CN103476478A - 用于清洁废气的湿式洗涤器 - Google Patents

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Abstract

一种用于从废气去除至少一种气态污染物的湿式洗涤器(12)包括入口开口(60)。气体分配器(62)布置在湿式洗涤器壳体(52)中，并且包括具有盖板(114)的扩散器(102)。盖板(114)布置在流入湿式洗涤器壳体(52)中的废气的路径中。扩散器(102)具有用于将废气从入口开口(60)输送到湿式洗涤器壳体(52)中的至少一个扩散器通道。

Description

用于清洁废气的湿式洗涤器
技术领域
本发明涉及一种用于从废气去除至少一种气态污染物的湿式洗涤器。湿式洗涤器包括：入口开口；湿式洗涤器壳体，该壳体流体连接于入口开口，并且废气将沿洗涤器气流方向流经该壳体；以及吸收液供应装置，其用于将吸收液供应至所述湿式洗涤器壳体用于与湿式洗涤器壳体内的废气接触。
本发明还涉及一种通过与湿式洗涤器壳体内部的吸收液接触而从废气去除至少一种气态污染物的方法。
背景技术
在许多工业过程中，生成包含污染物的过程气体。一个这种工业过程为诸如煤、油、泥炭、垃圾等的燃料的燃烧。在诸如动力设备的燃烧设备中，生成通常被称为烟气的热过程气体，其包含包括诸如二氧化硫SO2的酸性气体的污染物。必要的是，在将烟气释放到环境空气之前尽可能多地从烟气去除酸性气体。
生成含污染物的过程气体的工业过程的另一实例为从氧化铝电解生产铝。可使用Hall-Heroult过程通过有时被称为电解熔炼锅的铝生产电解槽中的电解反应来生产铝。电解熔炼锅的实例在US2009/0159434中公开。电解熔炼锅中发生的电解反应产生呈加载有粒子的热废气形式的废气，该废气在排放至大气之前需要在气体清洁单元中进行清洁。
US2010/0266472公开了一种湿式洗涤器，其中，废气经由布置在壳体底部中的入口开口进入湿式洗涤器壳体。废气与湿式洗涤器壳体内部的吸收液接触。吸收液从废气吸收诸如二氧化硫的酸性气体。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于以比现有技术更有效的方式从废气去除气态污染物的湿式洗涤器。
以上提到的目的通过上述类型并还包括布置在湿式洗涤器壳体内的气体分配器的湿式洗涤器实现。气体分配器包括扩散器，其具有布置在经由入口开口流入湿式洗涤器壳体中的废气的路径中的盖板。扩散器还装备有用于将废气从入口开口导引到湿式洗涤器壳体中的至少一个扩散器通道。
上述湿式洗涤器的优点在于，需要非常少的能量来迫使废气流经湿式洗涤器壳体。当气体经由扩散器进入湿式洗涤器壳体时，扩散器回收来自诸如风扇的气体输送装置的废气中的大部分动态能量。
根据一个实施例，至少一个扩散器通道相对于湿式洗涤器壳体成70-110°的角度。该实施例的优点在于，废气流在进入湿式洗涤器壳体之后显著地转变方向。这有助于废气均匀分布在湿式洗涤器壳体的内部，从而支持从废气有效去除污染物。
根据一个实施例，洗涤器入口管道布置用于沿入口气流方向经由入口开口将废气引导到湿式洗涤器壳体中，该入口气流方向在废气在与吸收液接触的同时流动的洗涤器气流方向的+/-45°内。该实施例的优点在于，湿式洗涤器可以以紧凑方式设计。根据又一个实施例，洗涤器入口管道布置用于沿在洗涤器气流方向的+/-30°内的入口气流方向经由入口开口将废气引导到湿式洗涤器壳体中。
根据一个实施例，扩散器设置有通过侧壁分离的至少3个扩散器通道。该实施例的优点在于，废气更均匀地分布在湿式洗涤器壳体中。此外，扩散器在经由入口开口进入湿式洗涤器壳体之后在不均匀的废气分布的情况下更坚固。根据一个实施例，扩散器包括并排布置的4至20个扩散器通道。
根据一个实施例，吸收液供应装置布置在湿式洗涤器壳体的上部分中，并且入口开口布置在湿式洗涤器壳体的下部分中，其中，洗涤器气流竖直向上定向。该实施例的优点在于，吸收液与废气成对流关系在重力作用的支持下竖直向下流动，从而导致污染物的有效去除。此外，废气向上流动，这通常与用于流体连接的烟囱的期望流动方向一致，该烟囱用于将清洁后的废气释放至大气。
根据一个实施例，入口开口连接于迫使废气流经湿式洗涤器壳体的风扇。该实施例的优点在于，实现了具有缩短的管道系统长度的非常紧凑的布置。
根据一个实施例，气体分配器包括流体连接于入口开口的入口喉部。入口喉部包括废气在从入口开口移动至扩散器时流过的内曲率。该实施例的优点在于，废气流以相对小的动态能量损失以非常有效的方式从入口开口转入扩散器中。
根据一个实施例，气体分配器包括集液器，其具有布置在扩散器上方以收集由吸收液供应装置供应的吸收液的槽。该实施例的优点在于，吸收液可在不改变扩散器的功能的情况下排出。
根据一个实施例，集液器包括用于经扩散器排出收集在槽中的吸收液的至少一个排出管。该实施例的优点在于，吸收液可以以允许扩散器受吸收液的干扰最小地操作的方式从集液器排出。
根据一个实施例，气体分配器居中地位于湿式洗涤器壳体的底部中。该实施例的优点在于，可实现废气在湿式洗涤器壳体内部的合乎需要的分布。
根据一个实施例，扩散器的入口处的截面面积小于入口开口处的截面面积，使得在废气从入口开口朝向扩散器传送时实现废气流的节流。该实施例的优点在于，废气流在扩散器的入口处的节流引起如下面更详细描述的气体分布的调节。根据一个实施例，扩散器的入口处的截面面积为入口开口处的截面面积的70-99%。
本发明的又一目的是提供一种以比现有技术更有效的方式从废气去除气态污染物的方法。
通过一种通过使废气在湿式洗涤器壳体的内部与吸收液接触来从废气去除至少一种气态污染物的方法而实现该目的。该方法包括：容许废气经由入口开口进入湿式洗涤器壳体；将废气传送至具有盖板的扩散器，该盖板在经由入口开口流入湿式洗涤器壳体中的废气的路径中；通过至少一个扩散器通道将废气引导到湿式洗涤器壳体中；以及沿废气在与吸收液接触的同时流经湿式洗涤器壳体的洗涤器气流方向运送废气。
该方法的优点在于，可在紧凑的湿式洗涤器壳体中以最小的能量消耗实现废气的清洁。
根据一个实施例，该方法包括沿大致竖直向上定向的洗涤器气流方向运送废气穿过湿式洗涤器壳体，以及与洗涤器气流方向成大约70-110°的角度运送废气穿过至少一个扩散器通道。该实施例的优点在于，废气关于空间和能耗两者非常有效地分布在湿式洗涤器壳体中。
根据一个实施例，废气在入口开口中的入口气流方向在洗涤器气流方向的+/-45°内。根据又一实施例，废气在入口开口中的入口气流方向在洗涤器气流方向的+/-30°内。
根据一个实施例，该方法还包括将吸收液收集在装备有定位在扩散器上方的槽的集液器中。根据优选实施例，该方法还包括与废气流分离和分开地经扩散器排出收集在槽中的吸收液。该实施例的优点在于，最小化对扩散器操作的干扰。
根据一个实施例，废气在经过扩散器时其气体速度以1.5至3.0的因数降低。
从下列详细描述和权利要求，本发明的另外的目的和特征将为显而易见的。
附图说明
参考附图在下面更详细地描述本发明，在该附图中：
图1是清洁来自至少一个铝生产电解槽的废气的气体清洁单元的示意性侧视截面图。
图2是沿由图1的箭头II-II描绘的方向观看的气体清洁单元的示意性侧视图。
图3是图1-2的气体清洁单元的湿式洗涤器的下部分的透视图。
图4是图3的湿式洗涤器的下部分的侧视图。
图5是图4中描绘的湿式洗涤器的下部分的一部分的截面图。
图6是沿由图4的箭头VI-VI描绘的方向观看的气体分配器的截面图。
图7是与图5相似的视图，示出了液体和废气在湿式洗涤器的下部分的一部分中的流动。
图8是根据可选实施例的湿式洗涤器的示意性侧视截面图。
具体实施例
图1是气体清洁单元1的截面从其侧面观看的示意性表示。气体清洁单元1包括作为其主要构件的气体入口管道2、第一接触反应器4、第二接触反应器6、氧化铝筒仓8、除尘装置10、湿式洗涤器12、气体清洁单元机房(penthouse)14和烟囱16。箭头A指示废气穿过气体清洁单元1的预期流动路径。
图2示出沿图1的箭头II-II的方向观看(即在从图1的侧面观看时)的气体清洁单元1。气体入口管道2连接于示意性地示出且未按比例绘制的收集管道18，从而收集来自典型地1至400个(更典型地5至200个)铝生产电解槽20中的每一个的废气，铝生产电解槽中的每一个可根据例如以上提到的Hall-Heroult过程操作用于生产铝。
转向图1，气体入口管道2将废气流从铝生产电解槽引导到第一接触反应器4。容积式供给器22操作用于使氧化铝Al2O3在第一接触反应器4中再循环，以提供氧化铝与废气之间的有效接触。作为这种接触的结果，诸如氟化氢HF和二氧化硫SO2的气态污染物被氧化铝吸附。
废气进一步流到第二接触反应器6。带有容积式供给器25的供应管24布置用于将新鲜氧化铝从流体连接的氧化铝筒仓8供应到第二接触反应器6。新鲜氧化铝实现来自废气的污染物在氧化铝上的进一步吸附。氧化铝筒仓8布置在除尘装置10的旁边，并且共享共同的竖直侧壁11。湿式洗涤器12布置在氧化铝筒仓8上方，并且在从湿式洗涤器12的顶部竖直向下看时至少部分地挡住氧化铝筒仓8的视野，如从图1和图2的组合透视图清楚的。
包括从铝生产电解槽20夹带的粒子、从第一接触反应器4夹带的回收的氧化铝和从第二接触反应器6夹带的新鲜氧化铝的废气流到除尘装置10。除尘装置10布置在第二接触反应器6上方。除尘装置10可为例如静电除尘器，其基本原理从例如US4,502,872知道，或者织物过滤器，其基本原理从例如US4,336,035知道。
图1中所示的除尘装置为织物过滤器10。织物过滤器10包括壳体26。废气经由壳体26的开口下端28进入壳体26。水平板30布置在壳体26的上端中。呈织物袋32形式的许多织物过滤装置从板30延伸，每个这种织物袋32延伸穿过板30中的对应开口。典型地，织物过滤器10可包括2至40,000个这种织物袋32。在操作中，加载有包括氧化铝的尘粒的废气进入壳体26的开口下端28。废气经过袋32的织物并进入袋32的内部，同时尘粒收集在袋32的外侧。接着，已从其分离尘粒的至少一部分的废气经由袋32的内部向上流经板30，并且进入织物过滤器10的清洁气室34。偶而，例如通过根据US4,336,035中公开的原理利用加压空气使袋32脉动或通过摇晃袋32来从袋32去除所收集的尘粒。由此从袋32去除的尘粒部分地返回接触反应器4、6，并且经由出口36从气体清洁单元1部分地去除。所去除的粒子通常将直接输送至图2中所示的铝生产电解槽20。
继续图1的描述，在板30和袋32的上方布置在织物过滤器10的顶部处的清洁气室34在其竖直侧壁38中设置有水平出口管道40。出口管道40流体连接于风扇42，其在图1的实例中为径向风扇42。径向风扇42设置有叶轮44，其布置在风扇42的壳体45内并且被由马达48驱动的水平轴46旋转。水平地流经出口管道40的废气沿叶轮44的轴向进入径向风扇42，并且在叶轮44的径向上被给予沿竖直方向的脉动。废气被风扇42向上运送并且经由风扇出口50大致竖直地离开风扇42。
图2示意性地示出风扇的两个可选位置。根据第一可选实施例，风扇142可布置在气体入口管道2中。根据第二可选实施例，风扇242可刚好布置在湿式洗涤器12的后面。风扇142、242可作为用于生成穿过气体清洁单元1的废气流的风扇42的可选方案或与其结合使用。
湿式洗涤器12包括壳体52。壳体52包括水平底部54、水平顶板56以及在底部54与顶板56之间延伸的大体柱形侧壁58。湿式洗涤器12的壳体52全部位于气体清洁单元1的机房14的内部。这意味着湿式洗涤器12的壳体52被保护免受风载、UV辐射、降水、沙尘暴等，这显著降低了对湿式洗涤器12的壳体52的材料和负荷要求。
湿式洗涤器12的壳体52布置在织物过滤器10的上方或竖直地高于织物过滤器10且刚好在其旁边的点处，如图1最佳地示出的。在更换磨损或损坏的过滤器袋32之后，可通过使过滤器袋32经布置在清洁气室34的顶板37中的舱口35竖直向上移动来去除过滤器袋32。用虚线示出的过滤器袋32b指示过滤器袋32b在其去除/更换期间的位置。通过将湿式洗涤器12的壳体52布置在织物过滤器10的清洁气室34旁边，过滤器袋32的更换不被壳体52阻碍。如可从图1和图2看到的，湿式洗涤器12的壳体52刚好布置在氧化铝筒仓8的上方。
湿式洗涤器12的底部54设置有流体连接于风扇出口50的入口开口60。入口开口60流体连接于气体分配器62，气体分配器62将来自风扇42的气体分配到湿式洗涤器12的壳体52的内部。任选的水平气体分配格栅64可在壳体52内部布置在气体分配器62的上方，以支持在壳体52内部形成废气的均匀气体分布轮廓。任选地，气液接触组件(packing)66可在气体分配器62和气体分配格栅64的上方布置在壳体52的内部，以改进在废气与经由布置在壳体52内部的喷嘴68供应的吸收液之间在分配器62、格栅64和组件66上方的接触。这种气液组件66的实例包括可从Sulzer Chemtech AG, Winterthur, CH得到的Mellapak?和可从Raschig GmbH, Ludwigshafen, DE得到的Pall?环。根据一个实施例，气液组件66可为由木杆格栅制成的木质组件。木质组件使得可以使湿式洗涤器12在短时间没有供应吸收液的情况下操作而不导致对组件材料的损坏。
吸收液将典型地包括水及碱性物质。碱性物质可为例如氢氧化钠NaOH、碳酸钠Na2CO3、氢氧化钙CaOH、石灰岩CaCO3或适于中和废气的酸性污染物(包括例如将通过湿式洗涤器12从废气去除的二氧化硫SO2和氟化氢HF)的任何其它物质。根据又一个实施例，包括水及碱性物质的吸收液可至少部分以海水的形式(例如以来自近海的海水的形式)供应至湿式洗涤器12。当利用海水操作洗涤器时，海水可经过湿式洗涤器12以吸收和中和来自废气的二氧化硫和氟化氢，此后海水将返回海洋。
例如，使用氢氧化钠来吸收和中和来自废气的二氧化硫和氟化氢可根据下列反应发生：
SO2 (g) + 2NaOH(aq) + ? O2 (g) => Na2SO4(aq) + H2O [公式1.1]
HF (g) + NaOH(aq) => NaF(aq) + H2O [公式1.2]
泵70布置在地面72上，并且布置用于经由流体连接的供应管74将吸收液泵送至流体连接的喷嘴68。喷嘴68使吸收液雾化，并且任选地借助于气液接触组件66使吸收液与在湿式洗涤器12的壳体52的内部竖直向上流动的废气接触。消耗的吸收液收集在壳体52的底部54上，并且经由流体连接的管76流到循环罐78。循环罐78流体连接于泵70，泵70使吸收液返回喷嘴68。溢流管80连接于罐78用于去除过量的吸收液。
PH测量装置82连接于管74用于测量吸收液的PH。PH测量装置82控制泵84，泵84将诸如NaOH溶液的碱性溶液从储罐86经由流体连接的供应管88泵送到管74。PH测量装置82控制泵84以将经由流体连接的管74供应至喷嘴68的吸收液中的PH值保持在预定值处，例如在pH6.5处。
根据可选实施例，泵71布置用于将具有例如大约7.5至8.5的PH的海水从近海73经由流体连接的管75泵送到供应管74。海水用作湿式洗涤器12中的吸收液以根据与在前文中关于NaOH所述的这些反应相似的反应吸收和中和二氧化硫和氟化氢。在这种吸收和中和之后，海水经由管76和流体连接的管77返回海洋73。任选地，一些新鲜水或一些再循环的海水可随从海洋73供应新鲜海水在湿式洗涤器12中循环。
液滴消除器90布置在喷嘴68的竖直上方。液滴消除器90在允许废气进入烟囱16之前去除包含在废气中的任何液滴。借助箭头AC示出的清洁后的废气离开烟囱16并且排出到大气中。
气体清洁单元1支承在一起形成共同支承结构94的支柱92上。接触反应器4、6、织物过滤器10和湿式洗涤器12除诸如泵70和罐78的附属装备之外共同形成由接触反应器4、6、织物过滤器10和湿式洗涤器12共有的共同支承结构94支承的共同堆叠单元96。在图1和图2的实施例中，氧化铝筒仓8、机房14和烟囱16也形成堆叠单元96的部分，并且由共同的支承结构94支承。如从对图1和图2的参考清楚的，整个气体清洁单元1具有非常小的占地面积，其中，湿式洗涤器12布置在比织物过滤器10高的竖直水平上，以及在氧化铝筒仓8的上方。此外，将废气从织物过滤器10运送至湿式洗涤器12的出口管道40非常短，典型地仅为0.1至2m。再者，烟囱16也非常短，这是因为其紧接地布置在湿式洗涤器12的已经位于地面72上方相当大的高度处的壳体52的顶部上。
在气体清洁单元1中清洁废气的方法包括经由气体入口管道2导入废气。废气与第一接触反应器4中回收的氧化铝粒子接触，从而引起氟化氢和二氧化硫吸附在氧化铝粒子上。在第二接触反应器6中发生进一步吸附。接着，废气在织物过滤器10中被过滤。这种过滤引起夹带的尘粒以及加载有氟化氢和二氧化硫的氧化铝的去除。接着，过滤后的废气被从织物过滤器10的清洁气室34运送，并且几乎立即经由湿式洗涤器12的入口开口60导入在湿式洗涤器12中。在湿式洗涤器12的壳体52的内部，废气与吸收液接触，从而引起二氧化硫和氟化氢的进一步去除。清洁后的废气经由紧接地布置在湿式洗涤器12的壳体52的顶部上的烟囱16排放至大气。
图3至7更详细地示出湿式洗涤器12的下部分51。图3示出风扇42，图1中所示的出口管道40流体连接于风扇42。马达48经由水平轴46旋转壳体45内部的叶轮(图3中未示出)，从而引起来自图1和图2中所示的织物过滤器的废气移动。废气经由风扇出口50大致竖直向上地移动穿过风扇42。风扇出口50执行经由入口开口60将废气引导到湿式洗涤器壳体52中的洗涤器入口管道的功能。废气沿接近竖直向上的入口气流方向在风扇出口50的内部流动。
废气经由布置在湿式洗涤器12的底部54中的入口开口60流入布置在湿式洗涤器12的壳体52内的气体分配器62中。如图3所示，气体分配器62在该实施例中居中地布置在湿式洗涤器壳体52的底部54中。
气体分配器62包括作为其主要构件的入口喉部100、扩散器102和集液器104。气体分配器62以湿式洗涤器12的壳体52内部的废气遍及其非常均匀地分布的方式分配经由入口开口60进入湿式洗涤器12的废气。废气的均匀分布导致从废气有效地去除污染物。此外，气体分配器62能效非常高，这意味着大部分来自风扇42的废气的动态能量在气体分配器62的下游作为有用的静态能量被回收。因此，为了迫使废气穿过湿式洗涤器12而由风扇42消耗的能量的量与现有技术的该能量的量相比减小。
入口喉部100、扩散器102和集液器104中的每一个关于在图3至7中最佳地示出的它们的相应设计和功能在下文中被更详细地描述。
图4示出具有第一部分106和第二部分108的入口喉部100。第一部分106是柱形的，具有恒定周长和因此与入口开口60的水平截面面积相同的恒定的水平截面面积A1。因此，经过第一部分106的废气的平均气体速度在其经过第一部分106时始终是恒定的。第一部分106流体连接于风扇出口50。风扇出口50在其流体连接于第一部分106的点处具有水平截面面积A2。典型地，截面面积A2的尺寸与截面面积A1相似。风扇出口50处的平均废气速度典型地为20至40m/s。因此，第一部分106中的平均废气速度也可为20至40m/s，或者在面积A1小于面积A2的情况下略高。在一个实例中，风扇出口50中的平均废气速度为30m/s，而第一部分106中的平均废气速度为32m/s。典型地，第一部分106具有约为其直径D1的5-20%的竖直长度L1。
第二部分108流体连接于第一部分106。在第二部分108连接于第一部分106的点108a处，第二部分108为柱形的，并且具有与第一部分106的直径近似相同的直径D1。如图4所示，第二部分108在沿离开第一部分106的方向移动时具有渐增的水平截面面积。第二部分108的顶部108b具有典型地为面积A1的180-220%的水平截面面积A3。典型地，第二部分108具有约为其最小直径D1的10-30%的竖直长度L2。
图5在截面中示出当从侧面观看时的气体分配器62。入口喉部100的第二部分108具有平滑内曲率110。内曲率110具有典型地为第二部分108在点108a处的直径D1的10-30%的半径R1。内曲率110的优点在于，废气流可以以小的能量损失以非常有效的方式从入口流方向以大约70-110°再定向为不同的扩散器流动方向。如图5所示，废气流可从接近竖直的入口流方向以大约90°再定向为接近水平的扩散器流动方向。第二部分108在顶部108b处随着平滑曲率110结束而结束。在顶部108b处，第二部分108具有典型地为直径D1的120-160%的外径D2。将认识到，在前文中参考图4所述的面积A3是基于直径D2而计算的。入口喉部100的截面可为圆形的，如例如图3所示，但是还可以以其它合乎需要的构型或几何形状构成。
转向图3，流经入口喉部100的废气进入扩散器102。扩散器102在静态压力上升的作用下减缓废气的气体速度。扩散器102包括水平下板112、呈水平上板114形式的盖板和从下板112延伸到上板114的许多竖直侧壁116。水平上板114布置在经由入口开口60流入湿式洗涤器壳体52中的废气的路径中。
图5示出在顶部108b处环绕入口喉部100的第二部分108的扩散器102的水平下板112。因此，水平下板112具有近似等于第二部分108的外径D2的内径D2。水平下板112具有优选为直径D2的130-160%和直径D1的150-250%的外径D3。水平上板114在图3至7中所示的实施例中大致垂直于穿过湿式洗涤器壳体52的废气流。作为可选方案，水平上板114可具有稍微不同的角度。水平上板114可与穿过湿式洗涤器壳体52的废气流成70-110°的角度。例如，水平上板114可在一定程度上呈锥形，并且相对于穿过湿式洗涤器壳体52的废气流具有70-110°的角度。
继续图5的描述，水平上板114具有水平中心部分118和环绕中心部分118的外弯曲部分120。水平上板114因此像帽子的帽沿。中心部分118具有典型地为直径D3的80-100%的直径D4。外弯曲部分120可例如具有如图5所示的半圆、1/4圆或某种其它合适的形状的竖直截面形状，从中心部分118的边沿122开始并向外移动到末端120a。典型地，弯曲部分120的外半径R2为中心部分118的直径D4的3-10%。
在入口喉部100的第二部分108与扩散器102接合的顶部108b处，示出了竖直限度(vertical limit)V1。竖直限度V1环绕第二部分108，并且具有与第二部分108的外径D2相同的直径D2。竖直限度V1类似于具有直径D2和高度H1的竖直柱体，H1为水平下板112与水平上板114之间的竖直距离。因此，竖直限度V1的面积等于H1*D2*π。从入口喉部100流到扩散器102的废气流经竖直限度V1。如果废气遍及风扇出口50具有相当均匀的气体分布轮廓，则V1的面积可与面积A1相似。另一方面，如果废气遍及风扇出口50具有不均匀的气体分布轮廓，由于风扇42相当容易生成歪斜的气体分布轮廓，故这是相当普遍的状况，则V1的面积优选小于面积A1。在V1的面积小于面积A1的情况下，废气在从入口喉部100的第二部分108传送到扩散器102中时被节流。这种节流有助于“调节”气体分布，这意味着流经扩散器102的废气将具有相当均匀的气体分布，虽然风扇42可导致废气的相当歪斜的气体分布。通过V1的面积小于面积A1而实现的节流部分地由于平滑内曲率110和气体在其以低压力损失从竖直流动再定向为水平流动期间的加速度而发生。因此，在风扇出口50中的废气的气体分布不是非常均匀的情况下，则V1的面积优选为面积A1的70-99%，更优选为面积A1的75-98%，以实现废气在入口喉部100与扩散器102之间的过渡部中的节流。
侧壁116从直径D1(即，从入口喉部100的部分106的内径)水平地延伸到直径D3，即，水平下板112的外径。水平下板112与水平上板114之间的高度H1典型地为直径D1的10-30%。侧壁116在它们相应的中心部分处具有等于高度H1的竖直高度。
图6在沿由图4的箭头VI-VI描绘的方向观看的截面中示出扩散器102。如示出的，扩散器102包括12个侧壁116。侧壁116大致均匀地定位在水平下板112的上方。侧壁116限定扩散器通道124。总计12个这种扩散器通道124并排布置在主题实施例中。扩散器通道124的大小从入口喉部100处的内部124a到相应通道124的外部124b增大。在扩散器通道124内，废气的气流速度从入口喉部100处的20至40m/s的初始气体速度逐渐减缓为在离开扩散器通道124之后的典型地9至18m/s。当废气流入湿式洗涤器12的湿式洗涤器壳体52中时，气体速度进一步减小。
扩散器通道124与穿过湿式洗涤器壳体52(其中，废气与吸收液进行接触)的废气流成70-110°的角度导引废气流。在图3至7中所示的实施例中，穿过湿式洗涤器壳体52的废气流在与吸收液接触时为基本上竖直的，并且穿过扩散器通道124的废气流为几乎水平的。因此，穿过扩散器通道124的气流在如图5最佳地示出的该实施例中与穿过湿式洗涤器壳体52同时与吸收液接触的废气流成大约90°。
继续图6中所示的实施例的描述，湿式洗涤器壳体52典型地具有2.5至3.5倍于直径D1的内径D5。因此，湿式洗涤器壳体52中的平均气体速度在如图3的透视图所示的气体分配器62的竖直上方为大约2.5至3.5m/s。
参考图3，集液器104布置在入口喉部100和扩散器102的竖直上方。在湿式洗涤器12的操作期间，液体任选地经由气液接触组件66供应至图1中所示的喷嘴68，该液体在湿式洗涤器12的壳体52内部竖直向下流动。优选地，该液体的小部分或没有该液体流入扩散器102中或进一步流入入口喉部100中。大量液体流入入口喉部100中，并且进一步流入风扇42中可导致风扇故障。此外，在缺少集液器104的情况下，扩散器102的气体分配性质将被通过扩散器通道124以非受控方式流动的大量液体改变，从而导致低效的气体分配。
图5更详细地示出集液器104。集液器104设置有布置在入口喉部100上方的槽126。槽126由水平上板114组成，水平上板114具有其水平中心部分118和外弯曲部分120。因此，集液器104和扩散器102共享具有其水平中心部分118和外弯曲部分120的水平上板114。中心部分118和外弯曲部分120的下侧部分119形成扩散器102的上部分103，而中心部分118和外弯曲部分120的上侧部分121形成集液器104的下部分105。因此，在湿式洗涤器12的壳体52的内部竖直向下流动的液体收集在集液器104中，或者被湿式洗涤器壳体52的水平底部54收集。在壳体52中居中地向下流动的液体主要收集在集液器104上，然而邻近湿式洗涤器52的侧壁58向下流动的液体主要收集在湿式洗涤器壳体52的底部54处。
收集在集液器104中的液体需要从其中排出以免不适当地干扰从扩散器102流动的废气。为此，集液器104包括至少一个流体连接的排出管128。排出管128通过水平上板114的水平中心部分118并且还通过扩散器102的水平下板112从集液器104的槽126排出液体。因此，收集在集液器104的槽126中的液体排出至湿式洗涤器12的壳体52的底部54而不以非受控方式干扰流经扩散器102的废气。收集在底部54处的所有液体(即，从集液器104排出的液体加上邻近湿式洗涤器12的壳体52的侧壁58向下流动的液体)经由流体连接的管76从湿式洗涤器12的底部54排出。流体连接的管76可例如如在前文中参考图1所述将液体排出至循环罐78，或近海73。
图6示出了装备有4个排出管128的集液器104。4个排出管128优选地围绕入口喉部100的周边100a均匀地分布，并且还如图5所示穿过水平下板112和水平上板114竖直地延伸，并且因此穿过相应的扩散器通道124中的4个延伸。如果装备有多于4个排出管128，则每个排出管128要求较小的直径，这意味着减少了对排出管128位于其中的扩散器通道124中的废气流的干扰。如果仅装备有一个排出管128，则将由于这种较大直径的唯一排出管而对流经该特定扩散器通道124的废气流产生大的干扰。因此，优选的是，集液器104设置有至少2个(和优选为至少3个)围绕入口喉部100的周边100a均匀地分布的排出管128。
图3示出竖直地布置在气体分配器62的上方的水平气体分配格栅64。任选的气体分配格栅64可包括由径向棒132支承的许多同心环130。水平气体分配格栅64执行已经通过气体分配器62实现的气体分配的精确调整。典型地，气体分配格栅64上方的气体侧压降在湿式洗涤器12的操作期间将仅为50至400Pa，这对应于风扇42的用于使废气移动穿过气体分配格栅64的相对低能耗。
图5示出布置在扩散器102的水平上板114上方的一距离H2处的水平气体分配格栅64。典型地，距离H2将为水平下板112与水平上板114之间的高度H1的2至6倍。在图5中所示的实例中，高度H2为高度H1的3倍。
图7示意性地示出如从以三维流动动态计算程序执行的计算机模拟获得的废气流型，以及邻近气体分配器62的液体的流型。废气沿几乎竖直向上的通过箭头FD示出的入口气流方向进入湿式洗涤器壳体52。废气在气体分配格栅64的下游被沿几乎竖直向上的洗涤器气流方向SD运送而在湿式洗涤器壳体52中与吸收液接触。气体分配器62的区域中的液流LF用虚线箭头示出，而废气流GF用实线箭头示出。
如图7所示，从图1中所示的喷嘴68竖直向下流动的液流LF收集在集液器104的槽126中，或者收集在湿式洗涤器壳体52的底部54处。收集在槽126中的液体接着经由排出管128排出至底部54。收集在底部54上的液体经由管76排出至循环罐78或近海74，根据具体情况而定。
废气流GF经由风扇出口50、入口开口60和入口喉部100的第一部分106从下方竖直地进入气体分配器62。经由风扇出口50来自图3和图4中所示的风扇42的废气流GF通常具有相当歪斜的气流轮廓，这是因为风扇42很少提供具有均匀气流轮廓的气流。在进入入口喉部100的第二部分108之后，废气以大约90°朝向扩散器102再定向。在再定向之后，废气顺循第二部分108的平滑内曲率110。扩散器102的上板114大致垂直于废气流经湿式洗涤器壳体52的洗涤器气流方向SD，并且布置在经由入口开口60流入湿式洗涤器壳体52中的废气的路径中。停滞废气区域SR刚好形成在水平上板114的水平中心部分118的中心下方。停滞废气区域SR的形状与其末端(顶点)指向下的锥体的形状相似，这有助于迫使废气朝向扩散器102。由于第二部分108的平滑内曲率110和停滞废气区域SR，故废气流GF相对均匀地分布在扩散器102的12个扩散器通道124之中。此外，例如，在如在前文中参考图5所述面积V1小于面积A1，面积V1为面积A1的75-98%的情况下，在入口喉部100与扩散器102之间的过渡部中实现废气的节流。这种节流进一步有助于调节最初不均匀的气体分布。
继续图6的描述，穿过扩散器通道124的废气流GF在从入口喉部100处的内部124a移动到扩散器通道124的外部124b之后如图6中对扩散器通道124中的一个所示遇到越来越开阔的扩展部。废气流GF至少在一定程度上顺循扩散器通道124的侧壁116。因此，侧壁116有助于废气流GF随着扩散器通道124逐渐变宽而遍及扩散器通道124均匀地展开。来自扩散器通道124的废气流GF具有相对均匀的气流轮廓。优选的是，扩散器102设置有合适数量的侧壁116以实现这种最佳气体分布。在侧壁116太少的情况下，废气流GF将不那么有效地顺循侧壁116，从而导致扩散器102的出口102a处较不均匀的气流轮廓。优选地，两个相邻的侧壁116之间的角度W为20-45°。在一个实例中，角度W为30°。在图6中所示的实施例中，扩散器通道124的截面在出口端136处比在入口端138处大稍微超过2倍。部分地，这种尺寸是外弯曲部分120如图5所示弯曲离开水平下板112的结果。因此，废气流GF在经过扩散器通道124的同时经历因数为大约2.2的气体速度降低。典型地，废气流的气体速度从入口端138处的20至40ms降低至出口端136处的9至18m/s。扩散器通道124的长度L3等于水平下板112的外径D3与入口喉部100的内径D1之差的一半，即，L3=(D3-D1)/2。
转向图7，来自扩散器通道124的废气流GF在被湿式洗涤器12的壳体52的侧壁58再定向之前部分地顺循环绕中心部分118的弯曲部分120的平滑半径。废气流GF由此被重新分配以实现遍及壳体52的期望的相当均匀的气流分布。气体分配格栅64进一步促进了均匀的气流分配。如图7所描绘，邻近侧壁58流动的液流LF通过废气流GF转向到壁58中，并且沿着壁58向下流动。此外，在槽126上方或至少邻近槽126向下流动的液流LF通过废气流GF转向到槽126中。
刚好在气体分配格栅64的下方形成废气和吸收液的密集混合区域MR。这种密集混合区域MR显著地有助于从废气有效去除污染物。此外，该混合区域MR有助于利用水蒸气使废气有效冷却和饱和。
因此，竖直向上流入气液接触组件66中并与从喷嘴68供应的液体接触的废气流具有出乎意料地均匀的气流分布，这意味着湿式洗涤器12内部的二氧化硫的去除相当有效。
图8示出呈湿式洗涤器212形式的可选实施例。可为例如织物过滤器210的除尘装置设置有入口202，废气通过入口202供应至织物过滤器210。废气可例如源于冶金过程、燃煤或燃油锅炉，或垃圾焚烧设备。织物过滤器210根据与在前文中关于织物过滤器10所述相似的原理去除废气的大部分尘粒。废气从织物过滤器210经由出口管道240流动，出口管道240执行经由入口开口260将废气引导到湿式洗涤器壳体252中的洗涤器入口管道的功能。出口管道240布置成与水平平面成大约40°的角度。湿式洗涤器212的壳体252布置用于穿过其的水平废气流，其中，废气从壳体252的第一端254水平地流到第二端256。入口开口260布置在第一端254中。出口管道240流体连接于入口开口260。因而，废气从出口管道240相对于废气流经湿式洗涤器壳体252的水平洗涤器气流方向SD成40°的角度ID沿入口气流方向FD流入壳体252中。
一组喷嘴268布置在壳体252的上部分255中。泵271经由流体连接的管274将可为从海洋273运送的海水的吸收液供应至喷嘴268。废气如箭头SD所示水平地经过喷嘴268的下方，并且与吸收液接触。消耗的吸收液收集在壳体252的底部257处，并且经由流体连接的管277返回海洋273。
入口开口260流体连接于气体分配器262。气体分配器262可包括与在前文中参考图3至7描述的入口喉部100和扩散器102相似(如果不相同的话)的入口喉部300和扩散器302。由于废气水平地流经湿式洗涤器壳体252，故可省略气体分配器262中的集液器。
清洁后的废气在已经过布置在第二端256处的液滴消除器290之后离开湿式洗涤器212。接着，废气流到烟囱216并且最终排放到大气中。在图8中所示的实施例中，用于迫使废气穿过织物过滤器210和湿式洗涤器212的风扇242布置在烟囱216中。
将认识到，上述实施例的许多变体在所附权利要求的范围内是可能的。
在前文中，已描述湿式洗涤器12可用于清洁在铝生产电解槽20中生成的废气。将认识到，湿式洗涤器12还可用于其它应用中。例如，湿式洗涤器12可用于清洁在诸如高炉的其它冶金过程中以及在包括但不受限于垃圾焚烧设备、燃煤和燃油动力设备等的其它工业过程中生成的废气。
在前文中，已参考图1至7描述入口开口60布置成允许废气沿接近竖直的气流方向流入湿式洗涤器壳体52中。这与废气流在与吸收液接触时穿过湿式洗涤器壳体52的竖直方向几乎相同。经由入口开口60进入湿式洗涤器壳体52的废气的气流方向可在一定程度上偏离壳体52内部的气流方向。因此，利用湿式洗涤器壳体52内部的竖直洗涤器气流方向SD，这意味着与竖直平面成0°的角度，废气在入口开口60中的入口气流方向FD可与湿式洗涤器壳体52内部的竖直气流方向成+/-45°内的角度，即，与竖直平面成+/-45°内的角度。在图1至7中所示的实施例中，废气在入口开口60中的入口气流方向FD与湿式洗涤器壳体52内部的竖直洗涤器气流方向SD成0°的角度，并且因此也与竖直平面成0°的角度。在图8中所示的实施例中，废气在入口开口260中的入口气流方向FD与湿式洗涤器壳体252内部的水平洗涤器气流方向SD成40°的角度ID。
在前文中，已描述废气在湿式洗涤器12的壳体52内部竖直向上流动的湿式洗涤器12。将认识到，其它布置是可能的。根据第一可选实施例，湿式洗涤器212可布置用于废气在湿式洗涤器壳体的内部水平流动，如图8所示。根据又一可选实施例，湿式洗涤器壳体可布置用于废气竖直向下流经湿式洗涤器壳体。在这种情况下，入口开口和气体分配器将布置在湿式洗涤器壳体的顶部中以分配从上方进入湿式洗涤器壳体的废气。
在前文中，已描述废气经由湿式洗涤器12的底部54中的入口开口60进入湿式洗涤器12的壳体52。将认识到，入口开口还可布置在湿式洗涤器12的壳体52处的其它位置。例如，入口开口可布置在湿式洗涤器12的柱形侧壁58的下部分中。再者，入口开口可布置在湿式洗涤器12的壳体52上的、底部54接合于侧壁58的位置。
在前文中，已描述湿式洗涤器12设置有组件66。将认识到，湿式洗涤器12还可设计成不具有任何组件，在该情况下，吸收液和废气的混合依赖于通过喷嘴68使吸收液雾化。有用的喷嘴68的实例为可从Spraying Systems Co, Wheaton, Illinois, USA得到的WhirlJet?喷嘴。将认识到，喷嘴68可布置在湿式洗涤器12的壳体52内部的若干不同竖直水平。此外，喷嘴68可布置成相对于废气流对流地(如图1所示)、并流地或既对流又并流地喷射液体。
在前文中，已描述气体清洁单元1包括废气在其中与氧化铝接触的第一接触反应器4和第二接触反应器6。将认识到，根据可选实施例，气体清洁单元还可设置有单个接触反应器，其中，废气与再循环且新鲜的氧化铝接触。根据又一可选实施例，气体清洁单元可设置有串联布置的3个或更多个接触反应器。
在前文中，已描述风扇42为径向风扇。将认识到，其它类型的风扇(例如轴向风扇)也可用于运送废气穿过气体清洁单元1。
在前文中，已描述泵70、罐78和PH调节设备82、84、86、88全都布置在地面72上。将认识到，还可以将这些装置中的一些或全部布置在另一个位置。根据一个实施例，泵70、罐78、相关的管76、74和PH调节设备82、84、86、88中的至少一个布置在气体清洁单元1的机房14的内部。根据又一个实施例，泵70、罐78、相关的管76、74和PH调节设备82、84、86、88全都布置在机房14的内部。
在前文中，已描述氧化铝筒仓8集成在气体清洁单元1中。将认识到，也可以设计其中未集成氧化铝筒仓8的气体清洁单元。在这种情况下，新鲜氧化铝可从流体连接于供应管道24的远程中央氧化铝仓库供应。
在前文中，气体清洁单元1已描述为包括一个织物过滤器10和一个湿式洗涤器12。将认识到，气体清洁单元可设置有若干并联织物过滤器，例如2至100个并联织物过滤器，以及许多并联湿式洗涤器，例如2至100个并联湿式洗涤器。湿式洗涤器的数量不必对应于织物过滤器的数量。因此，例如，两个并联织物过滤器可流体连接于一个共同的湿式洗涤器。
总而言之，用于从废气去除至少一种气态污染物的湿式洗涤器12包括入口开口60。气体分配器62布置在湿式洗涤器壳体52中并且包括具有盖板114的扩散器102。盖板114布置在流入湿式洗涤器壳体52中的废气的路径中。扩散器102具有用于将废气从入口开口60输送到湿式洗涤器壳体52中的至少一个扩散器通道124。
虽然参考许多优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可做出各种变化，并且等同物可替换其元件。另外，可做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教导，而不背离本发明的本质范围。因此，意图是，本发明不受限于公开为设想用于执行本发明的最佳模式的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。此外，用语第一、第二等的使用不表示任何次序或重要性，而是用语第一、第二等用于将一个元件与另一个元件区分开。

Claims (20)

1. 一种用于从废气去除至少一种气态污染物的湿式洗涤器，其包括：入口开口(60)；湿式洗涤器壳体(52)，所述湿式洗涤器壳体(52)流体连接于所述入口开口(60)，并且所述废气将沿洗涤器气流方向(SD)流经所述壳体(52)；以及吸收液供应装置(68)，所述吸收液供应装置(68)适合将吸收液供应到所述湿式洗涤器壳体(52)中用于在所述湿式洗涤器壳体(52)内部使废气与所述吸收液接触，其特征在于，气体分配器(62)布置在所述湿式洗涤器壳体(52)中，所述气体分配器(62)包括具有盖板(114)的扩散器(102)，所述盖板(114)布置在经由所述入口开口(60)流入所述湿式洗涤器壳体(52)中的所述废气的路径中，所述扩散器(102)还具有用于将所述废气从所述入口开口(60)输送到所述湿式洗涤器壳体(52)中的至少一个扩散器通道(124)。
2. 根据权利要求1所述的湿式洗涤器，其特征在于，所述至少一个扩散器通道(124)相对于所述洗涤器气流方向(SD)具有70-110°的气流方向。
3. 根据权利要求1所述的湿式洗涤器，其特征在于，洗涤器入口管道(50)布置用于沿在所述洗涤器气流方向(SD)的+/-45°内的入口气流方向(FD)经由入口开口(60)将废气引导到所述湿式洗涤器壳体(52)中。
4. 根据权利要求1所述的湿式洗涤器，其特征在于，所述扩散器(102)设置有通过侧壁(116)分离的至少3个扩散器通道(124)。
5. 根据权利要求1所述的湿式洗涤器，其特征在于，所述吸收液供应装置(68)布置在所述湿式洗涤器壳体(52)的上部分中，并且所述入口开口(60)布置在所述湿式洗涤器壳体(52)的下部分中，其中，所述废气竖直向上流动。
6. 根据权利要求1所述的湿式洗涤器，其特征在于，所述入口开口(60)连接于迫使废气流经所述湿式洗涤器(12)的风扇(42)。
7. 根据权利要求1所述的湿式洗涤器，其特征在于，所述气体分配器(62)包括连接于所述入口开口(60)的入口喉部(100)，所述入口喉部(100)包括内曲率(110)，所述废气沿着所述内曲率(110)流动，从而从所述入口开口(60)移动到所述扩散器(102)。
8. 根据权利要求1所述的湿式洗涤器，其特征在于，所述气体分配器(62)包括集液器(104)，其具有布置在所述扩散器(102)的上方以收集来自所述吸收液供应装置(68)的吸收液的槽(126)。
9. 根据权利要求8所述的湿式洗涤器，其特征在于，所述集液器(104)包括布置成经所述扩散器(102)排出收集在所述槽(126)中的吸收液的至少一个排出管(128)。
10. 根据权利要求1所述的湿式洗涤器，其特征在于，气体分配格栅(64)在所述气体分配器(62)的下游布置在所述湿式洗涤器壳体(52)中。
11. 根据权利要求1所述的湿式洗涤器，其特征在于，所述气体分配器(62)居中地布置在所述湿式洗涤器壳体(52)的底部(54)中。
12. 根据权利要求1所述的湿式洗涤器，其特征在于，所述扩散器(102)的入口处的截面面积(V1)小于所述入口开口(60)处的截面面积(A1)，使得在所述废气从所述入口开口(60)流入所述扩散器(102)中时实现所述废气的节流。
13. 一种通过使废气在湿式洗涤器壳体(52)内部与吸收液接触来从所述废气去除至少一种气态污染物的方法，所述方法包括
容许所述废气经由入口开口(60)进入所述湿式洗涤器壳体(52)，
将所述废气传送至具有盖板(114)的扩散器(102)，所述盖板(114)布置在经由所述入口开口(60)流入所述湿式洗涤器壳体(52)中的所述废气的路径中，
通过至少一个扩散器通道(124)将所述废气运送到所述湿式洗涤器壳体(52)中，以及
沿所述废气在与所述吸收液接触的同时流经所述湿式洗涤器壳体(52)的洗涤器气流方向(SD)运送所述废气。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括沿大致竖直向上定向的所述洗涤器气流方向(SD)运送所述废气穿过所述湿式洗涤器壳体(52)，以及与所述洗涤器气流方向(SD)成大约70-110°的角度运送所述废气穿过所述至少一个扩散器通道(124)。
15. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述废气在所述入口开口(60)中的入口气流方向(FD)在所述洗涤器气流方向(SD)的+/-45°内。
16. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括在所述废气从所述入口开口(60)流到所述扩散器(102)时沿着连接于所述入口开口(60)的入口喉部(100)的内曲率(110)运送所述废气。
17. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括将吸收液收集在具有布置在所述扩散器(102)的上方的槽(126)的集液器(104)中。
18. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括与所述废气流分开地经所述扩散器(102)排出收集在所述槽(126)中的吸收液。
19. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括在使所述废气经过所述扩散器(102)的同时以1.5至3.0的因数降低所述废气的气体速度。
20. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在从所述入口开口(60)传送到所述扩散器(102)中的同时对所述废气流进行节流。
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