CN104785087B

CN104785087B - 一种海水脱硫辅机系统及脱硫方法

Info

Publication number: CN104785087B
Application number: CN201510150278.1A
Authority: CN
Inventors: 王晓强; 姚庆达; 蔡文默; 王笑; 王一笑; 范思岑; 颜成岩
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2035-04-01
Also published as: CN104785087A

Abstract

本发明公开了一种海水脱硫辅机系统及脱硫方法，所述系统包括除尘装置1、空气分离装置2、氮压缩机3、GLS海水换热器4、虹吸井5和吸收塔6，所述的空气分离装置2分别与氮压缩机3、除尘装置1和GLS海水换热器4连接，GLS海水换热器4分别与吸收塔6和虹吸井5连接。本发明通过利用空气分离装置和氮压缩机，将大部分的氮气富集起来，一方面富集的氮气可以用于其他用途，实现了海水的综合利用；另一方面降低了烟气内压，实现了烟气流速的准确控制，随后再利用本发明的GLS海水换热器，将烟气与进入换热装置内的循环海水进行热交换，将烟气温度控制在最佳吸收温度，从而提高了脱硫效率，缩短了脱硫时间，同时节省了运行电耗。

Description

一种海水脱硫辅机系统及脱硫方法

技术领域

本发明涉及一种海水脱硫辅机系统及脱硫方法，属于烟气脱硫技术领域。

背景技术

海水烟气脱硫技术是利用海水的碱度脱除烟气中二氧化硫的一种方法，进行海水脱硫处理时，通常的做法是将烟气直接通入海水中，利用大量的海水进行吸收，以降低烟气中的硫含量(如申请号为201010291585.9的发明专利申请所公开的“一种烧结烟气海水脱硫工艺及脱硫系统”)。但是现有的海水脱硫技术仍然存在以下缺点：

1、进行脱硫处理时海水的用量较大、用途单一，同时脱硫速度慢、效率低；

2、脱硫装置中的喷淋装置，设置的喷孔直径小、个数多，导致喷淋水流速慢，且喷孔容易堵塞，加工困难；另外，传统的喷淋装置流体分布不均匀(即喷孔的流量不均匀)，同时流速也不够理想，从而导致脱硫效率低；

3、烟气经喷淋装置处理后通过出气口直接排出，但是排出的烟气粉尘浓度较高(达43.52mg/Nm³)，对环境的危害性较大；

4、现有的气-气换热器，其主要作用是提高脱硫后的排烟温度，获得较高抬升速度，改善烟气扩散条件，但是其并不能对污染物的排放浓度和排放量产生影响；另外，现有的海水脱硫系统安装GGH气-气换热器还带来了以下问题：脱硫后烟气在GGH气-气换热器中由45℃升高到80℃左右，即GGH气-气换热器一般在酸露点下运行(脱硫后烟气的酸露点在100～135℃之间)，因此在GGH气-气换热器的冷端会产生浓酸液对换热元件及壳体造成腐蚀，同时粘附大量飞灰进而堵塞换热元件通道；此外，GGH气-气换热器本身占地面积大，运行维护费用高且不方便，造价昂贵，是造成脱硫系统事故停机的主要设备；

5、进行海水脱硫处理时，海水存在阻力，导致引风机效率较低，消耗的总功率较大，能耗较高；

6、脱硫塔的脱硫效率低下，且单一的对某种形式的脱硫塔改进并不能大幅度提高脱硫效率，从而限制了海水脱硫技术的发展。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种海水脱硫辅机系统及脱硫方法，它可以有效解决现有技术中存在的问题，尤其是进行脱硫处理时海水的用量较大、用途单一，同时脱硫速度慢、效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种海水脱硫辅机系统，包括：除尘装置、空气分离装置、氮压缩机、GLS海水换热器(气-液换热器)、虹吸井和吸收塔，所述的空气分离装置分别与氮压缩机、除尘装置和GLS海水换热器连接，GLS海水换热器分别与吸收塔和虹吸井连接。

优选的，所述的吸收塔包括：多个超声波发生装置，所述的多个超声波发生装置均匀的设置于吸收塔的内壁上，吸收塔中通过利用超声波发生装置取代填料层，并且超声波发生装置采用单频场或混频场，将导入海水中的大分子烟气打碎成小分子，从而使得气泡直径下降，气泡上升速度减缓，气含率增大，即超声波发生装置进一步提升了脱硫速率，增大了脱硫效率；此外利用本发明中的超声波发生装置，结合数字式智能型混凝土超声波检测仪，还可检测出吸收塔内的结构强度。

本发明中，超声波发生装置发出的超声波频率f与吸收塔塔高h存在如下关系：

f＝nc/h；

其中，f为超声波发生装置发出的超声波频率，n为正整数，c为超声波发生装置发出的超声波波速，h为吸收塔塔高，并且吸收塔塔高h与超声波的四分之一波长λ呈倍数关系(即h＝nλ)。

优选的，超声波发生装置的个数为4，同时，各个超声波发生装置的频率分别为f＝c/h、f＝2c/h、f＝3c/h和f＝5c/h，从而使得吸收塔内形成多频超声场，并且脱硫效率最大(超声波发生装置的能耗、共振与其脱硫效率达到最大平衡)。

进一步优选的，本发明中所述的吸收塔内壁上涂覆有(固化型)聚氨酯弹性涂料和/或镍锌铁氧体涂料，从而可以增强超声波发生装置产生的单频或多频超声波的干涉吸收作用，降低超声波引起的共振，从而进一步提高脱硫效率。

更优选的，所述的吸收塔还包括：喷淋水管道和喷淋装置，其中，喷淋水管道固定于吸收塔的内壁上；喷淋装置包括：布水器和布水管，布水器与喷淋水管道固定连接，布水管设于布水器上；所述的布水器包括：喷淋淋头和多层金属网格，所述的金属网格设于喷淋淋头与喷淋水管道之间；喷淋淋头的顶端设有多个喷孔；所述的布水器还包括吸水层，所述的吸水层设于金属网格与喷淋水管道之间，从而可以通过多层金属网格实现二次或多次布水，并控制喷淋装置实际孔径的大小，将水滴分散成粒径不同的细小水滴，在自下而上的气体的作用下附着在平板壁面，起到均匀布水的效果，避免了液滴集中成水流；同时网格间液滴与气流之间的热质交换增强了对流传热传质的均流效果；此外，所述的吸水层可以减缓布水器布水不均匀的问题，避免水膜在气流的作用下不断被破坏、蒸发，从而使布水器起到强化传质的效果。

优选的，本发明中所述的吸水层采用纬平针针织圆筒状织物作为吸水材料，从而可以保证保水量的同时，通过面积的增加与水速的增加，进一步强化了二次空气和水传热传质的效果。

进一步优选的，所述的金属网格的网格形状为波纹状，且布水管的截面积大于等于各喷孔截面积之和的3倍，从而可以增加布水面积，同时使得布水面积均匀度最大，进一步提高了脱硫效率。

前述的海水脱硫辅机系统中，所述的吸收塔还包括：出气口和筛网，所述的筛网设于出气口的下方并与吸收塔的内壁固定连接，从而可以降低烟气粉尘浓度，降低排放烟气对环境的危害性。

优选的，所述的筛网为酚醛树脂类纳米级筛网，筛网的孔径为10～100nm，从而可以使粉尘在筛网的一端沉积下来并且能有效防止排气口气体压力过大而降低管道寿命的问题，同时该筛网抗酸性腐蚀、耐高温，可过滤掉烟气中绝大部分的粉尘，使得收尘效率大于99％。

前述的系统中，当筛网的过滤效率降低时，对筛网进行除尘处理——先用酸液浸泡筛网除去金属氧化物，再对筛网进行灼烧，除去碳、硫单质，即可疏通筛网堵塞的纳米孔洞，恢复其过滤效率。

本发明中所述的GLS海水换热器包括：换热管、固定端管板、折流板、钩圈、浮头管板、浮头端盖和壳体，其中，换热管的一端固定于固定端管板上，另一端固定于浮头管板上，浮头管板设置于浮头端盖与钩圈之间，折流板与换热管垂直设置，并且折流板的一端固定于壳体上，另一端固定于换热管上，从而本发明利用虹吸井海水与烟气进行换热，实现了海水综合利用，并且使得烟气温度在最佳吸收温度范围内。

上述系统中，所述的GLS海水换热器与吸收塔之间还设有引风机和增压风机，引风机分别与GLS海水换热器和增压风机连接，增压风机与吸收塔连接；增压风机的两端还设有旁路烟道和旁路挡板，从而提高了引风机效率，节省了总功率，起到了节能效果，且目前，本领域技术人员并未意识到海水阻力的问题，属于本发明的创新点之一。

前述的海水脱硫辅机系统中，所述的除尘装置采用袋式除尘器或电-袋式复合除尘器，从而可以降低二级布袋除尘单元除尘负荷，进而可以选择更高的过滤速度，使清灰间隔时间延长，降低运行费用；另一方面由于布袋除尘器对细微尘粒脱除效率高，从而可以大大提高对粒径在10μm以下尘粒的捕集效率。

本发明还包括：供应池、SO₂检测仪、温度检测装置、电动调节阀、流量检测装置、反馈控制器、前馈控制器和可编程逻辑控制器，所述的供应池与吸收塔连接；所述的供应池、吸收塔中均设有SO₂检测仪和温度检测装置，供应池、吸收塔的入口处均设有电动调节阀和流量检测装置，所述的流量检测装置设于供应池、吸收塔与电动调节阀之间，所述的反馈控制器分别与SO₂检测仪、温度检测装置和可编程逻辑控制器连接，所述的可编程逻辑控制器分别与前馈控制器和电动调节阀连接。

采用前述系统进行海水脱硫的方法，包括以下步骤：烟气进入除尘装置进行除尘处理；除尘后的烟气进入空气分离装置，将烟气中的氮气分离出去；分离氮气后的烟气进入GLS海水换热器，利用虹吸井中的海水进行换热，换热后的烟气进入吸收塔中进行脱硫处理；其中，空气分离装置采用膜分离法进行氮气分离，并且以PPESK/PEI共混聚合物为膜材料，同时使得膜两边的压降大于0.05MPa，从而可以使得膜材料的渗透率达到32.16GPU，将氮气有效分离出去。

与现有技术相比，本发明通过利用空气分离装置和氮压缩机，将大部分的氮气富集起来，一方面富集的氮气可以用于其他用途，实现了海水的综合利用；另一方面降低了烟气内压，实现了烟气流速的准确控制，随后再利用本发明的GLS海水换热器，将烟气与进入换热装置内的循环海水进行热交换，将烟气温度控制在最佳吸收温度，从而提高了脱硫效率，缩短了脱硫时间，同时节省了运行电耗；据统计，采用本发明的脱硫系统后，脱硫效率提高了5％；此外，本发明中通过通多层金属网格实现了二次或多次布水，能够精确的控制喷淋装置实际孔径的大小，将水滴分散成粒径不同的细小水滴，在自下而上的气体的作用下附着在平板壁面，起到均匀布水的效果，避免了液滴集中成水流；同时网格间液滴与气流之间的热质交换增强了对流传热传质的均流效果。另外，布水器中的吸水层采用纬平针针织圆筒状织物作为吸水材料，从而可以保证保水量的同时，通过面积的增加与水速的增加，进一步强化了二次空气和水传热传质的效果。此外，本发明中所述的金属网格的网格形状为波纹状，且布水管的截面积大于等于各喷孔截面积之和的3倍，从而可以增加布水面积，同时使得布水面积均匀度最大且流速也较高，从而进一步提高了脱硫效率。此外，本发明通过设置筛网，所述的筛网为酚醛树脂类纳米级筛网，筛网的孔径为10～100nm，从而可以使粉尘在筛网的一端沉积下来并且能有效防止排气口气体压力过大而降低管道寿命的问题，同时该筛网抗酸性腐蚀、耐高温，可过滤掉烟气中绝大部分的粉尘，使得收尘效率大于99％，降低了对环境的危害性。另外，本发明换热后的烟气通过增压风机和引风机进行优化，增加一组旁路挡板，从而避免了增压风机单独克服脱硫系统的阻力，进一步提高了脱硫效率，降低了系统总功耗，缩短了脱硫时间。此外，本发明中，吸收塔中通过利用超声波发生装置取代填料层，并且超声波发生装置采用单频场或混频场，将导入海水中的大分子烟气打碎成小分子，从而使得气泡直径下降，气泡上升速度减缓，气含率增大，从而可以进一步提升脱硫速率，提高了脱硫效率；同时利用本发明中的超声波发生装置，结合数字式智能型混凝土超声波检测仪，还可检测出吸收塔内的结构强度，便于维修、管理。据大量数据统计表明，采用本发明的吸收塔后，脱硫效率可进一步提高8％。最后，本发明通过采用GLS海水换热器(气液换热器)将烟气与海水进行换热，不仅相对于GGH换热器的换热效率更高，而且换热产生的物质直接进入液体流动(不存在酸露点的概念)，从根本上避免了浓酸液对换热元件及壳体造成的腐蚀以及粘附大量飞灰堵塞换热元件通道的现象；同时本发明通过在GLS海水换热器设置自由移动的浮头，从而方便气热换热器方便维护，同时节约了造价成本。

发明人经过大量的研究试验发现，通过以鼓泡塔的原理对吸收塔进行设计，以填料塔的样式对吸收塔结构进行改进，尤其是在吸收塔的内壁上设置超声波发生装置将大分子烟气打碎成小分子，及设置喷淋水管道和喷淋装置对烟气进行二次吸收，综合考虑了多种因素对于脱硫效率的影响，经ASPEN PLUS计算后出，采用本发明的脱硫装置可将脱硫效率提高至97.1％。另外，本发明采用DTM(Design Transducers Method)进行计算，从多频超声场声强分布、气泡半径、气泡上升速度、气含率等四个方面对脱硫吸收过程进行了分析，得出：吸收塔在超声场的作用下可大幅度提高脱硫效率，而且在吸收塔的内壁上涂覆(固化型)聚氨酯弹性涂料和/或镍锌铁氧体涂料，不仅能够防止海水对塔体结构的侵蚀，还能进一步防止超声对塔体结构的共振，从而进一步提高脱硫效率；此外，通过在吸收塔中设置喷淋装置，从而从二次布水网格的角度来看，强化了二次空气和水传热传质的效果，同时通过在吸收塔的出口处设置筛网，对烟气中的悬浮颗进行过滤，从而使得烟气中的悬浮颗粒浓度趋近于0。

具体的说，为了验证上述效果，发明人针对脱硫效率和脱硫速率进行了以下试验研究：

现阶段对于传统的海水脱硫工艺改进，若提高脱硫效率，则会降低脱硫速率；若提高脱硫速率，则会降低脱硫效率。本发明人经过大量的试验研究，以气体填充水间隙的方法对van der Waals方程、水合溶解定律、Herry定律进行计算，求解van der Waals方程得出：当气体半径与水分子间隙半径相近时，吸收效率最高；同时验证水合溶解定律得出：当气泡半径很小时，吸收效率可达到正无穷；上述二者求和符合Herry定律，即可提高脱硫效率；而上述过程可用Arrhenius方程式表示，填隙吸收可提高脱硫速率，故缩小气泡半径可以同时提高脱硫效率与脱硫速率。本发明中，发明人以鼓泡塔为基体进行改进，在塔壁安装超声波发生装置进行超声震荡，将烟气气泡打碎为小气泡，从而即可有效提高脱硫效率，同时提升脱硫速率。

为了模拟这一过程，发明人采用DTM(Design Transducers Method)对超声波进行理论分析和设计，进行超声模态和谐振分析。气泡特征参数是衡量气泡行为的重要指标，直接决定鼓泡塔中气含率的径向分布以及气液相互作用行为，同时气泡特征参数主要包括气泡大小、上升速度、气含率等，本发明主要对气泡大小、上升速度、气含率在塔内的分布规律进行了试验研究。

首先对DTM进行参数设计，超声波的波长λ为塔高h的四分之一的整数倍，即超声波波长λ＝0.25nh，取n＝2,3,5时的λ最小值，即λ为20、50、100kHz，由于c＝λf，即波长越大，声强越大，多频超声场的声强大于单频超声场的声强。(其中，c为速率，λ为波长，f为频率)

气泡产生并被连续不断的刺破后，会得到连续矩形方波，其中气泡直径D与气泡速度V、气泡持续时间W_t有关，而气泡速度V与轴向位置L、频率f有关，气泡持续时间W_t正比于频率f，相关系数为α，即满足D＝V/W_t＝αL/f²，常数α可通过多频超声场声强的径向分布关系确定。故随着组合的超声频率之和增大，直径D减小，在20-50-100kHz多频场下，气泡直径随表观气速的变化最小，此混声频率所形成的驻波场能将气泡相对固定在某一波节而不易聚集，适宜吸收，此时气泡半径约为10^-6m。

气泡上升速度V_ave与气泡速度V、气泡数N_b有关，气泡速度V与轴向位置L、频率f有关，气泡数N_b反比于频率f，比例系数为，即满足V_ave＝V/N_b＝L/N_bdt＝βLf²，常数β可通过多频超声场声强的径向分布关系确定。随着组合的超声频率之和越大，气泡直径越小，气泡速度也越小。这说明：超声能有效的减小气泡的上升速度，在组合频率20-50-100kHz下，气泡滞留时间由7s延长至11s，减小最大幅度约为57％，延长了气泡与液相的接触时间，有效的提高了吸收效率。

气含率ε_g为气相占气液混合物体积的百分率；气含率ε_g与气泡持续时间W_t和气泡延迟时间dt有关，即正比于频率f的二次方，比例系数为γ，即：ε_g＝W_t/dt＝γLf²，常数γ可通过多频超声场声强的径向分布关系确定。随着组合频率的增加，气含率增大，由于超声波的干涉叠加，声强分布均匀且声场强度高，有利于气泡湍动，延长气泡停留时间，气含率提高，有利于提高吸收效率；且据大量数据统计表明：当超声波发生装置的个数为4，同时，各个超声波发生装置的频率分别为f＝c/h、f＝2c/h、f＝3c/h和f＝5c/h，从而使得吸收塔内形成多频超声场，并且脱硫效率最大(超声波发生装置的能耗、共振与其脱硫效率达到最大平衡)。

以上参数α、β、γ为气泡特征参数，通过超声波塔内径向点分布函数确定，波函数为三种矩形波的叠加。

附图说明

图1是辅机系统的结构连接示意图；

图2是吸收塔的结构示意图；

图3是吸收塔中超声波发生装置的放置方式示意图；

图4是GLS海水换热器的结构示意图；

图5是增压风机优化后的系统运行示意图；

图6是布水器的结构示意图；

图7为布水器和布水管的连接结构示意图；

图8是SO₂检测仪、温度检测装置和流量检测装置的联动控制系统示意图；

图9是整个脱硫控制系统的逻辑结构设计示意图。

附图标记：1-除尘装置，2-空气分离装置，3-氮压缩机，4-GLS海水换热器，5-虹吸井，6-吸收塔，7-超声波发生装置，8-喷淋水管道，9-喷淋装置，10-布水器，11-布水管，12-喷淋淋头，14-金属网格，15-喷孔，16-吸水层，17-出气口，18-筛网，19-换热管，20-固定端管板，21-折流板，22-钩圈，23-浮头管板，24-浮头端盖，25-壳体，26-引风机，27-增压风机，28-旁路烟道，29-旁路挡板，30-进气管道，31-B阀门，32-供应池，33-出水口，34-进水管道，35-循环水进口，36-隔板，37-气体入口，38-A增压风机，39-B增压风机，40-A引风机，41-B引风机，42-SO₂检测仪，43-温度检测装置，44-电动调节阀，45-流量检测装置，46-反馈控制器，47-前馈控制器，48-可编程逻辑控制器，49-管箱法兰，50-拉杆，51-外头盖法兰，52-壳盖，53-管箱垫片，54-支座，55-烟囱。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

本发明的实施例1：一种海水脱硫辅机系统，如图1～图6所示，包括：除尘装置1、空气分离装置2、氮压缩机3、GLS海水换热器4、虹吸井5和吸收塔6，所述的空气分离装置2分别与氮压缩机3、除尘装置1和GLS海水换热器4连接，GLS海水换热器4分别与吸收塔6和虹吸井5连接。所述的吸收塔6包括：多个超声波发生装置7，所述的多个超声波发生装置7均匀的设置于吸收塔6的内壁上。所述的吸收塔6还包括：喷淋水管道8和喷淋装置9，其中，喷淋水管道8固定于吸收塔6的内壁上；喷淋装置9包括：布水器10和布水管11，布水器10与喷淋水管道8固定连接，布水管11设于布水器10上；所述的布水器10包括：喷淋淋头12和多层金属网格14，所述的金属网格14设于喷淋淋头12与喷淋水管道8之间；喷淋淋头12的顶端设有多个喷孔15；所述的布水器10还包括吸水层16，所述的吸水层16设于金属网格14与喷淋水管道8之间。所述的金属网格14的网格形状为波纹状，且布水管11的截面积大于等于各喷孔15截面积之和的3倍。所述的吸收塔6还包括：出气口17和筛网18，所述的筛网18设于出气口17的下方并与吸收塔6的内壁固定连接。所述的筛网18为酚醛树脂类纳米级筛网，筛网18的孔径为10～100nm。所述的GLS海水换热器4包括：换热管19、固定端管板20、折流板21、钩圈22、浮头管板23、浮头端盖24和壳体25，其中，换热管19的一端固定于固定端管板20上，另一端固定于浮头管板23上，浮头管板23设置于浮头端盖24与钩圈22之间，折流板21与换热管19垂直设置，并且折流板21的一端固定于壳体25上，另一端固定于换热管19上。所述的GLS海水换热器4与吸收塔6之间还设有引风机26和增压风机27，引风机26分别与GLS海水换热器4和增压风机27连接，增压风机27与吸收塔6连接；增压风机27的两端还设有旁路烟道28和旁路挡板29。所述的除尘装置1采用袋式除尘器或电-袋式复合除尘器。还包括：供应池32、SO₂检测仪42、温度检测装置43、电动调节阀44、流量检测装置45、反馈控制器46、前馈控制器47和可编程逻辑控制器48，所述的供应池32与吸收塔6连接；所述的供应池32、吸收塔6中均设有SO₂检测仪42和温度检测装置43，供应池32、吸收塔6的入口处均设有电动调节阀44和流量检测装置45，所述的流量检测装置45设于供应池32、吸收塔6与电动调节阀44之间，所述的反馈控制器46分别与SO₂检测仪42、温度检测装置43和可编程逻辑控制器48连接，所述的可编程逻辑控制器48分别与前馈控制器47和电动调节阀44连接。

采用上述系统进行海水脱硫的方法，包括以下步骤：烟气进入除尘装置1进行除尘处理；除尘后的烟气进入空气分离装置2，将烟气中的氮气分离出去；分离氮气后的烟气进入GLS海水换热器4，利用虹吸井5中的海水进行换热，换热后的烟气进入吸收塔6中进行脱硫处理；其中，空气分离装置2采用膜分离法进行氮气分离，并且以PPESK/PEI共混聚合物为膜材料，同时使得膜两边的压降大于0.05MPa。

实施例2：一种海水脱硫辅机系统，包括：除尘装置1、空气分离装置2、氮压缩机3、GLS海水换热器4、虹吸井5和吸收塔6，所述的空气分离装置2分别与氮压缩机3、除尘装置1和GLS海水换热器4连接，GLS海水换热器4分别与吸收塔6和虹吸井5连接。所述的GLS海水换热器4包括：换热管19、固定端管板20、折流板21、钩圈22、浮头管板23、浮头端盖24和壳体25，其中，换热管19的一端固定于固定端管板20上，另一端固定于浮头管板23上，浮头管板23设置于浮头端盖24与钩圈22之间，折流板21与换热管19垂直设置，并且折流板21的一端固定于壳体25上，另一端固定于换热管19上。所述的GLS海水换热器4与吸收塔6之间还设有引风机26和增压风机27，引风机26分别与GLS海水换热器4和增压风机27连接，增压风机27与吸收塔6连接；增压风机27的两端还设有旁路烟道28和旁路挡板29。

采用上述系统进行海水脱硫的方法，同实施例1。

实施例3：一种海水脱硫辅机系统，包括：除尘装置1、空气分离装置2、氮压缩机3、GLS海水换热器4、虹吸井5和吸收塔6，所述的空气分离装置2分别与氮压缩机3、除尘装置1和GLS海水换热器4连接，GLS海水换热器4分别与吸收塔6和虹吸井5连接。所述的GLS海水换热器4包括：换热管19、固定端管板20、折流板21、钩圈22、浮头管板23、浮头端盖24和壳体25，其中，换热管19的一端固定于固定端管板20上，另一端固定于浮头管板23上，浮头管板23设置于浮头端盖24与钩圈22之间，折流板21与换热管19垂直设置，并且折流板21的一端固定于壳体25上，另一端固定于换热管19上。

采用上述系统进行海水脱硫的方法，同实施例1。

实施例4：一种海水脱硫辅机系统，包括：除尘装置1、空气分离装置2、氮压缩机3、GLS海水换热器4、虹吸井5和吸收塔6，所述的空气分离装置2分别与氮压缩机3、除尘装置1和GLS海水换热器4连接，GLS海水换热器4分别与吸收塔6和虹吸井5连接。所述的吸收塔6还包括：喷淋水管道8和喷淋装置9，其中，喷淋水管道8固定于吸收塔6的内壁上；喷淋装置9包括：布水器10和布水管11，布水器10与喷淋水管道8固定连接，布水管11设于布水器10上；所述的布水器10包括：喷淋淋头12和多层金属网格14，所述的金属网格14设于喷淋淋头12与喷淋水管道8之间；喷淋淋头12的顶端设有多个喷孔15；所述的布水器10还包括吸水层16，所述的吸水层16设于金属网格14与喷淋水管道8之间。所述的吸收塔6还包括：出气口17和筛网18，所述的筛网18设于出气口17的下方并与吸收塔6的内壁固定连接。

采用上述系统进行海水脱硫的方法，同实施例1。

实施例5：一种海水脱硫辅机系统，包括：除尘装置1、空气分离装置2、氮压缩机3、GLS海水换热器4、虹吸井5和吸收塔6，所述的空气分离装置2分别与氮压缩机3、除尘装置1和GLS海水换热器4连接，GLS海水换热器4分别与吸收塔6和虹吸井5连接。所述的吸收塔6还包括：喷淋水管道8和喷淋装置9，其中，喷淋水管道8固定于吸收塔6的内壁上；喷淋装置9包括：布水器10和布水管11，布水器10与喷淋水管道8固定连接，布水管11设于布水器10上；所述的布水器10包括：喷淋淋头12和多层金属网格14，所述的金属网格14设于喷淋淋头12与喷淋水管道8之间；喷淋淋头12的顶端设有多个喷孔15；所述的布水器10还包括吸水层16，所述的吸水层16设于金属网格14与喷淋水管道8之间。

采用上述系统进行海水脱硫的方法，同实施例1。

实施例6：一种海水脱硫辅机系统，包括：除尘装置1、空气分离装置2、氮压缩机3、GLS海水换热器4、虹吸井5和吸收塔6，所述的空气分离装置2分别与氮压缩机3、除尘装置1和GLS海水换热器4连接，GLS海水换热器4分别与吸收塔6和虹吸井5连接。所述的吸收塔6包括：多个超声波发生装置7，所述的多个超声波发生装置7均匀的设置于吸收塔6的内壁上。

采用上述系统进行海水脱硫的方法，同实施例1。

实施例7：一种海水脱硫辅机系统，包括：除尘装置1、空气分离装置2、氮压缩机3、GLS海水换热器4、虹吸井5和吸收塔6，所述的空气分离装置2分别与氮压缩机3、除尘装置1和GLS海水换热器4连接，GLS海水换热器4分别与吸收塔6和虹吸井5连接。

本发明的一种实施例的工作原理：

如图1所示，烟气进入吸收塔6之前，先进入空气分离装置2进行分离出大部分氮气来降低管道压力，并通过新型的GLS海水换热器4进行换热来进一步提高脱硫效率，具体的说，烟气从除尘装置1出来后进入空气分离装置2，氮压缩机3通过非渗透气出口吸出大部分氮气；剩余的烟气流入新型GLS海水换热器4中与虹吸井5内海水进行换热，其中虹吸井5可减少循环水泵出力、降低用电量，保证循环水的虹吸不被破坏，同时提供换热用水；换热后的烟气则流入吸收塔6中。

如图2所示，气体通入进气管道30进入吸收塔6中，吸收塔6内壁上均匀分布有超声波发生装置7(如图3所示)，吸收塔6周边通过喷淋水管道8与喷淋装置9相接，同时出气口17处设计有筛网18。吸收塔6通过循环系统经B阀门31控制与海水供应池32相连，吸收塔6通过B阀门31控制出水口33与进水管道34。

如图4所示，进行换热时，海水由循环水进口35进入壳体25后，经隔板36进入U型换热管19，与从气体入口37流入的烟气进行换热之后，换热管19的一端固定在固定端管板20上，另一端固定在浮头管板23上，浮头管板23夹持在用螺柱连接的浮头端盖24与钩圈22之间，形成可在壳体25内自由移动的浮头。浮头部分是由浮头管板23、钩圈22与浮头端盖24组成的可拆联接，可以抽出管束，对管内管外进行清洗，便于检修。烟气在壳程中流动时经过折流板21，增加流速，并使管程流体垂直冲刷管束，改善传热，增大壳程流体的传热系数。

如图5所示，本发明在A增压风机38、B增压风机39的两端设置一组旁路烟道28和旁路挡板29，其运行方式变为在机组负荷比较低时，A增压风机38、B增压风机39停运，烟气通过新增的旁路烟道28由A引风机40、B引风机41克服阻力运行到吸收塔6反应；在高负荷时，则仍投入A增压风机38、B增压风机39。改造后可提高引风机效率，降低风机总功率，使用电率得到有效降低。具体的说，在现有的脱硫系统中，引风机26的选型一般均未考虑脱硫系统的阻力，本发明在脱硫系统中增设增压风机27以排放烟气。增压风机27与引风机26两者独立选型设计，增压风机27的压头主要用来克服脱硫系统的阻力，包括脱硫烟道阻力、吸收塔6的阻力及烟囱内的烟气阻力等；引风机26主要克服锅炉尾部、除尘装置1及GLS海水换热器4的烟气阻力。发明中的脱硫系统为实现节能减排，还在增压风机27两侧增设一组旁路烟道28和旁路挡板29，其运行方式变为：引风机26从GLS海水换热器4引入烟气后，在机组负荷较低时，增压风机27停运，烟气通过新增设的旁路烟道28进入吸收塔6反应，在高负荷时，仍然使用增压风机27。旁路烟道28的旁路挡板29主要起控制烟道的开启与闭合的作用，而原烟气烟道上的挡板则是在脱硫装置故障时开启，使烟气从原烟气烟道排出，减少由于故障导致机组事故停机的概率。

如图6、图7所示，本发明中的喷淋装置9包括：布水器10和布水管11，布水器10与喷淋水管道8固定连接，布水管11设于布水器10上；所述的布水器10包括：喷淋淋头12和多层金属网格14，所述的金属网格14设于喷淋淋头12与喷淋水管道8之间；喷淋淋头12的顶端设有多个喷孔15；所述的布水器10还包括吸水层16，所述的吸水层16设于金属网格14与喷淋水管道8之间。为了布水均匀，需要选择合理的喷淋孔径，本发明通过在布水器10上采用多层金属网格14实现二次或多次布水效果，通过金属网格14控制实际孔径的大小。因考虑网格间存在重叠现象，金属网格14的目数做偏大选择，二次布水网格是由两部分组成((网格类似金属机构AB型排列重叠使用)。其中，金属网格14的作用是：将水滴分散成粒径不同的细小水滴，在自下而上的气体作用下附着在平板壁面，起到均匀布水的作用(避免液滴集中成水流)，使得网格间液滴与气流之间的热质交换增强对流传热传质的效果、均流作用。此外，为了控制流速，本发明将布水器10上金属网格14的形状，制成波纹状，一方面可以增加布水面积，控制布水管11截面积为各喷孔15截面积之和的3倍，从而可以保证正常流量均匀；另一方面制成波纹状增加布水面积的同时，孔径的数目增加，孔的数量增加，布水密度增加，流速增加进而脱硫效率增加。喷淋装置9对烟气进行处理，除去烟气中的二氧化硫后，接着，烟气再经筛网18，降低烟气中的粉尘浓度，最后，烟气经出气口17排出。

如图9所示，在本发明的脱硫系统方案中，应用的控制系统为分布式控制系统(DCS)，整个脱硫控制系统在逻辑上按双层结构设计：现场控制级、过程监控与管理级，中间采用通讯系统连接；其中，现场控制级(如图8所示)采用各类仪表采集现场压力、温度、流量等现场生产数据，通过PLC和执行机构(电动调节阀等)控制生产过程。过程监控与管理级包括工程师站和操作员站，工程师站用来完成系统组态、修改及下装，包括：数据库、图形、控制算法及过程I/O模块配置组态；操作员站用来进行生产现场监视与管理，工艺流程图显示，日志、报警记录和管理，报表打印等功能。过程控制级与监控级之间采用Profibus-DP现场总线与I/O模块及设备连接，系统网络采用100Mbps冗余工业以太网，应用HSIE通讯协议，用于现场控制站和系统服务器的连接，完成数据下达。图8中，具体的说，本发明在供应池32和吸收塔6中均设有SO₂检测仪42和温度检测装置43，供应池32和吸收塔6的入口处的管道上均设有电动调节阀44和流量检测装置45，所述的流量检测装置45设于供应池32或吸收塔6与电动调节阀44之间，所述的反馈控制器46分别与SO₂检测仪42、温度检测装置43和可编程逻辑控制器48连接，所述的可编程逻辑控制器48分别与前馈控制器47和电动调节阀44连接。以吸收塔6为例，吸收塔6内的烟气含硫量主要由送入吸收塔6的海水流量来进行调节与控制的，其控制目的是保证预期的SO₂脱除率。在脱硫装置运行中，烟气量以及烟气中SO₂浓度及海水供给量是引起海水中含硫量变化或波动的主要因素，而这些参数也就是监测参数。如图8所示为吸收塔6内海水流量的复合控制系统，SO₂检测仪42和温度检测装置43检测吸收塔6中的SO₂浓度和温度，发送至反馈控制器46，反馈控制器46将设定的SO₂浓度及温度与海水中SO₂浓度及温度进行比较，得到两者差值信号并发送至可编程逻辑控制器48，前馈控制器47用来克服烟气量及烟气SO₂浓度和海水温度变化引起的海水流量的变化，并发送调节信号至可编程逻辑控制器48，可编程逻辑控制器48根据反馈控制器46和前馈控制器47的信号产生一个调节信号，从而控制供应池32的供给阀门(即电动调节阀44)开度，同时流量检测装置45实时监测流入吸收塔6的海水流量，最终使吸收塔内的含硫量保持在预先设定的值。

Claims

1.一种海水脱硫辅机系统，其特征在于，包括：除尘装置(1)、空气分离装置(2)、氮压缩机(3)、GLS海水换热器(4)、虹吸井(5)和吸收塔(6)，所述的空气分离装置(2)分别与氮压缩机(3)、除尘装置(1)和GLS海水换热器(4)连接，GLS海水换热器(4)分别与吸收塔(6)和虹吸井(5)连接；所述的吸收塔(6)还包括：喷淋水管道(8)和喷淋装置(9)，其中，喷淋水管道(8)固定于吸收塔(6)的内壁上；喷淋装置(9)包括：布水器(10)和布水管(11)，布水器(10)与喷淋水管道(8)固定连接，布水管(11)设于布水器(10)上；所述的布水器(10)包括：喷淋淋头(12)和多层金属网格(14)，所述的金属网格(14)设于喷淋淋头(12)与喷淋水管道(8)之间；喷淋淋头(12)的顶端设有多个喷孔(15)；所述的布水器(10)还包括吸水层(16)，所述的吸水层(16)设于金属网格(14)与喷淋水管道(8)之间；所述的GLS海水换热器(4)包括：换热管(19)、固定端管板(20)、折流板(21)、钩圈(22)、浮头管板(23)、浮头端盖(24)和壳体(25)，其中，换热管(19)的一端固定于固定端管板(20)上，另一端固定于浮头管板(23)上，浮头管板(23)设置于浮头端盖(24)与钩圈(22)之间，折流板(21)与换热管(19)垂直设置，并且折流板(21)的一端固定于壳体(25)上，另一端固定于换热管(19)上；所述的吸收塔(6)包括：多个超声波发生装置(7)，所述的多个超声波发生装置(7)均匀的设置于吸收塔(6)的内壁上；且所述的超声波发生装置(7)发出的超声波频率f与吸收塔(6)塔高h存在如下关系：

f＝nc/h；

其中，f为超声波发生装置(7)发出的超声波频率，n为正整数，c为超声波发生装置(7)发出的超声波波速，h为吸收塔(6)塔高，并且吸收塔(6)塔高h与超声波的四分之一波长λ呈倍数关系，即h＝nλ。

2.根据权利要求1所述的海水脱硫辅机系统，其特征在于，所述的金属网格(14)的网格形状为波纹状，且布水管(11)的截面积大于等于各喷孔(15)截面积之和的3倍。

3.根据权利要求1所述的海水脱硫辅机系统，其特征在于，所述的吸收塔(6)还包括：出气口(17)和筛网(18)，所述的筛网(18)设于出气口(17)的下方并与吸收塔(6)的内壁固定连接。

4.根据权利要求3所述的海水脱硫辅机系统，其特征在于，所述的筛网(18)为酚醛树脂类纳米级筛网，筛网(18)的孔径为10～100nm。

5.根据权利要求1所述的海水脱硫辅机系统，其特征在于，所述的GLS海水换热器(4)与吸收塔(6)之间还设有引风机(26)和增压风机(27)，引风机(26)分别与GLS海水换热器(4)和增压风机(27)连接，增压风机(27)与吸收塔(6)连接；增压风机(27)的两端还设有旁路烟道(28)和旁路挡板(29)。

6.根据权利要求3或4所述的海水脱硫辅机系统，其特征在于，还包括：供应池(32)、SO₂检测仪(42)、温度检测装置(43)、电动调节阀(44)、流量检测装置(45)、反馈控制器(46)、前馈控制器(47)和可编程逻辑控制器(48)，所述的供应池(32)与吸收塔(6)连接；所述的供应池(32)、吸收塔(6)中均设有SO₂检测仪(42)和温度检测装置(43)，供应池(32)、吸收塔(6)的入口处均设有电动调节阀(44)和流量检测装置(45)，所述的流量检测装置(45)设于供应池(32)、吸收塔(6)与电动调节阀(44)之间，所述的反馈控制器(46)分别与SO₂检测仪(42)、温度检测装置(43)和可编程逻辑控制器(48)连接，所述的可编程逻辑控制器(48)分别与前馈控制器(47)和电动调节阀(44)连接。

7.采用权利要求1～6任一所述系统进行海水脱硫的方法，其特征在于，包括以下步骤：烟气进入除尘装置(1)进行除尘处理；除尘后的烟气进入空气分离装置(2)，将烟气中的氮气分离出去；分离氮气后的烟气进入GLS海水换热器(4)，利用虹吸井(5)中的海水进行换热，换热后的烟气进入吸收塔(6)中进行脱硫处理；其中，空气分离装置(2)采用膜分离法进行氮气分离，并且以PPESK/PEI共混聚合物为膜材料，同时使得膜两边的压降大于0.05MPa。