CN105944539B - 一种文丘里式喷雾干燥法脱硫装置及其脱硫方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种文丘里式喷雾干燥法脱硫装置及其脱硫方法，采用立式圆筒形塔形结构，塔体中部设有文丘里管喉口，烟气由上部进风口进入壳体，由上至下通过脱硫塔。高温烟气中的SO2与喷嘴喷入的反应剂发生化学反应，反应副产物为Na2SO3固态粉末，大部分落入下部灰斗，其余部分随脱硫后烟气从塔体下部出风口排出塔体进入后续除尘工艺收集。固态脱硫副产物的PH值呈中性或碱性，整个脱硫过程无废水产生，脱硫塔出口烟气温度始终高于露点温度15℃以上。解决了传统脱硫工艺中烟气在脱硫塔中流场的均布性问题、脱硫剂与烟气充分混合的均匀性问题、反应剂及反应副产物在喷嘴处易生成“蘑菇头”和“挂须”影响运行稳定性问题。

Description

一种文丘里式喷雾干燥法脱硫装置及其脱硫方法
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种文丘里式喷雾干燥法脱硫装置及其脱硫方法。
背景技术
工业窑炉烟气脱硫的主要方法分为三种:湿法、干法、半干法。湿法工艺技术成熟，脱硫效率高，但投资大、占地广，能耗及运行费用较高，且有废水废渣产生，设备需考虑防腐，易结垢；干法工艺投资费用较低，脱硫产物为干态，设备不易腐蚀，不易发生结垢及堵塞，但反应速度较慢，脱硫效率较低；
半干法工艺是脱硫剂在湿态下进入脱硫塔进行脱硫反应，在高温烟气的加热作用下，反应剂中的水分迅速蒸发，脱硫反应过程可分为液-气反应及固-气反应两个阶段，其脱硫产物均为干态。半干法工艺既有湿法脱硫工艺的反应速度快、效率高的优点，又有干法脱硫工艺终产物为干态、无废水、易于处理的优点。
半干法脱硫又主要有循环流化床法和喷雾干燥法，其中喷雾干燥法是将脱硫反应剂以液态溶剂的形式用高速旋转雾化器或雾化喷嘴送入烟气，烟气中的SO2以及其他酸性气体与反应剂发生反应，生成固态盐。高速旋转雾化器价格昂贵，脱硫塔结构复杂，而采用雾化喷嘴的脱硫塔结构简单，喷嘴价格低廉，易于推广。
传统喷雾干燥法脱硫技术存在脱硫效率无法进一步提高及运行不稳定性等，需解决以下问题：烟气在脱硫塔中流场的均布性问题，脱硫剂与烟气充分混合的均匀性问题，反应剂及反应副产物在喷嘴处易生成 “蘑菇头”和“挂须”影响运行稳定性问题等。
发明内容
本发明的目的是解决传统喷雾干燥法脱硫技术存在的烟气在脱硫塔中流场的均布性问题、脱硫剂与烟气充分混合的均匀性问题、反应剂及反应副产物在喷嘴处易生成“蘑菇头”和“挂须”影响运行稳定性问题等。
为此，本发明提供了一种文丘里式喷雾干燥法脱硫装置，包括脱硫塔壳体，脱硫塔壳体采用立式圆筒形塔形结构，塔体上部壳体设置进风口，塔体中部设计文丘里管喉口，塔体下部壳体设置灰斗出口并在塔体下部壳体侧壁上设置出风口；所述的文丘里管喉口以变径连接的方式向上和向下分别连接着塔体上部壳体和塔体下部壳体，文丘里管喉口内设置有喷嘴，喷嘴的连接管线穿过文丘里管喉口的管壁外接喷射泵和空气压缩机。
所述的文丘里管喉口与塔体上部壳体以及塔体下部壳体连接的变径段的变径侧壁与烟气流向夹角为45～60º。
所述的文丘里管喉口内横截面积是脱硫塔壳体内横截面积的1/3～1/4。
所述的文丘里管喉口与塔体上部壳体连接的变径端内壁处设置有刮灰装置。
所述的刮灰装置包括支架、刮板和电机，支架横撑在塔体上部壳体内壁上，刮板贴靠在文丘里管喉口与塔体上部壳体之间的变径段内壁上，电机的输出轴通过斜齿轮连接着一个竖直布置的端部带斜齿轮的传动轴，传动轴另一端通过连接件连接着刮板，该传动轴穿过支架并通过轴承座安装在支架上。
所述的塔体上部壳体的进风口处设置有多组导流叶片，所述的进风口横向设置，多组导流叶片平行排布，并与进风方向有夹角使得进风口进来的烟气经过导流叶片反射后流向变为竖直向下，所述的多组导流叶片面积不同，从靠近进风口的位置向内面积依次增大。
所述的喷嘴为气水雾化双流雾化喷嘴，喷嘴的喷洒范围覆盖文丘里管喉口的烟气流通面；所述的与喷嘴连通的喷射泵内装有NaOH溶液或Na2CO3溶液。
所述的灰斗出口处安装有星形卸灰阀。
一种文丘里式喷雾干燥法脱硫装置的脱硫方法，包括以下步骤：
1）、将烟气由进风口通入脱硫塔壳体上部壳体中，烟气在多组导流叶片导流作用下均匀分布在脱硫塔内部横截面内，并向下进入文丘里管喉口；
2）、喷射泵将反应液NaOH溶液或Na2CO3溶液泵送至喷嘴进行喷射，并由空气压缩机将其雾化，雾化后的反应液喷洒在文丘里管喉口，反应液与烟气中的SO2发生化学反应，除掉烟气中的SO2，形成脱硫后的烟气和反应副产物；
3）、脱硫后的烟气和反应副产物进入脱硫塔壳体下部壳体中，脱硫后的烟气由下部壳体侧壁上的出风口排出；反应副产物落入下部灰斗出口中，由星形卸灰阀排出。
所述的步骤2）中反应液NaOH溶液或Na2CO3溶液以50～100μm的雾滴向下顺流喷入文丘里管喉口中的烟气，与烟气中的SO2进行反应。
本发明提供的这种文丘里式喷雾干燥法脱硫装置及其脱硫方法具有以下有益效果：
（1）导流叶片起到气流均布作用；
（2）文丘里管喉口上部变径起导流作用，降低文丘里管喉口阻力损失；
（3）刮灰装置可避免文丘里管喉口上部变径处积灰；
（3）文丘里管喉口下部变径，气流在扩散作用下，烟气可以在脱硫塔的横截面内得到均匀分布；
（4）文丘里管喉口处直径较小，有利于喷嘴在横截面内的布置安装，保证其喷射有效覆盖烟气流通面；
（5）在高流速下喷入的反应剂溶液，可利用烟气气流将喷入的雾滴进一步碎化，从而增加了反应剂液滴的总表面积，提高了其与烟气中SO2的反应机率；在高流速气流中的顺流喷射，可防止粉尘或脱硫副产物在喷嘴处生成“蘑菇头”和“挂须”，从而保证了运行的稳定性。
附图说明
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明的结构示意图。
附图标记说明：1、进风口；2、导流叶片；3、脱硫塔壳体；4、刮灰装置；5、星形卸灰阀；6、灰斗出口；7、出风口；8、喷嘴；9、文丘里管喉口；10、电机；11、支架；12、刮板；13、传动轴；14、连接件。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提供一种文丘里式喷雾干燥法脱硫装置，如图1所示，包括脱硫塔壳体3，脱硫塔壳体3采用立式圆筒形塔形结构，塔体上部壳体设置进风口1，塔体中部设计文丘里管喉口9，塔体下部壳体设置灰斗出口6并在塔体下部壳体侧壁上设置出风口7；所述的文丘里管喉口9以变径连接的方式向上和向下分别连接着塔体上部壳体和塔体下部壳体，文丘里管喉口9内设置有喷嘴8，喷嘴8的连接管线穿过文丘里管喉口9的管壁外接喷射泵和空气压缩机。
本实施例的这种装置，主要通过化学反应，利用反应剂溶液除掉烟气中的SO2，固态反应副产物的PH 值呈中性或碱性，整个脱硫过程无废水产生，脱硫塔出口烟气温度始终高于露点温度15℃以上。其脱硫过程主要有三个阶段，分别在脱硫塔壳体3的上部中部和下部，烟气由脱硫塔壳体3上部进入，均匀分布后在中部通过喷嘴8喷射化学药剂进行反应，除去烟气中的SO2，再由下部壳体的灰斗出口6和出风口7最终排出固态反应副产物和脱硫后的烟气。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上进一步改进，文丘里管喉口9内横截面积是脱硫塔壳体3内横截面积的1/3～1/4，由于横截面积的迅速变小，烟气流速大大提高。
文丘里管喉口9与塔体上部壳体以及塔体下部壳体连接的变径段的变径侧壁与烟气流向夹角为45～60º。塔体上部变径起导流作用，用以降低文丘里管喉口9阻力损失；塔体下部变径后，气流在扩散作用下，烟气可以在脱硫塔的横截面内得到均匀分布。
实施例3：
本实施例在实施例1和实施例2的基础上增加了刮灰装置，具体地，在文丘里管喉口9与塔体上部壳体连接的变径端内壁处设置有刮灰装置4。
刮灰装置4包括支架11、刮板12和电机10，支架11横撑在塔体上部壳体内壁上，刮板12贴靠在文丘里管喉口9与塔体上部壳体之间的变径段内壁上，电机10的输出轴通过斜齿轮连接着一个竖直布置的端部带斜齿轮的传动轴13，传动轴13另一端通过连接件14连接着刮板12，该传动轴13穿过支架11并通过轴承座安装在支架11上。
刮板12可以是紧贴变径段内壁的变径空心管状，空心位置用多个连接件14辐射状连接至位于中心的传动轴13；刮板12也可以是由几个紧贴变径段内壁的刮片组成，一样地需要通过连接件14连接至位于中心的传动轴13，如图1所示，每一个位置的连接件14上下布置两个能使刮板12比较稳定。
电机10转动，通过输出轴将动力传出来，然后由配合的两个斜齿轮将水平方向的旋转动力的方向变为竖直方向的传动轴13的旋转动力，传动轴13通过连接件14带动刮板12旋转，不断对变径段内壁进行刮刷，清理变径处积灰。
实施例4：
本实施例进一步改进，除了满足上述几个实施例的结构特征外，在本实施例中，塔体上部壳体的进风口1处设置有多组导流叶片2，所述的进风口1横向设置，多组导流叶片2平行排布，并与进风方向有夹角使得进风口1进来的烟气经过导流叶片2反射后流向变为竖直向下，所述的多组导流叶片2面积不同，从靠近进风口1的位置向内面积依次增大。
烟气进入横向的进风口1，由于多组导流叶片2平行排布并与进风方向有夹角，所以烟气碰到导流叶片2后会改变方向，由水平方向变成竖直方向，由上至下进入塔体。因为多组导流叶片2面积不同，从靠近进风口1的位置向内面积依次增大，这样碰到导流叶片2的烟气，会被均匀地分隔开，碰撞到各个导流叶片2的烟气基本上数量一致，这样可以将气流均匀分布在脱硫塔内部横截面内。
其中，导流叶片的间距、尺寸以及导流叶片与进风方向的夹角大小等要求根据气流流场试验来确定，比如导流叶片的间距可以是等间距排布，导流叶片的间距可以是从靠近进风口1的位置向内面积依次等倍数增大，导流叶片2与进风方向的夹角可以是45°，当然，这些数据只是一种特例，也不一定等距，不一定45度，不一定面积等倍增大，具体要先进行气流流场试验，使得设置的相应数据能满足导流叶片2将气流均匀分布在脱硫塔内部横截面内，烟气由上至下通过塔体。
喷嘴8为气水雾化双流雾化喷嘴，喷嘴8的喷洒范围覆盖文丘里管喉口9的烟气流通面，由于文丘里管喉口9处直径较小，有利于喷嘴8在横截面内的布置安装，保证其喷射有效覆盖烟气流通面；所述的与喷嘴8连通的喷射泵内装有NaOH溶液或Na2CO3溶液。
喷嘴8喷洒方向朝下，在喷射泵作用下高流速从喷嘴8喷入反应剂溶液，可利用烟气气流将喷入的溶液雾滴进一步碎化，从而增加了反应剂液滴的总表面积，提高了其与烟气中SO2的反应机率。
在高流速气流中的顺流喷射，可防止粉尘或脱硫副产物在喷嘴处生成 “蘑菇头”和“挂须”，从而保证了运行的稳定性。
液滴中的水分在高温烟气中迅速气化，随着水分的蒸发，反应过程可分为：液-气反应及固-气反应两个阶段。反应剂（NaOH或Na2CO3溶液）与SO2反应生成固态粉状物（Na2SO3），其中一部分(较小颗粒)随烟气从脱硫塔出风口7排出，进入后续除尘工艺收集，另一部分(较大颗粒)下落入脱硫塔下部的灰斗出口6中，经星形卸灰阀5排出。
实施例5：
本实施例提供一种文丘里式喷雾干燥法脱硫装置的脱硫方法，结合图1所示，包括以下步骤：
1）、将烟气由进风口1通入脱硫塔壳体3上部壳体中，烟气在多组导流叶片2导流作用下均匀分布在脱硫塔内部横截面内，并向下进入文丘里管喉口9；
2）、喷射泵将反应液NaOH溶液或Na2CO3溶液泵送至喷嘴8进行喷射，并由空气压缩机将其雾化，雾化后的反应液喷洒在文丘里管喉口9，反应液与烟气中的SO2发生化学反应，除掉烟气中的SO2，形成脱硫后的烟气和反应副产物；
反应液NaOH溶液或Na2CO3溶液以50～100μm大小的雾滴向下顺流喷入文丘里管喉口9中的烟气，与烟气中的SO2迅速混合进行反应。
在高流速气流中的顺流喷射，可防止粉尘或脱硫副产物在喷嘴处生成 “蘑菇头”和“挂须”，从而保证了运行的稳定性。
液滴中的水分在高温烟气中迅速气化，随着水分的蒸发，反应过程可分为：液-气反应及固-气反应两个阶段，反应剂（NaOH或Na2CO3溶液）与SO2反应生成固态粉状物（Na2SO3）。
3）、脱硫后的烟气和反应副产物进入脱硫塔壳体3下部壳体中，脱硫后的烟气由下部壳体侧壁上的出风口7排出；反应副产物固态粉状物（Na2SO3）落入下部灰斗出口6中，由星形卸灰阀5排出。
综上所述，本发明提供的这种文丘里式喷雾干燥法脱硫装置及其脱硫方法，采用立式圆筒形塔形结构，塔体中部设计有文丘里管喉口，烟气由上部进风口进入壳体，由上至下通过脱硫塔。高温烟气中的SO2与喷嘴喷入的反应剂（NaOH或Na2CO3溶液）发生化学反应，反应副产物为Na2SO3固态粉末，大部分落入下部灰斗，其余部分随脱硫后烟气从塔体下部出风口排出塔体进入后续除尘工艺收集。固态脱硫副产物的PH 值呈中性或碱性，整个脱硫过程无废水产生，脱硫塔出口烟气温度始终高于露点温度15℃以上。解决了传统脱硫工艺中烟气在脱硫塔中流场的均布性问题、脱硫剂与烟气充分混合的均匀性问题、反应剂及反应副产物在喷嘴处易生成 “蘑菇头”和“挂须”影响运行稳定性问题等。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (5)

1.一种文丘里式喷雾干燥法脱硫装置，包括脱硫塔壳体（3），其特征在于：脱硫塔壳体（3）采用立式圆筒形塔形结构，塔体上部壳体设置进风口（1），塔体中部设计文丘里管喉口（9），塔体下部壳体设置灰斗出口（6）并在塔体下部壳体侧壁上设置出风口（7）；所述的文丘里管喉口（9）以变径连接的方式向上和向下分别连接着塔体上部壳体和塔体下部壳体，文丘里管喉口（9）内设置有喷嘴（8），喷嘴（8）的连接管线穿过文丘里管喉口（9）的管壁外接喷射泵和空气压缩机；
所述的文丘里管喉口（9）与塔体上部壳体以及塔体下部壳体连接的变径段的变径侧壁与烟气流向夹角为45～60º；所述的文丘里管喉口（9）内横截面积是脱硫塔壳体（3）内横截面积的1/3～1/4；
所述的文丘里管喉口（9）与塔体上部壳体连接的变径端内壁处设置有刮灰装置（4）；所述的刮灰装置（4）包括支架（11）、刮板（12）和电机（10），支架（11）横撑在塔体上部壳体内壁上，刮板（12）贴靠在文丘里管喉口（9）与塔体上部壳体之间的变径段内壁上，电机（10）的输出轴通过斜齿轮连接着一个竖直布置的端部带斜齿轮的传动轴（13），传动轴（13）另一端通过连接件（14）连接着刮板（12），该传动轴（13）穿过支架（11）并通过轴承座安装在支架（11）上；
所述的塔体上部壳体的进风口（1）处设置有多组导流叶片（2），所述的进风口（1）横向设置，多组导流叶片（2）平行排布，并与进风方向有夹角使得进风口（1）进来的烟气经过导流叶片（2）反射后流向变为竖直向下，所述的多组导流叶片（2）面积不同，从靠近进风口（1）的位置向内面积依次增大。
2.如权利要求1所述的文丘里式喷雾干燥法脱硫装置，其特征在于：所述的喷嘴（8）为气水雾化双流雾化喷嘴，喷嘴（8）的喷洒范围覆盖文丘里管喉口（9）的烟气流通面；所述的与喷嘴（8）连通的喷射泵内装有NaOH溶液或Na2CO3溶液。
3.如权利要求1所述的文丘里式喷雾干燥法脱硫装置，其特征在于：所述的灰斗出口（6）处安装有星形卸灰阀（5）。
4.一种如权利要求1～3中任意一项所述的文丘里式喷雾干燥法脱硫装置的脱硫方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、将烟气由进风口（1）通入脱硫塔壳体（3）上部壳体中，烟气在多组导流叶片（2）导流作用下均匀分布在脱硫塔内部横截面内，并向下进入文丘里管喉口（9）；
2）、喷射泵将反应液NaOH溶液或Na2CO3溶液泵送至喷嘴（8）进行喷射，并由空气压缩机将其雾化，雾化后的反应液喷洒在文丘里管喉口（9），反应液与烟气中的SO2发生化学反应，除掉烟气中的SO2，形成脱硫后的烟气和反应副产物；
3）、脱硫后的烟气和反应副产物进入脱硫塔壳体（3）下部壳体中，脱硫后的烟气由下部壳体侧壁上的出风口（7）排出；反应副产物落入下部灰斗出口（6）中，由星形卸灰阀（5）排出。
5.如权利要求4所述的文丘里式喷雾干燥法脱硫装置的脱硫方法，其特征在于：所述的步骤2）中反应液NaOH溶液或Na2CO3溶液以50～100μm的雾滴向下顺流喷入文丘里管喉口（9）中的烟气，与烟气中的SO2进行反应。
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