CN102350198A - 烟气折流型双浆液池吸收塔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烟气折流型双浆液池吸收塔，其特征在于吸收塔内部由挡板分隔为独立的预洗涤区浆液池和吸收区浆液池，对应的上部气液接触区被分隔为预洗涤区和吸收区，挡板距离塔顶一定距离，塔顶布置导流叶片；出口烟道内设置除雾器；预洗涤区浆液池的浆液pH值低于吸收区浆液池，两浆液池之间设置单向输送管道连通。在本发明中，通过不同的pH值浆液池以及折流型烟气路径，使脱硫系统具有很强的SO₂缓冲能力，其脱硫效率不随烟气流量以及烟气中SO₂负荷的变化而波动，石灰石的利用率得到大幅度提高，有效避免“石膏雨”现象发生。

Description

烟气折流型双浆液池吸收塔

技术领域

    本发明涉及一种适用于火电厂烟气石灰石-石膏湿法脱硫（WFGD）吸收塔用于分段控制反应的设备，具体而言是涉及一种烟气折流型双浆液池吸收塔，属于环保设备的技术领域。

背景技术

未来几年中国将保持以燃煤发电机组为主的电力能源结构局面，会导致空气污染严重的特点，主要污染物之一是SO₂。在火电厂烟气脱硫领域，应用最广泛的技术是石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术，脱硫效率可达95%以上。

在石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺中，采用的脱硫塔是传统的逆流喷淋塔。该喷淋塔从下往上分为三个部分，依次是浆液池、烟气吸收区和除雾区，在烟气吸收区和除雾区之间设置喷淋层。其中，浆液池用于储存脱硫剂浆液，脱硫剂浆液由石灰石，部分硫酸钙和亚硫酸钙组成；烟气在烟气吸收区与脱硫浆液气液接触，完成气液传质；烟气在除雾区除去夹带水分从而变为净烟气排出脱硫塔。脱硫过程是浆液循环泵将脱硫塔浆液池中的脱硫浆液抽取至烟气吸收区上方的喷淋管中，浆液由喷嘴雾化后喷出，与吸收区下部进入的高温原烟气（无GGH：110℃～150℃，有GGH：80℃～90℃）成逆流接触，原烟气中SO₂溶解于喷淋浆液中；在浆液池内液相的SO₂与溶解的CaCO₃发生系列反应生成CaSO₃，风管鼓入的空气氧化下溶解的CaSO₃生成CaSO₄；与喷淋层的雾化浆液逆流接触后，烟气夹带较多的浆液液滴，此时通过塔内除雾器将大部分的液滴分离除去，净化后的烟气从塔顶出口烟道排出。在上述过程中，烟气脱硫是通过SO₂的吸收和氧化来体现，具体体现在浆液中发生的三个主要反应过程，分别是石灰石溶解反应、SO₂吸收反应、CaSO₃的生成和氧化反应。其中，SO₂的吸收反应发生在吸收区内，烟气与雾化脱硫浆液在逆流接触中完成气液传质的过程；灰石溶解反应及CaSO₃的生成和氧化反应则发生在吸收区下方的浆液池内。以上三个反应程度与塔内浆液的pH值环境有密切关系，因此反应条件的控制直接影响到整个脱硫反应的进行。但目前最为棘手的也是反应条件的控制上。原因在于：该三类反应对浆液pH环境要求不尽相同，甚至互相制约。比如浆液的高pH环境有利于SO₂的吸收，当pH值达到6时，浆液对SO₂的吸收效果最佳；但浆液的低pH环境有利于石灰石溶解和CaSO₃的氧化，当浆液pH值低于3.5时，氧化速率和溶解速率极高，但此时浆液对SO₂的吸收却非常困难。

传统的逆流喷淋塔存在以下缺陷：1. 单一浆液池的设置势必导致浆液pH值的折中选取，压制浆液对SO₂的吸收能力，即pH值的选取是从改善浆液中石灰石的溶解和CaSO₃的氧化出发，一定程度上牺牲了浆液对SO₂的最大吸收能力，系统脱硫能力受到限制；2. 在塔内烟气流速受限情况下，气液的纯逆流接触方式导致烟气携带的浆液量较多，容易发生烟气夹带大量浆液排出烟囱导致“石膏雨”现象。

为了确保脱硫系统的高脱硫效率，一般采用增大液气比、增加喷淋层的数量等措施，但也衍生出一系列的问题：液气比的增大，使气液接触后烟气中夹带浆液量增大，“石膏雨”现象更易发生，同时浆液池容积及浆液循环量也相应增大，导致循环泵和氧化风机电耗增加，喷淋层数增加会导致吸收塔高度的抬升，最终导致脱硫装置的造价以及脱硫电耗增加，运行成本增大，这给电厂的带来沉重的运行负担和经济负担。此外，随着近年来我国能源供应出现问题，很多电厂无法控制煤炭来源，燃煤品质较差，煤含硫量较高，造成电厂锅炉燃用的煤质成分变化很大，烟气中的SO₂会产生很大波动，脱硫装置甚至需要超负荷运行处理高含硫量的烟气，其脱硫能力会大打折扣。因此，寻求一种对SO₂负荷变化适应性强、脱硫效率高且没有塔内纯逆流导致烟气大量夹带浆液的“石膏雨”现象的脱硫吸收塔非常必要而意义重大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种对脱硫系统SO₂负荷变化的适应性强、能保持较高的脱硫剂的利用率和脱硫效率、有效避免“石膏雨”现象的烟气折流型双浆液池吸收塔。

本发明所采用的技术方案如下：

烟气折流型双浆液池吸收塔，包括浆液区域 、吸收区域 、除雾区域 以及进出口烟道，在浆液区域由塔内挡板隔为预洗涤区浆液池和吸收区浆液池，其中预洗涤区浆液池中浆液pH值低于吸收区浆液池中浆液pH值；吸收区域由挡板隔为预洗涤区和吸收区，其中挡板与吸收塔顶部预留有一定距离；进口烟道设置在预洗涤区的侧壁，出口烟道设置在吸收区侧壁，其中除雾器设置在出口烟道内；

所述的烟气折流型双浆液池吸收塔，其特征在于所述的预洗涤区浆液池中浆液pH值在3.5～4.8，吸收区浆液池中浆液pH值在5.8～6.3；

所述的烟气折流型双浆液池吸收塔，其特征在于所述预洗涤区浆液池的与吸收区浆液池中设置单向浆液输送管道，管道出口设置在塔内预洗涤区浆液池上方，管道进口与吸收区浆液池连通。

用以上技术方案，入口和出口烟道均与塔体保持一定的倾斜角度，防止塔内烟气回流导致浆液倒灌入烟道中。烟气进入预洗区后，自下向上流动经过喷淋区域，与向下喷淋的脱硫吸收剂进行逆流接触，在该区设置一层或一层以上喷淋层（喷淋层的数量根据具体情况而定），每层喷淋对应一台浆液循环泵，浆液循环泵将预洗涤区浆液池的底部浆液打到喷淋层。在该区域，初步去除SO₂的同时能够降低烟气温度使其快速达到饱和烟温，同时能够将烟气中的HF、HCL一并洗去。在预洗涤浆液池内主要完成CaSO₃完全氧化以及CaSO₄的生成，该区浆液的pH值一般控制在4.5左右。

经过预洗涤区喷淋层后，从下往上的烟气经塔顶通道区域设置的导流叶片的导流，烟气折流翻转向下进入吸收区，向下流动的烟气与喷淋层的喷射的雾化浆液呈顺流接触。在pH值约为6的情况下，由于吸收区浆液池中含有过量的CaCO₃，浆液的缓冲容量大，烟气中的SO₂几乎可以全部被喷淋层喷射的雾化浆液所吸收而除去，这种缓冲作用使系统自动控制在一个稳定的最佳pH值范围内，不随烟气流量及SO₂负荷的变化而波动。

向下流动的烟气经过吸收区喷淋层后，与下方浆液池的液面发生对冲，折流后的烟气进入出口烟道。由于烟气在塔内为“Ω”形的折流路径，烟气经过预洗涤区的逆流气液接触和吸收区的顺流气液接触后，其所携带的浆液液滴较之传统喷淋塔的纯逆流喷淋气液接触方式有所降低，尤其是由于出口烟道设置在吸收塔中部，烟道出口倾斜向上布置，吸收区内向下流动的烟气会与下方浆池液面发生对冲折流进入出口烟道，烟气中携带的浆液液滴在重力和惯性力的作用下大部分直接进入塔内的浆液池，另一部分则由塔外出口烟道里的除雾器除去，最终净烟气经烟囱排出。

在吸收塔中部的出口烟道内设置两级除雾器，均设有冲洗水管和喷嘴，定时对其进行冲洗，以避免除雾器堵塞。和传统吸收塔的塔上方设置除雾器的方式相比较，除雾器在塔中部的出口烟道中有以下几个优点，一是烟气进入出口烟道前，已经通过折流甩脱一部分浆液液滴，降低除雾器运行负荷；二是除雾器设置在出口烟道内，除雾区前后烟气的气速均匀，除雾器效率不受到影响，可以有效避免因烟气流量和流速分布不均衡导致的“石膏雨”的发生；三是出口除雾器的布置高度的降低，更有利于日常的设备运行维护和检修。

通过塔外设置单向浆液输送管道，将吸收区浆液池的上层浆液定量补充输送至预洗涤区浆液内。

预洗涤区和吸收区内的喷淋层的层数可以根据实际需要设计，不同的喷淋层配备不同规格的循环泵。预洗涤区浆液池的氧化条件较好，该池内可采用常规氧化方式以及侧进式搅拌装置，而吸收区浆液池体积较大，选用大叶片的搅拌器，无需设置氧化装置。

总之，本发明将塔内浆液池分为独立的预洗涤区浆液池（即低pH值浆液池区，pH值一般在4.5左右）和吸收区浆液池（即高pH值浆液池区，pH值一般在6左右），吸收塔内的气液接触区分为预洗涤区和吸收区，两个区域由塔内挡板部分隔离，顶部连通。烟气速度控制一个合适的气液紊流接触的速度范围里，烟气在塔内路径为“Ω”形，除雾器设置在出口烟道中。

本发明有益效果在于：

1. 在塔内不同pH环境里，SO₂的吸收和氧化反应都能在最佳的化学条件下进行，浆液可以完成对SO₂的大容量吸收以及CaSO₄的完全氧化生成。在吸收区的浆液池中，由于浆液处于高pH值，具有很强的缓冲能力，能有效保证最高的SO₂脱除率，即使SO₂负荷发生显著变化也不会造成脱硫率的波动。在预洗涤区浆液池中，浆液的低pH值则有利于石灰石的溶解及CaSO₃氧化，有利于提高石灰石利用率和石膏的纯度。

2. 吸收区浆液池在高的pH值下运行，在同样脱硫率时，较之传统逆流喷淋塔，所需的液气比较小，减少了浆液循环泵的数量以及喷淋层数量，同时由于吸收塔高度降低，循环泵所需压头变小。并且在预洗涤区浆液池内，石膏生成区的氧化条件好，可以有效降低预洗涤浆液池的液位以及氧化风机的压头。

3. 吸收塔内气液接触区设置为预洗涤区和吸收区，烟气依次与脱硫剂浆液呈逆流和顺流接触，塔内烟气路径的“Ω”形路径更利于烟气中二氧化硫的洗脱和浆液液滴的分离，有效避免“石膏雨”现象发生。

因此，采用该种脱硫塔，不仅可以适应现今电厂脱硫需求，还可以有效降低脱硫系统的工程造价和运行成本。

附图说明

图1是本发明的装置示意图。其中：1-循环泵、2-预洗涤区浆液池搅拌器、3-氧化装置、4-预洗涤区浆液池、5-进口烟道、6-烟气预洗涤区、7-预洗涤区喷淋层、8-塔体挡板、9-塔顶导流叶片、10-烟气吸收区喷淋层、11-吸收区、12-吸收塔出口烟道、13-除雾器、14-吸收区浆液池、15-搅拌器、16-吸收区浆液池的浆液循环泵、17-单向浆液输送管道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明：

如图1所示，一种烟气折流型双浆液池吸收塔，包括预洗涤区浆液池4、预洗涤区6、吸收区11、吸收区浆液池14；洗涤区浆液池4与吸收区浆液池14、洗涤区浆液池4与预洗涤区6通过塔体挡板8隔开，隔板与吸收塔顶部预留有一定距离，在塔顶布置导流叶片。预洗涤区6、吸收区11的上部分别设置喷淋层7、10，喷淋层的数量根据实际情况确定，喷淋层7、10与预洗涤区浆液池4、吸收区浆液池14之间设置管道，管道上安装循环泵1、16，便于将浆液输送至喷淋层。预洗涤区6的侧面设置进口烟道5，吸收区11的液面上方设置出口烟道12，在出口烟道12内设置两级除雾器13。每级除雾器均设有冲洗水管和喷嘴，定时对其进行冲洗，以避免除雾器堵塞进口烟道5和出口烟道12的底部向下倾斜10°，防止塔内烟气回流导致浆液倒灌入烟道中。两烟道均由圆柱边缘焊接形成一个整体。预洗涤区浆液池4的液位比吸收区浆液池14液位略低，隔板8上设置缺口，缺口上安装输送管道17，预洗涤区浆液池4中浆液的通过单向浆液输送管道17补充，由其定时定量将吸收区浆液池14的上层低pH值浆液补充至预洗涤区浆液池4中。

使用时，烟气由进口烟道5进入预洗涤区6，经过喷淋层7后，通过导流叶片9调整气流方向后，烟气折流翻转向下进入吸收区11，垂直向下穿过喷淋层10后，与吸收区浆液池14液面发生对流碰撞后折流进入出口烟道12，由除雾器13脱除烟气中携带的浆液液滴。

以一个600MW的脱硫工程为例，对传统逆流喷淋塔以及本发明的双浆液池脱硫塔的脱硫系统塔体进行详细对比说明，表1列出不同吸收塔外形尺寸以及设备参数。

该电厂600MW锅炉的烟气状态参数如下：

吸收塔入口烟气流量：2140000Nm³/h(湿)

吸收塔入口烟气温度：126℃

吸收塔入口烟气SO₂的含量：6300mg/Nm³（6%O₂，干）

表1 (a) 不同塔体外形尺寸

塔高/m

直径/m

液位/m

液气比

入口烟道/m

出口烟道/m

传统逆流喷淋塔

38.93

18.5

9.8

17

4.36×13

5.68×10.5

烟气折流型双浆液池吸收塔

29.5

21.5

7/8

14

4×14.17

4.5×13.25

表1 (b) 不同塔体相关设备参数

备注：烟气折流型双浆液池吸收塔内共设置3层喷淋层，预洗涤区设置一层，吸收区设置两层。

通过这个例子对比可以明显看到，采用本发明的吸收塔时，在不同的pH值的功能区内可以有效完成二氧化硫的吸收和氧化反应，液气比降低，喷淋层数量的减少以及出口烟道的布置，均使吸收塔的总高度下降，而烟气在该塔的路径为“Ω”形，塔内的烟气停留时间延长，气液接触更为充分，反应更为彻底，该脱硫系统电耗较传统脱硫系统偏低，脱硫装置的工程造价也有相应的降低。

上述具体实施方式不以任何形式限制本发明的技术方案，凡是采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围。

Claims (3)

1.烟气折流型双浆液池吸收塔，包括浆液区域 、吸收区域 、除雾区域以及进出口烟道，其特征在于浆液区域由塔内挡板隔为预洗涤区浆液池和吸收区浆液池，其中预洗涤区浆液池中浆液pH值低于吸收区浆液池中浆液pH值；吸收区域由挡板隔为预洗涤区和吸收区，其中挡板与吸收塔顶部预留有一定距离；进口烟道设置在预洗涤区的侧壁，出口烟道设置在吸收区侧壁，其中除雾器设置在出口烟道内。

2.根据权利要求1所述的烟气折流型双浆液池吸收塔，其特征在于所述的预洗涤区浆液池中浆液pH值为3.5～4.8，吸收区浆液池中浆液pH值为5.8～6.3。

3.根据权利要求1所述的烟气折流型双浆液池吸收塔，其特征在于所述预洗涤区浆液池的与吸收区浆液池中设置单向浆液输送管道，管道出口设置在塔内预洗涤区浆液池上方，管道进口与吸收区浆液池连通。