CN105477998B - 一种低能耗高效率钙基湿法脱硫装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低能耗高效率钙基湿法脱硫装置及工艺，装置包括吸收塔，吸收塔顶部设有烟气出口、塔壁上设有连接入口烟道的烟气进口，吸收塔内底部为塔釜、顶部设置除雾器；所述吸收塔内自烟气进口到除雾器之间的空间内由下至上依次为双流体喷枪层、超声波反生器、多孔托盘和喷淋层，双流体喷枪的喷口朝下、浆液入口外接吸收浆液供给装置、气体入口外接压缩空气供给装置；所述入口烟道内设有增湿喷淋机构。本发明在原有钙基湿法脱硫工艺的基础上进一步提高脱硫效率、大幅降低脱硫系统的液气比和运行能耗。

Description

一种低能耗高效率钙基湿法脱硫装置及工艺
技术领域
本发明设计资源与环境保护领域，具体涉及一种低能耗高效脱硫装置及工艺。
背景技术
目前，控制二氧化硫排放的工艺除了采用洗煤、型煤、循环流化床燃烧等技术措施外，烟气脱硫技术是最为广泛采用的一种技术，其他方法还不能在技术成熟程度和经济的承受能力等方面与之竞争。烟气脱硫工艺技术颇多，湿式脱硫除尘技术是其中的一种工艺，它是在传统的湿式除尘技术的基础上发展起来的一种符合中国国情的实用技术，特别适用于大、中型工业锅炉烟气的除尘和脱硫。
湿法脱硫技术是采用液体吸收剂如水或碱溶液洗涤含SO2的烟气，通过吸收去除烟气中SO2的技术。该技术具有所用设备简单，操作容易，脱硫效率高，运行可靠，应用广泛等优点，是目前国内外研究最多，应用最广的脱硫技术。湿法脱硫技术中钙基湿法脱硫技术由于低钙硫比、脱硫效率高、脱硫剂来源广泛、能适应烟气负荷变化而得到广泛应用。
钙基湿法脱硫工艺脱硫剂主要采用石灰石(碳酸钙)、石灰(氧化钙)和电石渣(氢氧化钙)等碱性钙基氧化物，将钙基脱硫剂与水配成脱硫浆液与烟气接触反应脱除烟气中的SO2。主要反应过程分为三步：1.钙盐或者钙基氧化物在水中溶解；2.溶解后的钙盐和钙基氧化物阴离子吸收溶液中的氢离子并释放出氢氧根离子提高溶液的pH值；3.烟气中的SO2融入水电离出亚硫酸根并与溶液中的氢氧根发生中和反应。
钙基湿法脱硫工艺为固、液、气三相的中和反应过程，反应速率主要受制于钙盐及钙基氧化物的溶解速率，而钙盐及钙基氧化物的溶解度低，溶出慢，大大制约了钙基湿法脱硫工艺中溶液对烟气中SO2的吸收速率。为了解决这一问题，现行钙基湿法脱硫工艺均采取降低钙硫比，提高脱硫液循环量来弥补钙基固体物溶出速率的不足。脱硫系统的投资运行成本较高，不经济。
发明内容
本发明提供了一种经济、高效的钙基湿法脱硫工艺，在原有钙基湿法脱硫工艺的基础上进一步提高脱硫效率、大幅降低脱硫系统的液气比和运行能耗。
一种钙基湿法脱硫装置，包括吸收塔，吸收塔顶部设有烟气出口、塔壁上设有连接入口烟道的烟气进口，吸收塔内底部为塔釜、顶部设置除雾器；所述吸收塔内自烟气进口到除雾器之间的空间内由下至上依次设置双流体喷枪层、超声波反生器、多孔托盘和喷淋层，双流体喷枪的喷口朝下、浆液入口外接吸收浆液供给装置、气体入口外接压缩空气供给装置；所述入口烟道内设有增湿喷淋机构。
优选地，吸收浆液供给装置包括：
化浆罐，该化浆罐内置搅拌器；
均质器，该均质器的入口与所述化浆罐内下部连通、出口与所述化浆罐内上部连通；
供浆泵，该供浆泵连接化浆罐的出浆口和双流体喷枪的浆液入口。
优选地，所述双流体喷枪层包括相互平行且间隔均匀的若干根双流体喷枪。
进一步优选地，所述若干双流体喷枪均匀布满整个吸收塔横向截面。
本发明中双流体喷枪本身为本领域常规双流体喷枪。
更进一步优选地，双流体喷枪层包括若干相互平行且均匀布置的双流体总管和设置在每根双流体总管上的若干双流体支管，双流体支管竖直设置，相互平行且均匀布置，双流体支管的喷口朝下，喷施方向为逆向气流方向，双流体总管的气体入口外接压缩空气供给设备、液体入口外接吸收浆液供给装置。
浆液罐中的钙基脱硫剂浆液在均质器的循环切割破碎后，钙基颗粒物的粒径小于30μm，浆液经供浆泵送入塔内双流体喷枪喷射区雾化成30-60μm的超细雾滴与烟气接触反应脱除烟气中的SO2。
优选地，所述多孔托盘的开孔率为27％-40％，开孔孔径为12-30mm。
优选地，所述增湿喷淋机构的喷射方向为逆向气流方向。
本发明中所述超声波发生器及其安装方式本身采用本领域常规技术手段实现。优选地，所述超声波发生器包括若干竖直且均匀布置的超声波发射极板，相邻超声波发射极板之间的间距为1.3～2.m，超声波发射极板的高度为1-2.5m。
本发明还提供一种钙基湿法脱硫工艺，优选采用本发明装置进行，包括如下步骤：
烟气从入口烟道经增湿喷淋后进入吸收塔，向上经过双流体喷枪喷射区后依次经过超声波区、托盘层、喷淋层、除雾器层进行脱硫、除雾处理，处理后的净烟气由吸收塔顶部排出；
钙基脱硫剂浆液经均质器循环切割破碎后由双流体喷枪逆向烟气流喷入吸收塔内。
优选地，钙基脱硫剂浆液中钙基颗粒物的固体质量浓度为3％-8％，双流体喷枪的喷射液气比为0.1-2L/Nm3。
优选地，经均质器循环切割破碎后钙基颗粒物的粒径小于30μm，经均质器循环切割破碎后的钙基脱硫剂浆液在双流体喷枪喷射区雾化成30-60μm的超细雾滴。
优选地，入口烟道内增湿喷淋的液气比为2.0-4.0L/Nm3，托盘层内的浆液pH值为5.0-6.5，吸收塔内喷淋层液气比为1.0-3.5L/Nm3。
优选地，超声波区的高度为1-2.5m，超声波区内烟气停留时间为0.5-1s，超声波的震动频率范围为10-30KHZ。
本发明中双流体喷枪喷射层位于超声波层下方，入口烟道上方，在吸收塔截面上均匀布置若干根向下逆向气流的双流体喷射雾化喷枪，经均质器充分破碎的钙基脱硫浆液在双流体喷枪内压缩气体的作用下，雾化成超细颗粒雾滴，极大的提高了脱硫剂浆液与烟气的接触面积和固体钙基颗粒物的溶出速率。经双流体喷枪喷射出的超细雾滴颗粒物，在向上流动烟气的浮力作用下，随烟气缓慢上升，大大提高了脱硫剂浆液与烟气的接触时间。为了提高钙基颗粒物的溶出速率、提高气液接触时间及接触面积实现较高的脱硫效率，钙基脱硫剂浆液中钙基颗粒物的固体质量浓度优选为3％-8％，双流体喷枪的喷射液气比优选为0.1-1L/Nm3。
随着超细雾滴的不断上升，雾滴中的钙基颗粒物与烟气反应越来越充分，生成的亚硫酸钙达到饱和后形成亚硫酸钙沉淀逐渐包裹钙基颗粒物，阻碍钙基颗粒物的进一步溶解，脱硫效率及颗粒物吸收SO2的活性逐渐下降。为了保证超细雾滴持续具有较高的脱硫活性，本发明在双流体喷枪喷射层上方设置超声波反应区，随烟气向上流动的超细雾滴进入超声波反应区后，在超声波的震动破碎作用下，一方面雾滴中被亚硫酸钙包裹的的钙基颗粒物得到破碎，具有较高脱硫活性的钙基颗粒物重新裸露在雾滴中溶出，提高雾滴的pH值，增强超细雾滴的脱硫容量和脱硫活性；另一方面由于碰撞富集而变大体积的雾滴得到破碎，增加了气液接触面积。在超声波反应区中，钙基固体颗粒物的脱硫活性得到了快速的恢复，脱硫剂得到了充分的利用。超声波反应区的高度优选为1-2.5m，烟气停留时间优选为0.5-1s，超声波的震动频率范围优选为10-30KHZ。
在超声波反应区上方设托盘层和喷淋层，经过喷射区和超声区的反应，烟气中的SO2和雾滴中的钙基颗粒物绝大部分反应生成了亚硫酸钙。含有大量超细雾滴的烟气进入托盘层，与喷淋层下来的大雾滴浆液在托盘上方形成积液区。托盘为中间开有若干穿气孔材质为不锈钢的平板，低速烟气到达托盘层后，由于过流面积减小，形成高速气流从托盘穿气孔向上流动，与喷淋浆液在托盘上方形成湍流层发生剧烈反应，细小颗粒物在湍流层被捕集参与脱硫反应，剩余的残余钙基得到充分利用。在托盘上的湍流层中，烟气中的氧气由于湍流作用不断氧化生成的亚硫酸钙，加速剩余钙基颗粒物的溶解，保证了钙基颗粒物的充分溶解利用，完成反应的烟气经过喷淋层再次脱硫除雾，烟气中的SO2得到高效去除，洁净烟气经过除雾器干燥除雾后排出脱硫塔。托盘开孔率优选为27％-40％，开孔孔径优选为12-30mm；为了提高钙基的利用率，防止托盘湍流层堵塞结构所述的喷淋层进浆入口为塔釜，湍流层pH值得控制范围为5.0-6.5，喷淋层液气比为1.0-3.5L/Nm3。
本发明在入口烟道内设置增湿喷淋，增湿喷淋浆液入口为塔釜浆液，入口烟气经过增湿喷淋段与增湿浆液接触换热后，烟气温度大幅下降，相对湿度达到饱和。降温饱和的湿烟气在吸收塔内由下向上流动过程中，不会因为烟气温度过高而蒸发脱硫雾滴的水分造成雾滴体积减小，气液接触面积下降而影响脱硫效率；降温后的烟气体积变小，烟气在吸收段的流速降低，增加了吸收段的气液接触时间，进一步的提高了吸收段的脱硫效率。作为优选，增湿喷淋在烟道入口的喷射方向为逆向气流方向，增湿喷淋液气比为2.0-4.0L/Nm3。
本发明的装置中，吸收塔外均质化浆、吸收塔内设置双流体喷枪、超声波发生器、多孔托盘和喷淋层，各部分所起作用之间相互协同促进，在保证低能耗的同时对烟气进行高效脱硫，本发明的装置和本发明工艺结合处理效果可进一步提高。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)采用低浓度化浆乳化工艺，将脱硫剂浆液利用均质器充分切割细化，增加脱硫剂颗粒物的表面积，大幅提高钙基颗粒物的溶解速率，解决钙基脱硫工艺脱硫效率受制于溶出速率而需要大液气比的难题。
(2)采用双流体喷枪工艺，将乳化浆液雾化成超细颗粒，增大气液接触面积；经双流体喷枪雾化成的超细颗粒雾滴与烟气在吸收段内同向流通，增加气液接触时间降低脱硫系统的阻力大幅提高脱硫效率。
(3)在入口烟道对烟气进行降温增湿，避免了高温烟气蒸发超细雾滴中的水分从而降低气液接触面积及钙基的溶出速率。
(4)采用超声波破碎工艺，对反应过程产生的亚硫酸钙沉淀进行破碎，防止包裹具有脱硫活性的钙基颗粒物，在反应过程中有效的保证了钙基颗粒物具有较高的脱硫活性。
(5)采用喷淋加托盘工艺对低浓度烟气进行充分脱硫、吸收进一步提高脱硫效率，同时利用喷淋托盘的组合工艺捕捉脱硫后烟气中的大量浆液液滴，防止超细颗粒物排放到大气中造成二次污染。
上述各部分效果之间相互促进，在保证低能耗的同时对烟气进行高效脱硫，与现有湿法脱硫技术相比，在保证脱硫效率在98.0％以上的情况下可降低40％-70％的运行能耗。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中所示附图标记如下：
1-吸收塔 2-入口烟道 3-双流体喷枪
4-超声波发生器 5-多孔托盘 6-喷淋层
7-供浆泵 8-循环泵 9-化浆罐
10-均质器 11-除雾器 12-烟气出口
具体实施方式
如图1所述，一种钙基湿法脱硫装置，包括吸收塔1，吸收塔为湿法吸收塔，烟气出口12位于吸收塔顶部，烟气进口位于吸收塔下半部的塔壁上，烟气进口连接入口烟道2，入口烟道内设置增湿喷淋机构，增湿喷淋机构为喷淋管，喷淋管上均匀设置若干雾化喷嘴，雾化喷嘴的喷射方向为逆向气流方向，增湿喷淋机构的喷淋浆液来至塔釜。
吸收塔1内顶部设置除雾器11，底部为塔釜，烟气进口位于塔釜上方的塔壁上，吸收塔内且位于烟气进口的上方设置一层双流体喷枪层，双流体喷枪层包括若干相互平行且均匀布置的双流体总管和设置在每根双流体总管上的若干双流体支管，双流体支管竖直设置，相互平行且均匀布置，双流体支管的喷口朝下，喷施方向为逆向气流方向，双流体总管的气体入口外接压缩空气供给设备(压缩空气储存罐和供气泵)、液体入口外接吸收浆液供给装置。
吸收浆液供给设备包括化浆罐9、均值器10和供浆泵7，化浆罐9内置搅拌器，化浆罐9外设置均质器10，化浆罐9的管壁上靠近底部处设有循环浆液出口、靠近顶部处设有循环浆液出口和吸收浆液出口，均质器的入口与化浆罐的循环浆液出口通过管路连接，均质器的出口与化浆罐的循环浆液入口通过管路连接，供浆泵7的入口通过管路连接化浆罐的吸收浆液出口、出口通过管路连接双流体喷枪的液体入口。
吸收塔内且位于双流体喷枪层的上方设置超声波发生器4，超声波发生器包括若干竖直且均匀布置的超声波发射极板及极板安装板，相邻超声波发射极板之间的间距为1.3～2.m，超声波发射极板的高度为1-2.5m。
超声波发生器上方设置多孔托盘5，多孔托盘的开孔率为27％-40％，开孔孔径为12-30mm；多孔托盘和除雾器之间设置喷淋层6，喷淋层由若干根均匀设置的喷淋管组成，喷淋管上均匀设置雾化喷嘴，喷嘴的喷射方向为逆向气流方向；除雾器11为湿法吸收塔常规除雾设备。
实施例1：
某热电厂，2台130T/h锅炉烟气脱硫改造工程采用本工艺，烟气中SO2浓度为3325mg/m3，烟气温度为137℃。脱硫剂采用石灰石，化浆浓度为6％，双流体喷枪液气比为0.5L/Nm3；超声波震动频率为25KHZ，停留时间为1.1s；托盘开孔率为30％，孔径为18mm，湍流层pH值控制在5.7；喷淋层液气比为2.4L/Nm3。脱硫效率98.3％，脱硫石膏中残余钙为0.01％，改造后运行能耗下降65％。
实施例2：
某自备电厂，1台135MW机组锅炉烟气脱硫改造工程采用本工艺，烟气中SO2浓度为2866mg/m3，烟气温度为131℃。脱硫剂采用石灰石，化浆浓度为5％，双流体喷枪液气比为0.6L/Nm3；超声波震动频率为23KHZ，停留时间为1.1s；托盘开孔率为35％，孔径为16mm，湍流层pH值控制在5.7；喷淋层液气比为3.0L/Nm3。脱硫效率99.0％，脱硫石膏中残余钙为0.01％，改造后脱硫系统运行能耗下降60％。
实施例3：
某热电厂，3台75T/h锅炉烟气脱硫改造工程采用本工艺，烟气中SO2浓度为1870mg/m3，烟气温度为127℃。脱硫剂采用石灰石，化浆浓度为5％，双流体喷枪液气比为0.6L/Nm3；超声波震动频率为26KHZ，停留时间为1.0s；托盘开孔率为33％，孔径为20mm，湍流层pH值控制在5.7；喷淋层液气比为3.2L/Nm3。脱硫效率98.3％，脱硫石膏中残余钙为0.01％，改造后脱硫系统运行能耗下降57％。

Claims (8)

1.一种钙基湿法脱硫装置，包括吸收塔，吸收塔顶部设有烟气出口、塔壁上设有连接入口烟道的烟气进口，吸收塔内底部为塔釜、顶部设置除雾器；其特征在于，所述吸收塔内自烟气进口到除雾器之间的空间内由下至上依次设置双流体喷枪层、超声波反生器、多孔托盘和喷淋层，双流体喷枪的喷口朝下、浆液入口外接吸收浆液供给装置、气体入口外接压缩空气供给装置；所述入口烟道内设有增湿喷淋机构；
所述超声波发生器包括若干竖直且均匀布置的超声波发射极板，相邻超声波发射极板之间的间距为1.3～2.m，超声波发射极板的高度为1-2.5m；
吸收浆液供给装置包括：
化浆罐，该化浆罐内置搅拌器；
均质器，该均质器的入口与所述化浆罐内下部连通、出口与所述化浆罐内上部连通；
供浆泵，该供浆泵连接化浆罐的出浆口和双流体喷枪的浆液入口。
2.根据权利要求1所述钙基湿法脱硫装置，其特征在于，所述双流体喷枪层包括相互平行且间隔均匀的若干根双流体喷枪。
3.根据权利要求2所述钙基湿法脱硫装置，其特征在于，所述若干根双流体喷枪均匀布满整个吸收塔横向截面。
4.根据权利要求1所述钙基湿法脱硫装置，其特征在于，所述多孔托盘的开孔率为27％-40％，开孔孔径为12-30mm。
5.根据权利要求1所述钙基湿法脱硫装置，其特征在于，所述增湿喷淋机构的喷射方向为逆向气流方向。
6.一种钙基湿法脱硫工艺，利用如权利要求1所述钙基湿法脱硫装置进行，其特征在于，包括如下步骤：
烟气从入口烟道经增湿喷淋后进入吸收塔，向上经过双流体喷枪喷射区后依次经过超声波区、托盘层、喷淋层、除雾器层进行脱硫、除雾处理，处理后的净烟气由吸收塔顶部排出；超声波区的高度为1-2.5m，超声波区内烟气停留时间为0.5-1s，超声波的震动频率范围为10-30KHZ；
钙基脱硫剂浆液经均质器循环切割破碎后由双流体喷枪逆向烟气流喷入吸收塔内。
7.根据权利要求6所述钙基湿法脱硫工艺，其特征在于，钙基脱硫剂浆液中钙基颗粒物的固体质量浓度为3％-8％，双流体喷枪的喷射液气比为0.1-2L/Nm3。
8.根据权利要求6所述钙基湿法脱硫工艺，其特征在于，入口烟道内增湿喷淋的液气比为2.0-4.0L/Nm3，托盘层内的浆液pH值为5.0-6.5，吸收塔内喷淋层液气比为1.0-3.5L/Nm3。
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