CN103506002B - 二段式双循环喷淋填料复合吸收塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二段式双循环喷淋填料复合吸收塔；其特征是：包括对废气进行第一次净化的喷淋段（11）和对废气进行第二次净化的填料段（13）；所述的喷淋段（11）设置有烟气进口（4）和烟气净化装置Ⅰ；所述填料段（13）设置有烟气出口（9）和烟气净化装置Ⅱ。

Description

二段式双循环喷淋填料复合吸收塔

技术领域

本发明涉及一种燃煤锅炉烟气治理的反应器，具体地说是一种二段式双循环喷淋填料复合吸收塔。

背景技术

我国是以煤为主要能源的国家，燃煤生成的大气污染物SO₂和NOx造成我国局部地区酸雨污染严重，给当地的生态环境带来了严重的危害。除此之外，排放在空气中的SO₂和NOx与一些挥发性有机物通过化学反应可形成细颗粒物，形成PM2.5，最终导致灰霾现象的发生，严重危害着人类的健康。火力发电在我国发电领域中占据主导地位，据统计我国约70%以上的电能来源于火力发电。对于SO₂的控制，国家从2000年开始进行全面的脱硫，已经取得一定成效。但是对于NOx的控制，国家还处于起步阶段。根据最新的火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)，对火电厂烟气中氮氧化物的最高允许排放浓度作了规定：新建电厂燃煤锅炉排放烟气中氮氧化物排放浓度不得高于100mg/m³。

目前我国常采用SNCR、SCR脱硝技术，但SCR法存在投资及运行费用高，催化剂易失活，排放N₂O和NH₃等二次污染物，操作温度范围窄等缺陷；SNCR法存在脱硝效率低，操作温度高，以及氨泄漏、对尾部受热面腐蚀结垢等缺点，而且投资运行成本高。所以，发展经济可行的烟气脱硝技术势在必行。

我国现有的湿法脱硫装置具有较高的脱硫效率，但是脱硝效率几乎可以忽略。如果按照传统的一套设备只针对一种污染物的烟气治理方法，势必造成系统复杂性高，设备投资大、运行成本高、占地面积多等问题。为此，研发高效经济的脱硫脱硝一体化技术已成为国内外诸多研究机构的关注热点。

烟气同时脱硫脱硝技术典型的工艺有干法和湿法两类。目前，工业化SO₂/NOx联合脱除工艺是采用高性能石灰/石灰石烟气脱硫（FGD）系统来脱除SO₂和利用SCR工艺脱除NOx。但这种方法存在结垢、堵塞、腐蚀等问题，而且经济效率不高。因此，出现了新的干法同时脱硫脱硝工艺，包括：活性炭吸收法、高能电子活化氧化法等。活性炭吸收法工艺的优点表现为可以同时脱除SO₂、NOx、粉尘、碳氢化合物、重金属等有害物质。但是目前活性炭价格较高，强度低，在使用过程中损耗大，阻碍了其工艺推广应用。高能电子活化氧化法是利用高能电子撞击烟气中的H₂O、O₂等分子，产生O、OH等氧化性很高的自由基，将SO₂和NO分别氧化成SO₃和NO₂，然后被水吸收。由于种种原因该方法仍处在工业实验性阶段。湿法同步脱硫脱硝技术根据NO吸收原理的不同可以分为两类：一是通过与吸收剂络合，如Fe-EDTA法；二是采用液相氧化剂进行氧化。早在七十年代初国外学者就提出了Fe-EDTA法，但是至今未见工业化报道。因此，人们更加关注湿式氧化吸收同时脱硫脱硝工艺。湿式氧化吸收同时脱硫脱硝工艺是先将难溶的NO氧化成NO₂等高态氮，与SO₂同时被吸收剂吸收。湿式氧化吸收大致可分为化学添加剂氧化吸收和强制氧化吸收两类。化学添加剂氧化吸收工艺相对更加简单成熟。

湿式氧化吸收同时脱硫脱硝工艺氧化与吸收一体化、投资费用低、经济性好、脱除效率高，与其它工艺相比较，简单成熟，能够用于原有湿法脱硫装置的改造。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单的二段式双循环喷淋填料复合吸收塔。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种二段式双循环喷淋填料复合吸收塔，包括对废气进行第一次净化的喷淋段和对废气进行第二次净化的填料段；所述的喷淋段设置有烟气进口和烟气净化装置Ⅰ；所述填料段设置有烟气出口和烟气净化装置Ⅱ。

作为对本发明所述的二段式双循环喷淋填料复合吸收塔的改进：所述喷淋段和填料段之间设置有过渡段，所述过渡段上设置有收集器。

作为对本发明所述的二段式双循环喷淋填料复合吸收塔的进一步改进：所述的烟气净化装置Ⅰ包括喷射钙基浆液的喷淋层、对废气进行第一次净化后产生的溶液进行氧化的氧化池以及对未参与反应的钙基浆液进行重新循环利用的吸收剂循环装置；所述氧化池的底部设置有排污口，所述氧化池通过吸收剂循环装置与淋层相互连接；所述烟气净化装置Ⅱ包括储存混合吸收剂溶液的塔外吸收剂循环箱、喷射混合吸收剂溶液的液体分布装置以及提供废气进行第二次净化的场所的填料层；所述液体分布装置与塔外吸收剂循环箱相互连接，所述塔外吸收剂循环箱的顶部设置有新鲜吸收剂加料口；所述塔外吸收剂循环箱的另外一端与收集器相连接。

作为对本发明所述的二段式双循环喷淋填料复合吸收塔的进一步改进：所述的收集器包括伞型收集器或者碗型收集器。

作为对本发明所述的二段式双循环喷淋填料复合吸收塔的进一步改进：所述的伞型收集器包括依次从上到下设置的伞帽、导流板和吸收液收集环，所述吸收液收集环为圆环状结构，所述吸收液收集环的底部设置有连接塔外吸收剂循环箱的吸收液循环管Ⅰ。

作为对本发明所述的二段式双循环喷淋填料复合吸收塔的进一步改进：所述的碗形收集器包括从上到下设置的导流板和吸收液收集碗；所述吸收液收集碗为圆锥形结构，锥底设置有连接塔外吸收剂循环箱的吸收液循环管Ⅱ。

作为对本发明所述的二段式双循环喷淋填料复合吸收塔的进一步改进：所述的导流板设置成能使烟气均匀进入填料段的角度。

作为对本发明所述的二段式双循环喷淋填料复合吸收塔的进一步改进：所述填料层包括采用陶瓷或者塑料材料制成的填料A和填料B，所述填料A和填料B分段填装；所述填料A采用波纹填料、散装填料、规整填料或者由两种或多种上述填料组合；所述填料B采用具有圆弧形流道的防壁流板波纹填料、散装填料或规整填料。

作为对本发明所述的二段式双循环喷淋填料复合吸收塔的进一步改进：所述混合吸收剂溶液为钠基吸收剂和氧化剂混合而成；氧化剂为高锰酸钾、亚氯酸钠或者次氯酸钠；钠基吸收剂为氢氧化钠或者碳酸钠。

本发明的二段式双循环喷淋填料复合吸收塔与现有技术比较，具有如下的有益效果：

（1）使用氧化性添加剂和Na基混合液作为复合吸收剂，操作安全，价格便宜，在填料层中烟气反应产物不会造成堵塞；

（2）二段式的结构，将SO₂和NOx分别在喷淋段和填料段进行吸收，减少竞争吸收，提高了NO吸收效率；喷淋段未吸收完全的SO₂，生成SO₃可与NO、发生氧化还原反应，有协同作用；喷淋段也有助于气体的降温，减小气体的体积，使气体进入填料段后，反应时间和液气比进一步增大，从而提高脱硝效率；

（3）上部采用填料段的设置，具有除雾功能，就不用再单独设置除雾装置；

（4）设置伞型或碗型的过渡段，气体经过导流板均匀分布后进入填料段内，填料段无需再专门设置气体分布装置；

（5）可以实现烟气中SO₂和NOx同时脱除，大大节省投资和运行成本，工艺简单可靠。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的配置碗形收集器的主要结构示意图；

图2是本发明的配置伞型收集器的主要结构示意图；

图3是图1或者图2中的填料B的主要结构示意图；

图4是图1或者图2中的填料A的主要结构示意图；

图5是图1或者图2中的填料层8的主要结构示意图；

图6是图1中的伞型收集器的主要结构示意图；

图7是图2中的碗形收集器的主要结构示意图。

具体实施方式

实施例1、图1～图4给出了一种二段式双循环喷淋填料复合吸收塔；包括从下至上依次设置的喷淋段11、过渡段12和填料段13；喷淋段11设置有烟气进口4和烟气净化装置Ⅰ；过渡段12上设置有收集器6；填料段13设置有烟气出口9和烟气净化装置Ⅱ。

烟气净化装置Ⅰ包括喷淋层3、吸收剂循环装置5和氧化池2；喷淋层3和氧化池2之间为上下层设置，喷淋层3的喷射口向下，在喷淋层3和氧化池2之间通过吸收剂循环装置5进行连接，通过吸收剂循环装置5将氧化池2内的物质循环到喷淋层3中进行喷射；在氧化池2的底部开有排污口1，通过排污口1排出过高浓度的硫酸钙和亚硫酸钙。

烟气净化装置Ⅱ包括塔外吸收剂循环箱10、液体分布装置17和填料层8，填料层8正上方设置液体分布装置17；填料层8为包括采用陶瓷或者塑料材料等材料制成的填料A和填料B，填料A采用各式波纹填料，也可采用其他各种散装填料或规整填料，或者由两种或多种上述填料方式组合而成；填料B采用一种新型的具有圆弧形流道的防壁流板波纹填料，也可采用其他散装填料或规整填料；填料A与填料B分段填放，即填料段13最上部分放置填料A，最下部分为填料B（中间为若干填料B和填料A依次间隔的设置，即如填料A、填料B、填料A和填料B的这种形式），气体上升通过填料B与液体进行传质，并经过填料B的分布作用之后，进入填料A，液体再次与气体传质，再进入上一层填料B重复进行传质和气体分布的过程；液体从上一层填料A流下进入填料B与气体进行传质，并通过填料B的自分布作用，进入下一层填料A，重复进行传质和液体分布过程。

塔外吸收剂循环箱10的顶部设置有新鲜吸收剂加料口14，在进行对废气第二次净化的过程中，通过新鲜吸收剂加料口14可以不断的添加入新的吸收剂，以补充反应过程中的损耗。塔外吸收剂循环箱10还与液体分布装置17相互连接，通过液体分布装置17将塔外吸收剂循环箱10存储的溶液喷射出去，进行废气的第二次净化。

过渡段12内设置有收集器6；过渡段12主要进行隔离喷淋段11和填料段13的吸收液，并形成烟气匀布通道；根据收集器6的形状，分为伞型收集器和碗型收集器：

伞型收集器（如图2和图6所示）：

伞型收集器包括依次从上到下设置的伞帽15、导流板7和吸收液收集环16，吸收液收集环16为圆环状结构，圆环状底设置有连接塔外吸收剂循环箱10的吸收液循环管Ⅰ。导流板7根据流体模拟结果设置成一定角度，使烟气均匀进入填料段8。

碗形收集器（如图1和图7所示）：

碗形收集器包括从上到下设置的导流板7和吸收液收集碗23；吸收液收集碗23为圆锥形结构，锥底设置有连接塔外吸收剂循环箱10的吸收液循环管Ⅱ。导流板7根据流体模拟结果设置成一定角度，使烟气均匀进入填料段8。

通过塔外吸收剂循环箱10将收集器6（包括以上所述的伞型收集器或者碗形收集器）收集到的物料通过吸收液循环管Ⅰ（使用伞型收集器的情况）或者吸收液循环管Ⅱ（使用碗形收集器的情况）循环到塔外吸收剂循环箱10，再通过塔外吸收剂循环箱10循环到液体分布装置17内，再通过喷淋器的喷洒到填料A，以此进行进一步的循环。

在实际的使用过程中，本发明中的塔外吸收剂循环箱10喷洒混合吸收剂到填料层8上，混合吸收剂为钠基吸收剂和氧化剂按照一定比例混合而成，氧化剂为高锰酸钾、亚氯酸钠或者次氯酸钠这种氧化性添加剂；钠基吸收剂为氢氧化钠或者碳酸钠，混合吸收剂中，高锰酸钾、亚氯酸钠、次氯酸钠等和NaOH的比例可通过NOx氧化反应以及氧化产物和NaOH的中和反应来测算；喷淋层3中喷洒钙基浆液。

实际使用的步骤如下：

1、将废气的排气口接入烟气进口4；

2、脱硫（SO₂的吸收，一般控制在80%～90%左右的脱硫效率）：

2.1、废气（主要成分为SO₂）通过烟气进口4进入本发明的吸收塔（由于烟气进口4设置在喷淋层3和氧化池2之间的位置，所以废气进入的时候，即是位于喷淋层3和氧化池2之间）中，喷淋层3中喷洒钙基浆液，钙基浆液与废气进行反应后生成CaSO₃；

3、此时，一方面：钙基浆液与废气进行反应后生成的CaSO₃进入氧化池2进行氧化处理，被转化成CaSO₄，再由吸收剂循环装置5抽取氧化池2的上部的未参与反应的钙基浆液，重新通过喷淋层3进行喷射循环；氧化池2通过底部的排污口1排出过高浓度的硫酸钙和亚硫酸钙；

另外一方面：经过钙基浆液处理的气体由下向上通过过渡段12内的收集器6，通过导流板7后，气体均匀分布，进入填料层8；

4、脱硝（NOx的吸收，脱硫过程中残余的SO₂在脱硝过程中进一步脱除）：

4.1、塔外吸收剂循环箱10喷洒混合吸收剂溶液到填料层8的填料A上，混合吸收剂溶液通过填料A流到填料B（由于填料B的圆弧形形状，混合吸收剂溶液在填料B的停留时间较长）；

4.2、一方面：脱硫后的废气进入填料B（气体从下往上进入填料层8内），填料B与液体（混合吸收剂溶液）进行传质，再经过填料B的分布作用之后，进入填料A，液体（填料A上流下的混合吸收剂溶液）再次与气体（脱硫后的废气）传质；再进入上一层填料B，重复进行传质和气体分布的过程；

另一方面：混合吸收剂溶液从上一层填料A流下进入填料B与脱硫后的废气进行传质，并通过填料B的自分布作用，进入下一层填料A，重复进行传质和液体分布过程。

在此过程中，脱硫后的废气中的NO被混合吸收液中的氧化剂部分氧化，从而被钠基吸收液所吸收，达到脱硝的目的。通过填料层8的多层填料（填料A和填料B按照以上所述的规律相互叠加）设置，能够提供气液的较长停留时间，进而有充分的气液接触，有助于NO的氧化脱除。

5、混合吸收剂溶液通过最下层的填料B后，通过收集器6回收，再次导入塔外吸收剂循环箱10内，由塔外吸收剂循环箱10进行再一次的喷洒循环；

伞型收集器（如图2所示）的循环：

混合吸收剂溶液沿着伞帽15的外侧壁后流入吸收液收集环16，并通过吸收液循环管Ⅰ进入连接塔外吸收剂循环箱10；

碗形收集器（如图1所示）的循环：

混合吸收剂溶液沿着吸收液收集碗23的内侧壁流入吸收液循环管Ⅱ，通过吸收液循环管Ⅱ后进入塔外吸收剂循环箱10。

6、经过脱硫和脱硝后的废气从烟气出口9排出。

在以上所述的脱硝过程中，钠基吸收剂即NaOH吸收脱硫反应的残余SO₂，吸收产物为Na₂SO₃和水，Na₂SO₃与NO和NO₂发生氧化还原反应，生成Na₂SO₄和N₂，有助于NOx脱除。在脱硫反应中，80～90%的脱硫率可以大大减少喷淋层数和液气比，对于喷淋段11具有很好的经济性。

由于NO本身不溶于水，所以传统的湿法脱硫装置基本上不具备脱硝功能，为了实现NOx的脱除，必须将NO氧化成更高价态的NO₂、N₂O₃等高价态氮氧化物，所以本发明采用高锰酸钾、亚氯酸钠、次氯酸钠等氧化性添加剂。另外在液相NO氧化过程中，为了提高氧化吸收效果，必须提高反应的停留时间和接触面积，所以在本发明中，通过填料层8的设计，使得填料吸收比传统的喷雾吸收具有更长的反应停留时间和气液接触表面。但是如果采用单纯的填料层（没有喷淋层3进行脱硫），SO₂和NOx之间存在竞争吸收，影响NOx的氧化吸收效果，同时考虑到传统的钙基脱硫容易堵塞填料层，所以进行了两段式双循环的填料喷淋复合设计。而本发明所述的喷淋段11采用传统的钙基喷淋脱硫，填料段13采用添加氧化剂的钠基填料氧化吸收脱硝，吸收剂分别循环，所以采用钠基吸收剂的填料不存在堵塞问题。

对比例1：在专利201120575383.7《一种同时从烟气/废气中脱除二氧化硫和氮氧化物的装置》中，提出了一种双层处理废气的装置，但是跟本发明的装置相比，该专利的结构明显复杂，需要外设脱硝碱液制备罐、脱硫碱液制备罐、脱硝循环罐以及脱硫循环罐等，而在进行废气净化的过程中，还需要不断的通入NO₂，以促进脱硝。相对应的，在本发明中，喷淋段11进行脱硫的过程中，充分利用了喷淋段11不能完全的脱除废气中的SO₂（仅仅有80～90%的脱硫率），而再通过在脱硝过程中，进行残余的SO₂的进一步脱除，再利用脱除残余的SO₂后的产物来促进脱硝反应；使用这种方式进行的废气净化，不仅仅解决了传统的废气处理问题中，SO₂和NOx之间存在竞争吸收，进而影响NOx的氧化吸收效果的大难题，更进一步的，在脱硝的过程中，解决了无需进行额外的物质添加，即可以取得提高NOx的氧化度，进而提高效率的大难题，而吸收剂循环装置5和塔外吸收剂循环箱10等装置的存在，更进一步的使得本发明减少了对外界装置的依赖，极大程度的进行自循环方式运行。

对比例2：在专利201220564006.8《一种气体净化装置》中，提出了另外一种双层处理废气的装置，但是跟本发明的装置相比，明显结构复杂，在废气的净化过程中，设置多处挡液板，进而使得气体在流动的过程中，由于障碍物而不断的变向，进而增加了气液交换的时间，促进了净化的效率；而相对应的，在本发明，通过多层的废气净化装置，在各个层次间，处理不同的废气，并且充分的利用了废气中所含的各种待处理物质的化学特性，促进废气的进一步净化，使得本发明的装置结构相当的简单，而在多层填料A和填料B内进行气液交换，不仅仅能延长气体通过的时间，更进一步的，还能增加气液之间的接触面积，更进一步的增加了气液交换的效率。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (4)

1.二段式双循环喷淋填料复合吸收塔；其特征是：包括对废气进行第一次净化的喷淋段(11)和对废气进行第二次净化的填料段(13)；

所述的喷淋段(11)设置有烟气进口(4)和烟气净化装置Ⅰ，所述填料段(13)设置有烟气出口(9)和烟气净化装置Ⅱ；所述喷淋段(11)和填料段(13)之间设置有过渡段(12)，所述过渡段(12)上设置有收集器(6)；

所述的烟气净化装置Ⅰ包括喷射钙基浆液的喷淋层(3)、对废气进行第一次净化后产生的溶液进行氧化的氧化池(2)以及对未参与反应的钙基浆液进行重新循环利用的吸收剂循环装置(5)；所述氧化池(2)的底部设置有排污口(1)，所述氧化池(2)通过吸收剂循环装置(5)与喷淋层(3)相互连接；

所述烟气净化装置Ⅱ包括储存混合吸收剂溶液的塔外吸收剂循环箱(10)、喷射混合吸收剂溶液的液体分布装置(17)以及提供废气进行第二次净化的场所的填料层(8)；所述液体分布装置(17)与塔外吸收剂循环箱(10)相互连接，所述塔外吸收剂循环箱(10)的顶部设置有新鲜吸收剂加料口(14)；所述塔外吸收剂循环箱(10)的另外一端与收集器(6)相连接；

所述的收集器(6)为伞型收集器或者碗型收集器中任意一种；

所述伞型收集器为依次从上到下设置的伞帽(15)、导流板(7)和吸收液收集环(16)，所述吸收液收集环(16)为圆环状结构，所述吸收液收集环(16)的底部设置连接塔外吸收剂循环箱(10)的吸收液循环管Ⅰ；

所述碗型收集器为从上到下设置的导流板(7)和吸收液收集碗(23)；所述吸收液收集碗(23)为圆锥形结构，锥底设置连接塔外吸收剂循环箱(10)的吸收液循环管Ⅱ。

2.根据权利要求1所述的二段式双循环喷淋填料复合吸收塔，其特征是：所述的导流板(7)设置成能使烟气均匀进入填料段(13)的角度。

3.根据权利要求2所述的二段式双循环喷淋填料复合吸收塔，其特征是：所述填料层(8)包括采用陶瓷或者塑料材料制成的填料A和填料B，所述填料A和填料B分段填装；

所述填料A采用波纹填料、散装填料、规整填料或者由多种上述填料组合；

所述填料B采用具有圆弧形流道的防壁流板波纹填料、散装填料或规整填料。

4.根据权利要求3所述的二段式双循环喷淋填料复合吸收塔，其特征是：所述混合吸收剂溶液为钠基吸收剂和氧化剂混合而成；氧化剂为高锰酸钾、亚氯酸钠或者次氯酸钠；钠基吸收剂为氢氧化钠或者碳酸钠。