淋层系统中的有效喷嘴数量除以水平截面积等于喷淋层系统的有效喷嘴密度。在第一操作模式，喷淋层系统有效喷嘴中的每一个被供应至少10m3/h的吸收液体流量，对应于10000升/小时或者167升/分钟。至少0.7个喷嘴/m2的有效喷嘴密度和到每个有效喷嘴至少10m3/h的吸收液体流量在第一操作模式和当相乘时应得到每小时和每平方米内部湿式洗涤器水平截面积至少30m3的供应到喷淋层系统的吸收液体的基于面积的流量，在下文中被称作总流量。因此，当喷淋层系统以此第一操作模式操作时，有效喷嘴密度和每个喷嘴的流量不能都在其最小值，因为总流量将仅为每小时和每平方米7m3(0.7个喷嘴/m2×10m3/h)。过程气体应优选地以至少大约3.5m/s的过程气体竖直速度V基本上竖直向上流动通过湿式洗涤器竖直塔朝向所述喷淋层系统，如在下文中更详细地描述。
以刚描述的第一操作模式操作喷淋层系统的优点在于二氧化硫的移除非常高效。因此，由于在上文所述参数内操作的喷淋层系统的效率，喷淋层系统可容纳于更短的湿式洗涤器竖直塔中。现有技术的效率较低的喷淋层系统需要较高的湿式洗涤器竖直塔以便容纳更大量的效率较低的喷淋层系统。根据上文所述第一操作模式来操作湿式洗涤器，需要更少的喷淋层系统且因此湿式洗涤器竖直塔可较短。较短的湿式洗涤器竖直塔是非常合乎需要的，这是由于降低了与之相关的构造和维护成本。
根据一个实施例，所述喷淋层系统至少包括第一管状部分和第二管状部分，使用该喷淋层系统的方法还包括独立于供应到第二管状部分的吸收液体量来控制供应到第一管状部分的吸收液体量。此实施例的优点在于，湿式洗涤器的操作可根据被清洁的特定过程气体的二氧化硫吸收能力要求而受到更准确控制。
根据一个实施例，喷淋层系统至少包括第一管状部分和第二管状部分，其中的每一个包括基本上均匀地分布于湿式洗涤器的水平截面上的喷嘴。此实施例的优点在于，当一个管状部分切断吸收液体流动时，或者当吸收液体流量显著减小时，其它有效管状部分仍提供吸收液体在湿式洗涤器的整个水平截面上的均匀分配。
根据一个实施例，使用喷淋层系统的方法还包括控制供应到喷淋层系统的吸收液体量以在所述先前描述的第一操作模式与第二操作模式之间调整喷淋层系统的操作，所述第一操作模式为较高二氧化硫吸收能力操作模式(在下文中“HC”操作模式)，且第二操作模式为较低二氧化硫吸收能力操作模式(在下文中“LC”操作模式)。在LC操作模式中，不像在HC操作模式的情况，不满足所述操作参数(即，有效喷嘴密度、到每个喷嘴的吸收液体流率、总流量和过程气体竖直速度)中的至少一个。此实施例的优点在于，可调整喷淋层系统当二氧化硫移除要求较高时以HC操作模式操作，且当二氧化硫移除要求较低时以LC操作模式操作。因此，在较低过程气体负载和/或较低过程气体二氧化硫浓度期间，通过以LC操作模式操作湿式洗涤器喷淋层系统，可减小以能量消耗、设备磨损等形式的多余。
根据一个方法实施例，供应到喷淋层系统的吸收液体量基于在喷淋层系统上测量的过程气体压降的变化来控制。过程气体压降提供喷淋层系统以第一操作模式(即，HC操作模式)还是以第二操作模式(即，LC操作模式)操作的良好指示。
根据一个实施例，湿式洗涤器包括至少两个个别控制的喷淋层系统，每个喷淋层系统具有至少两个个别控制的管状部分。每个喷淋层系统可个别地控制以在所述HC操作模式与所述LC操作模式之间调整操作。而且，每个喷淋层系统和每个管状部分可个别地控制以将操作切换至无效模式。此实施例的优点在于，二氧化硫移除水平可很准确地受到控制以便最小化多余。例如，湿式洗涤器可以以HC操作模式操作所有喷淋层系统，以HC操作模式操作某些喷淋层系统和以LC操作模式操作某些喷淋层系统，以LC操作模式操作所有喷淋层系统，以LC操作模式操作某些喷淋层系统和以无效模式操作某些喷淋层系统，或者HC操作模式、LC操作模式和无效模式的任何所需组合，以满足在最小化多余的情况下需要的所需二氧化硫吸收能力。
根据一个实施例，所述喷淋层系统，在以HC操作模式操作时，利用有效喷嘴的至少三分之一来在竖直方向上喷淋供应到它们的吸收液体的至少一部分。此实施例的优点在于，使用本文所述的参数来在向上方向上喷淋吸收液体的至少一部分改进了在喷淋层系统处和喷淋层系统上方吸收液体和过程气体的“云团”的形成。这种云团的形成允许比其它方式可实现的吸收更大的二氧化硫吸收。
根据一个实施例，如从喷淋层系统的最低喷嘴开口至最高喷嘴开口所测量的喷淋层系统的竖直高度H小于0.75m。此实施例的优点在于喷淋层系统变得紧凑，其中所有吸收液体在几乎相同竖直层从喷淋层系统的喷嘴喷淋。在相同或至少几乎相同竖直层喷淋所有吸收液体促进了吸收液体和过程气体的“云团”的形成。如先前所提到的那样，在湿式洗涤器竖直塔中需要吸收液体和过程气体的“云团”，因为它显著地提高了湿式洗涤器的二氧化硫吸收效率。因此，在喷淋层系统的最高喷嘴开口与最低喷嘴开口之间的较短竖直距离H，优选地小于0.75m，促进高效二氧化硫移除。
根据一个实施例，喷淋层系统的有效喷嘴密度小于每平方米5个喷嘴。大于每平方米5个喷嘴的喷嘴密度倾向于增加喷淋层系统的成本，而不会改进二氧化硫吸收效率。在每平方超过5个喷嘴的有效喷嘴密度的情况下，仍能以HC操作模式操作，但不会有显著优点。
根据一个实施例，每个喷淋层系统喷嘴能够操作用于在大约0.3-2.0巴的使用水测量的喷淋压力下至少10m3/h的吸收液体流量，对应于10000升/小时，或者167升/分钟。具有这种操作能力的喷嘴的优点在于，它提供吸收液体的有效雾化，而不会有不当的功率消耗。
根据一个实施例，供应到每个有效喷嘴的吸收液体流量小于180m3/h，对应于180000升/小时，或者3000升/分钟。喷淋层系统的总流量优选地小于200m3/h/m2。此实施例的优点在于，它提供高效的二氧化硫吸收，而无需不必要的高吸收液体流量。
根据一个实施例，过程气体以小于8m/s的过程气体竖直速度基本上竖直向上地流过湿式洗涤器竖直塔朝向所述喷淋层系统。高于8m/s的更高过程气体竖直速度倾向于较强地增加在湿式洗涤器上测量的烟气压降和能量消耗，而不会进一步改进二氧化硫吸收效率。
本发明的另一目的是提供湿式洗涤器，其比现有技术湿式洗涤器更有效地从过程气体移除二氧化硫。
这个目的由能够操作用于清洁包含二氧化硫的过程气体的湿式洗涤器来实现。湿式洗涤器包括至少一个喷淋层系统，其能够操作用于接收穿过它的吸收液体流且利用雾化喷嘴来雾化所述吸收液体。喷淋层系统包括每平方米内部湿式洗涤器水平截面积至少0.7个喷嘴的有效喷嘴密度。当喷淋层系统以HC操作模式操作时，有效雾化喷嘴中的每一个分散从至少一个泵供应的至少10m3/h的吸收液体流量，对应于10000升/小时，或者167升/分钟。供应到喷淋层系统的总流量在HC操作模式应为至少30m3/h/m2。此湿式洗涤器的优点在于，它需要减小的湿式洗涤器竖直塔高度，因为喷淋层系统的移除效率得到优化。
根据一个实施例，所述喷淋层系统至少包括第一管状部分和第二管状部分。提供控制装置，用于独立于控制到第二管状部分的吸收液体的流量来控制到第一管状部分的吸收液体的流量。第一管状部分和第二管状部分中的每一个包括雾化喷嘴，雾化喷嘴基本上均匀地分布于湿式洗涤器的水平截面。此实施例的优点在于，如果一个管状部分切断吸收液体流动，那么吸收液体仍可通过其它管状部分而均匀地分配于湿式洗涤器的整个水平截面积上。
根据一个实施例，湿式洗涤器包括控制单元，用于控制吸收液体到喷淋层系统的供应。控制单元可用于在HC操作模式与LC操作模式之间调整喷淋层系统的操作。这种湿式洗涤器的优点在于，通过以最适于满足在任何给定时间所需的实际二氧化硫吸收要求的模式操作该湿式洗涤器而最小化能量消耗。
通过下文的详述和权利要求书，本发明的另外的目的和特征将会显然。
附图说明
将参看附图在下文中更详细地描述本发明，在附图中：
图1是根据第一实施例的湿式洗涤器的示意侧视图。
图2是湿式洗涤器的喷淋层系统的示意顶视图。
图3是替代喷淋层系统的示意顶视图。
图4a是在图1中示出的区域IV的放大侧视图。
图4b是示出LC操作模式的放大侧视图。
图4c是示出HC操作模式的放大侧视图。
图5是示出控制湿式洗涤器的方法的效果的示意图。
图6是根据第二实施例的湿式洗涤器的示意侧视图。
图7是示出控制图6所示的湿式洗涤器的方法的示意图。
具体实施方式
图1示出湿式洗涤器1。湿式洗涤器1能够操作用于移除呈烟气F形式的过程气体的二氧化硫含量的至少一部分，烟气F在锅炉(未图示)中产生，锅炉能够操作用于燃烧诸如煤或油的燃料。
湿式洗涤器1包括竖直开口塔2、用于待清洁的烟气F的入口4，以及用于烟气FC的出口6，从烟气FC已移除二氧化硫含量的至少一部分。
吸收液体罐8布置于竖直开口塔2底部。吸收液体罐8具备氧化装置10。新鲜的石灰石，CaCO3，从吸收剂供应装置供应到吸收液体罐8，吸收剂供应装置包括石灰石储存器12和供应管14。应了解，吸收液体罐8可替代地位于塔2的外部且石灰石的供应可替代地作为干燥粉末、浆或者两者在其它位置进入该系统。
湿式洗涤器1还包括第一循环泵16，第一循环泵16在吸收液体循环管18中从吸收液体罐8到第一喷淋层系统20循环石灰石吸收液体(有时被称作石灰石浆)，第一喷淋层系统20位于开口塔4的竖直最低处。湿式洗涤器1还包括第二循环泵22，第二循环泵22在吸收液体循环管24中从吸收液体罐8到第二喷淋层系统26循环石灰石吸收液体，第二喷淋层系统26位于开口塔2内的竖直中间，以及第三循环泵28，其在吸收液体循环管路30中从吸收液体罐8到第三喷淋层系统32循环石灰石吸收液体，第三喷淋层系统32位于开口塔2内的竖直最高处。在图1中被示出为距离CC的在第一喷淋层系统20的中点与第二喷淋层系统26的中点之间的竖直距离以及在图1中也被示出为距离CC的在第二喷淋层系统26的中点与第三喷淋层系统32的中点之间的竖直距离优选地为1.25m至3m。小于1.25m的距离CC是不太优选的，因为这样的距离倾向于造成相邻喷淋层系统之间不希望的相互作用，导致降低的二氧化硫移除效率。大于3m的距离CC是不太优选的，因为这样的距离倾向于导致洗涤器塔很高的总高度，增加投资和操作成本。
第一喷淋层系统20包括第一管状部分34和第二管状部分36。第一管状部分34包括多个流体连接的雾化喷嘴38，雾化喷嘴38细微地分配由泵16循环的石灰石吸收液体，以实现石灰石吸收液体与通过湿式洗涤器1并基本上竖直向上流到开口塔2内的烟气之间的有效接触。第二管状部分36包括多个流体连接的雾化喷嘴38。第二管状部分36的雾化喷嘴38全部或部分地为与第一管状部分34的雾化喷嘴相同或不同的类型。所有或某些雾化喷嘴38可(例如)为4CF-303120型，可购自Wheaton，Illinois，USA的Spraying Systems Co。这种类型的雾化喷嘴能够操作用于在大约0.5巴的使用水测量的喷淋压力下大约70m3/h的液体流量，对应于70000升/小时，或1170升/分钟；以及在大约1.2巴的使用水测量的喷淋压力下大约107m3/h的液体流量，对应于107000升/小时，或者1780升/分钟。
第二喷淋层系统26类似于但不等同于第一喷淋层系统20且包括第一管状部分40和第二管状部分42，第一管状部分40包括多个流体连接的雾化喷嘴38，第二管状部分42也包括多个流体连接的雾化喷嘴38。
第三喷淋层系统32类似于但不等同于第一喷淋层系统20和第二喷淋层系统26，且包括第一管状部分44和第二管状部分46，第一管状部分44包括多个流体连接的雾化喷嘴38，第二管状部分46也包括多个流体连接的雾化喷嘴38。
除雾器48位于第三喷淋层系统32上方。除雾器48移除由清洁的烟气FC夹带的吸收液体液滴的至少一部分。
在湿式洗涤器1中，在烟气中的二氧化硫SO2与石灰石CaCO3反应以形成亚硫酸钙CaSO3，亚硫酸钙CaSO3随后被氧化以形成石膏CaSO4。亚硫酸钙的氧化优选地使用氧化装置10通过使空气或氧气起泡穿过石灰石吸收液体而执行。因此，除了石灰石之外，石灰石吸收液体还包括少量的亚硫酸钙和作为主要组成部分的石膏。通过这个过程形成的石膏经由处置管50从湿式洗涤器1移除且被转送到石膏脱水单元，示意性地指示为带式过滤器52。脱水的石膏可在商业上用于(例如)壁板生产。
除了二氧化硫SO2之外，湿式洗涤器1还将从烟气至少部分地移除其它污染物。这些其它污染物的实例包括三氧化硫SO3，盐酸HCl，氢氟酸HF和其它酸污染物。另外，湿式洗涤器1还可从烟气至少部分地移除其它类型的污染物，诸如灰尘粒子和汞。
控制单元54控制湿式洗涤器1的操作参数。为此，以第一控制阀56形式的控制装置设于第一喷淋层系统20的第一管状部分34上，且以第二控制阀58形式的控制装置设于第一喷淋层系统20的第二管状部分36上。而且，在第二喷淋层系统26中，第一控制阀60设于第一管状部分40上，且第二控制阀62设于第二管状部分42上。最后，在第三喷淋层系统32中，第一控制阀64设于第一管状部分44上，且第二控制阀66设于第二管状部分46上。控制单元54个别地控制阀56、58、60、62、64和66中的每一个。
图2更详细地示出如从其顶部观察的第一喷淋层系统20。第二喷淋层系统26和第三喷淋层系统32具有与第一喷淋层系统20相同的主要设计。如在图2中可看出，第一管状部分34和第二管状部分36中的每一个具备多个流体连接的管状延伸部68。管状延伸部60形成从相应管状部分34、36延伸的“网格”。管状延伸部68中的每一个具备一个或多个流体连接的管状连接器70，每个这样的管状连接器70流体连接到雾化喷嘴38。第一管状部分34的管状延伸部68与第二管状部分36的管状延伸部68掺合。如图2所示，结果为连接到第一管状部分34的雾化喷嘴38与连接到第二管状部分36的雾化喷嘴38充分混合。同样，大约相同数量的雾化喷嘴38连接到第一管状部分34和连接到第二管状部分36。结果为如果管状部分(例如第一管状部分34)关闭，那么石灰石吸收液体通过第一喷淋层系统20的流量将减小大约一半，但流到喷淋层系统20的吸收液体将由第二管状部分36的雾化喷嘴38均匀地分配于塔2的整个水平截面上。
如图2所示，第一管状部分34具备二十二个雾化喷嘴38。而且，第二管状部分36具备二十八个雾化喷嘴38。因此，雾化喷嘴38的总数为五十个。塔2的内径di为7.15m，此直径在喷淋层系统20的中点测量。因此，在喷淋层系统20的中点测量的塔2的内部湿式洗涤器水平截面积为40m2(7.15×7.15×π/4)。因此，在图2的实例中所示的喷淋层系统20的喷嘴密度为50/40m2＝1.25个喷嘴/m2。
图3示出从其顶部观察的替代第一喷淋层系统120。第一喷淋层系统120具备第一管状部分134和第二管状部分136，第一管状部分134具备第一控制阀156，第二管状部分136具备第二控制阀158。管状部分134、136中的每一个具备多个流体连接的管状延伸部168。每个管状延伸部168基本上是直的且从其所连接的管状部分延伸且朝向相对的管状部分。因此，第一管状部分134和第二管状部分136的管状延伸部168通过以交替方式在彼此之间延伸而形成“网格”，如图3所示。管状延伸部168中的每一个具备多个流体连接的管状连接器170，每个这样的管状连接器170流体连接到雾化喷嘴138。如同图2的实施例，替代第一喷淋层系统120具有雾化喷嘴138，其流体连接到第一管状部分134且与流体连接到第二管状部分136的雾化喷嘴138充分混合。因此，如果管状部分(例如第一管状部分134)关闭，那么石灰石吸收液体通过第一喷淋层系统120的流量将减小大约一半，但仍然供应到该喷淋层系统120的吸收液体将由第二管状部分136的雾化喷嘴138均匀地分配于塔2的整个水平截面上。
图4a更详细地示出第一喷淋层系统20的两个管状部分34和36的布置。如图可见，每个管状部分34和36具备流体连接的管状延伸部68，其流体连接到管状连接70，管状连接70流体连接到雾化喷嘴38。雾化喷嘴38可相同或不同且可为“双孔口”喷嘴类型，表示吸收液体从雾化喷嘴38中的每一个从两个相反的喷嘴开口38a和38b喷淋，例如，向上和向下。在图4a所示的实施例中，第一管状部分34定位于第二管状部分36略下方，即在塔2内的两个不同水平面中。应了解，作为替代，两个管状部分34和36可定位于完全相同层，即，在塔2内的相同水平面中。作为另一替代，第一管状部分34可定位于第二管状部分36的略上方。因此，两个管状部分34、36的确切相对竖直位置并不关键。但是，第一喷淋层系统20的竖直高度H优选地小于0.75m，且更优选地小于0.5m，以便实现在下文中更详细地描述的所需效果。如图4a所描绘，竖直高度H是从喷淋层系统20的最低喷嘴开口到最高喷嘴开口测量。
图4b示出当处于较低二氧化硫吸收能力操作模式(标记为“LC”)时的第一喷淋层系统20。当移除二氧化硫的要求较低时，和/或当烟气负载较低和/或当二氧化硫负载较低时，利用LC操作模式。在LC操作模式，图1所示的控制单元54控制第一控制阀56打开，且第二控制阀58关闭。因此，也在图1中示出的第一循环泵16向第一管状部分34供应吸收液体，但并无吸收液体供应到第二管状部分36。因此，第一管状部分34的二十二个雾化喷嘴是有效的，而第二管状部分36的二十八个雾化喷嘴是无效的。因此，有效雾化喷嘴密度为22/40m2＝0.55个喷嘴/m2。如图4b所示，由第一管状部分34的雾化喷嘴38在塔2内向上且向下喷淋吸收液体。所喷淋的吸收液体接触竖直向上流动通过塔2的烟气F并从烟气F吸收二氧化硫。由喷嘴38喷淋的吸收液体形成向下流动的较大聚集，如由图4b中的流动D示意性地表示。基本上所有吸收液体，由雾化喷嘴38向上喷淋的部分和向下喷淋的部分在图1所示的吸收液体罐8中收集，它从吸收液体罐8再次泵送和循环到各个喷淋层系统。
图4c示出当处于较高二氧化硫吸收能力操作模式(标记为“HC”)时的第一喷淋层系统20。当移除二氧化硫的要求较高时，和/或当烟气负载较高时和/或当二氧化硫负载较高时，利用HC操作模式。在HC操作模式，图1所示的控制单元54控制第一阀56和第二控制阀58打开。因此，也在图1中示出的第一循环泵16向第一管状部分34和第二管状部分36供应吸收液体。因此，第一管状部分34的二十二个雾化喷嘴38是有效的，第二管状部分36的二十八个喷嘴也是有效的。因此，有效喷嘴密度为50/40m2＝1.25个喷嘴/m2。如图4c所示，由两个管状部分34和36的喷嘴38向上且向下喷淋吸收液体。所喷淋的吸收液体接触竖直向上流动通过塔2的烟气F且从烟气F吸收二氧化硫。
在HC操作模式，其在如下文将详细地描述的某些条件下执行，由喷嘴38喷淋的吸收液体相当缓慢地从烟气耗散，清除或排流。缓慢的排流导致“云团”C的形成，“云团”位于有效喷淋层系统20的周围和上方。云团C包括与不易于排流的烟气F混合的吸收液体。因此，云团C几乎类似于鼓泡床。吸收液体与烟气F在云团C中的强烈混合导致增加的二氧化硫吸收水平和因此从烟气F有效地移除二氧化硫。吸收液体最终也从云团C作为流动D排流。但是，吸收液体在从云团C排流之前在云团C中具有比较长的平均驻留时间。
在HC操作模式，当符合下面的参数时，在第一喷淋层系统20中获得云团C：每平方米内部湿式洗涤器水平截面积至少0.7个喷嘴的有效喷嘴密度；以及每个有效喷嘴至少10m3/h的吸收液体流率。而且，至少0.7个喷嘴/m2的有效喷嘴密度和到每个有效喷嘴至少10m3/h的吸收液体流量在HC操作模式和当相乘时应得到，每小时和每平方米内部湿式洗涤器水平截面积至少30m3的供应到喷淋层系统的吸收液体的基于面积的流量，在下文中被称作总流量。因此，当喷淋层系统在HC操作模式操作时，有效喷嘴密度和每个喷嘴的流量不能都处于其最小值，因为总流量将仅仅为每小时和每平方米7m3(0.7个喷嘴/m2×10m3/h)。因此，例如，具有7.15米内径的塔2具有40m2的内部湿式洗涤器水平截面积。每个喷淋层系统应优选地配备至少0.7个喷嘴/m2。在塔2的情况下，这将为在HC操作模式有效的0.7个喷嘴/m2×40m2＝28个喷嘴。而且，当以HC操作模式操作时，到每个这样的有效喷嘴的吸收液体的流量Q，应优选地为每喷嘴每小时至少10m3吸收液体，对应于至少10000升/小时，或者每喷嘴167升/分钟。另外，至少30m3/h/m2的总流量优选地供应到以HC操作模式操作的每个喷淋层系统的所述有效喷嘴。因此，在塔2的情况下，供应到以HC模式操作的每个喷淋层系统的液体量应优选地为至少30m3/h/m2×40m2＝1200m3/h。应了解，如果要实现HC操作模式，两个参数，即，有效喷嘴密度和每个有效喷嘴的吸收液体流量不能同时都设置为以其操作范围内的最小值操作。因此，如果(例如)有效喷嘴密度为每平方米0.7个喷嘴，那么每个喷嘴的吸收液体流量必须为至少42.9m3/h，以实现至少30m3/h/m2的最小所需总流量。
现参看图2的实例，在HC操作模式下有效的喷嘴数量是50，且如上文所述的内部截面积是40m2。因此，有效喷嘴密度是每平方米1.25个喷嘴。HC操作模式的所需总流量是至少30m3/h/m2。因此，对于30m3/h/m2的总流量与40m2的截面积，喷淋层系统的所需吸收液体流量为1200m3/h，即30m3/h/m2×40m2＝1200m3/h。使用每个有效喷嘴最小吸收液体流量10m3/h，喷淋层系统20的50个有效喷嘴在HC操作模式得到吸收液体流量50个喷嘴×10m3/h/喷嘴＝500m3/h，这是不够的。对于每个喷淋层系统50个喷嘴和塔2的40m2的截面积，以HC模式操作需要每个喷嘴最小流量24m3/h(计算为吸收液体总量1200m3/h除以50个喷嘴，或者为总流量30m3/h/m2除以每平方米1.25个喷嘴)。
另外，向上流动通过竖直塔2靠近喷淋层系统20的烟气的竖直速度V是在喷淋层系统20的中点的烟气的通畅竖直速度。由于烟气的竖直速度V是通畅速度，它与管状部分34、36、喷嘴38等造成的堵塞无关。因此，烟气的通畅竖直速度V不能直接在实际喷淋层系统20的中点测量，但可由气体速度计恰好在喷淋层系统20的上游或下游，例如在如图4c所示的点P间接地测量。烟气的通畅竖直速度V可替代地如下计算：例如在喷淋层系统恰好下方的点P处测量或者从总体设施控制系统获得在塔2中的测量气体流量，且将这样测量的以m3/s为单位的气体流量除以塔2的内部湿式洗涤器水平截面积(如在喷淋层系统20的中点测量，以m2为单位)，以获得在喷淋层系统20的中点处以m/s为单位的烟气的通畅竖直速度V。烟气通畅竖直速度V是在点P的喷淋层系统恰好下方流行的实际气体温度、实际气体压力和实际气体组成下测量的实际气体速度。这与喷淋层系统本身的内部结构无关且也与塔2中向下排流的液体无关地计算。因此，使用先前所描述的HC操作模式的参数，可通过使3.5m/s的优选最小烟气竖直速度与水平截面积40m2相乘来计算塔2中以m3/s为单位的优选最小烟气流量。因此，在HC操作模式在塔2中的最小烟气流量将优选地为至少140m3/s，即3.5m/s×40m2＝140m3/s。
当上文所示的操作参数实现于具体喷淋层系统时，该喷淋层系统被认为以HC操作模式操作，导致显著增加的二氧化硫吸收。
图5示出图1所示的控制单元54可如何用于控制湿式洗涤器1的一个实例。图5的图解示出相对于时间(以小时为单位，X轴)的二氧化硫移除效率(％，Y轴)。实线描绘了根据本发明方法的实例的湿式洗涤器的操作。始于T0，控制单元54关闭第一喷淋层系统20、第二喷淋层系统26和第三喷淋层系统32中每一个的第二管状部分。因此，在阀58、62和66关闭的情况下，吸收液体仅供应到管状部分34、40和44。在低锅炉负载期间或者在燃烧低硫含量煤时，这可对湿式洗涤器操作为典型的。在所描述的参数下湿式洗涤器的二氧化硫移除效率在96％的范围。因此，在此LC操作模式，所有三个喷淋层系统20、26、32仅使其相应第一管状部分34、40和44操作。在仅第一管状部分34、40、44操作的情况下，每个喷淋层系统的总共五十个可用雾化喷嘴38的仅二十二个(如在图2中描绘)是有效的且操作的。因此，在此实例中且在T0，处于LC操作模式的相应喷淋层系统的有效喷嘴密度等于22/40m2＝0.55个喷嘴/每平方米内部水平湿式洗涤器截面积。每个这样的有效喷嘴的吸收液体流量Q例如为每小时25m3吸收液体，使用22个喷嘴(22个喷嘴×25m3/h＝550m3/h)，对应于仅13.75m3/h/m2(即，550m3/h/40m2＝13.75m3/h/m2)的总流量。因此，在时间T0，未满足有效喷嘴密度和吸收液体基于面积的流量的HC操作模式参数，并且每个喷淋层系统以LC操作模式进行操作。
在时间T1，锅炉被完全加载或者用于燃烧高硫含量煤。锅炉条件的这种变化导致湿式洗涤器二氧化硫移除从大约96％降低至大约91％。因此，在控制单元54内的指示器传感二氧化硫移除效率的降低且自动地改变湿式洗涤器内的参数。为此，控制单元54使第三喷淋层系统32的第二管状部分46的阀66打开。因此，在T2，阀66打开。
在时间T2，第三喷淋层系统32的操作条件转至其HC操作模式。因此，第三喷淋层系统32以至少0.7个喷嘴/m2的有效喷嘴密度，每个这样的有效喷嘴至少10m3/h的吸收液体流量Q，至少30m3/h/m2的总流量和在喷淋层系统32的恰好下方的点P至少大约3.5m/s的通畅烟气竖直速度V来操作。当应用于图2的实例时，处于HC操作模式的有效喷嘴密度将等于1.25个喷嘴/m2，即，50个喷嘴/40m2＝1.25个喷嘴/m2。例如每个有效喷嘴吸收液体流量25m3/h得到总流量31.25m3/h/m2，即，1.25个喷嘴/m2×25m3/h＝31.25m3/h/m2。因此，假定符合烟气竖直速度参数，在时间T2后，对于第三喷淋层系统32，满足HC操作模式的所有条件。这些条件导致在第三喷淋层系统32周围和上方形成吸收液体和烟气的“云团”，如图4c所示。如图5所描绘，二氧化硫移除效率在时间T2从大约91％增加至大约94％。
在时间T3，控制单元54传达二氧化硫移除效率仍太低的信号。因此，控制单元54在时间T3使第二喷淋层系统26的第二管状部分42的阀62打开。因此，第二喷淋层系统26进入其HC操作模式，且在第二喷淋层系统26周围和上方形成吸收液体和烟气的云团。在第三喷淋层系统32和第二喷淋层系统26以HC操作模式操作的情况下，二氧化硫移除在时间T3增加至97.5％。97.5％的二氧化硫移除效率关于环保部门所规定的排放要求有时将是足够的。但是，在时间跨度T1至T3期间，二氧化硫移除效率略低于所需效率。为了补偿此时期的较低的二氧化硫移除，且为了降低湿式洗涤器的二氧化硫排放的24小时滚动平均量，控制单元54在时间T4使第一喷淋层系统20的第二管状部分36的控制阀58打开。因此，第一喷淋层系统20进入其HC操作模式，且在第一喷淋层系统20周围和上方形成吸收液体和烟气的云团。在所有三个喷淋层系统20、26和32以其HC操作模式操作的情况下，湿式洗涤器二氧化硫移除在时间T4增加至99％。在时间T5，控制单元54传达二氧化硫排放的24小时滚动平均量再次在所需限度内且使阀58关闭。在阀58关闭的情况下，第一喷淋层系统28返回到其LC操作模式，而第三喷淋层系统32和第二喷淋层系统26保持以其HC操作模式操作。
图5还以虚线描绘了现有技术方法。在现有技术方法中，吸收液体和烟气流的流量与针对在图5中以实线描绘的本发明所描述的相同。但是，现有技术方法并不提供HC操作模式。因此，根据现有技术方法，从未形成吸收液体与烟气的“云团”。如图5所示，对于现有技术方法，二氧化硫移除效率在时间T2为大约92％，在时间T3为大约93.5％且在时间T4为大约94％。如也在图5中关于现有技术方法所示，不可达到所需移除效率，例如97.5％。为了达到97.5％的二氧化硫移除效率，将必须修改现有技术方法以便能向湿式洗涤器供应更多吸收液体。为了向湿式洗涤器供应额外吸收液体，必须修改该设备以将喷淋层系统添加到总共四个、五个或甚至六个单独的喷淋层系统。现有技术方法的总共四个、五个或甚至六个单独的喷淋层系统将需要修改湿式洗涤器竖直塔到显著更高以容纳所有喷淋层系统，导致增加的投资、操作和维护成本。
如上文参看图5所述，第三和最上方的喷淋层系统32首先转换成HC操作模式。应了解，也可能并且有效的是，首先使第一喷淋层系统20或第二喷淋层系统26转换成HC操作模式。
图6示出根据替代实施例的湿式洗涤器201。湿式洗涤器具有塔202，塔202包括三个喷淋层系统，为了保持本文的说明清楚起见，在图6中仅示出其中的第一下部喷淋层系统220。第一喷淋层系统220包括第一下部管状部分234和第二上部管状部分236。管状部分234、236可典型地具有在上文中参考图2和图3所示的设计。管状部分234、236中的每一个携带多个雾化喷嘴238。第一循环泵216能够操作用于从吸收液体罐208经由第一吸收液体循环管218向第一管状部分234供应吸收液体。吸收液体罐208位于塔202的底部。第二循环泵217能够操作用于从吸收液体罐208经由第二吸收液体循环管219向第二管状部分236供应吸收液体。控制单元254能够操作用于控制第二循环泵217的操作。因此，当喷淋层系统220要以LC操作模式操作时，控制单元254可停止泵217。当喷淋层系统220要以HC操作模式操作时，控制单元254使泵217启动且调整泵的每分钟转数(rpm)为HC操作模式的有效速率，如在上文所述。因此，第二泵217将充当控制装置，其独立于吸收液体到第一管状部分234的流量控制吸收液体到第二管状部分236的流量。任选地，控制单元254也可控制第一泵216的操作。
如图6所示，第一压力换能器P1定位于第一喷淋层系统220下方，且第二压力换能器P2定位于第一喷淋层系统220上方。控制单元254能够操作用于从两个压力换能器P1和P2接收信号。通过比较来自两个压力换能器P1和P2的信号，控制单元254传感喷淋层系统220上的烟气压降，且基于该烟气压降来控制由第二泵217供应的吸收液体量以实现形成如图4c所示的上文所提到的“云团”C所必需的希望参数。
图7示出在x轴由泵217供应以m3/h为单位的吸收液体流率与在Y轴如先前关于图6所述测量的在第一喷淋层系统220上的以帕斯卡为单位的烟气压降之间的相关性。图7示出以恒定烟气F流量在喷淋层系统220上所测量的压降。因此，在图7中所描绘的压降仅受到吸收液体供应到喷淋层系统220的速率影响，而不受进入湿式洗涤器的烟气流量的任何变化影响。如图7所描绘，在压降与吸收液体流量之间的关系最初略微为线性的。在吸收液体流量L1，压降开始相当迅速地增加。这指示吸收液体和烟气的所需“云团”C的形成开始。在吸收液体流量L2，云团C完全形成，导致增强的二氧化硫移除，其在上文中关于图5描述。如图7所示，在吸收液体流量L2，在吸收液体流量与压降之间的关系恢复相当线性的特性。在吸收液体流量L3，压降开始再次急剧地增加到不可接受的高水平。这种高水平被认为是不可接受的，此归因于将烟气转送通过塔所需的显著的功率消耗需求。控制单元254基于来自图6所示的压力换能器P1、P2的输入来控制由第二泵217供应的吸收液体流量至恰好高于吸收液体流量L2，因此生成吸收液体和烟气的有利云团C，而不会造成不当压降。因此，由压力换能器P1、P2在喷淋层系统220上测量的烟气压降用作关于喷淋层系统220以HC操作模式还是以LC操作模式操作的指示。应了解，可对于各种烟气流量准备具有在图7中描绘的类型的曲线，使得在判断喷淋层系统220以HC操作模式还是以LC操作模式操作时考虑烟气流量变化。
应了解，图1所示的控制单元54也可用于根据与关于图7所描述的原理类似的原理来控制与管状部分34、36、40、42、44和46相关的阀56、58、60、62、64和66，以实现HC操作模式，而不会造成不当的烟气压降。
应了解，在所附权利要求书的范围内，上文所述的实施例的许多变型是可能的。
在上文中，描述了每个喷淋层系统包括两个管状部分，例如，第一管状部分34和第二管状部分36。应了解，一个或多个喷淋层系统可具备可个别控制的三个或更多个管状部分。
在上文中描述了湿式洗涤器用于从以在煤或油的燃烧中生成的烟气形式的过程气体移除二氧化硫。应了解，湿式洗涤器同样非常适于从其它类型的过程气体移除二氧化硫和类似硫污染物。一个实例是以在诸如工业、城市或危险废料的废料焚化中生成的烟气形式的过程气体。上文所述的湿式洗涤器非常适于可能在废料焚化期间预期的变化的二氧化硫浓度。湿式洗涤器还非常适合于从其它类型的过程气体，包括在冶金过程中生成的过程气体等，移除二氧化硫和类似硫污染物。
在上文中描述了湿式洗涤器1包括竖直开口塔2。应了解，湿式洗涤器也可包括具有各种插入件(诸如托盘)的塔。这种托盘的实例公开于US 5,246,471中。
在上文中描述了雾化喷嘴为双孔口型，被定向成向上和向下喷淋。应了解，也可利用其它喷嘴类型。例如，在整个喷淋层系统中可利用仅向上喷淋的雾化喷嘴，仅向下喷淋的雾化喷嘴，仅向侧部喷淋的雾化喷嘴或者其某些组合。而且，也能在喷淋层系统的第一管状部分上具有仅向下喷淋的雾化喷嘴，和在喷淋层系统的第二管状部分上具有仅向上喷淋的雾化喷嘴。其它这样的组合和变型也是可能的。
总之，清洁包含二氧化硫的过程气体的方法包括利用湿式洗涤器1，湿式洗涤器1包括至少一个喷淋层系统20，喷淋层系统20具有雾化喷嘴38，吸收液体被供应到雾化喷嘴38以由喷嘴38雾化。该方法包括以至少HC操作模式来操作喷淋层系统20，其具有每平方米内部湿式洗涤器水平截面积至少0.7个喷嘴的有效喷嘴密度。向所述喷淋层装置20的有效喷嘴38中每一个供应至少10m3/h的吸收液体流量。有效喷嘴密度和吸收液体到喷淋层系统的每个有效喷嘴的供应在相乘时得到至少30m3/h/m2的总流量。
虽然参考多个优选实施例描述了本发明，本领域技术人员应了解，在不偏离本发明的范围的情况下可做出各种变化且等效物可用于替换本发明的元件。此外，可做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教导内容，而不偏离本发明的本质范围。因此，预期本发明并不限于公开为所设想的执行本发明的最佳实施方式的具体实施例，而是本发明将包括属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，术语第一、第二等的使用并不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元件与另一个元件。

Claims (1)

1.一种利用湿式洗涤器来清洁包含二氧化硫的过程气体的方法，包括：
通过所述湿式洗涤器的至少一个喷淋层系统的有效喷嘴来雾化吸收液体，其中，所述至少一个喷淋层系统中的每一个至少包括第一管状部分和第二管状部分，所述第一管状部分配备有基本上均匀地分布于所述湿式洗涤器的水平截面上的喷嘴，并且所述第二管状部分配备有基本上均匀地分布于所述湿式洗涤器的整个水平截面上的喷嘴，
独立于供应到所述第二管状部分的吸收液体量来控制供应到所述第一管状部分的吸收液体量，
至少以第一操作模式来操作所述湿式洗涤器，其中喷淋层系统有效喷嘴密度为至少0.7个喷嘴/m2，
向每个喷淋层系统的有效喷嘴供应至少10 m3/h的吸收液体流量，以及
对于至少3.5 m/s的竖直速度的过程气体，向所述喷淋层系统供应至少30 m3/h/m2的吸收液体总流量。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湿式洗涤器至少包括第一管状部分和第二管状部分，所述第一管状部分和第二管状部分中的每一个配备基本上均匀地分布于所述湿式洗涤器的水平截面上的喷嘴。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述喷淋层系统以第一较高吸收能力操作模式操作与以第二较低吸收能力操作模式操作之间控制供应到所述喷淋层系统的吸收液体量。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于在所述喷淋层系统上的测量的过程气体压降，控制供应到所述喷淋层系统的吸收液体量。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湿式洗涤器包括至少两个喷淋层系统，所述至少两个喷淋层系统中的每一个能够个别地控制以在所述第一操作模式与第二操作模式之间转换个别喷淋层系统的操作。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，处于所述第一操作模式的所述喷淋层系统利用所述喷嘴的至少三分之一来在向上方向上喷淋供应到它们的吸收液体的至少一部分。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷淋层系统的竖直高度小于0.75m。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷淋层系统的有效喷嘴密度小于每平方米5个喷嘴。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个喷嘴能够操作用于在0.3-2.0巴的水喷淋压力下雾化至少10m3/h的吸收液体流量。
10. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，供应到每个喷嘴的吸收液体流量小于180 m3/h，总流量小于200 m3/h/m2。
11. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过程气体具有小于8 m/s的竖直速度。
12. 一种用于清洁包含二氧化硫的过程气体的湿式洗涤器，包括：
至少一个喷淋层系统，其具有喷嘴用于接收吸收液体和雾化所述吸收液体，其中，所述至少一个喷淋层系统中的每一个至少包括第一管状部分和第二管状部分，所述第一管状部分配备有基本上均匀地分布于所述湿式洗涤器的水平截面上的喷嘴，并且所述第二管状部分配备有基本上均匀地分布于所述湿式洗涤器的整个水平截面上的喷嘴，
控制装置，其用于独立于供应到所述第二管状部分的吸收液体的流量来控制到所述第一管状部分的吸收液体的流量，
其中，有效喷嘴密度为至少0.7个喷嘴/m2，吸收液体流量为每个有效喷嘴至少10m3/h，且到所述喷淋层系统的吸收液体的总流量为至少30 m3/h/m2。
13. 根据权利要求12所述的湿式洗涤器，其特征在于，所述喷淋层系统至少包括第一管状部分和第二管状部分，和控制装置，其用于独立于供应到所述第二管状部分的吸收液体的流量来控制到所述第一管状部分的吸收液体的流量，所述第一管状部分和所述第二管状部分中的每一个流体连接到基本上均匀地分布于所述湿式洗涤器的水平截面上的喷嘴。
14. 根据权利要求12所述的湿式洗涤器，其特征在于，还包括控制单元，其能够操作用于控制吸收液体到所述喷淋层系统的供应，以使所述喷淋层系统的操作在第一较高吸收能力操作模式与第二较低吸收能力操作模式之间转换。
15. 根据权利要求12所述的湿式洗涤器，其特征在于，所述喷淋层系统的竖直高度小于0.75m。
16. 根据权利要求12所述的湿式洗涤器，其特征在于，在所述喷淋层系统的第一较高吸收能力操作模式中，所述喷淋层系统的喷嘴的至少三分之一在向上方向上喷淋供应到它们的吸收液体的至少一部分。
17. 根据权利要求12所述的湿式洗涤器，其特征在于，所述湿式洗涤器能够操作用于具有至少3.5 m/s的竖直速度的过程气体。
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