CN103418225A - 高效吸碳塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回收甘蔗糖厂锅炉烟道气低含量CO₂应用于改造亚硫酸法制糖工艺的主要设备：高效吸碳塔。其包括塔壳、锅炉烟道气抽取排出系统、填料系统、喷淋吸收系统装置、除雾器系统装置、清洗系统装置、监测系统、物料输送系统。本发明高效吸碳塔，是一种高效强制吸收反应器，二氧化碳利用率比传统自然饱充设备提高快，塔内结构经过创新优化设计，使气液混合比及停留时间更合理，使低含量二氧化碳经过高效吸碳塔的聚集并与石灰乳反应后形成碳酸钙溶液，达到既减排又可回收应用于改良传统制糖亚硫酸法工艺的目的。具有结构简单，安装方便，气流阻力小，二氧化碳易聚集吸收，维护方便，运行可靠费用低，二氧化碳回收率高等特点。

Description

高效吸碳塔

技术领域

本发明涉及一种工业化回收甘蔗糖厂锅炉烟气低含量二氧化碳创新工艺的主要设备，具体说是采用一种强制气液高效混合吸收反应的设备，即高效吸碳塔。

背景技术

甘蔗制糖生产工艺有：亚硫酸法和碳酸法两种工艺，其中：亚硫酸法制糖工艺由于糖汁中的胶质、多酚类、铁离子等非糖杂质较难除去，因而澄清效率比碳酸法制糖工艺低。所以，亚硫酸法制糖工艺生产的糖产品质量比碳酸法制糖工艺生产的糖产品质量略差。

目前，亚硫酸法制糖工艺都是采用石灰和二氧化硫作为澄清剂，通过加灰、硫熏、中和、沉淀分离等步骤来完成对蔗汁和糖浆的澄清过程。

由于在对蔗汁或糖浆进行澄清过程中要用到大量的硫磺和磷酸，所以生产的糖产品质量等级低于碳酸法，含硫量高，不耐储存，糖分损失也大。虽然多年来对蔗汁和糖浆的澄清过程已有很多研究，提出了不少的理论和工艺，但其基本过程变化不大。最近，也提出了在碳酸法制糖澄清工艺中直接用锅炉烟道气(低压低浓度)二氧化碳作澄清剂的制糖工艺，由于以甘蔗渣为燃料的锅炉燃烧不稳定带来烟道气中二氧化碳含量既偏低又不稳定，给实施应用于工业化生产带来控制极为不稳，且仅在碳酸法制糖澄清工艺中提出。

为了尽快改变亚硫酸法制糖工艺生产低品质白砂糖现状和白砂糖生产成本居高不下的状况，将甘蔗糖厂锅炉烟道气中含有的大量二氧化碳回收应用于亚硫酸法制糖工艺中，替代部分硫磺、磷酸并对蔗汁或糖浆进行饱充，采用目前的传统自然饱充设备，设备投入大，二氧化碳利用率也不高，达不到预期的澄清效果。 

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种降低生产成本、提高经济效益和环保效益的新型高效喷雾强制混合吸收反应设备—高效吸碳塔。

本发明通过下述技术方案来实现：

本工艺技术包括采用混合汁蔗糠高效分离技术对蔗汁进行预处理，采用新型高效喷雾强制混合吸收反应器-高效吸碳塔设备，形成以锅炉烟道气低含量二氧化碳（CO₂含量10-14%）代替部分SO₂作为澄清剂的低浓度CO₂强制饱充新技术。

结构特征是：一种高效吸碳塔，包括塔壳、烟道气抽取排出系统、填料系统、喷淋吸收系统、除雾器系统、清洗系统、管道输送系统、监测系统。

塔壳，立式摆放，塔壳内部分为五个区域，即从上往下分为A、B、C、D、E五个区域；

其中，烟道气抽取排出系统分为烟气进风口和烟气出风口两种，所述烟气进风口设置在塔壳下半部分，且在塔壳侧壁，烟气出风口设置在塔顶端；

填料系统设置在塔壳内E区域，所述填料系统装置安装在塔内烟气进风口处的上方、在喷淋吸收系统装置的下方，即塔内烟气进风口处与喷淋吸收系统装置之间；

喷淋吸收系统在塔壳内C、D两个区域，所述喷淋吸收系统装置安装在塔内填料系统装置的上方、在除雾器系统装置的下方，即塔内填料系统装置与除雾器系统装置之间；

所述喷淋吸收系统主要包括喷淋管、高效活性混合球、喷嘴、喷管铰接和喷管固定架组成，喷淋管通过喷管铰接固定在喷管固定架上，而喷嘴和高效活性混合球是通过螺丝紧联接到喷淋管上，喷嘴的喷头朝下；

除雾器系统装置分布在塔壳内A、B两个区域，所述除雾器系统装置安装在塔内喷淋吸收系统装置的上方；

监测系统分为两种方式，一是锅炉烟道气流量和温度的监测；二是碳酸钙溶液的液位和pH值的监测；所述的碳酸钙溶液监测系统设在塔底与烟道气进风口处间预留空间，并且设置最高液面；碳酸钙溶液pH值监测位置是在塔底部至输送管路的任意选取位置；

所述清洗系统装置分别安装在除雾器系统装置的上方，同样在塔壳内A、B两个区域；所述喷淋系统装置、清洗系统装置联接于与塔外输送管路的泵和电动机提供输送介质的动力。  

所述的锅炉烟道气中的二氧化碳与石灰乳反应形成碳酸钙溶液pH值控制在7.5~8.5范围内。

本发明具有以下优点：

    （1）改变锅炉烟道气回收利用方式，使低含量的CO₂烟道气体与石灰乳在塔内得到充分的混合吸收反应，大大提高吸收饱充效果，降低二氧化碳排放量，提高CO₂利用率，比传统饱充设备提高效率20%以上；

（2）形成国内外全新的以回收锅炉烟道气低浓度CO₂作为澄清剂的半碳法制糖新工艺；

（3）锅炉烟道气在塔内经过反应后，锅炉烟道气的温度由160℃左右下降至75℃以下，排放至锅炉烟囱，减少了热量的排放。

（4）高效吸碳塔本体重量约45吨，根据基础设计技术要求完全满足此重量的要求，运行可靠费用低。

    （5）高效吸碳塔烟气进风口设置在塔身下半部分，烟气出风口设置在塔顶端，完全满足气相自下往上流动的规律；喷淋吸收系统装置安装在填料系统装置的上方，而安装在除雾器系统装置的下方，即安装在塔内填料系统与除雾器系统装置之间，喷淋吸收系统从喷嘴喷洒出的石灰乳属于液相且呈雾状，由于自身重力作用，石灰乳自上而下的落下，在高效活性混合球的强制混合下，与气相自下而上的湍动混合均匀，气流阻力小，二氧化碳易聚集吸收，吸收反应速度快。喷淋吸收系统结构简单，制造工艺简单，安装方便，易损件少。

    （6）填料系统装置布置于烟气进风口处与喷淋吸收系统装置之间，改善气相分布通道，充分达到液相与气相的接触，吸收更完全；除雾器系统装置分布在喷淋吸收系统的上方，功能一是拦住并收集反应残留溶液，功能二是减缓气相流动。除雾器系统装置结构简单，制造工艺简单，运行可靠，易损件少。清洗系统安装在除雾器系统装置的上方，可以方便地定期清洗除雾器装置。

    （7）高效吸碳塔塔身较高，立式摆放，可以在塔身侧壁设置检查孔，方便对塔身内部进行检查或检修。

附图说明

    图1 是本发明总体结构主视示意图。

    图2 是本发明总体结构俯视示意图。

    图3 是本发明喷淋管示意图。

    图4 是本发明除雾器冲洗管示意图。

    图5 是本发明管固定支架示意图。

图中：1-清洗管固定架；2-清洗管1；3-螺旋喷嘴；4-45⁰弯头；5-检查门Ⅰ；6-45⁰弯头；7-三通阀；8-除雾器叶片1；9-除雾器叶片支撑架；10-除雾器托架；11-除雾器铰接1；12-清洗管固定架；13-清洗管2；14-螺旋喷嘴2；15-除雾器叶片2；16-除雾器叶片支撑架2；17-除雾器托架2；18-除雾器铰接2；19-检查门Ⅱ；20-喷淋管1；21-喷管固定架1；22-高效活性混合球Ⅰ；23-喷嘴Ⅰ；24-喷淋铰接1；25-喷淋铰接2；26-喷淋管2；27-喷管固定架2；28-高效活性混合球Ⅱ；29-喷嘴Ⅱ；30-塔身外支撑架；31-喷淋管连接阀兰；32-检查门Ⅲ；33-活性填料球；34-活性填料支撑架；35-活性填料球保护膜；36-填料固定架；37-填料铰接；38-反应溶液最高液位标线；39-塔身外壳；40-宽环形梯；41-除雾器收集槽Ⅰ；42-除雾器收集槽Ⅱ。

具体实施方式

    下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1~5所示，本发明主要包括塔壳（身）、烟道气抽取排出系统、填料系统、喷淋吸收系统、除雾器系统、清洗系统、监测系统和物料输送系统。

塔身分成五个区域，即A、B、C、D、E共五个区域。其中，锅炉烟道气抽取排出系统分成烟气进风口和烟气出风口两种，烟气进风口设置在塔身下半部分，烟气出风口设置在塔顶端。锅炉烟道气输送动力来自锅炉引风机系统，自下而上流动，最终由塔顶端出风口流出，通过管道回到锅炉烟囱的入口。符合烟道气向上流动规律，向下喷淋的石灰乳与低含量二氧化碳烟气充分混合接触反应，形成的碳酸钙溶液自上顺流至储箱，然后由泵输送到制糖车间备用储箱作为蔗汁、糖浆饱充和上浮澄清处理之用。

填料系统装置设置在塔内烟气进风口处与喷淋吸收系统装置之间，即图1中E区域位置，是改善气相分布通道，与液相接触面更大，吸收更完全。

喷淋吸收系统装置安装在塔内填料系统装置上方，而在除雾器系统装置的下方，即塔内填料系统与除雾器系统装置之间，即图1中C、D两个区域位置，是烟道气反应的区域。除雾器系统装置安装在塔内喷淋吸收系统装置的上方，即图1中A、B两个区域位置。清洗系统装置分别安装在除雾器系统装置的上方，即图1中A、B两个区域位置。清洗系统装置摆布合理，才能有效的清洗除雾器表面的残留物，以便保持除雾器表面的清洁，以发挥除雾器的最大效能。物料输送系统是由各种规格管路和阀门组成。塔底部与烟气进风口处预留一定空间储存碳酸钙溶液，设置塔内碳酸钙溶液的最高液面，配置最高液位的监测系统和碳酸钙溶液pH值监测系统。塔底部设置有排液口与联接管路，当监测到碳酸钙溶液pH值降低至7.5~8.5之间时，即可泵送至循环箱备用，作为澄清工段蔗汁或糖浆饱充系统之用；当监测到碳酸钙溶液pH值不在7.5~8.5之间时，继续循环返回塔内反应一直到满足此指标值为止。

填料系统是由活性填料球、活性填料球支撑架、填料固定架和活性填料球保护膜组成，其中，填料系统装置安装在塔身39内E区域位置，填料固定架36通过填料铰接37与活性填料支撑架34联接，活性填料球33均布在活性填料支撑架34上；活性填料球间预留有足够间距而保持流道，活性填料球保护膜35同样固定在填料固定架36上，具有保护活性填料球的功能，填料固定架36与塔身39内壁焊接固定。整个填料系统装置布置合理，均匀摆布在同一个平面上，留有足够的气液通道，保证气液反应更齐全。填料系统具有改善烟道气塔内分布通道和增大与喷洒形成雾状的石灰乳的接触面，加快吸收反应速度的功能。

喷淋吸收系统由喷嘴、高效活性混合球、喷淋管、喷淋管固定架和输送管路组成，其中，喷嘴、喷淋管、高效活性混合球和喷管固定架安装在塔壳内，输送管道一部分在塔内，另一部分在塔外。喷淋吸收系统装置安装在塔身39内C、D两个区域位置，喷管固定架21和喷管固定架27分别与塔身39内壁焊接固定；喷淋管20通过喷淋铰接24固定在喷管固定架21上，喷嘴23和高效活性混合球22通过螺丝紧联接固定在喷淋管20上，喷嘴的喷头是朝下的并且均布同一个平面上。同样，喷淋管26通过喷淋铰接25固定在喷管固定架27上，喷嘴29和高效活性混合球28通过螺丝紧联接固定在喷淋管26上。喷淋管20和喷淋管26是通过管路连接的，喷淋管26连接到塔身39外的阀兰31作为与之相连接的管路阀门等方便。喷淋吸收系统输送介质是石灰乳，输送介质的动力来自泵和电动机。喷淋吸收系统装置是在塔壳内填料系统装置与除雾器系统装置之间。

除雾器系统设置在喷淋吸收系统上方，是由除雾器叶片、除雾器叶片支撑架和除雾器托架组成。除雾器系统具有减缓气相流动和拦住并收集反应残溶液的功能。

除雾器托架10和除雾器托架17分别与塔身39内壁焊接固定在不同平面上；除雾器叶片支撑架9通过除雾器铰接11固定在除雾器托架10上，除雾器叶片8固定在除雾器叶片支撑架9，且均布以及留有足够通道；除雾器收集槽41固定在除雾器托架10上；同样除雾器叶片支撑架16通过除雾器铰接18固定在除雾器托架17上，除雾器叶片15固定在除雾器叶片支撑架16，且均布以及留有足够通道，除雾器收集槽42固定在除雾器托架17上。

除雾器系统装置和清洗系统装置安装在塔身39内A、B两个区域位置，其中清洗系统装置安装在除雾器系统装置的正上方。

清洗系统是由喷嘴、清洗管、清洗管固定架和输送管路组成。清洗管固定架1和清洗管固定架12，分别焊接在塔身39内壁两个不同平面上；清洗管2固定在清洗管固定架1上，螺旋喷嘴3通过螺丝紧联接在清洗管2上，且根据烟道气处理量而确定螺旋喷嘴数量。清洗管2与塔身外的45⁰弯头4、三通阀7联接。同样清洗管13固定在清洗管托架12上，螺旋喷嘴14通过螺丝紧联接在清洗管13上，且根据烟道气处理量而确定螺旋喷嘴数量。清洗喷嘴的喷头是朝下的，喷嘴均布在塔内同一平面上。清洗管13与塔身39外的45⁰弯头6、三通阀7联接组成清洗输送系统。输送管路一部分在塔内，另一部分在塔外；清洗系统输送的介质是热水或清水，输送的动力由泵和电动机提供。安装清洗系统装置的目的是清洗除雾器表面的积渣，以保持除雾效果良好。

检查门5、检查门19、检查门32，是根据塔身39的情况而开具的检查孔，方便检查或维修之用。

塔身外支撑架30固定在塔身39外壳上，是作为上下楼梯支架之用。

环型宽梯40座在塔身外支撑架30上，沿着塔身39外壳往上，分别在塔身39外壳A、B、C、D、E五个区域建造休息平台，方便检查或检修之用，是辅助功能。

塔壳39采用圆柱形板材堆焊接而成，整体呈圆柱体，塔顶和塔底采用椭圆形封头开口方式。

高效吸碳塔底部与烟道气进风口处间预留有一定空间，设置有反应溶液最高液位线38。塔底部设置一个开口及与相联接输送管道，不断让烟道气中的二氧化碳与石灰乳反应形成碳酸钙溶液，监测溶液pH值在7.5~8.5范围内的泵送至储存箱备用，供澄清工段蔗汁饱充系统和糖浆饱充系统按需要添加使用；通过监测系统监测溶液pH值未达到指标范围要求的继续泵送返回至喷淋吸收系统继续反应，以致达到规定指标值为止，然后再泵送至储存箱作为澄清工段蔗汁饱充系统和糖浆饱充系统按需要添加使用。

本发明的填料系统、喷淋吸收系统、除雾器系统、清洗系统及附属管路的结构简单，运行可靠，维护方便，易损件少。

Claims (2)

1.一种高效吸碳塔，其特征在于：包括塔壳、烟道气抽取排出系统、填料系统、喷淋吸收系统、除雾器系统、清洗系统、管道输送系统、监测系统；

塔壳（39）立式摆放，塔壳内部分为五个区域，即从上往下分为A、B、C、D、E五个区域；

其中，烟道气抽取排出系统分为烟气进风口和烟气出风口两种，所述烟气进风口设置在塔壳（39）下半部分，且在塔壳侧壁，烟气出风口设置在塔顶端；

填料系统设置在塔壳（39）内E区域，所述填料系统装置安装在塔内烟气进风口处的上方、在喷淋吸收系统装置的下方，即塔内烟气进风口处与喷淋吸收系统装置之间；

喷淋吸收系统在塔壳（39）内C、D两个区域，所述喷淋吸收系统装置安装在塔内填料系统装置的上方、在除雾器系统装置的下方，即塔内填料系统装置与除雾器系统装置之间；

所述喷淋吸收系统主要包括喷淋管（20、26）、高效活性混合球（22、28）、喷嘴（23、29）、喷管铰接（24、25）和喷管固定架（21、27）组成，喷淋管（20、26）通过喷管铰接（24、25）固定在喷管固定架（21、27）上，而喷嘴（23、29）和高效活性混合球（22、28）是通过螺丝紧联接到喷淋管（20、26）上，且喷嘴（23、29）的喷头朝下；

除雾器系统装置分布在塔壳（39）内A、B两个区域，所述除雾器系统装置安装在塔内喷淋吸收系统装置的上方；

监测系统分为两种方式，一是锅炉烟道气流量和温度的监测；二是碳酸钙溶液的液位和pH值的监测；所述的碳酸钙溶液监测系统设在塔底与烟道气进风口处间预留空间，并且设置最高液面；碳酸钙溶液pH值监测位置是在塔底部至输送管路的任意选取位置；

所述清洗系统装置分别安装在除雾器系统装置的上方，同样在塔壳（39）内A、B两个区域；所述喷淋系统装置、清洗系统装置联接于与塔外输送管路的泵和电动机提供输送介质的动力。

2.根据权利要求1所述的高效吸碳塔，其特征在于：所述的锅炉烟道气中的二氧化碳与石灰乳反应形成碳酸钙溶液pH值控制在7.5~8.5范围内。

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