CN103816775B - 免维护半干法烟气脱硫吸收塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种免维护半干法烟气脱硫吸收塔，脱硫吸收反应器和烟气预处理器之间通过烟气分布器连通，所述烟气分布器为倒置的两端敞口的圆台筒形，在烟气分布器壁上均匀布设有若干匀流小孔，每个匀流小孔与烟气分布器外壁相切，匀流小孔的切向与烟气入口的切向相同。水雾化器由输水管和位于输水管上的若干喷嘴构成，输水管从烟气预处理器底部中心进入，通过烟气分布器后进入脱硫吸收反应器中心；所有喷嘴分成上下几段喷水段，其中至少有一个喷水段位于烟气分布器内腔中，其余喷水段间隔位于脱硫吸收反应器内不同高度上。本吸收塔可以大大提高脱硫吸收塔的脱硫反应效率，避免水雾化器堵塞，降低能源消耗和运行维护费用。

Description

免维护半干法烟气脱硫吸收塔

技术领域

本发明涉及半干法旋转流化床烟气脱硫技术，具体涉及一种免维护半干法烟气脱硫吸收塔，用于提高半干法吸收塔反应效能，同时减少维护，属于环保设备技术领域。

背景技术

烟气脱硫技术按照硫化物吸收剂的形态分为湿法、半干法和干法三类。半干法介于干法和湿法之间，指吸收适量水分的脱硫吸收剂与烟气中的硫化物充分接触反应实现脱硫的一种方法。半干法脱硫的典型实例是循环流化床烟气脱硫工艺技术，该技术主要是根据循环流化床原理，使脱硫吸收剂在吸收塔内悬浮，与含硫烟气湍流混合并经多次反复循环增加接触反应时间，提高脱硫剂的利用率和脱硫效率。这种循环悬浮式半干法烟气脱硫技术兼有干法与湿法的特点，即既具有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又具有干法无污水排放、脱硫后产物易于处理的好处，而且流程简单灵活、占地少、投资小，不仅适合于不同大小的燃煤电厂锅炉烟气的处理，对于成分波动较大的钢铁厂烧结烟气的治理也是一种较为理想的方法。

半干法烟气脱硫技术的主体设备是脱硫塔，烟气的脱硫过程在脱硫塔内进行。因此，脱硫塔内气（烟气）-固（脱硫吸收剂）-液（降温/增湿水）的流动分布特征是影响脱硫效果的重要因素。目前，脱硫塔的气-固流化方式，大多采用烟气经设置于脱硫塔底部的文丘里管分配气流，理想的流动状态是使在不同塔截面上分布均匀，并携带脱硫吸收剂粉末（一般为粒度在10微米以下Ca(OH)₂粉）在塔内均匀上行过程中反应，脱出烟气中的硫化物。这是一个速度分布和浓度分布均匀的反应过程。这种脱硫塔内的反应过程突出的问题，首先是脱硫塔内气流均匀上行，气流以及气固之间的剪切力均不高，相互碰撞、混合不剧烈，脱硫剂颗粒表面的反应产物保留，会阻碍外部烟气与颗粒内部脱硫剂的充分接触和反应，不利于强化烟气与脱硫剂的反应过程和脱硫剂的充分利用；其次是在脱硫塔内喷雾化水降低烟气的温度或使脱硫剂增湿时，在水雾化喷嘴出口附近容易出现局部水分过多等原因而造成脱硫吸收剂粉末粘壁甚至结垢增厚堵塞或塌床等现象；另外，实际塔内烟气和脱硫剂偏流严重，尤其是大直径脱硫塔，难以维持塔内烟气速度和脱硫剂浓度均匀分布。

专利CN1795967、CN1795968、CN101357299等提出在脱硫塔底部设置预分离室。CN1795967和CN1795968提出预分离室的烟气切向进入形成旋转流，CN101357299公开了一种带撞击流的预除尘器，目的均是实现烟气的缓冲和烟气中固体颗粒的预分离，没有脱硫反应，分离后的烟气再经过文丘里管进入脱硫塔，理想的状态仍然是使不同塔截面上气流分布均匀。

专利CN103480268提出将脱硫吸收剂的入口设置在脱硫塔的中心部位，在脱硫吸收剂入口管的出口与塔内的循环脱硫反应器环形之间设置螺旋导向叶片，解决上述传统脱硫塔内流场剪切力较小，烟气与脱硫剂接触不充分等问题。但这种设计方法使脱硫塔内部结构复杂，增加了脱硫吸附剂粉末粘附的壁面。特别是螺旋导向叶片的设置增加了中部循环脱硫反应器的阻力，对利用积尘室内中心文丘里管内部气流抽吸积尘室内脱硫吸收剂再流向循环脱硫反应器的作用大大降低，特别需要积尘室提供足够的密封气体的能力，使文丘里管和循环脱硫反应器内的烟气不返串进入积尘室甚至引起短路或堵塞，难以达到预期的循环效果效果，还缩短了脱硫塔的有效利用高度。根据专利CN203139895，含尘浓度高的烟气流对喷枪冲刷磨损严重，表明专利CN103480268提出在脱硫塔中部内置循环脱硫反应器、螺旋导向叶片等器件的方法，同时存对在内置器件特别是对旋流叶片冲刷磨损，使设备维护量增加的问题。另外，专利CN103480268所提供的所谓半干法并未提及脱硫塔内雾化水喷嘴的设置问题。

中国专利CN201015729Y和CN201823469提出将传统脱硫塔的单层喷水改成多层喷水，使脱硫剂和增湿雾化水分别从文丘里管扩散段及其上端喷入。专利CN101357299提出在文丘里管喉口段设置一级喷水管降温，在塔体喷粉管上方设置多层喷水管增湿等，这些改进措施在流场均匀分布的脱硫塔内发挥了重大作用，取得了较好的效果，但仍存在水雾化喷嘴出口附近容易出现局部水分过多，而造成脱硫吸收剂粉末粘壁，甚至结垢增厚、堵塞问题。

发明内容

针对现有半干法流化床烟气脱硫塔存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种免维护半干法烟气脱硫吸收塔，本吸收塔可以大大提高脱硫吸收塔的脱硫反应效率，避免水雾化器堵塞，降低能源消耗和运行维护费用。

本发明实现上述目的采用的技术方案是：

免维护半干法烟气脱硫吸收塔，包括脱硫吸收反应器，脱硫吸收反应器下部为烟气预处理器，上部为脱硫塔顶，脱硫吸收反应器和烟气预处理器之间通过烟气分布器连通，烟气预处理器外壁设有气流切向进入的烟气入口，脱硫吸收反应器外壁下端设有脱硫吸收剂及回料入口，脱硫塔顶设有脱硫塔出口；所述烟气分布器为倒置的两端敞口的圆台筒形，圆台母线和轴线的夹角为20°~30°；在烟气分布器壁上均匀布设有若干匀流小孔，每个匀流小孔与烟气分布器外壁相切，匀流小孔的切向与烟气入口的切向相同。

所述水雾化器由输水管和位于输水管上的若干喷嘴构成，输水管从烟气预处理器底部中心进入，通过烟气分布器后进入脱硫吸收反应器中心；所有喷嘴分成上下几段喷水段，其中至少有一个喷水段位于烟气分布器内腔中，其余喷水段间隔位于脱硫吸收反应器内不同高度上。

所述匀流小孔直径为3～5mm，且匀流小孔总面积为烟气分布器内表面积的3～5%。

所述匀流小孔按组设置在烟气分布器不同高度上，且同一高度上的该组匀流小孔在该高度对应的圆周上均匀开设。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1.将传统的文丘里管分配烟气流的塔底结构改进设计为倒置圆台壁面上的小孔进行分配，使烟气以扩散螺旋方式旋转进入脱硫吸收反应器，脱塔内无附加旋转构件，不存在附件粘附和维护等问题，在脱硫吸收塔内形成无附加构件的强烈旋转流，一方面，卷吸脱硫剂粉末与烟气流之间的相互掺混、碰撞，由于强旋流的强烈的剪切作用，使脱硫粉剂表面反应产物容易脱落，有利于脱硫吸收剂的充分利用；另一方面，脱硫吸收粉剂分散悬浮在强烈旋转的烟气流，随气流在反应器壁表面浓缩旋转螺旋上行，而不粘壁不沉积，且脱硫粉剂在塔内的停留反应延长，有利于提高反应器效率。

2.水雾化器垂直安装在脱硫吸收反应器的中心，也是塔内旋转烟气流旋流中心。在旋转离心力的抽引和雾化水的喷射作用下，脱硫吸收剂粉粒不易粘附或堵塞水雾化器，且不存在对水雾化器喷嘴的冲刷磨损。

3.从倒置圆台形烟气分布器中心处开始，沿水雾化器中心轴线垂直向上设有3~5个喷水段，各段喷吹的雾化水量根据进入脱硫吸收塔内烟气的温度、湿度和脱硫吸收反应器内各区段的温度、湿度进行调节控制，使塔内温度和湿度处于脱硫反应的适宜范围。

总之，实现既可以实现免维护，低消耗高效率的目的，又可以使操作控制简单，运行维护费用低，易实现过程应用和放大。

附图说明

图1-本发明的烟气脱硫吸收塔结构示意图。

图2-本发明烟气分布器的截面俯视图。

图中，1-烟气预处理器；2-脱硫吸收反应器；3-脱硫塔顶；4-水雾化器；5-烟气入口；6-烟气分布器；7-脱硫吸收剂及回料入口；8-脱硫塔出口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

本发明的基本设计思路是将传统的文丘里管分配烟气流的塔底结构改进设计为扩散型螺旋式烟气进入方式，在脱硫吸收塔内形成无任何附加构件的强烈旋转流，强化烟气和脱硫剂粉末之间相互混合、碰撞，脱硫粉剂表面反应产物脱落，提高脱硫吸收剂的利用率。塔内雾化水根据进入脱硫吸收塔内烟气的温度、湿度和脱硫吸收反应区域的温度和湿度进行分段设计和控制，使塔内温度和湿度处于脱硫反应的适宜范围，以提高脱硫吸收塔的脱硫反应效率，降低能源消耗和运行维护费用。具体解决方案如下：

图1所示是免维护半干法烟气脱硫吸收塔的结构图，图2是其中的烟气分布器的截面俯视图。参见图1和图2，本发明烟气脱硫吸收塔由烟气预处理器1、脱硫吸收反应器2、脱硫塔顶3、水雾化器4、烟气入口5、烟气分布器6、脱硫吸收剂及回料入口7、脱硫塔出口8组成。脱硫吸收反应器2下部为烟气预处理器1，上部为脱硫塔顶3，脱硫吸收反应器2和烟气预处理器1之间通过烟气分布器6连通。烟气预处理器1外壁设有气流切向进入的烟气入口5，脱硫吸收反应器1外壁下端设有脱硫吸收剂及回料入口7，脱硫塔顶3设有脱硫塔出口8。所述烟气分布器6为倒置的两端敞口的圆台筒形，圆台母线和轴线的夹角为20°~30°。在烟气分布器6壁上均匀布设有若干匀流小孔，所述匀流小孔按组设置在烟气分布器不同高度上，且同一高度上的该组匀流小孔在该高度对应的圆周上均匀开设。每个匀流小孔与烟气分布器外壁相切，匀流小孔的切向与烟气入口的切向相同。这样使烟气基于所述圆台以扩散型螺旋方式，旋转进入脱硫吸收反应器2中，卷吸从脱硫吸收剂及回料入口7送入的脱硫粉剂，在旋转掺混过程中发生反应，去除烟气中的硫化物等酸性气体。所述烟气分布器6将脱硫塔内腔体分割成上下两个区域，所述上部区域为具有脱硫吸收反应的区域，所述下部区域为没有脱硫吸收反应的烟气预分布、预除尘（如果有固体粉尘）区域。

所述水雾化器4由输水管和位于输水管上的若干喷嘴构成，所有喷嘴分成上下几段喷水段（实际为3~5段），输水管从烟气预处理器底部中心进入，通过烟气分布器后进入脱硫吸收反应器中心。其中至少有一个喷水段位于烟气分布器内腔中，其余喷水段间隔位于脱硫吸收反应器内不同高度上。各段喷吹的雾化水量根据进入脱硫吸收塔内烟气的温度、湿度和脱硫吸收反应器内各区段的温度、湿度进行调节控制，使塔内温度和湿度处于脱硫反应的适宜范围。

烟气分布器6上的小孔大小及开孔率直接影响分布器的机械强度和烟气通过小孔的速度和阻力。如果小孔多或直径过大，会使分布器的机械强度降低，烟气通过小孔的流动速度小，旋转搅拌的动能不足会则达不到预期的效果，反之，如果小孔过小或过少，烟气通过分布器的阻力大，消耗的能力就大。适宜的小孔直径和开孔率既可以保证烟气通过小孔的流速，有足够的动能，又可以使反应器主体内气固形成弥散的分散流化状。鉴于此，本发明最终确定所述匀流小孔直径为3～5mm，且匀流小孔总面积为烟气分布器内表面积的3～5%，优选4%。

本发明工作原理：待处理的烟气从脱硫吸收塔下部位于烟气预处理器1两侧的烟气入口5导入，切向进入烟气预处理器1内，进行旋转预分布的同时可以分离烟气中的固体飞灰。分离出来的飞灰由底部落灰口排出。经烟气预处理器1预旋转分离飞灰后的烟气，再经倒置圆台形烟气分布器6上设置的旋转切向小孔进入脱硫吸收反应器2中，形成具有强剪切作用的旋转流。烟气与处于倒置圆台形烟气分布器6中心处第一级雾化喷水掺混，强烈的热质传输使水雾吸热蒸发，烟气吸水加湿，温度下降。加湿降温后的烟气旋转向上运动至脱硫吸收剂及回料入口7处，再卷吸从所述入料口送入脱硫吸收粉剂，在强烈的旋转掺混过程中发生反应，去除烟气中的硫化物等酸性气体。经脱硫吸收反应后的烟气从脱硫塔出口8离开脱硫吸收塔，其夹带的脱硫吸收剂细粉经分离后，可以经循环回料入口7再次进入反应器内循环利用或作为脱硫吸收固废直接回收利用。

水雾化器各段适宜的雾化水喷入量可以根据实际进入烟气预处理器中的烟气温度和流量，建立烟气-水-脱硫吸收粉剂间的热质平衡关系，通过模拟计算确定或实验检测反应器内温度和湿度进行调节控制，以脱硫吸收反应效率最大化为目标函数，进行各区段的适宜雾化水喷入量优化确定。

本发明改变了传统半干法脱硫吸收塔内烟气-脱硫吸收剂-降温/增湿水的流动分布特征。由于烟气基于倒置圆台壁面上的小孔进行分配后以扩散螺旋方式旋转进入脱硫吸收反应器，在脱硫吸收塔（脱硫吸收反应器）内形成无附加构件的强烈旋转流，一方面，卷吸脱硫剂粉末与烟气流之间的相互掺混、碰撞，由于强旋流的强烈的剪切作用，使脱硫粉剂表面反应产物容易脱落，有利于脱硫吸收剂的充分利用；另一方面，脱硫吸收粉剂分散悬浮在强烈旋转的烟气流，随气流在反应器壁表面浓缩旋转螺旋上行，而不粘壁不沉积，且脱硫粉剂在塔内的停留反应延长，有利于提高反应器效率。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1.免维护半干法烟气脱硫吸收塔，包括脱硫吸收反应器，脱硫吸收反应器下部为烟气预处理器，上部为脱硫塔顶，脱硫吸收反应器和烟气预处理器之间通过烟气分布器连通，烟气预处理器外壁设有气流切向进入的烟气入口，脱硫吸收反应器外壁下端设有脱硫吸收剂及回料入口，脱硫塔顶设有脱硫塔出口；其特征在于：所述烟气分布器为倒置的两端敞口的圆台筒形，圆台母线和轴线的夹角为20°~30°；在烟气分布器壁上均匀布设有若干匀流小孔，每个匀流小孔与烟气分布器外壁相切，匀流小孔的切向与烟气入口的切向相同；

水雾化器由输水管和位于输水管上的若干喷嘴构成，所有喷嘴分成上下几段喷水段，输水管从烟气预处理器底部中心进入，通过烟气分布器后进入脱硫吸收反应器中心；其中至少有一个喷水段位于烟气分布器内腔中，其余喷水段间隔位于脱硫吸收反应器内不同高度上。

2.根据权利要求1所述的免维护半干法烟气脱硫吸收塔，其特征在于：所述匀流小孔直径为3～5mm，且匀流小孔总面积为烟气分布器内表面积的3～5%。

3.根据权利要求1或2所述的免维护半干法烟气脱硫吸收塔，其特征在于：所述匀流小孔按组设置在烟气分布器不同高度上，且同一高度上的该组匀流小孔在该高度对应的圆周上均匀开设。