CN105854561A - 一种烟气脱硫、除尘协同治理的装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟气脱硫、除尘协同治理的装置及工艺，原烟气进入吸收塔后依次穿过托盘层、喷淋层、沉降降温区、高效除雾层后从吸收塔出口排出，托盘层对进入吸收塔的烟气进行整流后，烟气在吸收塔截面上以均匀的流速上升，烟气中的SO2与托盘上方的积液层和喷淋层浆液实现高效脱除，脱硫后带有细小浆液液滴和粉尘的饱和烟气经过降温区沉降、降温后实现浆液液滴和粉尘的富集沉降，没有沉降的液滴和粉尘随着气流进入旋流除雾器层，经过旋流、撞击富集去除，处理后的洁净烟气从吸收塔出口排出。本发明采取先对烟气进行整流然后依次进行喷淋吸收、高效除尘除雾的工艺，提高了湿法脱硫装置的脱硫效率和除雾、除尘效率，降低了运行能耗。
Description
技术领域
本发明涉及资源与环境保护领域，具体涉及一种回烟气脱硫、除尘协同治理工艺。
背景技术
目前，国内外火力发电厂烟气脱硫系统多采用湿法石灰石-石膏法脱硫工艺为主。石灰石-石膏法脱硫工艺具有脱硫效率高，系统运行稳定，适应范围广泛，原料易于获得同时运行费用低等优点，得到广泛应用。
但随着环保要求的不断提高，SO2排放指标的要求越来越严格，《火力发电厂燃煤机组大气污染物排放标准》(GB13223-2011)要求二氧化硫≤50mg/Nm3，氮氧化物≤100mg/Nm3，尘≤20mg/Nm3。2014年后，我国政府要求火电机组烟气排放浓度逐步执行新标准中天然气机组的排放标准，即要求二氧化硫≤35mg/Nm3，氮氧化物≤50mg/Nm3，尘≤5mg/Nm3，现有的脱硫除尘技术基本不能实现。目前普遍使用的除尘技术大多只能处理PM10以上粉尘，PM10以下，特别是PM2.5的去除效率急剧下降。研究表明，300MW机组粉尘排放从50mg/Nm3提高到30mg/Nm3，需增加除尘设备投资约800万元，而从30mg/Nm3提高到20mg/Nm3，需增加除尘设备投资约1500万元。此外，湿法脱硫虽在粉尘浓度较高时有一定的除尘效果(30％～50％)，但大量已经投入湿法脱硫技术的电厂表示，当除尘器出口粉尘浓度较低时，湿法脱硫反而使粉尘排放浓度有所增大。
旋流离心式除尘器应用于湿法脱硫工艺，主要依赖于吸收塔上部低温饱和净烟气中含有大量细小雾滴的特点，利用大量细小雾滴高速运动增加粉煤灰颗粒与雾滴碰撞的机率，雾滴与粉煤灰颗粒凝聚从而实现对此部分极微小粉煤灰尘和雾滴的捕悉脱除。且具有初投资省、运行费用低、占地空间少及便于改造等优势，同时可实现5mg/Nm3达标排放的可能。
现有湿法脱硫技术存在的问题：
(1)塔内烟气流场不均匀：现有湿法脱硫技术烟道内烟气流速为10-15m/s，塔内烟气流速为2.5-4m/s，烟气进入吸收塔后由水平向流动迅速转变为竖直向流动，在塔内水平截面上烟气流速非常不均匀。不均匀的气流在穿过喷淋层时，低速气体气液接触时间长，具有较好的脱硫效率，大部分高速气体因气液接触时间短，脱硫效率较低，导致平均脱硫效率偏低。为了提高烟气的平均脱硫效率，往往需要增加液气比，加大浆液循环量，脱硫装置能耗高。
(2)除雾器除雾效果不理想：现有湿法脱硫装置多采用折叠板式平板除雾器或屋脊式除雾器，距离喷淋层高度在1.5-2m之间，处理的烟气夹带浆液量大，在流场不均匀的气流中容易堵塞除雾器，且折叠板式除雾器间隙较大，对颗粒小的雾滴和粉尘除雾效果较差。
发明内容
本发明提供一种烟气脱硫、除尘协同治理的装置及工艺，采取先对烟气进行整流然后依次进行喷淋吸收、高效除尘除雾的工艺，有效的提高了湿法脱硫装置的脱硫效率和除雾、除尘效率，降低了湿法脱硫系统的运行能耗。
一种烟气脱硫、除尘协同治理的工艺，包括如下步骤：
原烟气进入吸收塔后依次穿过托盘层、喷淋层、沉降降温区、高效除雾层后从吸收塔出口排出，托盘层对进入吸收塔的烟气进行整流后，烟气在吸收塔截面上以均匀的流速上升，烟气中的SO2与托盘上方积液层和喷淋层浆液接触实现脱除，脱硫后带有细小浆液液滴和粉尘的饱和烟气经过降温区沉降、降温后实现浆液液滴和粉尘的富集沉降，没有沉降的液滴和粉尘随着气流进入高效除雾器层，经过旋流、撞击富集去除，处理后的洁净烟气从吸收塔出口排出。优选地，烟气在空心导流筒内的流速为5-12m/s。所述的高效除雾层为旋流除雾器。
本发明还提供一种烟气脱硫、除尘协同治理的装置，本发明的工艺优选通过该装置实现，包括吸收塔，所述吸收塔的侧壁上设置烟气入口、顶部设置烟气出口、塔内底部为塔釜，所述吸收塔内由烟气入口至烟气出口依次设有托盘孔板、喷淋吸收层、沉降降温区和高效除雾器，所述高效除雾器包括基座底板及并联安装在所述基座底板上的若干个除雾单元，所述除雾单元包括空心导流筒和置于空心导流筒内的至少一层烟气旋流模块。
优选地，所述托盘孔板的开孔率为25％-40％，开孔孔径为25-40mm，在托盘孔板上方的积液区设置若干挡板，积液区由挡板分为若干区域，每个区域开孔个数为10-50个，挡板的高度为30-60mm。
优选地，所述沉降降温区的高度为4-7m。沉降、降温区内可以设置填料也可不设置。
优选地，所述烟气旋流模块设置为1～4层，相邻两层烟气旋流模块之间的间距为空心导流筒内径的1.5-3倍。
优选地，所述同心导流筒的筒壁上且位于对应烟气旋流模块上方处开设若干排液孔。进一步优选，排液孔孔径为4-10mm。
优选地，所述烟气旋流模块包括中心盲板、外部包围板和位于中心盲板与外部包围板所围成的环形区域内的若干旋流叶片。
优选地，所述中心盲板直径为空心导流筒内径的0.3-0.7倍，旋流叶片的水平角度为20°-45°，水平角度是指旋流叶片与水平面之间的夹角；旋流叶片上边缘与空心导流筒半径的夹角为20°-40°且朝向壁面。此处所述空心导流筒半径是指过该旋流叶片上边缘与中心盲板衔接处的半径。
优选地，每个空心导流筒内设置一根带有若干雾化喷嘴的冲洗水管，该冲洗水管安装在每层旋流模块中心盲板的圆心连线上，并在每个中心盲板下方设置用于烟气导流和冲洗水管固定的半球形装置。
喷嘴的雾化粒径为20-50μm，雾化液体的液气比为0.01-0.1L/Nm3。
优选地，基座底板下方均匀安装若干与基座底板上方连通以用于导流排出空心导流筒的冲洗液的降液管，降液管下方设置进行液封的弯头。
进一步优选地，液封高度为50-100mm。
烟气进入吸收塔后，依次经过托盘孔板、托盘积液层、喷淋吸收层、沉降降温区和高效除雾器层，处理后的净烟气由吸收塔出口烟道排出。高速烟气进入吸收塔后，流场不均匀的烟气在穿过吸收塔下方的高性能托盘时，与喷淋层喷出的浆液在托盘上方形成具有一定厚度的积液层。穿过托盘空隙的气流与积液层的浆液在积液层形成一个强烈的气液接触湍流区，烟气中的大部分SO2和粉尘在湍流区与脱硫浆液得到反应吸收，具有一定厚度的积液层为上升气流提供一定的阻力，气流在穿过积液层时受阻力影响实现均匀分布。
流场均匀的烟气穿过布液均匀的喷淋层时，与喷淋浆液均衡接触、吸收、反应，烟气中的SO2和粉尘得到进一步去除。
完成脱硫后的烟气进入喷淋层上方的后沉降降温区，烟气中的细小雾滴和粉尘在低流速下富集成较大的液滴并沉降进入塔釜浆液池，喷淋增湿后的饱和烟气在这一区域得到进一步的降温达到过饱和，形成大量的细小雾滴。
过饱和烟气继续上升进入高效除雾器层，进入空心筒后烟气流速得到提高，在旋流模块叶片的导流作用下，气速得到进一步提高，过饱和烟气中带有的大量水滴在离心力的作用下被甩向壁面，在此过程中与细小颗粒粉尘撞击而被捕集；湿润的壁面上的液膜能湮灭富集了粉尘的小液滴实现粉尘的高效去除。在经过第一级的旋流模块离心分离后，烟气中的大于20μm的凝结水滴基本全部被富集到筒壁，当烟气进入第二级、第三级的旋流模块时，烟气中凝结水粒径已经非常小，旋风产生的离心力不足以保证大部分液滴都能富集到筒壁，同时因粒径过小，水滴与烟气、粉尘之间的相对速度非常小，基本处于同速运动，不存在粉尘与液滴之间的相对运动而产生撞击实现对粉尘的捕集。
本发明中增加了高效雾化喷嘴，保证了第二、第三级旋流模块后烟气中的细小雾滴密度，有效的增加了粉尘与雾滴的撞击概率，大幅提高高效除雾器对细小粉尘的除尘效率。随着装置运行时间的延长，富集在高效除雾器空心圆筒内壁的水量不断加大，液膜越来越厚，为了防止除雾器阻力过大或堵塞，在每层旋流模块上方筒壁上开若干小孔便于及时排出多余的富集液体和粉尘。经过高效脱硫、除尘后的洁净烟气由吸收塔出口排入烟囱排放。
本发明中，以上各处理步骤有机结合，在同一吸收塔内完成，相邻处理步骤之间相互促进，共同提高烟气的净化效率。
本发明高性能托盘由托盘合金孔板和若干挡板组成，烟气穿过孔板的气孔时与喷淋浆液在托盘上方形成积液湍流层，为了防止积液湍流层液面受气流影响波动加大，在托盘孔板上方安装若干一定高度的挡板，保证整个积液层厚度均匀并具有较好的烟气整流效果和脱硫、除尘效果。作为优选：托盘开孔率为25％-40％，开孔孔径为25-40mm，在托盘上方积液区设置若干挡板将积液区分为若干区域，每个区域开孔个数为10-50个，挡板的高度为30-60mm。
本发明的沉降、降温区为脱硫后烟气进行自然降温和浆液液滴沉降富集提供缓冲区域和停留时间，减小除雾器的负荷提高除雾器的除尘、除雾效率。作为优选：所述的沉降、降温区高度为4-7m，沉降、降温区内可以设置填料也可不设置。
本发明的高效除雾器层是利用旋流导流作用，使烟气在若干空心圆筒内螺旋上升，在离心力的作用下实现粉尘与雾滴的碰撞、吸附和湮灭，细小粒径粉尘得到高效去除。作为优选：所述的烟气导流筒内烟气流速为5-12m/s，旋流模块的层数为1-4层，相邻两层旋流模块间距为空心导流筒内径的1.5-3D，排液孔孔径为4-10mm；所述的每层烟气旋流模块由中心盲板和旋流叶片组成，中心盲板直径为空心筒内径的0.3-0.7倍，旋流叶片的水平角度为20°-45°，旋流叶片上边缘与空心导流筒半径的夹角为20°-40°且朝向壁面；所述的高效雾化喷嘴内喷射的液体为工艺水或弱碱性溶液，喷嘴的雾化粒径为20-50μm，雾化液体的液气比为0.01-0.1L/Nm3。在该优选范围内，出口烟气中粉尘浓度在3mg/m3左右。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)采用高效托盘整流层与喷淋层及高效除雾器层的有机集合，通过托盘层整流保证喷淋吸收区域及高效除雾区域的气流均匀，提高脱硫、除尘效率；
(2)降托盘分割成若干整流区域，避免积液层液面厚度波动过大，提高托盘层的脱硫除尘效率及整流效果；
(3)采用离心旋流方式，利用粉尘、雾滴与饱和气体的密度差实现粉尘、雾滴的惯性碰撞，高效去除细小雾滴和粉尘；
(4)采用雾化增湿工艺，提高每级旋流模块上方旋流区域的雾滴密度，进一步增强除雾除尘效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明除雾单元的结构示意图。
图3是本发明旋流模块的结构示意图。
图4是旋流叶片与水平面之间的夹角。
图中所示附图标记如下：
1-吸收塔 2-烟气入口 3-托盘孔板
4-喷淋吸收层 5-沉降降温区 6-高效除雾器
7-烟气出口 8-循环泵 9-供浆泵
10-冲洗水总管 61-空心导流筒 62-烟气旋流模块
63-冲洗水管 64-排液孔 65-半球形装置
66-降液管 621-中心盲板 622-旋流叶片
623-外部包围板。
具体实施方式
如图1～图4所示，一种烟气脱硫、除尘协同治理的装置，包括吸收塔1，吸收塔内的底部为塔釜，塔釜上方侧壁上开设烟气入口2，烟气出口7位于吸收塔顶部，吸收塔内且位于烟气入口上方由下至上依次设置托盘孔板3、喷淋吸收层4、沉降降温区5和高效除雾器6，循环泵8连接塔釜和喷淋吸收层。
托盘孔板3由孔板和设置于孔板上的若干挡板组成，挡板将孔板上方积液区分隔为若干区域，托盘开孔率为25％-40％，开孔孔径为25-40mm，每个区域开孔个数为10-50个，挡板的高度为30-60mm。
喷淋吸收层可采用喷淋塔用常规喷淋装置。
喷淋吸收层上方5～7m处设置高效除雾器6，喷淋吸收层与旋流除雾器中间5～7m的空间为沉降降温区5，高效除雾器6包括基座底板和并联安装在基座底板上的若干旋流除雾单元，基座底部水平安装，与吸收塔内壁固定且密封，基座底板上开设若干通孔，每个通孔处对应安装一个旋流除雾单元，相邻旋流除雾单元之间的基座底板上设置连通基座底板上、下方的降液管66，降液管底部设置用于液封的弯头。
旋流除雾单元的结构示意图如图2所示，包括空心导流筒61和设置在空心导流筒内的至少一层烟气旋流模块62，通过同心导流筒与基座底板固定，空心导流筒的中空部分与基座底板上对应通孔对应，烟气旋流模块优选设置1～4层，空心导流筒位于对应烟气旋流模块上方的筒壁上开设若若干排液孔64，排液孔的孔径优选为4～10mm。
烟气旋流膜块62的结构示意图如图3和图4所示，包括中心盲板621、外部包围板623和旋流叶片622，旋流叶片位于中心盲板与外部包围板之间的环形区域内，旋流叶片622的水平角度为水平角度(图4中的夹角β)为20°-45°，旋流叶片上边缘与半径的夹角为20°-40°(图3中的夹角α)且朝向壁面。
每个空心导流筒内设置一根带有若干雾化喷嘴的冲洗水管63，该冲洗水管安装在每层旋流模块中心盲板的圆心连线上，并在每个中心盲板下方设置用于烟气导流和冲洗水管固定的半球形装置65，所有冲洗水管汇总至一根冲洗水总管10，该冲洗水总管外接供浆泵9。
本发明的工艺流程如下：
燃煤烟气由入口烟道进入吸收塔1后，依次经过托盘孔板3、托盘积液层、喷淋吸收层4、沉降降温区5和高效除雾器6，处理后的净烟气由吸收塔出口烟道排出。
高速烟气进入吸收塔后，流场不均匀的烟气在穿过吸收塔下方的高性能托盘时，与喷淋层喷出的浆液在托盘上方形成具有一定厚度的积液层。穿过托盘)空隙的气流与积液层的浆液在积液层形成一个强烈的气液接触湍流区，烟气中的大部分SO2和粉尘在湍流区与脱硫浆液得到反应吸收，具有一定厚度的积液层为上升气流提供一定的阻力，气流在穿过积液层时受阻力影响实现均匀分布。
流场均匀的烟气穿过布液均匀的喷淋层时，与喷淋浆液均衡接触、吸收、反应，烟气中的SO2和粉尘得到进一步的去除。
完成脱硫后的烟气进入喷淋层上方的后沉降降温区，烟气中的细小雾滴和粉尘在低流速下富集成较大的液滴并沉降进入塔釜浆液池，喷淋增湿后的饱和烟气在这一区域得到进一步的降温达到过饱和，形成大量的细小雾滴。
过饱和烟气继续上升进入高效除雾器层，进入空心导流筒后烟气流速得到提高，在旋流模块叶片的导流作用下，气速得到进一步提高，过饱和烟气中带有的大量水滴在离心力的作用下被甩向壁面，在此过程中与细小颗粒粉尘撞击而被捕集；富集在高效除雾器空心圆筒内壁的水量不断加大，液膜越来越厚，为了防止除雾器阻力过大或堵塞，在每层旋流模块上方筒壁上开若干小孔便于及时排出多余的富集液体和粉尘，排出的富集液体由与高效除雾器底板联通的降液管排入塔釜浆液池。经过高效脱硫、除尘后的洁净烟气由吸收塔出口排入烟囱排放。
实施例1：
某烧结厂，2台260m2烧结烟气新建脱硫工程采用本工艺，入口烟气中SO2浓度为1785mg/m3，入口烟气中粉尘浓度为62mg/m3，托盘开孔率35％，开孔孔径33mm，托盘挡板高度55mm，沉降、降温区高度为6.5m，旋流模块的层数为3层，相邻两层旋流模块间距为空心导流筒内径的2D，排液孔孔径为6mm，中心盲板直径为空心导流筒内径的0.4倍，旋流叶片的水平角度为35°，旋流叶片上边缘与半径的夹角为30°，喷嘴的雾化平均粒径为30μm，雾化液体的液气比为0.06L/Nm3，循环浆液液气比8.7L/Nm3，出口烟气中SO2浓度为15mg/m3，出口烟气中粉尘浓度为2.1mg/m3。
实施例2：
某热电厂，2台135WM机组烟气脱硫改造工程采用本工艺，入口烟气中SO2浓度为2239mg/m3，入口烟气中粉尘浓度为45mg/m3，托盘开孔率33％，开孔孔径30mm，托盘挡板高度60mm，沉降、降温区高度为6.7m，旋流模块的层数为3层，相邻两层旋流模块间距为空心导流筒内径的2.2D，排液孔孔径为6mm，中心盲板直径为空心导流筒内径的0.5倍，旋流叶片的水平角度为30°，旋流叶片上边缘与半径的夹角为30°，喷嘴的雾化平均粒径为38μm，雾化液体的液气比为0.08L/Nm3，循环浆液液气比12.3L/Nm3，出口烟气中SO2浓度为11mg/m3，出口烟气中粉尘浓度为3.6mg/m3。
实施例3：
某自备电厂，1台410t/h锅炉烟气脱硫改造工程采用本工艺，入口烟气中SO2浓度为1372mg/m3，入口烟气中粉尘浓度为50mg/m3，托盘开孔率30％，开孔孔径35mm，托盘挡板高度60mm，沉降、降温区高度为6.0m，旋流模块的层数为2层，相邻两层旋流模块间距为空心导流筒内径的2.0D，排液孔孔径为7mm，中心盲板直径为空心导流筒内径的0.45倍，旋流叶片的水平角度为30°，旋流叶片上边缘与半径的夹角为35°，喷嘴的雾化平均粒径为33μm，雾化液体的液气比为0.08L/Nm3，循环浆液液气比12.5L/Nm3，出口烟气中SO2浓度为21mg/m3，出口烟气中粉尘浓度为2.8mg/m3。
以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (10)
1.一种烟气脱硫、除尘协同治理的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
原烟气进入吸收塔后依次穿过托盘层、喷淋层、沉降降温区、高效除雾层后从吸收塔出口排出，托盘层对进入吸收塔的烟气进行整流后，烟气在吸收塔截面上以均匀的流速上升，烟气中的SO2与托盘上方积液层和喷淋层浆液接触被吸收、脱除，脱硫后带有细小浆液液滴和粉尘的饱和烟气经过降温区沉降、降温后实现浆液液滴和粉尘的富集沉降，没有沉降的液滴和粉尘随着气流进入高效除雾器层，经过旋流、撞击富集去除，处理后的洁净烟气从吸收塔出口排出。
2.一种烟气脱硫、除尘协同治理的装置，包括吸收塔，所述吸收塔的侧壁上设置烟气入口、顶部设置烟气出口、塔内底部为塔釜，其特征在于，所述吸收塔内由烟气入口至烟气出口依次设有托盘孔板、喷淋吸收层、沉降降温区和高效除雾器，所述高效除雾器包括基座底板及并联安装在所述基座底板上的若干个除雾单元，所述除雾单元包括空心导流筒和置于空心导流筒内的至少一层烟气旋流模块。
3.根据权利要求2所述烟气脱硫、除尘协同治理的装置，其特征在于，所述托盘孔板的开孔率为25％-40％，开孔孔径为25-40mm，在托盘孔板上方的积液区设置若干挡板，积液区由挡板分为若干区域，每个区域开孔个数为10-50个，挡板的高度为30-60mm。
4.根据权利要求2所述烟气脱硫、除尘协同治理的装置，其特征在于，所述沉降降温区的高度为4-7m。
5.根据权利要求2所述烟气脱硫、除尘协同治理的装置，其特征在于，所述烟气旋流模块设置为1～4层，相邻两层烟气旋流模块之间的间距为空心导流筒内径的1.5-3倍。
6.根据权利要求2所述烟气脱硫、除尘协同治理的装置，其特征在于，所述同心导流筒的筒壁上且位于对应烟气旋流模块上方处开设若干排液孔。
7.根据权利要求2所述烟气脱硫、除尘协同治理的装置，其特征在于，所述烟气旋流模块包括中心盲板、外部包围板和位于中心盲板与外部包围板所围成的环形区域内的若干旋流叶片。
8.根据权利要求7所述烟气脱硫、除尘协同治理的装置，其特征在于，所述中心盲板直径为空心导流筒内径的0.3-0.7倍，旋流叶片的水平角度为20°-45°，旋流叶片上边缘与过该旋流叶片上边缘与中心盲板衔接点的空心导流筒半径的夹角为20°-40°且朝向壁面。
9.根据权利要求7所述烟气脱硫、除尘协同治理的装置，其特征在于，每个空心导流筒内设置一根带有若干雾化喷嘴的冲洗水管，该冲洗水管安装在每层旋流模块中心盲板的圆心连线上，并在每个中心盲板下方设置用于烟气导流和冲洗水管固定的半球形装置。
10.根据权利要求2所述烟气脱硫、除尘协同治理的装置，其特征在于，所述基座底板下方均匀安装若干与基座底板上方连通的降液管，降液管下方设置进行液封的弯头。
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