CN105879588A - 双循环变径脱硫吸收系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双循环变径脱硫吸收系统，包括：作为烟气通路的一塔体，包括沿烟气流向依次布置的；一一级喷淋吸收段，一变径连接段，一二级喷淋吸收段；所述一级喷淋段内布置与塔体底部的浆液池形成一级循环的若干一级喷淋层，及位于所述一级喷淋层上方的一浆液收集装置；所述二级喷淋段内布置与浆液收集装置形成二级循环的若干二级喷淋层；所述变径连接段内设置有一整流装置；所述变径连接段的下边缘延伸至所述浆液收集装置的上方；所述一级喷淋吸收段与二级喷淋吸收段的截面面积之比为0.70‑0.95:1。通过采用此种设计，可以显著提高脱硫效率，有利于高效除雾器有效除雾。同时提供基于上述系统的双循环变径脱硫吸收方法。

Description

双循环变径脱硫吸收系统及方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其涉及烟气脱硫技术，具体涉及一种双循环变径脱硫吸收系统及方法。
背景技术
《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020)》要求东部地区(辽宁、北京、天津、河北、山东、上海、江苏、浙江、福建、广东、海南等11省市)新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值(即在基准氧含量6％条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米)，中部地区(黑龙江、吉林、山西、安徽、湖北、湖南、河南、江西等8省)新建机组原则上接近或达到燃气轮机组排放限值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值。到2020年，东部地区现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组、10万千瓦及以上自备燃煤发电机组以及其他有条件的燃煤发电机组，改造后大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值。鉴于中国燃煤品质，对所有的燃煤电厂产生的烟气都需要进行脱硫处理，并使排放的烟气中二氧化硫含量符合上述相关环保要求。
针对我国大部分区域燃煤含硫过高的问题，传统的单循环脱硫技术很难达到国家环保部的新标准要求。采用单循环脱硫技术，应用传统的石灰石/石膏湿法脱硫工艺，仅通过石灰石浆液与燃煤烟气充分接触脱硫，即使在理想工况下，脱硫效率最高也只能达到98％，对于二氧化硫含量高于2000mg/Nm3的燃煤烟气，采用上述技术和工艺是难以实现达标排放的，这样一来就需要增加额外的处理装置或设备，提高运行和维护成本，且会增加环保设备占地，影响燃煤电厂的整体布局。而且，通过传统脱硫工艺，为了达到上述的脱硫效率，需要配置较多的喷淋层，这样一来就会提高脱硫塔的高度，会严重威胁环保设施运行安全。
目前存在的龙净公司的石灰石-石膏双循环脱硫技术在不增高脱硫塔的前提下提高脱硫效率，但是，该技术中采用传统等径吸收塔，为保证较高的脱硫效率，一般需维持较高的烟气流速，但流速过高又会使烟气携带能力增强，影响除雾器除雾效果，同时造成塔内压力损失增加。另外，烟气向上经过浆液收集装置后，会造成流场的重新分布，均匀性大幅度下降，不利于二级吸收段脱硫，也会影响除雾装置性能。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种双循环变径脱硫吸收系统及方法，采用变径设计，使一级吸收段塔径较小，二级吸收段塔径较大。通过采用此种设计，可以使一级吸收段保持较高流速，随着烟气流速的提高、喷淋液滴的下降速度减小，塔内传质面积增大，传质系数也随烟气流速增大而增大，显著提高脱硫效率，同时减小液气比；二级吸收段保持较低流速，降低烟气的夹带作用，有利于高效除雾器有效除雾；此外，利用变径段安装浆液收集装置，形式简便，减少施工工作量；安装湍流管栅整流装置，使通过浆液收集装置后烟气均布效果得到优化，可提高二级吸收段的脱硫传质效率，也可提升除雾器的除雾效果。采用这种设计，可以更加有效的利用两级循环段的不同脱硫特性。
为达上述目的，本发明采取的具体技术方案是：
一种双循环变径脱硫吸收系统，包括：
作为烟气通路的一塔体，包括沿烟气流向依次布置的；一一级喷淋吸收段，一变径连接段，一二级喷淋吸收段；
所述一级喷淋段内布置与塔体底部的浆液池形成一级循环的若干一级喷淋层，及位于所述一级喷淋层上方的一浆液收集装置；
所述二级喷淋段内布置与浆液收集装置形成二级循环的若干二级喷淋层；
所述变径连接段内设置有一整流装置；
所述变径连接段的下边缘延伸至所述浆液收集装置的上方；
所述一级喷淋吸收段与二级喷淋吸收段的截面面积之比为0.70-0.95:1。
进一步地，所述二级循环包括设置在塔外，与二级喷淋层及浆液收集装置连通的一塔外浆液池。
进一步的，所述塔外浆液池与塔体底部的浆液池连通。
进一步地，所述塔体底部的浆液池内设有一氧化空气系统。
进一步地，所述二级喷淋吸收段内还设有位于二级喷淋层上方的除雾装置。
进一步地，整流装置选自导流板、多孔托盘、整流格栅或整流管列。
进一步地，所述浆液收集装置底部设置多个凸起，所述凸起的顶部或侧部具有通气孔。
进一步地，所述浆液收集装置底部为锥型。
一种双循环变径脱硫吸收方法，包括以下步骤：
1)燃煤烟气以一第一流速(如3.6-4.0m/s)进入一烟气通路，进行一级脱硫喷淋处理，得到一次脱硫烟气；
2)降低一次脱硫烟气流速至一第二流速(如2.8-3.3m/s)，并进行整流，使其流场均布后进行二级脱硫喷淋处理，得到二次脱硫烟气。
进一步地，用于进行一级脱硫喷淋处理的吸收剂pH在4.8-5.4之间，用于二级脱硫喷淋处理的吸收剂的pH在5.8-6.2之间。
含硫烟气由吸收塔入口进入吸收塔内，依次经过一级脱硫吸收段、整流装置、二级脱硫吸收段及烟气除雾装置，最终通过吸收塔出口排出。在一、二级脱硫吸收段之间，吸收塔直径改变。
本装置采用变径设计，使一级吸收段保持较高流速，提高脱硫效率；二级吸收段保持较低流速，有利于除雾提效；利用变径段安装浆液收集装置，减少施工工作量；安装湍流管栅装置，使通过浆液收集装置后烟气均布效果得到优化，可提高二级吸收段的脱硫传质效率，也可提升除雾器的除雾效果。
相较现有技术，本发明提出的脱硫系统采用了变径设计，并在变径段安装湍流管栅整流装置，使上下吸收段的烟气流速降低，流场均匀，从而起到脱硫及除雾提效的作用。
附图说明
图1是本发明一实施例中双循环变径脱硫吸收系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面配合所附图对本发明的特征和优点作详细说明。
如图1所示，在本发明的一实施例中，提供了一种双循环变径脱硫吸收系统，包括：
作为烟气通路的塔体1，包括沿烟气流向依次布置的；一级喷淋吸收段11，变径连接段12及二级喷淋吸收段13；
一级喷淋段11内布置与塔体1底部的浆液池3形成一级循环的若干一级喷淋层2(选择钙基溶液作为喷淋吸收剂)，及位于一级喷淋层2上方的浆液收集装置4；
二级喷淋段13内布置与浆液收集装置4形成二级循环的若干二级喷淋层5(选择钙基溶液或钠碱溶液作为喷淋吸收剂)；
变径连接段12内设置有整流装置6；变径连接段12的下边缘延伸至浆液收集装置4的上方；利用变径连接段12安装并形成浆液收集装置6，减少施工工作量；
一级喷淋吸收段11与二级喷淋吸收段13的截面面积之比为0.70-0.95:1，既能保证烟气在流经一级喷淋吸收段11能够高效率脱硫，还能使烟气在流经二级喷淋吸收段13时，具有充分接触反应时间，脱除残余的二氧化硫，并且烟气在下游获得最佳除雾效果。
另外，二级循环包括设置在塔外，与二级喷淋层5及浆液收集装置4连通的塔外浆液池7。塔外浆液池7与塔体底部的浆液池3连通，当塔外浆液池7经过一段时间的喷淋吸收反应循环后pH值降低至一阀值时，将其中的浆液排至浆液池3，并补充新的吸收剂。
塔体底部的浆液池3内设有氧化空气系统(图未示)，用以强制氧化循环浆液生成硫酸盐结晶，并经排浆系统送至石膏生成单元。
二级喷淋吸收段13内还设有位于二级喷淋层5上方的除雾装置8。
如图，整流装置5为湍流管栅，由两排管列组成，可以快速实现烟气均流，由于其布置在变径连接段12内，降速和均流共同进行，能够获得最佳整流效果，获得低速、流场均布的烟气。在其他实施例中，也可以根据工况选去导流板、多孔托盘或整流格栅等其他结构作为整流装置，由于这些结构均为本领域技术人员公知，在此不再赘述。
另外，在一些实施例中，浆液收集装置底部的上面设置多个凸起(图未示)，凸起的顶部或侧部具有共烟气通过的通气孔，烟气可分别从浆液收集装置的边缘与塔体的缝隙及这些通气孔中通过。
在又一些实施例中，浆液收集装置的底部设置为锥型，锥角大于160°，便于浆液收集，并且可在一定程度上起到初步导流的作用，烟气在撞击浆液收集装置的底部的下面后，如该底部是平的，烟气会有部分回流，即在浆液收集装置的底部形成对流或乱流，影响下游的二次喷淋吸收。
图1中所示的装置在实施双循环变径脱硫吸收方法时，包括以下步骤：
1)燃煤烟气以一第一流速(如3.6-4.0m/s)进入一烟气通路，进行一级脱硫喷淋处理，得到一次脱硫烟气；
2)降低一次脱硫烟气流速至一第二流速(如2.8-3.3m/s)，并进行整流，使其流场均布后进行二级脱硫喷淋处理，得到二次脱硫烟气。
用于进行一级脱硫喷淋处理的吸收剂pH在4.8-5.4之间，用于二级脱硫喷淋处理的吸收剂的pH在5.8-6.2之间。
由上述实施例可知，含硫原烟气经入口进入吸收塔，依次经过一级脱硫吸收段、整流装置、二级脱硫吸收段、高效除雾装置，最终由出口排出。主要工作原理为：
1.原烟气由入口进行吸收塔，首先经过一级脱硫吸收段，与雾化后的吸收剂逆向接触进行脱硫，钙基吸收剂(如氢氧化钙溶液)pH在4.8-5.4之间，脱硫后浆液回落至塔底浆池，再循环利用。较低的pH值有利于石灰石溶解和亚硫酸钙的溶解，并起到去除烟气中部分粉尘等杂质的作用。
2.烟气经一级吸收剂脱硫后，向上经过二级浆液收集装置，并经湍流管栅装置整流后，与雾化后的二级循环浆液可选钙基吸收剂(如氢氧化钙溶液)或钠碱吸收剂(如氢氧化钠或碳酸钠溶液)逆向接触进行脱硫，脱硫后的浆液收集回到塔外浆池循环利用。吸收剂的pH在5.8-6.2之间，可有效提高脱硫效率。
3.塔外浆池也吸收塔浆池相连，循环过的二级浆液进入塔内浆池再进行一级循环，增加浆液的停留时间。
下面结合工程实际，具体说明本发明应用情况：
以一实际规格为300MW燃煤发电机组的脱硫系统为例，采用本发明的系统和方法，原始烟气在进入吸收塔前二氧化硫含量为4000mg/Nm3，烟气流速以3.8m/s及3.3m/s的流速分别经过一级、二级脱硫后，烟气中的二氧化硫含量降低至35mg/Nm3，符合排放标准。并且除雾效果良好，排放烟气中液滴含量低于25mg/Nm3，避免“石膏雨”产生。另外，通过变径段安装液体收集装置，无需额外设置导流板或气液分离收集装置，可节省施工成本约50万元。
对比例：
同样以实际规格为300MW燃煤发电机组的脱硫系统为例，原始烟气在进入吸收塔前二氧化硫含量为4000mg/Nm3，采用现有技术无变径和均流装置的双循环塔，由于浆液收集装置安放在一级脱硫和二级脱硫之间，是烟气主要沿塔壁集中，无法实现均布，导致二级脱硫效果并不理想，通过本对比例进行处理后，烟气中的二氧化硫含量降低至50mg/Nm3，无法达标排放。并且由于除雾效果不理想，排放烟气中液含量为75mg/Nm3，一旦烟气温度低于55°，就容易产生“石膏雨”现象。

Claims (10)

1.一种双循环变径脱硫吸收系统，其特征在于，包括：
作为烟气通路的一塔体，包括沿烟气流向依次布置的；一一级喷淋吸收段，一变径连接段，一二级喷淋吸收段；所述一级喷淋段内布置与塔体底部的浆液池形成一级循环的若干一级喷淋层，及位于所述一级喷淋层上方的一浆液收集装置；
所述二级喷淋吸收段内布置与浆液收集装置形成二级循环的若干二级喷淋层；
所述变径连接段内设置有一整流装置；
所述变径连接段的下边缘延伸至所述浆液收集装置的上方；
所述一级喷淋吸收段与二级喷淋吸收段的截面面积之比为0.70-0.95:1。
2.如权利要求1所述的双循环变径脱硫吸收系统，其特征在于，所述二级循环包括设置在塔外，与二级喷淋层及浆液收集装置连通的一塔外浆液池。
3.如权利要求2所述的双循环变径脱硫吸收系统，其特征在于，所述塔外浆液池与塔体底部的浆液池连通。
4.如权利要求1所述的双循环变径脱硫吸收系统，其特征在于，所述塔体底部的浆液池内设有一氧化空气系统。
5.如权利要求1所述的双循环变径脱硫吸收系统，其特征在于，所述二级喷淋吸收段内还设有位于二级喷淋层上方的除雾装置。
6.如权利要求1所述的双循环变径脱硫吸收系统，其特征在于，整流装置选自导流板、多孔托盘、整流格栅或整流管列。
7.如权利要求1所述的双循环变径脱硫吸收系统，其特征在于，所述浆液收集装置底部设置多个凸起，所述凸起的顶部或侧部具有通气孔。
8.如权利要求1或7所述的双循环变径脱硫吸收系统，其特征在于，所述浆液收集装置底部为锥型。
9.一种双循环变径脱硫吸收方法，包括以下步骤：
1)燃煤烟气以一第一流速进入一烟气通路，进行一级脱硫喷淋处理，得到一次脱硫烟气；
2)降低一次脱硫烟气流速至一第二流速，并进行整流，使其流场均布后进行二级脱硫喷淋处理，得到二次脱硫烟气。
10.如权利要求9所述的双循环变径脱硫吸收方法，其特征在于，用于进行一级脱硫喷淋处理的吸收剂pH在4.8-5.4之间，用于二级脱硫喷淋处理的吸收剂的pH在5.8-6.2之间。
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