CN104785084A - 一种强化传质高效脱硫吸收塔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种强化传质高效脱硫吸收塔，包括塔体，塔体上设置烟气入口和烟气出口，塔体内设置喷淋层、除雾器和曝气管，所述的塔体内安装有至少一层筛板，塔体内壁上还安装有气液再分布增强环，气液再分布增强环位于筛板的下方、烟气入口的上方。无溢流筛板的功能在于能在筛板上方形成稳定高度的持液层，具有提高脱硫吸收塔内气液分布均匀性，强化气液传质作用；气液再分布增强环具有提高流场均匀性、防止边壁烟气逃逸、提高气液接触面积的功能；通过两者的科学组合，能够有效强化吸收塔内的气液传质效果，提高SO2污染物的脱除效率，实现脱硫效率达到99%以上，满足SO2超低排放的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种强化传质高效脱硫吸收塔，属于烟气SO2污染物控制技术领域。
背景技术
环境保护部新颁布的GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》调整了大气污染物排放限值，新建、改建和扩建的燃煤火电锅炉将执行100mg/Nm3的SO2排放浓度限值，而对于重点区域SO2排放限值为50mg/Nm3；部分环境污染严重地区甚至需要执行更严格排放标准，即达到天然气燃气轮机排放标准限值要求。
现有的湿法烟气脱硫空塔型喷淋塔，其典型特点为含SO2污染物的烟气自喷淋塔的下部进入，与喷淋浆液逆向接触，净化烟气经过除雾器后自喷淋塔上部排除。吸收器的下部为浆液池(也被称为氧化结晶区)，在其内部SO3 2-和HSO3 -被氧化成SO4 2-并在结晶作用下形成了副产物石膏。其关键组成部分包括浆液循环泵、浆液喷淋喷嘴、除去烟气携带液滴的除雾器、氧化空气喷射系统、防止浆液分层的浆液搅拌器。现有脱硫系统中由于塔体边壁的喷嘴布置较疏，边壁喷淋覆盖率较低，造成边壁烟气逃逸，系统脱硫效率下降。同时由于脱硫塔存在大直径(可达18米以上)的特点，塔内气液流场分布不均匀，造成脱硫效率下降。
化工领域内筛板塔中主要构件筛板具有大量小孔径开孔，可为反应提供精细的气/液接触，提高反应传质效率。如专利硝酸甲酯脱酸塔(CN201320010045.8)，该专利的创新点之一是将筛板塔盘分上下两组固定在塔体中，提高了脱酸的效果；又如专利硝酸吸收塔筛板塔盘(CN201320373610.7)，其特征之一是在塔板上设置有筛孔，可充分进行气液交换，提高生产率；还有专利一种筛板泡罩组合板式反应塔及生产环氧氯丙烷的装置(CN201320595708.7)，此项专利特征在于塔盘由若干个筛板塔盘、泡罩塔盘组合而成，节约反应时间，反应效率高。然而若直接应用于湿法烟气脱硫系统中，由于传质吸收液、烟气流速的变化，会导致板层阻力、表面张力等的变化，此外还受到操作弹性范围的限制，容易造成漏液、固体堵塞，液泛，系统阻力过大或污染物脱除效率不高等问题。随着我国环保标准的提高，常规传统的脱硫系统由于脱硫效率难以满足日益严格的排放要求，需要开发更经济高效的脱硫系统满足现有火电厂排放标准甚至更高排放标准的需求。
发明内容
本发明提供一种强化传质高效脱硫吸收塔，该装置是在现有的湿法烟气脱硫喷淋塔的基础上进行的改造，既能实现脱硫效率达到99％以上、SO2排放浓度低于35mg/Nm3，又能减少成本、改造无需拔高塔高、节约用地。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种强化传质高效脱硫吸收塔，包括塔体，塔体上设置烟气入口和烟气出口，塔体内设置喷淋层、除雾器和曝气管，所述的塔体内安装有至少一层筛板，塔体内壁上还安装有气液再分布增强环，气液再分布增强环位于筛板的下方、烟气入口的上方。无溢流筛板的功能在于能在筛板上方形成稳定高度的持液层，具有提高脱硫吸收塔内气液分布均匀性，强化气液传质作用；气液再分布增强环具有提高流场均匀性、防止边壁烟气逃逸、提高气液接触面积的功能；通过两者的科学组合，结合喷淋层优化设计，能够有效强化吸收塔内的气液传质效果，提高SO2污染物的脱除效率，实现脱硫效率达到99％以上，满足SO2超低排放的要求。脱硫吸收塔内可安装一层或多层筛板，筛板安装位置可位于喷淋层下方，也可以用于喷淋层中间。
作为优选，所述筛板的开孔形状为圆形、椭圆形、方形、三角形或正六边形，开孔当量直径为15mm-45mm，所述筛板的开孔率为25％-50％。六边形、方形、三角形孔与圆孔相比，强化了边角扰动效果，增加了局部高效气液传质活性区域。
孔布置方式为正方形布置或三角形布置，筛板开孔率布置，孔径布置在吸收塔不同截面位置处即可不同也可相同。
作为优选，所述的筛板设置于喷淋层下方，筛板可以为一层或多层，层数多了脱硫效果更好。另一种优选的方案是，喷淋层为多层结构，所述的筛板至少有一层位于喷淋层内。
作为优选，所述筛板是由多个四边带有筋板的多孔板单元连接而成，筛板由支撑结构固定在塔体内。
作为优选，筋板高度为50mm-200mm，厚度为2mm-4mm，筋板与多孔板单元的连接方式为焊接或折边。根据不同喷淋量、烟气流速和设计压力可优选调整挡板高度。本发明的筛板为一种带筋板的平面式筛板，能在保证稳定持液量的前提下，提供较大的传质面积，包括具有支撑筛板的支架、均匀开孔布置的开孔平面、筋板，这简化了筛板的制造和构造，这些结构综合功能有助于尽量减少成本或在新建或重建应用中改进安装的便利性。
作为优选，该气液再分布增强环呈与塔体同轴的中心对称结构，其横截面呈三角形，其上端面和下端面与水平方向分别成0°～20°夹角。气液再分布增强环是一种沿塔体内壁设置的环状结构，包括塔壁固定支撑结构，均匀宽度分段环状结构，呈中心对称结构，这种结构简化了安装过程，并节省材料。吸收塔安装气液再分布增强环后，有益于烟气均匀性分布，同时有效防止烟气边壁逃逸，提高污染物的脱除效率。进一步的，所述气液再分布增强环的内侧为带齿状。带齿状的结构能够克服由于负荷变化引起的结构波动，具有气液均布与增强气流湍动的双重效果。
作为优选，该气液再分布增强环的上端面与水平方向成5°～15°夹角，下端面与水平方向成5°～20°夹角。
作为优选，气液再分布增强环的覆盖面积为塔体截面积的10～25％。
作为优选，气液再分布增强环与最底部的喷淋层之间的距离为0mm-600mm，可根据喷淋层的喷嘴角度及喷嘴安装位置不同选择。气液再分布增强环根据吸收塔的喷淋层层数设置1层或多层，但不超过喷淋层层数。
作为优选，气液再分布增强环的内侧为带齿状，其最大厚度为0.5～1.5m，构件最小厚度为0.2～1.0m，齿顶角为30°～60°。
本发明的特点一通过筛板和气液再分布增强环的加装和优化设计，有效提高吸收塔内的气液分布均匀性，改善喷淋塔中气液接触效果并增加气液接触的有效面积，提高传质效率。
本发明的特点二是通过筛板开孔率、孔径以及筛孔排布等的整体协调设计防止在浆液筛板上形成堵塞、防止漏液和液泛，并通过持液层鼓泡扰动和气液再分布增强环实现SO2的有效吸收，提高传质效率。本发明根据具体项目的工艺特点，设计具有不同开孔方式(圆形孔、椭圆孔、方形孔、正六边形孔、三角形孔等)、孔布置方式(顺列、错列等)、开孔直径(15～45mm)、开孔率(25～50％)的无溢流筛板结构，从而保证合适的持液量、阻力及脱硫效率。
本发明的特点三是提供了一种使塔内的烟气均匀分布，有效防止烟气边壁逃逸，提高边壁浆液的利用率，提高污染物的脱除效率的环状气液再分布增强环。
本发明具有气体和液体的流量变化操作弹性大，不会产生由于负荷变化而引起的液泛和漏液导致装置的非正常工作的现象；装置主要功能区的稳定泡沫层提供了更大的气液接触面积，同时实现更低的系统阻力；筛板均匀开孔和分区设置使区域持液量更加稳定。
本发明的特点四是指用于吸收塔塔内的筛板和气液再分布增强环可分开或联合使用，通过筛板和气液再分布增强环的共同作用，并通过对筛板开孔的优化设计，进一步提高气液分布均匀性，提高筛板上部持液均匀性，减少漏液和烟气逃逸，提高传质效率。在筛板的多孔布置、开孔直径和间隔尺寸的系统优化设计下，气体和液体将在筛板隔间中形成稳定持液泡沫层，并对于为吸收SO2目的之间的充分化学传质提供足够的传质面积。气液再分布增强环将边壁上的大部分液体重新汇聚到塔体中心，提高气液接触面积。实现脱硫效率达到99％以上，SO2排放浓度小于35mg/Nm3。
在强化传质高效脱硫塔内，烟气向上依次穿过气液再分布增强环、筛板、喷淋层，在气液再分布增强环处进行烟气均匀性分布，并防止边壁逃逸，在筛板上层与稳定持液层进行气液接触，再通过喷淋层与吸收液进行逆流接触，发生传质吸收反应，脱除烟气中大部分酸性气体(SO2、SO3、HCl、HF等)，并除去部分灰尘；烟气穿过喷淋层后，烟气中污染物基本全部脱除，洁净烟气通过除雾器除去夹带的液滴后，通过脱硫塔顶部的烟气出口排出塔外。
附图说明
图1是传统工艺湿法烟气脱硫喷淋塔的侧视截面图；
图2是本发明的湿法烟气脱硫喷淋塔形式一侧视截面图；
图3是本发明的湿法烟气脱硫喷淋塔形式二侧视截面图；
图4是本发明的湿法烟气脱硫喷淋塔形式三侧视截面图；
图5是圆孔顺列排布筛板部件的正视图；
图6是圆孔错列排布筛板部件的正视图；
图7是正六边形孔顺列排布筛板部件的正视图；
图8是三角形孔错列排布筛板部件的正视图；
图9是无溢流筛板的三维效果图；
图10是气液再分布增强环的结构示意图；
图11是气液再分布增强环的纵向剖视图；
图12是气液再分布增强环的三维效果图；
图13是气液再分布增强环的另一种结构示意图；
图中：1、烟气入口，2、塔体，3、喷淋层，4、除雾器，5、曝气管，6、烟气出口，7、气液再分布增强环，8、筛板，9、多孔板单元，10、筋板。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
实施例1：
如图2所示，本发明的强化传质高效脱硫吸收塔包括塔体2，塔体采用空塔型喷淋塔结构，塔体上设置烟气入口1和烟气出口6，塔体内设置喷淋层3、除雾器4和塔体底部设置的曝气管5，脱硫吸收塔的喷淋层3包括3层喷淋层，烟气入口1设置于喷淋层3的下方，烟气出口6位于脱硫吸收塔的顶部；除雾器4安装在脱硫吸收塔上部喷淋层3和烟气出口6之间；烟气入口1与喷淋层3之间安装有一个气液再分布增强环7和一层筛板8。筛板位于最底部的喷淋层的下方，气液再分布增强环位于筛板的下方。传统空塔型喷淋塔如图1所示，新型强化传质塔增加了气液再分布增强环7及筛板8。
所述筛板部件如图5～9所示，塔体内的筛板由多块四边带有筋板10的多孔板单元9组合而成，多孔板单元的平面由高度为5～20cm的筋板间隔成多个小区间，筋板为合金钢板，筛板由支撑结构固定在塔体内。根据不同应用实例，筛板开孔当量直径在25-40mm之间，开孔率在30～45％之间变化。筋板的厚度为2mm-4mm，筋板与多孔板单元的连接方式为焊接或折边。
所述气液再分布增强环如图10～12所示，由多块与脱硫吸收塔塔体相同材质的碳钢钢板制作而成，呈环状，与塔体同轴的中心对称结构，其横截面为三角形。根据不同应用示例，气液再分布增强环水平覆盖面积为脱硫吸收塔截面积的10～25％，气液再分布增强环的上端面和下端面与水平方向分别成0°～20°夹角。内环边焊接在塔体，形成三角形支撑结构。气液再分布增强环与最底部的喷淋层之间的距离为0mm-600mm，根据实际液气比与机组负荷在该范围选择合适的值。
如图3所示，90℃-160℃原烟气由脱硫吸收塔烟气入口1进入脱硫吸收塔，在脱硫吸收塔内烟气沿脱硫吸收塔上升，经过筛板8，在筛板上形成的稳定持液层中烟气与吸收液进行换热、传质反应。烟气继续上升，穿过气液再分布增强环7，烟气通过气液再分布增强环7后，烟气在塔内流场特性得到改善，有效降低边壁逃逸。烟气继续向上与喷淋层4喷淋的吸收液充分逆流接触，进行传质反应，烟气温度降到50℃-60℃，烟气中的污染物SO2、SO3、HCl、HF等污染物基本被脱除并且部分灰尘被去除，脱除污染物后的洁净烟气向上通过塔顶的除雾器4，除去烟气夹带的液滴后从塔顶烟气出口6排出。当原烟气SO2浓度不超过6000mg/Nm3，采用4层喷淋的强化传质高效脱硫吸收塔，可实现SO2排放浓度低于35mg/Nm3。
实施例2：
如图3所示的强化传质高效脱硫吸收塔，结构与实施例1相同，不同之处在于：烟气入口1与喷淋层3之间安装有两层筛板8。气液再分布增强环的上端面与水平方向成15°夹角(图11中为α1)，下端面与水平方向成20°夹角(图11中为α2)。
此时，当原烟气SO2浓度不超过6000mg/Nm3，采用3层喷淋的强化传质高效脱硫吸收塔，可实现SO2排放浓度低于35mg/Nm3。
实施例3：
如图4所示的强化传质高效脱硫吸收塔，结构与实施例1相同，不同之处在于：烟气入口1与喷淋层3之间安装有一层筛板8，最下层喷淋层与中间喷淋层之间安装有一层筛板。气液再分布增强环的上端面与水平方向成5°夹角，下端面与水平方向成15°夹角。
此时，当原烟气SO2浓度不超过6000mg/Nm3，采用3层喷淋的强化传质高效脱硫吸收塔，可实现SO2排放浓度低于35mg/Nm3。
实施例4：
一种强化传质高效脱硫吸收塔，结构与实施例1相同，不同之处在于：烟气入口1与喷淋层3之间安装有一层筛板8，最下层喷淋层与中间喷淋层之间安装有一层筛板。气液再分布增强环的上端面与水平方向成0°夹角，下端面与水平方向成10°夹角，气液再分布增强环的内侧为带齿状，如图13所示，最大厚度(图13中为R5与R3之差)为0.5～1.5m，最小厚度(图13中为R5与R4之差)为0.2～1.0m，齿顶角(图13中为b)为30°～60°。
实施例5：
一种强化传质高效脱硫吸收塔，结构与实施例1相同，不同之处在于：气液再分布增强环的最大厚度(图13中为R5与R3之差)为1.2m，最小厚度(图13中为R5与R4之差)为1.0m，齿顶角(图13中为b)为30°。
实施例6：
一种强化传质高效脱硫吸收塔，结构与实施例2相同，不同之处在于：气液再分布增强环的上端面与水平方向成0°夹角，下端面与水平方向成10°夹角，气液再分布增强环的内侧为带齿状，气液再分布增强环的最大厚度为0.5m，最小厚度为0.2，齿顶角为60°。
实施例7：
一种强化传质高效脱硫吸收塔，结构与实施例3相同，不同之处在于：气液再分布增强环的上端面与水平方向成0°夹角，下端面与水平方向成10°夹角，气液再分布增强环的内侧为带齿状，气液再分布增强环的最大厚度为1.5m，最小厚度为1.0m，齿顶角为45°。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (10)
1.一种强化传质高效脱硫吸收塔，包括塔体，塔体上设置烟气入口和烟气出口，塔体内设置喷淋层、除雾器和曝气管，其特征在于：所述的塔体内安装有至少一层筛板，塔体内壁上还安装有气液再分布增强环，气液再分布增强环位于筛板的下方。
2.根据权利要求1所述的强化传质高效脱硫吸收塔，其特征在于：所述筛板的开孔形状为圆形、椭圆形、方形、三角形或正六边形，开孔当量直径为15mm-45mm，所述筛板的开孔率为25%-50%。
3.根据权利要求1所述的强化传质高效脱硫吸收塔，其特征在于：所述的筛板设置于喷淋层下方。
4.根据权利要求1所述的强化传质高效脱硫吸收塔，其特征在于：喷淋层为多层结构，所述的筛板至少有一层位于喷淋层内。
5.根据权利要求1所述的强化传质高效脱硫吸收塔，其特征在于：所述筛板是由多个四边带有筋板的多孔板单元连接而成，筛板由支撑结构固定在塔体内。
6.根据权利要求5所述的强化传质高效脱硫吸收塔，其特征在于：筋板高度为50mm-200mm，厚度为2mm-4mm，筋板与多孔板单元的连接方式为焊接或折边。
7.根据权利要求1所述的强化传质高效脱硫吸收塔，其特征在于：所述气液再分布增强环是与塔体同轴的中心对称结构，其横截面为三角形，其上端面和下端面与水平方向分别成0°~20°夹角。
8.根据权利要求7所述的强化传质高效脱硫吸收塔，其特征在于：所述气液再分布增强环的上端面与水平方向成5°~15°夹角，下端面与水平方向成5°~20°夹角。
9.根据权利要求7所述的强化传质高效脱硫吸收塔，其特征在于：气液再分布增强环的覆盖面积为塔体截面积的10~25%，气液再分布增强环与最底部的喷淋层之间的距离为0mm-600mm。
10.根据权利要求7所述的强化传质高效脱硫吸收塔，其特征在于： 气液再分布增强环的内侧为带齿状，其最大厚度为0.5~1.5m，最小厚度为0.2~1.0m，齿顶角为30o~60o。
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