CN105536497A - 锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质装置及方法，该装置包括安装于锅炉烟气脱硫塔喷淋层支撑梁下的若干个挂钩，每个挂钩上均连接有一个吊杆，所述吊杆为柔性材质，其底部连接有金属板网，所述金属板网上均布有多个超声波雾化器，超声波雾化器的电源线集中引出塔外至超声波配电装置。该装置及方法通过超声波振动能在脱硫浆液中产生无数细小冲击气泡，强化了脱硫浆液与含硫烟气的混合传质，可达到提高锅炉脱硫效率、降低浆液循环泵电耗、设备安全可靠、布置改造便利、炉烟二氧化硫环保排放达标的目标。

Description

锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质装置及方法
技术领域
本发明涉及一种锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质提效的超声波装置及方法，属于环保设备达标提效与节能改造的技术领域。
背景技术
随着我国经济的高速发展，煤炭在我国能源结构中的比例高达76.2％，燃煤排放的二氧化硫(占总排放SO290％)也在不断增加，连续多年超过2000万吨，导致我国酸雨污染面积(占国土面积的30％)迅速扩大，对我国农作物、森林和人体健康等方面造成巨大损害。二氧化硫对我国国民经济造成的直接经济损失已占GDP的2％，严重地阻碍了我国经济的向前发展，成为制约我国经济、社会可持续发展的重要因素，因此，对SO2排放的控制已势在必行。为控制燃煤电厂大气污染物排放，改善我国空气质量和控制酸雨污染，国家环境保护总局和国家发展和改革委员采取了多项旨在进一步加强燃煤电厂二氧化硫污染防治的新措施。
为严控大气污染，产生了对SO2排放标准日益提高的情况：2004年1月1日开始执行的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)把新建电厂锅炉烟气中二氧化硫排放浓度由以前的1200mg/Nm3降到了400mg/Nm3；燃煤锅炉烟气二氧化硫排放，根据国家标准《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011，替代GB13223-2003)规定：SO2≤200mg/Nm3(已有炉)，SO2≤100mg/Nm3(新建炉)；而《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014，替代GB13271-2001)，又强调了重点地区烟气二氧化硫排放标准提高。国务院批复实施的《重点区域大气污染防治“十二五”规划》其中明确：烟气脱硫设施要按照规定取消烟气旁路，强化对脱硫设施的监督管理，确保综合脱硫效率达到90％以上；重点控制区按照≤50mg/Nm3标准，对烟尘排放浓度不能稳定达标的燃煤机组须进行达标改造。
环境保护部2013年第14号关于执行大气污染物特别排放限值的公告，对重点地区范围进行了明确，并涵盖了大部分燃煤锅炉。
重点控制区范围
由此可见，从2004年至今，锅炉烟气SO2的排放，从1200mg/Nm3降到了400mg/Nm3，400mg/Nm3降到了200mg/Nm3，200mg/Nm3降到了100mg/Nm3，重点区域从100mg/Nm3降到了50mg/Nm3；环保收费由“两控区”试点收费变为全国范围收费，SO2的排放收费价格由0.211元/kg提为0.633元/kg，近年又提价至不低于1.2632元/kg。各地环保部门在监控排放的同时，对超标排放的罚款力度不断加大甚至严令停产整改。2015年12月3日国家环境保护部、国家发展和改革委员会、国家能源局联合发布了关于印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的通知，要求到2020年，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放即二氧化硫排放浓度≤35mg/Nm3。
由于环保标准的日益提高，许多有锅炉的企业出现了刚新建投运不久的脱硫塔就难于满足烟气脱硫排放要求，不得不花费重金进行重建以满足环保部门所定的环保达标要求。
目前我国燃煤锅炉的脱硫方式主要工艺为石灰石-石膏法(约占烟气脱硫的95％)，此外少量生石灰-石膏法、碱法或双碱法、氧化镁法、氨法等，这类湿法脱硫塔占烟气脱硫的98％以上。故本技术方法与装置主要应用于锅炉脱硫塔的效率提升改造，以满足日益提高的环保排放要求，达到环保与节能的效果，并节俭大规模改造的投资与运行成本，社会效益亦显著。
为此，本发明研究了一种新颖的锅炉烟气脱硫塔超声波提效方法和装置，可更好利用已有燃煤锅炉脱硫塔内烟气与浆液喷淋换质区的空间层，在保障原系统安全、可靠、长周期运行的前提下，通过添加超声波强化传质方法和装置，可持续改进，达到提升燃煤锅炉脱硫塔的脱硫效率，降低投资与运行成本，满足环保日趋严格的要求与二氧化硫排放达标的目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质装置及方法，该装置及方法使得脱硫提效改造的系统简捷可靠、操作安全连续、节俭投资与运行成本、能耗低、环保性好。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质装置，包括安装于锅炉烟气脱硫塔喷淋层支撑梁下的若干个挂钩，每个挂钩上均连接有一个吊杆，所述吊杆为柔性材质，其底部连接有金属板网，所述金属板网上均布有多个超声波雾化器，超声波雾化器的电源线集中引出塔外至超声波配电装置。
进一步的，所述超声波雾化器为耐温、耐腐蚀、防水、小功率型，其产生高频振荡频率在1.7MHz～2.4MHz范围可调；并固定在金属板网上。
进一步的，所述超声波配电装置接入锅炉烟气脱硫塔的DCS。
进一步的，所述锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质装置为多个，均匀布置并安装于脱硫塔内的超声波强化布置区，所述超声波强化布置区位于脱硫塔内的浆液喷淋与烟气逆流混合截面内。
进一步的，所述挂钩通过玻璃纤维绳和耐高温乙烯基脂玻璃鳞片胶泥，均布并柔性悬挂在喷淋层支撑梁上；所述吊杆为尼龙绳。
进一步的，所述金属板网的材质为316L不锈钢，金属板网的网孔的尺寸约20mm×20mm。
一种基于上述的装置的锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质提效方法，该装置直接安装于锅炉脱硫塔喷淋层下部，在浆液喷淋与烟气逆流混合区内，经过金属板网上的超声波雾化器所发生振荡频率为1.7MHz～2.4MHz的高频谐振，并通过金属板网的扩散，将此区间的脱硫喷嘴下喷液态浆液的水分子间的分子键打散而产生自然飘逸的水雾，强化其与含硫烟气的混合传质，加速脱硫化学反应，达到提升脱硫效率的功效。
进一步的，在同一超声波强化传质布置区内，金属板网(1)及超声波雾化器(2)配置有1～3层。
本发明的有益效果是：
为满足我国环保部门与社会公众对锅炉烟气二氧化硫排放日趋严苛格排放的标准与监管要求，多层喷淋式脱硫塔添加超声波强化传质装置，比目前的新增喷淋层或加大喷淋量、采用双塔结构，加大塔径降低烟气流速、添加脱硫增效剂等改造工艺相比较，优势明显。如以增加喷淋层的技术进行比较，本发明具有如下优点：
1、新增喷淋层等改造技术，改造投资大、工期长达数月，虽可提升脱硫效率，且运行成本加大。而本方法的优点首先在于可直接在现有的多层喷淋式脱硫塔内添加超声波强化传质装置，其系统设备安全可靠，且金属网组件还可卷曲后通过人孔门入塔进行安装，使改造施工更为简捷可行，改造施工工期在1周左右，且投资省、运行成本降低。
2、新增1层喷淋层的脱硫效果，与增设1层/套强化传质装置相当。增加喷淋层只是增大了脱硫塔的液气比，增加了脱硫剂的反应接触面；而超声波强化传质装置，则将超声波雾化器所产生的高频振荡均匀地在金属板网上传递至浆液滴，将对此截面区域液滴的水分子间分子键打散而产生无数细小冲击气泡，靠冲击雾化气泡的“空化”、冲击、搅拌混合作用，来强化换质效果；同时，金属板网还具有一定均流与混扰作用。
3、新增1层喷淋层的耗电量，远高于增设1层/套超声波强化传质装置。就6米直径的脱硫塔而言，1层喷淋层的浆液循环泵功率约150kw，而超声波强化传质装置的电功率约1kw(按每只超声波雾化器50w计)；其耗电量仅为新增1层喷淋层的1/150，可见大大降低运行成本与节能效益。
4、新增喷淋层，其喷淋量、耗电量为固定不可调，如要采用减小浆液循环泵出口阀的方式来降低喷淋量与耗电量，则会影响喷嘴雾化效果，得不偿失；而超声波强化传质装置的发生器数量、功率与振荡频率、层数等，均可根据脱硫效果进行增减与优化配置，以达成更好脱硫效率提升功效。
5、新增喷淋层，其浆液循环泵的磨损腐蚀后的更换，喷嘴磨损冲蚀后的更换等，均需大量的维修费用，泵的机封与冷却水也长期耗能；而超声波强化传质装置无易损件，即使个别超声波雾化器故障，因金属板网的一体振动，也不影响整体对液滴的雾化“空化”、冲击、搅拌作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为所发明在脱硫塔内的安装与工作区域示意图。
图3为所发明的雾化器外形与雾化实效图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质装置，包括安装于锅炉烟气脱硫塔喷淋层支撑梁下的若干个挂钩5，每个挂钩5上均连接有一个吊杆4，吊杆4为柔性材质，其底部连接有金属板网1，金属板网1上均布有多个超声波雾化器2，以保障超声波高频振荡覆盖无死角；超声波雾化器2的电源线集中引出塔外至超声波配电装置3。
超声波雾化器2为耐温、耐腐蚀、防水、小功率型，其产生高频振荡频率在1.7MHz～2.4MHz范围可调；并固定在金属板网上。
超声波雾化器2运行时，其陶瓷雾化片将产生高频谐振(振荡频率为1.7MHz～2.4MHz，超过人的听觉范围)并通过金属板网将此区间的脱硫喷淋下浆液滴水分子间的分子键打散而产生无数细小冲击气泡(见图3)，靠冲击雾化气泡来强化换质效果，加速脱硫化学反应，以提升脱硫效率。
超声波配电装置3接入锅炉烟气脱硫塔的DCS。
如图2，锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质装置为多个，均匀布置并安装于脱硫塔内的超声波强化布置区，所述超声波强化布置区位于脱硫塔内的浆液喷淋与烟气逆流混合截面内。由超声波雾化器2的陶瓷雾化片所产生高频谐振并通过金属板网，将此区间的脱硫喷嘴下喷液态浆液的水分子间的分子键打散而产生无数细小冲击气泡，强化其与含硫烟气的混合传质。
所述挂钩5通过玻璃纤维绳和耐高温乙烯基脂玻璃鳞片胶泥，均布并柔性悬挂在喷淋层支撑梁上；所述吊杆4为尼龙绳。具有隔阻超声波雾化器2的陶瓷雾化片所产生高频谐振传递到支撑梁上的效果。
所述金属板网1的材质为316L不锈钢，其网孔的尺寸约20mm×20mm。不仅可通过高频谐振，将所处区域浆液的水分子间的分子键打散而产生自然飘逸的水雾以强化传质，同时其还具有多孔板的烟气均流作用。
本发明的基于上述的装置的锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质提效方法为：如图2所示，装置直接安装于脱硫塔内各喷淋层下截面的强化传质布置区，从脱硫浆液喷淋层雾化喷嘴下落的浆液与上升的含硫烟气在此混合时，经过多支均布的金属板网1上的超声波雾化器2所发生振荡频率为1.7MHz～2.4MHz的高频谐振，并通过金属板网1的扩散，将此区间的脱硫喷嘴下喷液态浆液的水分子间的分子键打散而产生自然飘逸的水雾，强化其与含硫烟气的混合传质，加速脱硫化学反应，达到提升脱硫效率的功效。
流经金属板网与超声波雾化组构成的高频振荡区，故对交汇中的气液产生无数细小冲击气泡，进行搅拌、雾化“空化”与搅拌作用，从而强化了此截面处的气液传质，脱硫浆液与含硫烟气混合的强化提高了其脱硫反应效果，故可提升脱硫效率。
在同一超声波强化传质布置区内，金属板网1及超声波雾化器2配置有1～3层。发生器数量、功率与振荡频率、层数等，均可根据脱硫效果进行增减与优化配置，以达成更好脱硫效率提升功效。鉴于金属板网的网孔设置较小(尺寸约20mm×20mm)，还具有一定均流与混扰作用。
如图3所示，为本发明的锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质提效方法的雾化片外形与雾化效果示图：置于液滴中的超声波雾化片工作时发生高频谐振，会将液态水分子间的分子键打散而产生自然飘逸的水雾，正是超声波这种每秒上万次的压缩力和减压力交互性的高频变换方式向液体的透射，“空化”效应而打散水分子，形成冲击、搅拌与混合，将在脱硫塔内达到强化传质的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质装置，其特征在于：包括安装于锅炉烟气脱硫塔喷淋层支撑梁下的若干个挂钩(5)，每个挂钩(5)上均连接有一个吊杆(4)，所述吊杆(4)为柔性材质，其底部连接有金属板网(1)，所述金属板网(1)上均布有多个超声波雾化器(2)，超声波雾化器(2)的电源线集中引出塔外至超声波配电装置(3)。
2.如权利要求1所述的锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质装置，其特征在于：所述超声波雾化器(2)为耐温、耐腐蚀、防水、小功率型，其产生高频振荡频率在1.7MHz～2.4MHz范围可调；并固定在金属板网上。
3.如权利要求1所述的锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质装置，其特征在于：所述超声波配电装置(3)接入锅炉烟气脱硫塔的DCS。
4.如权利要求1所述的锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质装置，其特征在于：所述锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质装置为多个，均匀布置并安装于脱硫塔内的超声波强化布置区，所述超声波强化布置区位于脱硫塔内的浆液喷淋与烟气逆流混合截面内。
5.如权利要求1所述的锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质装置，其特征在于：所述挂钩(5)通过玻璃纤维绳和耐高温乙烯基脂玻璃鳞片胶泥，均布并柔性悬挂在喷淋层支撑梁上；所述吊杆(4)为尼龙绳。
6.如权利要求1所述的锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质装置，其特征在于：所述金属板网(1)的材质为316L不锈钢，其网孔尺寸为20mm×20mm。
7.一种基于权利要求1-6任一所述的装置的锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质提效方法，其特征在于：该装置直接安装于锅炉脱硫塔喷淋层下部，在浆液喷淋与烟气逆流混合区内，经过金属板网(1)上的超声波雾化器(2)所发生振荡频率为1.7MHz～2.4MHz的高频谐振，并通过金属板网(1)的扩散，将此区间的脱硫喷嘴下喷液态浆液的水分子间的分子键打散而产生自然飘逸的水雾，强化其与含硫烟气的混合传质，加速脱硫化学反应，达到提升脱硫效率的功效。
8.如权利要求7所述的锅炉烟气脱硫塔超声波强化传质提效方法，其特征在于：在同一超声波强化传质布置区内，金属板网(1)及超声波雾化器(2)配置有1～3层。
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