CN104959007B - 多管水面自激波气体净化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种多管水面自激波气体净化装置及方法，其包括床体，床体的上方设有上烟室，床体的中部设有出烟室，出烟室的下方设有水床体，上烟室与出烟室之间设有密封隔板，密封隔板的下方设有多个烟管，烟管的上端口与上烟室相通，其结构要点在于：烟管的下端口处设有疏波器，水床体的进水管上设有多个均匀分布的分水管，分水管设在疏波器的下方。本发明增设的疏波器可以在处理液的表层形成稳定均匀的自激波层来完成烟气的净化，自激波区域的气液接触充分、时间长、反应彻底，从而可以实现高效净化烟气的目的。

Description

多管水面自激波气体净化装置及方法

技术领域

本发明属于环保领域，具体涉及污染气体的净化处理装置，尤其涉及了一种湿法对污染气体（尤其是烟气）进行一体化的除尘、脱硫、脱硝的净化装置及其净化方法。

背景技术

中国改革开放三十多年，一直是重视经济发展而忽视环境的粗放发展模式，几十年的污染物积累，超过了自然环境的承受能力，开始显现出环境污染现象，空气污染雾霾不断、水污染威胁饮水安全、土壤污染引发粮食残留有毒物质，我们已生活在立体的污染环境中。特别是近几年的雾霾以极快的速度蔓延，几乎没有城市幸免于“霾”，城市污染的空气严重威胁着人们的身体健康。

对于不洁气体的净化处理，是当前环境保护的重要任务。特别是燃烧产生的烟气，如锅炉、冶炼、水泥、玻璃、陶瓷生产等所有燃烧产生的含有大量污染物的烟气、废气，这些高污染烟气排入大气对环境造成不可逆转的危害，罪魁祸首之一的烟气污染，特别是燃煤型烟气污染，直接导致了中国当前严重的雾霾。所以，对烟气、废气、污染性气体的净化处理成为了环保领域研究的重要课题。

湿法烟气处理方式有喷淋塔式、冲击式、鼓泡塔式等多种方法，其都是用含有处理剂的液体与烟气充分接触，将烟气中的污染物吸收于水中，使烟气净化，每种方法都各有特色及各自的优缺点，目前常用的鼓泡塔式湿法处理的常规手段是增加烟管进入处理液中的深度，在气泡上浮的过程中，大气泡变成小气泡，仅依靠气泡在水中上浮时间来增加气液接触反应的时间，其存在的缺陷是：仅气泡表面与液体发生反应，气泡中心部分无法与液体接触发生反应，另，若浸入处理液中过浅，则反应时间过短，无法净化完全；若浸入处理液中过深，则水压比较大，耗能比较大，成本比较高。

专利号为ZL200710123020.8的发明专利中公开了一种用于烟气脱硫的喷淋塔及其运行方法，如该发明中所述，烟气在进入净化塔体之前需要经过除尘，经过除尘后的烟气才可进入净化装置。净化工艺操作前增设的除尘装置虽然减轻了净化装置的处理负担，但净化装置因此而不能一体化，净化装置的操作工艺整体来看仍然较为复杂。另外，由于塔体内设有第一隔板与第二隔板，将上烟室分隔为三个部分，这三个部分分别为烟气冷却区、烟气吸收区、出口折返区，处理过程繁琐，烟气需要经过冷却与折返，这样会增大烟气阻力。

专利号为ZL200720311773.7的实用新型专利中公开了一种烟气脱硫及其氧化装置，该装置可以通过鼓泡法对烟气脱硫、脱硝、脱汞一塔完成，虽然该装置采用了烟气一体化净化装置，但在脱硫室的基础上又增设了氧化室，增加了装置的成本。同时塔体内下部浆液池中设搅拌器，其作用在于防止塔体内的浆液沉淀，并没有利用搅拌器加快气体与液体之间的反应，其作用对于整个装置的净化效果来说仍然有限，尤其是该专利不能实现除尘与脱硫脱销一体化处理，且设备投资大，烟气阻力大。

授权公告号为CN101450279B的发明专利中公开了一种作为脱硫装置的鼓泡塔及其用途，其最大的特点是隔板上方设置有喷淋层，用于冷却烟气，避免热烟气直接和隔板以及喷射管接触导致隔板和喷射管烧损，此外，如果未饱和的干烟气直接进入喷射管，容易在与浆液接触的位置（干式界面）发生结垢，所以需要将烟气用水冷却到饱和状态，另外，在该发明专利中，鼓泡管的浸没深度为100～300mm，从3个实施例中所述的鼓泡管的浸没深度及脱硫效率可以显而易见地看出，鼓泡塔的浸没深度与脱硫效率成正比，如果鼓泡塔的浸没深度达到上限值300mm，则脱硫效率会高于93%，但随之水压也会达到3000pa，烟气阻力也会增加，耗能会比较大，成本也很高，且气泡在上浮过程中，仅气泡表面与液体发生反应，气泡中心部分的烟气无法与液体发生反应，故脱硫净化不完全，不能真正实现除尘脱硫脱销一体化处理。

公开号为CN101480576A的发明专利中公布了一种利用赤泥作为吸收剂的喷射鼓泡法脱硫方法，其烟气流程是：烟气经鼓泡管鼓入塔内的浆液中形成气泡，气泡在上升过程中发生脱硫反应，直到气泡浮出浆液并破裂进入液面上方，此时被净化后的烟气经汇集后排出鼓泡塔外；其鼓泡塔内鼓泡管的浸没深度为50～300mm，较佳值为100～250mm，从3个实施例中所述的鼓泡管的浸没深度及脱硫效率可以显而易见地看出，鼓泡塔的浸没深度与脱硫效率成正比，如果鼓泡塔的浸没深度达到上限值300mm，则脱硫效率会高于93%，但随之水压也会达到4000pa，烟气阻力也会增加，耗能会比较大，成本也很高，且气泡在上浮过程中，仅气泡表面与液体发生反应，气泡中心部分的烟气无法与液体发生反应，故脱硫净化不完全，不能真正实现除尘脱硫脱销一体化处理。

授权公告号为CN101306322B的发明专利中，公布了喷射鼓泡法一体化协同脱硫、脱硝、脱汞装置及其工艺，如本发明中权利要求6所述，在该装置的吸收塔中加入吸收浆液，吸收浆液浸没鼓泡喷射管的深度为5 ～300mm。而当浸没深度为下限值时，其净化率非常低，实际中无法达到排放标准，当达到其上限值时，水下压力较大，烟气阻力也会增加，耗能会比较大，成本也很高，同时也增加了浆液下的搅拌阻力。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种可实现除尘脱硫脱销一体化处理、净化效率高、烟气阻力小、故障率低、节能环保的多管水面自激波气体净化装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括床体，床体的上方设有上烟室，床体的中部设有出烟室，出烟室的下方设有水床体，上烟室的一侧设有进烟道，出烟室的一侧设有出烟道，上烟室与出烟室之间设有密封隔板，密封隔板的下方设有多个烟管，烟管的上端口与上烟室相通，烟管的下端口浸没入水床体，水床体的底部设有泥浆泵和出水管，水床体的一侧设有进水管，其结构要点在于：烟管的下端口处设有疏波器，水床体的进水管上设有多个均匀分布的分水管，分水管设在疏波器的下方。

进一步改进技术方案，所述的疏波器主要由多层阻隔板、疏波齿和气槽组成，每层阻隔板上设有疏波齿，疏波齿之间的空隙为气槽。

优选地，每层阻隔板与烟管的夹角为30-90°，疏波齿之间的气槽是等高、等宽设置，相邻的两层疏波齿是错位设置的。

优选地，最外层阻隔板除外的每层阻隔板的下方设有一圈疏波齿。

优选地，最外层阻隔板上可斜向布置疏波齿，最外层阻隔板上的疏波齿与烟管的夹角为30-90°。

进一步改进技术方案，水床体的下部还设有旋转刮板，旋转刮板将底部的固形物刮入排液口，在排液口下方设有一台或多台泥浆泵，每一个泥浆泵的下方均设有一个出水管，床体外还设有输送管，每一个出水管均连接在输送管上。

进一步改进技术方案，在疏波器所在的自激波区域内，处理液与烟气的比值大于等于1。

进一步改进技术方案，泥浆泵采用的隔膜泵、柱塞泵等粘性液体专用泵。

进一步改进技术方案，烟管的浸没深度为 1～150 mm。

进一步改进技术方案，烟管、分水管、进水管、出水管均采用普通钢管或耐腐蚀管材（或普通管材），疏波器采用塑料材料注塑成型。

进一步改进技术方案，床体外部设有保温层。

本发明的净化方法为：

高温烟气从进烟道直接进入上烟室，上烟室的烟气均匀的从每根烟管的上端口进入烟管中，上烟室与出烟室之间由密封隔板分隔，烟气从烟管的下端口进入水床体的处理液，由于烟管内与水面上部的压差，烟气冲入处理液后迅速向上浮出，在烟气上浮过程中，烟气被疏波器分层拦截使其向烟管外横向扩散移动，在横向扩散移动过程中，疏波器将大气流拦截、分割、击碎分成均等的小气流，小气流与处理液产生振幅一致的震荡波，众多的小震荡波汇集成剧烈的自激波区域，横向扩散移动的过程增加了烟气在水中的停留时间，疏波器拦截、分割、击碎的过程使烟气向上移动的速度减慢，增加了气液表面接触反应机会，烟气经过自激波区域后，烟气中的污染物被处理液融入液体中，净化后的干净气体离开自激波区域后经出烟室进入出烟道排出；水床体的处理液由进水管进入，经多个分水管均匀的送至每个疏波器下方，使得烟气接触的都是新鲜的处理液，而处理后的处理液（含有大量污染物和固形物）向水床体下方流动，水床体下方的旋转刮板将底部的固形物刮入排液口，经由排液口下方设有的泥浆泵进入出水管，经输送管排出至其他过滤装置。

本发明的有益效果是：

1、节能环保：常规的鼓泡塔式在管出口处形成不稳定大气泡，气泡内的气体无法与液体接触反应，本发明的烟管下端口浸没在处理液面下的浅层区域，烟管的下端口增设疏波器，形成稳定均匀的自激波区域，自激波区域设在气与液的交界处，极易形成震荡；疏波器将大气流分割成均等的小气流，每个小气流形成各自的震荡区，小震荡区之间又有对撞冲击，加剧了气液的碰撞与搅拌，使得气液接触非常充分，净化效率高，打破了现有技术中鼓泡塔靠烟管浸没深度提高净化效率的常规技术手段，不仅耗能小且净化率非常高，故节能环保。

2、阻力小：由于疏波器安放在水面下1～150mm的地方，水的压力不大，疏波器的结构设计保证了气体局部流速不大于10M/S，因此虽然局部形成巨浪波，但阻力不大，同时由于粉尘可以同时处理，减去了前部除尘设备，系统阻力也减少了。

3、效率高：由于气液激波区内液体大于气体，既自激波区域液气比大于1，加上自激波区域剧烈的搅拌作用，气体与液体接触非常充分，气体中的污染物都被溶入到处理液中，气体的净化处理效率很高。

4、一体化：锅炉出口的高温烟气直接经多管进入液面下，经疏波器分流，在烟气动力的作用下，形成均等稳定的激波区，烟气与处理液充分接触，除尘、脱硫、脱销一次完成，效率高。

5、设备结构简单：设备多管采用普通钢管和耐腐蚀管材（或普通管材），下部管口处安装疏波器，其采用塑料材料注塑成型，加工简单、耐腐蚀、成本低、安装方便。

6、运行费用低：循环水量不大，水位差不高，水循环系统阻力小，因此循环水泵功率较小，水泵耗电少，电费低；粉煤灰随液体一起排出，无需人工清理，水位自动调节无需人员操作，人工费低。

7、投资少：由于设备结构简单，也无特殊材料要求，造价较传统烟气处理设备低。

8、占空占地少：设备紧凑，不高，占地小，占空也小。

9、易操作：本发明仅需要控制水位、水温、药液浓度和循环水量即可，处理剂根据处理要求适量加入，水位、水温、药液浓度和循环水量都可设全自动运行，操作十分简单。

10、循环液流畅：粉煤灰直接进入液体，循环流量设计液体的固形物含量小于10%，含灰液体由水床室下端设有的旋转刮板和浓浆泵排出进入过滤机，过滤后的清液加入处理剂后再由每根多分水管的进水管送到疏波器区域，由于液体整体处于强搅拌状态，固液基本上均匀混合，底部浓浆泵流畅的排出，不断循环往复。

11、故障率低：由于结构简单，气液搅拌及疏波器都在液下，不会发生结垢现象。另外疏波器区域由气液搅拌形成的剧烈浪波不断冲刷疏波器，也不会形成粉煤灰的堵塞和沉淀，故障率很低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中疏波器的结构示意图。

1-进烟道；2-上烟室；3-烟管；4-疏波器；5-密封隔板；6-床体；7-出烟室；8-出烟道；9-水床体；10-处理液；11-泥浆泵；12-出水管；13-疏波齿；14-保温层；15-进水管；16-分水管；17-阻隔板；18-输送管；19-旋转刮板；20-排液口；21-气槽；22-最外层阻隔板；23-自激波区域。

具体实施方式

如附图1-2所示，本发明包括床体6，床体6的上方设有上烟室2，床体6的中部设有出烟室7，出烟室7的下方设有水床体9，上烟室2的一侧设有进烟道1，出烟室7的一侧设有出烟道8，上烟室2与出烟室7之间设有密封隔板5，密封隔板5的下方设有多个烟管3，烟管3的上端口与上烟室2相通，烟管3的下端口浸没入水床体9，水床体9的底部设有泥浆泵11和出水管12，水床体9的一侧设有进水管15，烟管3的下端口处设有疏波器4，水床体9的进水管15上设有多个均匀分布的分水管16，分水管16设在疏波器4的下方；床体外部设有保温层；水床体9装有处理液，处理液的液面略高于烟管3的下端口。

所述的疏波器4主要由多层阻隔板17和疏波齿13组成，每层阻隔板17上设有疏波齿13，疏波齿13之间的空隙为气槽21；每层阻隔板17与烟管3的夹角为30-90°，同层疏波齿13之间的气槽21是等高、等宽设置，相邻的两层疏波齿13是错位设置的；最外层阻隔板22除外的每层阻隔板的下方设有一圈疏波齿13；最外层阻隔板22上可斜向布置疏波齿13，最外层阻隔板22上的疏波齿13与烟管3的夹角为30-90°。

水床体9的下部设有旋转刮板19，旋转刮板19将底部的固形物刮入排液口20，在排液口20下方设有一台或多台泥浆泵11，每一个泥浆泵11的下方均设有一个出水管12，床体外还设有输送管18，每一个出水管12均连接在输送管18上。

在疏波器4所在的自激波区域23内，处理液与烟气的比值大于等于1。

泥浆泵11采用的隔膜泵、柱塞泵粘性液体专用泵。

烟管3的浸没深度为 1～150 mm，优选为55-95mm。

烟管3、分水管16、进水管15、出水管12均采用普通钢结构和薄壁耐腐蚀管材（或普通管材），疏波器4采用塑料材料注塑成型。

本发明的净化方法为：

高温烟气从进烟道直接进入上烟室，上烟室的烟气均匀的从每根烟管的上端口进入烟管中，上烟室与出烟室之间由密封隔板分隔，烟气从烟管的下端口进入水床体的处理液，由于烟管内与水面上不的压差，烟气冲入处理液后迅速向上浮出，在烟气上浮过程中，烟气被疏波器分层拦截使其向烟管外横向扩散移动，在横向扩散移动过程中，疏波器将大气流拦截、分割、击碎分成均等的小气流，小气流与处理液产生振幅一致的震荡波，众多的小震荡波汇集成剧烈的自激波区域，横向扩散移动的过程增加了烟气在水中的停留时间，疏波器拦截、分割、击碎的过程使烟气向上移动的速度减慢，增加了气液表面接触反应机会，烟气经过自激波区域后，烟气中的污染物被处理液融入液体中，净化后的干净气体离开自激波区域后经出烟室进入出烟道排出；水床体的处理液由进水管进入，经多个分水管均匀的送至每个疏波器下方，使得烟气接触的都是新鲜的处理液，而处理后的处理液（含有大量污染物和固形物）向水床体下方流动，水床体下方的旋转刮板将底部的固形物刮入排液口，经由排液口下方设有的泥浆泵进入出水管，经输送管排出至其他过滤装置。

水床体9中的处理液经过滤装置处理后变成清液，清液加药后，经由进水管15上的多根分水管16送到自激波区域23，保证了与烟气接触的始终是加药后新液，确保了对气体的处理效率。

本发明结构简单合理，气液搅拌及疏波器都在液面下，不会发生结垢现象。另外，自激波区域由气液搅拌形成的剧烈浪波不断冲刷疏波器，也不会形成粉煤灰的堵塞和沉淀，故障率很低。同时，在烟管侧壁上增设疏波器也会增加了气体与液体的接触时间与接触面积，使得反应更加剧烈，反应效率的增加使得改进后的设备更加节能环保。

Claims (9)

1.多管水面自激波气体净化装置，包括床体（6），床体（6）的上方设有上烟室（2），床体（6）的中部设有出烟室（7），出烟室（7）的下方设有水床体（9），上烟室（2）的一侧设有进烟道（1），出烟室（7）的一侧设有出烟道（8），上烟室（2）与出烟室（7）之间设有密封隔板（5），密封隔板（5）的下方设有多个烟管（3），烟管（3）的上端口与上烟室（2）相通，烟管（3）的下端口浸没入水床体（9），水床体（9）的底部设有泥浆泵（11）和出水管（12），水床体（9）的一侧设有进水管（15），其特征在于：烟管（3）的下端口处设有疏波器（4），水床体（9）的进水管（15）上设有多个均匀分布的分水管（16），分水管（16）设在疏波器（4）的下方，在疏波器（4）所在的自激波区域（23）内，处理液与烟气的比值大于等于1；所述的疏波器（4）主要由多层阻隔板（17）和疏波齿（13）组成，每层阻隔板（17）上均设有疏波齿（13），疏波齿（13）之间的空隙为气槽（21），最外层阻隔板（22）除外的每层阻隔板的下方设有一圈疏波齿（13）；烟气被疏波器（4）分层拦截使其向烟管外横向扩散移动，在横向扩散移动过程中，疏波器（4）将大气流拦截、分割、击碎分成均等的小气流，小气流与处理液产生振幅一致的震荡波，众多的小震荡波汇集成剧烈的自激波区域（23）。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：每层阻隔板（17）与烟管（3）的夹角为30-90°，同层疏波齿（13）之间的气槽（21）是等高和等宽设置，相邻的两层疏波齿（13）是错位设置的。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：最外层阻隔板（22）上可斜向布置疏波齿（13），最外层阻隔板（22）上的疏波齿（13）与烟管（3）的夹角为30-90°。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：水床体（9）的下部设有旋转刮板（19），旋转刮板（19）将底部的固形物刮入排液口（20），在排液口（20）下方设有一台或多台泥浆泵（11），每一个泥浆泵（11）的下方均设有一个出水管（12），床体外还设有输送管（18），每一个出水管（12）均连接在输送管（18）上。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：泥浆泵（11）采用的隔膜泵或柱塞泵粘性液体专用泵。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：烟管（3）的浸没深度为 1～150 mm。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：烟管（3）的浸没深度为55-95mm。

8.根据权利要求1所述的多管水面自激波气体净化装置的净化方法，其特征在于：高温烟气从进烟道直接进入上烟室，上烟室的烟气均匀的从每根烟管的上端口进入烟管中，上烟室与出烟室之间由密封隔板分隔，烟气从烟管的下端口进入水床体的处理液，由于烟管内与水面上不的压差，烟气冲入处理液后迅速向上浮出，在烟气上浮过程中，烟气被疏波器分层拦截使其向烟管外横向扩散移动，在横向扩散移动过程中，疏波器将大气流拦截、分割、击碎分成均等的小气流，小气流与处理液产生振幅一致的震荡波，众多的小震荡波汇集成剧烈的自激波区域，横向扩散移动的过程增加了烟气在水中的停留时间，疏波器拦截、分割、击碎的过程使烟气向上移动的速度减慢，增加了气液表面接触反应机会，烟气经过自激波区域后，烟气中的污染物被处理液融入液体中，净化后的干净气体离开自激波区域后经出烟室进入出烟道排出；水床体的处理液由进水管进入，经多个分水管均匀的送至每个疏波器下方，使得烟气接触的都是新鲜的处理液，而处理后的处理液向水床体下方流动，水床体下方的旋转刮板将底部的固形物刮入排液口，经由排液口下方设有的泥浆泵进入出水管，经输送管排出至其他过滤装置。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：水床体（9）的处理液经过滤装置处理后变成清液，清液加药后，经由进水管（15）上的多根分水管（16）送到自激波区域（23）。